太浦閘泄洪流量變化對(duì)下游河網(wǎng)地區(qū)的影響分析

馬農(nóng)樂(lè)，李 敏，王元元，陸志華

（1.上海東南工程咨詢有限責(zé)任公司，上海 200434；2.太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心，上海 200434）

太浦閘泄洪流量變化對(duì)下游河網(wǎng)地區(qū)的影響分析

馬農(nóng)樂(lè)1，李 敏2，王元元2，陸志華2

（1.上海東南工程咨詢有限責(zé)任公司，上海 200434；2.太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心，上海 200434）

以太湖流域現(xiàn)狀工程為基礎(chǔ)，利用成熟的數(shù)值模擬計(jì)算技術(shù)，結(jié)合骨干工程和區(qū)域工程調(diào)度，模擬計(jì)算了“99南部”100 a一遇典型降雨條件下，太浦閘不同調(diào)度方案引起的不同泄洪流量對(duì)太湖及下游河網(wǎng)地區(qū)產(chǎn)生的影響。

數(shù)值模擬；調(diào)度；太浦閘

太湖流域地處長(zhǎng)江三角洲南翼，流域總面積為36 895 km2，地跨江蘇、浙江、安徽、上海三省一市，地形呈碟狀，流域內(nèi)河流縱橫交錯(cuò)，水網(wǎng)如織，是典型的平原水網(wǎng)地區(qū)。流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、城市密集，城鎮(zhèn)化率超70%。經(jīng)過(guò)多年的綜合治理，太湖流域已初步形成北向長(zhǎng)江引排、東出黃浦江供排、南排杭州灣并且利用太湖調(diào)蓄的防洪與水資源調(diào)控工程體系。

1 太浦河工程及調(diào)度

太浦河是太湖流域綜合治理的十大骨干工程之一，是連接太湖和黃浦江的主要通道，主要承 泄太湖洪水和杭嘉湖澇水，具有防洪、除澇、改善水環(huán)境和航運(yùn)條件等綜合效益。太浦河周邊水系匯水涉及的區(qū)域包括蘇州市吳江區(qū)；嘉興市紅旗塘以北區(qū)域，以及上海市青浦區(qū)練塘、金澤2鎮(zhèn)，面積超過(guò)1 500 km2。

1.1 太浦河工程

太浦河是太湖流域的2條主要排洪通道之一，西起東太湖邊的吳江市廟港鎮(zhèn)時(shí)家港，東至上海市青浦區(qū)南大港入泖河接黃浦江，橫穿蘇、浙、滬的吳江、嘉善、青浦3市縣（區(qū)），太浦河及周邊區(qū)域水系見圖1。具體包括：

（1）河道及堤防：全長(zhǎng)57.6 km，沿河穿越大小湖蕩約20處。底高程- 4.500 ～ - 1.000 m（吳淞基面，下同），底寬136.00 ～ 150.00 m，邊坡1:3。太浦河全線建有堤防，除南岸部分堤防尚未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外，其余均達(dá)到50 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。

（2）建筑物：太浦閘為太浦河進(jìn)口處的重要建筑物，目前已完成拆除重建，閘孔凈寬120.00 m，底板高程- 1.500 m；太浦河南側(cè)建設(shè)裝機(jī)容量為300.00 m3/s的太浦河泵站，該泵站僅承擔(dān)供水任務(wù)，不參與排泄太湖洪水。太浦河沿線共有支流96條，已建有口門控制88條，太浦河北岸43條支河，除京杭運(yùn)河敞開外，其余42條均已建閘控制；南岸53條支河，蘆墟以東支河口門已全部控制，蘆墟以西支河7個(gè)口門敞開。

圖 1 太浦河及周邊區(qū)域水系示意圖

1.2 工程調(diào)度

太湖流域的流域性調(diào)度源于 20 世紀(jì) 80 年代太湖大堤的建成和環(huán)湖溇港的整治建閘。

《1987 年太湖度汛調(diào)度意見》是太湖流域第1個(gè)洪水調(diào)度方案。該方案“只有當(dāng)太湖平均水位達(dá)到 4.650 m

（即太湖發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水) 時(shí)才能開啟太浦閘向下游排水”。1991 年大洪水后至 1998 年流域治太骨干工程完成之前，流域調(diào)度方案每年根據(jù)工情變化進(jìn)行調(diào)整。1994 年，太浦河、望虞河實(shí)現(xiàn)分級(jí)調(diào)度，1999 年國(guó)家防總批復(fù)同意《太湖流域洪水調(diào)度方案》，則標(biāo)志著流域性防洪調(diào)度走向規(guī)范化。2000 年之前，太湖流域主要圍繞防洪安全開展工程調(diào)度。2009 — 2011 年，太湖流域在引江濟(jì)太調(diào)度方案基礎(chǔ)上，將洪水調(diào)度與水量調(diào)度相結(jié)合，編制了《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》，2011 年 8 月經(jīng)國(guó)家防總正式批準(zhǔn)并發(fā)布執(zhí)行至今。同時(shí)，太湖流域還研究了《太湖超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急處理預(yù)案》，明確了太湖水位超過(guò)設(shè)計(jì)洪水位4.650 m后，全流域相關(guān)工程的調(diào)度。

1.2.1 太湖調(diào)度控制水位

根據(jù)《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》，當(dāng)太湖水位高于防洪控制水位且低于4.650 m時(shí)，流域處于防洪調(diào)度期；當(dāng)太湖水位低于調(diào)水限制水位時(shí)，流域處于水資源調(diào)度期。具體調(diào)度控制水位見圖2。

圖2 太湖調(diào)度控制水位圖

1.2.2 太浦閘調(diào)度

當(dāng)太湖水位高于防洪控制水位且低于4.650 m時(shí)，實(shí)施洪水調(diào)度，并按下列情形執(zhí)行：

當(dāng)太湖水位不超過(guò)3.500 m時(shí)，太浦閘泄水按平望水位不超過(guò)3.300 m控制；當(dāng)太湖水位不超過(guò)3.800 m時(shí)，太浦閘泄水按平望水位不超過(guò)3.450 m控制；當(dāng)太湖水位不超過(guò)4.200 m時(shí)，太浦閘泄水按平望水位不超過(guò)3.600 m控制；當(dāng)太湖水位不超過(guò)4.400 m時(shí)，太浦閘泄水按平望水位不超過(guò)3.750 m控制；當(dāng)太湖水位不超過(guò)4.650 m時(shí)，太浦閘泄水按平望水位不超過(guò)3.900 m控制。

當(dāng)太湖水位高于4.650 m情形下：當(dāng)太湖水位超過(guò)4.650 m但不超過(guò)4.800 m時(shí)，太浦閘全力泄水；若平望超過(guò)4.100 m，可適當(dāng)控制下泄流量。當(dāng)太湖水位超過(guò)4.800 m且預(yù)報(bào)繼續(xù)上漲時(shí)，太浦閘全力泄水。

1.2.3 太浦河兩岸口門調(diào)度

汛期：太浦河兩岸各閘向太浦河排澇，按相關(guān)地區(qū)的排澇需求及其與太浦河的水位關(guān)系調(diào)度，當(dāng)太浦河水位高于區(qū)域水位時(shí)，太浦河北岸沿線口門關(guān)閘。

2 方案設(shè)計(jì)及模擬計(jì)算

為協(xié)調(diào)好太浦閘下泄和杭嘉湖區(qū)排澇關(guān)系，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的調(diào)度方案來(lái)實(shí)現(xiàn)同時(shí)期太浦閘的不同泄量，進(jìn)而分析太浦閘不同下泄流量對(duì)下游太浦河及兩岸區(qū)域河網(wǎng)的影響，主要包括水位、水量等變化，為研究?jī)?yōu)化太浦閘調(diào)度的提供支持。

2.1 調(diào)度方案設(shè)計(jì)

考慮應(yīng)對(duì)大洪水的不利情形，選取“99南部”100 a一遇設(shè)計(jì)暴雨作為降雨條件?！?9南部”雨型的暴雨過(guò)程基本保持了1999年實(shí)況降雨特性，降雨中心位于杭嘉湖區(qū)、太湖區(qū)在內(nèi)的流域下游區(qū)域，且實(shí)況最大30日洪量較大，導(dǎo)致下游水位較高，太湖泄洪困難，流域防御難度大。模擬工況采用太湖流域現(xiàn)狀工況，調(diào)度準(zhǔn)則以現(xiàn)行的《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》和《太湖超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急處理預(yù)案》為基礎(chǔ)，調(diào)整太浦閘的調(diào)度規(guī)則， 通過(guò)抬高平望控制水位并控制不同的太浦閘開度以實(shí)現(xiàn)太浦閘泄量的變化。設(shè)計(jì)對(duì)比方案：改變太湖水位在3.800 ～ 4.650 m的調(diào)度，其余工程保持調(diào)度方案不變。具體方案情況見表1。

表1 太浦閘調(diào)度方案規(guī)則設(shè)計(jì)表

圖4 1999年“99南部”100 a一遇設(shè)計(jì)洪水全年期太湖、平望水位及太浦閘流量過(guò)程圖

2.2 模擬計(jì)算

采用太湖流域水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，骨干河網(wǎng)水系概化為河道1 574個(gè)、調(diào)蓄節(jié)點(diǎn)61個(gè)、閘門（泵站）245個(gè)，這些河道、閘門由1 698個(gè)節(jié)點(diǎn)相連；邊界河道101條，其中潮位邊界47條，環(huán)太湖水位邊界31條，山區(qū)入流流量邊界20條，其它流量邊界3條。根據(jù)實(shí)測(cè)1999年初水位作為初始水位進(jìn)行模擬計(jì)算。太湖流域骨干河網(wǎng)水系概化見圖3。

圖3 太湖流域骨干河網(wǎng)水系概化圖

圖5 1999年6月11日 — 9月17日太湖、平望水位及太浦閘流量過(guò)程圖

3 數(shù)值模擬成果分析

利用模型對(duì)方案進(jìn)行模擬計(jì)算，分析不同調(diào)度方案下太浦閘泄量變化，并分析泄量發(fā)生變化對(duì)下游太浦河及兩岸河網(wǎng)地區(qū)代表站水位的影響。

3.1 下游及兩岸地區(qū)河網(wǎng)水位變化

現(xiàn)狀調(diào)度下，遇“99南部”100 a一遇降雨條件全年期和防洪調(diào)度期太湖、平望水位及太浦閘流量過(guò)程見圖4、圖5，從6月11日起太湖水位超過(guò)防洪控制水位3.100 m開始太湖進(jìn)入防洪調(diào)度時(shí)期，到7月6日太湖水位漲至最高水位歷時(shí)27 d，到9月18日太湖水位回落到3.500 m以下，整個(gè)泄洪時(shí)段歷時(shí)99 d，期間太湖計(jì)算水位最高值為4.815 m，出現(xiàn)時(shí)間為7月6日。

太湖水位高于3.800 m時(shí)段（6月29日— 8月16日），兩岸地區(qū)最高水位統(tǒng)計(jì)見表2。由表2可知，太湖水位高于3.800 m時(shí)，采用不同方式控制太浦閘運(yùn)行，太浦河平望站以及兩岸地區(qū)的代表站日均最高水位沒(méi)有發(fā)生明顯變化。

表2 太浦河兩岸地區(qū)代表站計(jì)算最高水位與特征水位對(duì)比表 m

從圖6中太浦閘泄流流量過(guò)程看，2個(gè)方案太浦閘泄流的趨勢(shì)基本一致，存在明顯變化的時(shí)段主要為7月8日、7月9日、8月7日。具體如下：

圖6 1999年6月11日—9月17日太浦閘計(jì)算流量過(guò)程圖

7月8日，與基礎(chǔ)方案相比（見表3），太浦閘泄量減少132.84 m3/s，平望水位降幅約為0.033 m，陶莊水位降低為0.013 m，金澤水位降幅為0.010 m，王江涇水位降低0.013 m，嘉興、嘉善水位分別降低0.006 ，0.007 m，南潯水位降低0.015 m，陳墓水位基本不變。

7月9日，與基礎(chǔ)方案相比（見表4），太浦閘泄量減少141.89 m3/s，平望水位降低為0.058 m，陶莊水位降低0.031 m，金澤水位降低0.024 m，王江涇水位降低0.035 m，嘉興水位降低0.021 m，嘉善水位降低0.017 m，南潯水位降低0.040 m，陳墓水位降低0.008 m。

8月7日，與基礎(chǔ)方案相比（見表5），太浦閘泄量增加418.54 m3/s，平望水位抬高0.097 m，陶莊水位抬高0.037 m，金澤水位抬高0.034 m，王江涇水位抬高0.029 m，嘉興水位抬高0.005 m，嘉善水位抬高0.005 m。陳墓水位抬高0.003 m，南潯水位則抬高0.040 m。

表3 7月8日太浦閘日均流量與太浦河兩岸地區(qū)計(jì)算水位對(duì)比表

表4 7月9日太浦閘日均流量與太浦河兩岸地區(qū)計(jì)算水位對(duì)比表

表5 8月7日太浦閘日均流量與太浦河兩岸地區(qū)計(jì)算水位對(duì)比表

可見，平望水位對(duì)太浦閘下泄流量的變化明顯，從太浦河沿線（平望—陶莊—金澤）方向水位變化趨勢(shì)與蘇嘉運(yùn)河（平望—王江涇—嘉興）方向水位變化趨勢(shì)基本一致；太浦閘泄量減小，水位降低；太浦閘泄量增大，水位抬高；陶莊和金澤均在太浦河沿線，金澤較陶莊距離平望遠(yuǎn)6 km左右，水位變幅隨著距離越遠(yuǎn)而變??；嘉興、嘉善水位則變化不明顯。

3.2 流域及區(qū)域出入流情況分析

統(tǒng)計(jì)防洪調(diào)度時(shí)段6月11日— 9月17日期間太浦閘泄量、太浦河出口外排、杭嘉湖東排及南排水量情況（見表6），各項(xiàng)水量成果未發(fā)生明顯變化。

表6 6月11日—9月17日杭嘉湖區(qū)洪水計(jì)算成果對(duì)比表 億m3

4 結(jié)論與建議

（1）杭嘉湖平原水位主要受集中降雨影響快速上漲。由于太浦河南岸蘆墟以西口門未控制，平望水位與王江涇水位基本同步增長(zhǎng)，太浦閘因平望水位超過(guò)調(diào)度控制水位而關(guān)閘，使得杭嘉湖平原北部澇水部分經(jīng)太浦河向東進(jìn)入黃浦江，部分由區(qū)域東西向河道直接向東進(jìn)入黃浦江，杭嘉湖區(qū)北部平原排洪能力受到黃浦江潮汐作用的直接影響。

（2）太浦閘泄洪流量發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起下游太浦河和杭嘉湖北排地區(qū)水位和泄流情況發(fā)生變化。受河網(wǎng)調(diào)蓄作用引起的變化，隨著距平望的距離越遠(yuǎn)影響逐漸減弱，太浦河金澤下游和嘉興南部區(qū)域基本不受影響。

（3）太湖流域杭嘉湖東排和南排的洪水總量未發(fā)生明顯變化。

[1] 王元元，陸志華，馬農(nóng)樂(lè)，等.太湖流域河湖連通工程調(diào)度模式綜述[J].人民長(zhǎng)江，2016，47(12)：10 - 13，32

[2] 太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心.太湖流域工程體系防洪與供水能力研究[R].上海：太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心，2015.

[3] 楊振榮，沈文強(qiáng).太浦閘泄洪對(duì)嘉北河網(wǎng)水位的影響分析[J].浙江水利科技，2010(2)：6 - 7.

[4] 吳浩云，孫海濤. 太湖流域洪水與水量調(diào)度方案的制定和認(rèn)識(shí)[J].中國(guó)防汛抗旱，2012(2)：5 - 7.

[5] 胡瑋，董增川.太湖流域防洪調(diào)度系統(tǒng)研究[J].水利發(fā)展研究,2008(4)：14 - 19.

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[7] 水利部太湖流域管理局.太湖流域防洪規(guī)劃[R].上海：太湖流域管理局，2007.

（責(zé)任編輯 姚小槐）

Impact Analysis of Flood Flow Variations of Taipu Brake on Downstream River Networks

MA Nong - le1，LI Min2，WANG Yuan - yuan2，LU Zhi - hua2
(1. Southeast of Shanghai Engineering Consulting Co., Ltd., Shanghai 200434，China；2. Water Conservancy Development Research Center of Taihu Basin Authority of Ministry of Water Resources，Shanghai 200434，China)

Based on the present situation of engineering projects of Taihu Basin, this paper used a mature numerical simulation technology，combined with the scheduling of main projects and regional projects to simulate different fl ood fl ows resulting from scheduling schemes of the Taipu Brake under the condition of “1999 Southern”typical rainfall.It also analyzed the impact of fl ood fl ows on downstream river networks.It would provide the reference to optimization of project scheduling.

value simulation；scheduling；Taipu brake

TV122+.1

A

1008 - 701X(2017)03 - 0001 - 04

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.03.001

2016-12-25

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(編號(hào) ：201501015)；浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013C33033 )。

馬農(nóng)樂(lè)(1980 - )，男，工程師，碩士，主要從事科研、水利規(guī)劃、技術(shù)咨詢等工作。

E - mail：nongjiale -2004@126.com