江蘇沿江半高地區(qū)域除澇方法探討
——以太倉市沙溪鎮(zhèn)為例

徐惠亮，樊 旭

（江蘇省江都水利工程管理處，225000，江都）

江蘇沿江半高地區(qū)域除澇方法探討
——以太倉市沙溪鎮(zhèn)為例

徐惠亮，樊 旭

（江蘇省江都水利工程管理處，225000，江都）

以太倉市沙溪鎮(zhèn)為例，采用一維河網(wǎng)非恒定流模型對江蘇沿江半高地區(qū)域除澇方法進行探討，研究結(jié)果表明：對于汛期外受長江高潮位頂托、內(nèi)受20年一遇降雨影響的沿江半高地區(qū)域，在考慮沿江水閘的控制運用條件情況下，可采取高潮蓄水、低潮排澇，確定規(guī)劃區(qū)域建設用地和道路高程方案，滿足除澇要求。

一維河網(wǎng)非恒定流；潮位；除澇；建設用地；道路；高程

江蘇沿江半高地區(qū)域主要指昆山、太倉、張家港等蘇南沿江區(qū)域，以平原為主，地面高程一般與設計洪水位相當或稍高，區(qū)域整體不設圩。但仍有局部區(qū)域因地面高程高于區(qū)域常水位、低于設計洪水位，汛期外受長江潮位頂托、內(nèi)受區(qū)域骨干河道行洪影響，這些局部低洼區(qū)域的澇水無法外排，因此往往遭受澇災。

隨著我國經(jīng)濟社會的進一步發(fā)展，平原區(qū)、圩區(qū)防洪除澇標準不斷提高，相關區(qū)域排澇規(guī)劃思路、方法得到大量的研究與討論，取得了許多有益的成果。但目前較少有文獻對外受長江潮位頂托、內(nèi)受行洪河道防洪壓力的沿江半高地區(qū)域除澇方法進行研究。本文特以太倉市沙溪鎮(zhèn)為例，采用一維河網(wǎng)非恒定流模型探討沿江半高地區(qū)域除澇方法。

一、研究方法

1.計算模型

對于江蘇沿江半高地區(qū)域的除澇，適宜運用一維河網(wǎng)非恒定流模型進行計算：

上兩式中，Z為水位、Q為流量、B為水面寬度、A為過水斷面面積、R為水力半徑、C為謝才系數(shù)、q為單位長度河道的旁側(cè)入流量，t和s分別是時間和空間坐標。

2.差分方程

（1）差分方程的建立

采用Preissmann隱格式建立差分方程，形成下列3式：

（2）差分方程的求解

對于劃有N個斷面的河道，有N-1個河段，共可寫出2（N-1）個代數(shù)

方程，加上上游、下游邊界條件，形成階數(shù)為2N的代數(shù)方程組，可以解出N個斷面處的水位和流量。此方程組常用追趕法求解。具體求解方法是：先由上游邊界向下游邊界推進，求出遞推系數(shù)，再由下游邊界向上游邊界回代，求出各斷面處的水位和流量。從而可確定該河道的實時水位與流量，判斷河道是否超出相應地面高程。

二、實例應用

1.項目區(qū)概況

太倉市沙溪鎮(zhèn)為平原地區(qū)，距長江僅20 km，地面高程較高，大多在4.1～4.9m之間，平均4.40m（吳淞高程），目前整體不設防，戚浦塘為其境內(nèi)主要行洪通道，排入長江，沿江建有1座節(jié)制閘以抵御長江洪水，汛期承受上游澇水，行洪壓力較大。區(qū)內(nèi)地形較平坦，總面積159.47 km2，現(xiàn)狀水面率約10.86%，由于受外水過境及江潮頂托的影響，排水情況較復雜，規(guī)劃區(qū)大部分區(qū)域原為農(nóng)田種植區(qū)，現(xiàn)規(guī)劃為城區(qū)，現(xiàn)有的農(nóng)田排水標準不能滿足要求；規(guī)劃區(qū)從允許在短歷時內(nèi)淹沒的農(nóng)田種植區(qū)過渡到不允許淹沒的現(xiàn)代化城鎮(zhèn)，排水能力需進行復核。

2.排澇標準

城鎮(zhèn)、工業(yè)區(qū)20年一遇最大24 h設計暴雨，確保每時段（以1 h為一時段）不受澇；農(nóng)業(yè)區(qū)20年一遇24 h設計暴雨，雨后一天排除澇水。

3.規(guī)劃思路

在排水分區(qū)的基礎上，考慮長江高潮位頂托，排水區(qū)遭遇20年一遇24 h設計暴雨時，高潮滯蓄澇水、低潮排澇，區(qū)域不設防情況下，確定規(guī)劃水面率；在此基礎上，以區(qū)域通江河道宣泄陽澄淀泖50年一遇設計洪水、排水區(qū)遭遇20年一遇24 h設計暴雨情況，采用非恒定流模型校核規(guī)劃區(qū)河道斷面、確定建設用地地面高程。

4.邊界條件

戚浦塘采用50年一遇近期水位頂托，降雨過程取20年一遇設計暴雨過程；長江潮位采用1991年型特征潮位過程。沿江涵洞、水閘的控制運用條件為：漲潮時，內(nèi)河水位高于潮位時開閘排水，否則關閘擋水；落潮時，內(nèi)河水位高于潮位且內(nèi)河水位不小于3.20m（內(nèi)河常水位）時開閘排水，否則關閘擋水。計算時，將規(guī)劃區(qū)域各河道劃分為長度不超過300m的若干個微小河段，時間步長取120秒，計算歷時取24 h。

（1）設計洪水位

沙溪設計洪水采用昆山站1970—2001年32年水位資料進行頻率分析，其中包括1991年和1999年大水資料，采用P-Ⅲ型曲線配線，成果見表1。

在現(xiàn)狀河網(wǎng)條件下，按洪水歸槽水力模型計算50年一遇設計洪水位，戚浦塘50年一遇洪水位為4.39m。

（2）設計潮位

規(guī)劃區(qū)距長江平均僅20 km，因此長江潮位對其影響甚大。以楊林站1991年、1999年汛期7、8、9三個月的逐日高、低潮位分別進行排頻分析，得到汛期不同頻率高、低潮位，見表2。

（3）設計暴雨與設計凈雨

戚浦塘站具有1972—2003年短歷時暴雨統(tǒng)計資料，雨量資料系列相對較長，被選作規(guī)劃區(qū)設計暴雨計算的雨量代表站。通過頻率分析計算得出20年一遇最大24 h設計雨量為229.2mm。選取1989年9月16—17日逐時雨量作為典型暴雨過程，采用同頻率方法縮放得出20年一遇設計暴雨過程與凈雨過程。

從偏不利因素考慮，不考慮城市雨水管網(wǎng)對入河過程的影響，以設計凈雨過程作為河網(wǎng)的入流過程。

5.河網(wǎng)概化與計算結(jié)果

戚浦塘采用50年一遇近期水位頂托，降雨過程取20年一遇設計暴雨過程；長江潮位采用1991年型特征潮位過程。沿江涵洞、水閘的控制運用條件為：漲潮時，內(nèi)河水位高于潮位時開閘排水，否則關閘擋水；落潮時，內(nèi)河水位高于潮位且內(nèi)河水位不小于3.20m（內(nèi)河常水位）時開閘排水，否則關閘擋水。計算時，將規(guī)劃區(qū)域各河道劃分為長度不超過300m的若干個微小河段，時間步長取120秒，計算歷時取24小時。

在進行河網(wǎng)概化的基礎上，規(guī)劃區(qū)考慮長江高潮位頂托，排水區(qū)遭遇20年一遇設計暴雨時，高潮滯蓄澇水、低潮排水，確定規(guī)劃水面率為12%；在此基礎上，以戚浦塘宣泄上游50年一遇設計洪水，排水區(qū)遭遇20年一遇設計暴雨，校核規(guī)劃區(qū)骨干河道斷面。圖1為經(jīng)過概化的境內(nèi)主要河道水位過程線。

根據(jù)以上河道水位過程線，結(jié)合項目區(qū)排水管道比降和覆土高度，確定建筑物和道路基礎高程4.60 m。

表1 昆山站水位頻率分析成果 單位：m

表2 不同頻率汛期潮位 單位：m

圖1 境內(nèi)主要河道水位過程線

三、結(jié) 語

采用一維河網(wǎng)非動力學模型對受潮汐影響的江蘇沿江半高地區(qū)域排澇進行研究，根據(jù)選擇的典型暴雨過程，計算結(jié)果表明：對于沿江半高地區(qū)域除澇問題，在采用高潮蓄水、低潮排澇，校核骨干河道斷面，在滿足確定建筑物和道路基礎高程要求設計的基礎上，半高地區(qū)域可以不設圩。這一成果為江蘇沿江半高地區(qū)除澇提供了新思路。

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責任編輯 李建章

Flood and waterlogging control in half-high areas along river in Jiangsu:talking Shaxi Township of Taicang City as an example

Xu Huiliang，F(xiàn)an Xu

Taking Shaxi Town of Taicang City as an example，examinations are conducted on using onedimensional river network unsteady flow model for waterlogging control in half-high areas along the river in Jiangsu Province.The result shows that waterlogging control can be realized by storing water in high tide and discharging in low tide，considering backwater effect of flood during high tide and half-high areas where are under the influence of once-in-20 years precipitation.Other measures include defining construction land and road elevation，with consideration of operation condition of water gates along the Yangtze River.

unsteady flow of one-dimensional river network；tide level；waterlogging control；construction site；road；elevation

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1000-1123（2016）14-0035-03

2016-04-20

徐惠亮，高級工程師。