古泊善后河行洪對(duì)車軸河排水影響分析

朱京德， 孫傳文， 余文忠

(連云港市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司， 江蘇 連云港 222000)

善南片與古泊善后河流域均位于沂北地區(qū)，兩者流域相鄰，善南片位于東部沿海、叮當(dāng)河以東，流域范圍西至叮當(dāng)河、北至善后河、東至黃海、南至新沂河，總面積1 012 km2；古泊善后河大部分流域位于叮當(dāng)河以西區(qū)域，流域總面積1 135.4 km2。通過(guò)分析善后河流域和善南片年最大3 d量相關(guān)規(guī)律，分析車軸河流域與善后河流域同頻率暴雨遭遇特征[1-2]。

1 善后河流域與善南片年最大3 d降水量規(guī)律分析

1.1 同頻率年最大3 d降雨發(fā)生時(shí)間分析

根據(jù)善南片灌云站、楊集站、燕尾港站1956—2010年共55年實(shí)測(cè)日降水量系列，古泊善后河片沭陽(yáng)、吳集、青伊湖1956—2010年共55年實(shí)測(cè)日降水量系列，善南片與善后河流域年最大3 d降水量發(fā)生時(shí)間一致年份共有21年，占總年份的38%；不一致年份共34年，占總年份的62%，其中年最大3 d降雨發(fā)生時(shí)間偏差時(shí)間1 d的共有13年，1 d以上的共有21年。由此可知，善南片與善后河流域年最大3 d降水量發(fā)生多數(shù)年份有所偏差，偏差時(shí)間以1 d以上為主。

1.2 善南片年最大3 d降水量與善后河流域同期降水量頻率分析

考慮善南片與善后河流域年最大3 d降水量發(fā)生多數(shù)年份有所偏差，選取善南片年最大3 d降水量和善后河流域同期降水量，根據(jù)各流域頻率分析成果，對(duì)1956—2010年共55年份的實(shí)測(cè)善南片年最大3 d降水量和善后河流域同期3 d降水量進(jìn)行頻率計(jì)算。善南片年最大3 d降雨與善后河流域同期降雨頻率分布見(jiàn)圖1，善南片年最大3 d降水量與古泊善后河流域同期雨量對(duì)比見(jiàn)圖2。

圖1 善南片年最大3 d降雨與善后河流域同期降雨頻率分布

圖2 善南片年最大3 d降水量與古泊善后河流域同期雨量對(duì)比

根據(jù)圖1、圖2，在善南片發(fā)生一定頻率的最大3 d降雨的情況下，善后河流域同期可能發(fā)生高于該頻率的降雨，也可能發(fā)生低于該頻率的降雨，同時(shí)根據(jù)圖1的點(diǎn)群分布情況，善后河流域同期發(fā)生低于該頻率的降雨可能性較大。

綜上分析可知，善南片與善后河流域年最大 3 d降水量發(fā)生時(shí)間多數(shù)年份不一致，在善南片發(fā)生一定頻率的最大3 d降雨的情況下，善后河流域同期降雨頻率具有一定的隨機(jī)性且發(fā)生低于該頻率的降雨可能性較大。

2 對(duì)車軸河排水的影響分析

2.1 工況組合擬定

根據(jù)前文分析成果，擬定善南片5年一遇設(shè)計(jì)暴雨遭遇善后河流域無(wú)降雨、2年一遇設(shè)計(jì)暴雨和5年一遇同頻率暴雨3種情況，在埒子河現(xiàn)狀河道規(guī)模的基礎(chǔ)上，計(jì)算車軸河治理工程實(shí)施前后的排澇情況[3]。

2.2 一維河網(wǎng)水動(dòng)力模型

2.2.1 河網(wǎng)概況

善南片、古泊善后河片流域面積分別為1 012 km2、1 135.4 km2，其中善南片由車軸河流域(333 km2)、牛墩界圩河(286 km2)和東門(mén)五圖河流域(393 km2)組成。

2.2.2 水工建筑物

涉及的水工建筑物主要有沿海擋潮閘、河網(wǎng)內(nèi)部控制閘門(mén)，詳見(jiàn)表1。

表1 水工建筑物概況

2.2.3 工程調(diào)度規(guī)則

區(qū)域內(nèi)沿海排澇閘根據(jù)河網(wǎng)水位控制，其中善南片按照1.5 m控制，善后河原則上按照1.8 m控制，當(dāng)善后河洪水較小時(shí)，善后河閘按照在確保河道排澇安全的前提下實(shí)行控泄，兼顧車軸河閘排水。當(dāng)河網(wǎng)水位超過(guò)控制水位，趁低潮開(kāi)閘排澇，低于控制水位時(shí)關(guān)閘擋潮[4]。區(qū)域內(nèi)部閘門(mén)基本調(diào)度規(guī)則為：在汛期全開(kāi)。

2.2.4 定解條件

一維河網(wǎng)水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型的定解條件包括初始條件和邊界條件。

初始條件：河網(wǎng)初始水位為1.8 m，所有閘門(mén)處于全關(guān)狀態(tài)。

邊界條件包括上游邊界、下游邊界和內(nèi)部邊界。

上游邊界：河道上游端點(diǎn)處為盲端，即閉邊界。

下游邊界：選取燕尾港2年一遇的典型潮型作為五灌河及埒子河河口邊界。

內(nèi)部邊界：計(jì)算中模型內(nèi)部邊界主要為流域匯流。根據(jù)水文計(jì)算成果，將各河道設(shè)計(jì)洪水在相應(yīng)位置處加入模型中，匯流方式采用沿程均勻入流。

2.2.5 糙率

結(jié)合區(qū)域骨干河道歷年治理采用的設(shè)計(jì)糙率，模型計(jì)算已治理河道糙率為：泓道0.0225，灘面0.03；未治理河道糙率為：泓道0.0275，灘面0.035。

2.2.6 干溝和支溝

模型中考慮了干河、主要干溝，將其它干溝、支溝按照各片區(qū)對(duì)應(yīng)水面率分別概化在相應(yīng)的河段，在計(jì)算中考慮其對(duì)澇水的調(diào)蓄作用。

2.3 計(jì)算成果

2.3.1 善南片與善后河流域遭遇同頻率5年一遇暴雨工況

善南片與善后河流域遭遇同頻率5年一遇暴雨工況(工況1)，治理工程實(shí)施前后車軸河排澇水位成果見(jiàn)表2，車軸河閘最大下泄流量、開(kāi)閘時(shí)間、總排水量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表2 治理前后車軸河排澇水位(工況1)

表3 治理前后車軸河閘下泄、四圩河閘泄流參數(shù)(工況1)

根據(jù)表2、表3可知，善南片與善后河流域遭遇同頻率5年一遇暴雨工況時(shí)，車軸河流域排水口門(mén)車軸河閘受善后河高水影響，基本無(wú)法排水，開(kāi)閘時(shí)間約2 h，排水量約占車軸河流域總排水量1%，車軸河流域澇水主要依托四圩河排水。車軸河流域受善后河高水影響，車軸河閘無(wú)法有效發(fā)揮排澇功能。在此工況下，車軸河治理工程實(shí)施前后車軸河流域排澇水位均高于排澇控制水位。

車軸河治理工程實(shí)施后，車軸河下段北支河道規(guī)模增大，糙率減小，過(guò)流能力增強(qiáng)，在車軸河開(kāi)閘期間，排水量(26萬(wàn)m3)較工程實(shí)施前(16萬(wàn)m3)增加10萬(wàn)m3；同時(shí)，車軸河沿線各控制點(diǎn)排澇水位(小灣閘2.95 m、大新河3.03 m、鹽河口3.30 m)較實(shí)施前(小灣閘2.96 m、大新河3.04 m、鹽河口3.32 m)降低0.01～0.02 m。治理工程實(shí)施后在善南片與善后河流域遭遇同頻率5年一遇暴雨工況時(shí)有一定的排澇效益。

2.3.2 善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨工況

善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨工況(工況2)，治理工程實(shí)施前后車軸河排澇水位成果見(jiàn)表4，車軸河閘最大下泄流量、開(kāi)閘時(shí)間、總排水量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。

根據(jù)表4、表5可知，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨工況時(shí)，車軸河治理工程實(shí)施后，車軸河流域排水口門(mén)車軸河閘開(kāi)閘時(shí)間和實(shí)施前相同，最大下泄流量(124.8 m3/s)較實(shí)施前(89.8 m3/s)增加35 m3/s，排水量(1318萬(wàn)m3)較實(shí)施前(980萬(wàn)m3)增加338萬(wàn)m3。同時(shí)，在此工況下車軸河治理工程實(shí)施前車軸河流域各控制點(diǎn)排澇水位(小灣閘2.18 m、大新河2.63 m、鹽河口3.03 m)分別高于排澇控制水位(小灣閘2.02 m、大新河2.5 m、鹽河口3.0 m)0.16 m、0.13 m、0.03 m，排澇標(biāo)準(zhǔn)不足5年一遇；工程實(shí)施后，車軸河各控制點(diǎn)排澇水位(小灣閘2.01 m、大新河2.47 m、鹽河口3.0 m)較實(shí)施前降低了0.16～0.18 m，且均低于排澇控制水位，排澇標(biāo)準(zhǔn)滿足5年一遇。

表4 治理前后車軸河排澇水位(工況2)

表5 治理前后車軸河閘下泄、四圩河閘泄流參數(shù)(工況2)

因此，在埒子口現(xiàn)狀規(guī)模條件下，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨時(shí)，車軸河閘排水受古泊善后河影響較小，車軸河閘排澇效果明顯，車軸河現(xiàn)狀排澇不足5年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)的主要問(wèn)題為上段及下段河道排澇能力不足；車軸河治理工程實(shí)施后，擴(kuò)挖車軸河下段及上段，車軸河流域由不足5年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)提升到滿足5年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.3 善南片5年一遇暴雨遭遇善后河無(wú)降雨工況

善南片5年一遇暴雨遭遇善后河無(wú)降雨工況(工況3)，治理工程前后車軸河排澇水位成果見(jiàn)表6，車軸河閘最大下泄流量、開(kāi)閘時(shí)間、總排水量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表7。

根據(jù)表6、表7可知，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域無(wú)降雨工況時(shí)，車軸河閘排水不受善后河流域行洪影響，車軸河治理工程實(shí)施后，車軸河流域排水口門(mén)車軸河閘開(kāi)閘時(shí)間和實(shí)施前相同，最大下泄流量(208.1 m3/s)較實(shí)施前(165.4 m3/s)增加42.7 m3/s，排水量(1 352萬(wàn)m3)較實(shí)施前(1 030萬(wàn)m3)增加332萬(wàn)m3。同時(shí)，在此工況下車軸河治理工程實(shí)施前車軸河流域各控制點(diǎn)排澇水位(小灣閘2.12 m、大新河2.59 m、鹽河口3.01 m)分別高于排澇控制水位(小灣閘2.02 m、大新河2.5 m、鹽河口3.0 m)0.01 m、0.09 m、0.1 m，排澇標(biāo)準(zhǔn)不足5年一遇；工程實(shí)施后，車軸河各控制點(diǎn)排澇水位(小灣閘1.99 m、大新河2.45 m、鹽河口2.79 m)較實(shí)施前降低了0.02～0.16 m，且均低于排澇控制水位，排澇標(biāo)準(zhǔn)滿足5年一遇。

表6 治理前后車軸河排澇水位(工況3)

表7 治理前后車軸河閘下泄、四圩河閘泄流參數(shù)(工況3)

因此，在埒子口現(xiàn)狀規(guī)模條件下，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域無(wú)降雨時(shí)，車軸河閘排水不受善后河流域行洪影響，由于車軸河現(xiàn)狀薄弱環(huán)節(jié)上段及下段河道排澇能力不足，車軸河流域不足5年一遇。車軸河治理工程實(shí)施后，擴(kuò)挖車軸河下段及上段，車軸河流域排澇標(biāo)準(zhǔn)滿足5年一遇。

3 結(jié) 論

(1)善南片與古泊善后河均位于沂北地區(qū)，兩者流域相鄰，根據(jù)實(shí)測(cè)日降雨系列分析，善南片與善后河流域年最大3 d降水量發(fā)生時(shí)間多數(shù)年份不一致，在善南片發(fā)生一定頻率的最大3 d降雨的情況下，善后河流域同期降雨頻率具有一定的隨機(jī)性且發(fā)生低于該頻率的降雨可能性較大。

(2)在埒子口現(xiàn)狀規(guī)模條件下，善南片與善后河流域遭遇同頻率5年一遇暴雨工況時(shí)，車軸河流域主要受善后河高水影響，車軸河閘開(kāi)閘時(shí)間及排水量均較少，車軸河流域澇水主要依托四圩河排水。在此工況下，治理工程實(shí)施后車軸河流域各控制點(diǎn)排澇水位高于排澇控制水位，但較實(shí)施前有所減低，有一定的排澇效益。

(3)在埒子口現(xiàn)狀規(guī)模條件下，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇及以下暴雨時(shí)，車軸河閘排澇受古泊善后河高水影響較小，車軸河流域現(xiàn)狀排澇標(biāo)準(zhǔn)不足5年一遇主要是受自身現(xiàn)狀排澇能力不足的影響。車軸河治理工程實(shí)施后，通過(guò)擴(kuò)挖車軸河下段及上段，增強(qiáng)河道過(guò)流能力，車軸河流域各控制點(diǎn)排澇水位均低于排澇控制水位，車軸河流域滿足5年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)。