蘇北灌溉總渠（鹽城段）旱限水位分析

黃 琨，查 紅，王 琪，單 帥

（江蘇省水文水資源勘測(cè)局鹽城分局,江蘇 鹽城 224051）

1 研究區(qū)域

旱限水位[1]指的是江河湖庫(kù)水位持續(xù)處于較低水平,流量持續(xù)偏少,對(duì)城鄉(xiāng)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等用水安全產(chǎn)生影響,應(yīng)采取抗旱措施時(shí)的水位。它是確定干旱預(yù)警等級(jí)的一個(gè)重要指標(biāo)[2]。

蘇北灌溉總渠是一條大型人工河道,1951 年10 月開(kāi)始施工,于1952 年5 月完工。它既是淮河洪澤湖以下重要的排洪入海通道之一,又是將洪澤湖水源引入廢黃河以南地區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉的引水渠道,沿線(xiàn)貫穿淮安和鹽城兩市,灌溉總渠全長(zhǎng)約168 km,兼具排澇、引水、航運(yùn)、發(fā)電、泄洪等多項(xiàng)功能。其中灌溉總渠鹽城段西起鹽城、淮安兩市邊界,東至入海口,全長(zhǎng)92 km,涉及阜寧、濱海、射陽(yáng)三個(gè)縣,河道底寬為50 m～60 m,河底高程為 -6.4 m～1.4 m,左堤堤頂高程約為8.09m～10.7 m,右堤堤頂高程 5.7m～10.6 m,堤頂距 161 m～170 m。河道按灌溉流量設(shè)計(jì),運(yùn)東閘上為500 m3/s,運(yùn)東閘下為252 m3/s,排洪700 m3/s。1960 年,運(yùn)東閘經(jīng)加固后,其排洪標(biāo)準(zhǔn)提升至800 m3/s。當(dāng)洪澤湖水位超過(guò)13.5 m時(shí),灌溉總渠服從排洪,總渠與廢黃河共排洪1000 m3/s（總渠流量為750 m3/s～800 m3/s）。

2 研究數(shù)據(jù)

根據(jù)旱限水位分析要求,本文采用1954年～2018年間的系列水位數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,在全系列分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合蘇北灌溉總渠（鹽城段）工情發(fā)生顯著變化的時(shí)間節(jié)點(diǎn)分系列進(jìn)行分析。

本文對(duì)蘇北灌溉總渠（鹽城段）旱限水位的分析主要選取阜寧腰閘（閘上）站和六垛南閘（閘上）站兩個(gè)國(guó)家基本站。兩站水位資料的測(cè)驗(yàn)和整編滿(mǎn)足各時(shí)期相關(guān)規(guī)范要求,歷年水位資料均經(jīng)過(guò)初算,一校、二校,分局審查,省局復(fù)審,流域匯編,全國(guó)終審,資料成果可靠,質(zhì)量較高,能夠滿(mǎn)足蘇北灌溉總渠（鹽城段）旱限水位分析的要求。

其中,阜寧腰閘（閘上）站全系列資料長(zhǎng)度為1958 年～2018 年。1995 年12 月總渠立交建成后,在相同流量條件下,地涵上游水位抬高約0.3 m～0.5 m,且傳遞影響至腰閘下,同樣也抬高了腰閘行洪閘上水位。因此,本文將1958 年～2018 年整體數(shù)據(jù)分為兩個(gè)資料系列對(duì)阜寧腰閘（閘上）站旱限水位進(jìn)行分析,即1958 年～2018 年以及1996 年～2018 年。

六垛南閘（閘上）站全資料系列為1953 年6 月～2018 年（1968 年11 月1 日～1969 年3 月2 日,上游打壩,對(duì)閘上下游護(hù)坦等十幾個(gè)項(xiàng)目維修加固,水位停測(cè)）。期間上游1957年5 月阜寧腰閘建成,1995 年12 月總渠立交建成,對(duì)六垛南閘（閘上）站運(yùn)行水位產(chǎn)生一定影響。故本次六垛南閘（閘上）站旱限水位核定同樣以1996 年為節(jié)點(diǎn)分為兩個(gè)資料系列進(jìn)行分析,即1954 年～2018 年和1996 年～2018 年兩個(gè)分系列。

3 旱限水位分析

3.1 年最低水位頻率分析

水位頻率分析[3]是根據(jù)水文現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)特性,利用現(xiàn)有水位資料,分析水位值與出現(xiàn)頻率（或重現(xiàn)期）之間的定量關(guān)系。本文樣本為年極小值取樣,經(jīng)驗(yàn)頻率按期望公式P=m/（n+1）,統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算采用矩法,線(xiàn)型選用P-III型曲線(xiàn)。

1）阜寧腰閘（閘上）站

選用阜寧腰閘（閘上）站1958年～2018年以及1996年～2018年兩個(gè)系列年最高水位資料系列選用P-Ⅲ型曲線(xiàn)進(jìn)行頻率分析。其頻率分析成果分別見(jiàn)圖1、圖2和表1。

圖1 1958年～2018年阜寧腰閘（閘上）站年最低水位頻率分析

圖2 1996年～2018年阜寧腰閘（閘上）站年最低水位頻率分析

表1 阜寧腰閘（閘上）站年最低水位頻率分析成果表 單位：m

根據(jù)阜寧腰閘（閘上）站兩個(gè)不同系列年最低水位頻率分析,50%、75%、90%頻率下全資料系列年最低水位分別為3.03 m、2.42 m和1.91 m,相較于1996 年系列相應(yīng)頻率下的年最低水位分別低0.59 m、0.93 m、1.20 m。這反映出灌溉總渠地涵的建成后對(duì)地涵上游及阜寧腰閘閘上游水位產(chǎn)生壅高影響；同時(shí)也反映阜寧腰閘閘下的供水坎尾調(diào)度使得阜寧腰閘閘上年最低水位得到一定程度的抬升。

2）六垛南閘（閘上）站

選用六垛南閘（閘上）站1954年～2018年以及1996年～2018年二個(gè)系列年最高水位資料系列選用P-Ⅲ型曲線(xiàn)進(jìn)行頻率分析。其頻率分析成果分別見(jiàn)圖3、圖4和表2。

表2 六垛南閘（閘上）站年最低水位頻率分析成果表 單位：m

圖3 1954年～2018年六垛南閘（閘上）站年最低水位頻率分析

圖4 1996年～2018年六垛南閘（閘上）站年最低水位頻率分析

根據(jù)六垛南閘（閘上）站兩個(gè)不同系列年最低水位頻率分析,50%、75%、90%頻率下全資料系列年最低水位分別為0.85 m、0.65 m和0.48 m,略低于1996 年系列相應(yīng)頻率下的年最低水位,分別低出0.02 m、0.08 m和0.12 m。這反映出隨著時(shí)間推移,高水下灌溉總渠險(xiǎn)情出現(xiàn)增多,行洪能力下降,加之阜寧腰閘閘下坎尾供水,沿海擋潮閘六垛南閘多處于關(guān)閘保水狀態(tài),港道產(chǎn)生嚴(yán)重淤積現(xiàn)象。九十年代之前,年最低水位多出現(xiàn)在開(kāi)閘排水期,之后則基本上出現(xiàn)在關(guān)閘保水期。

3.2 河道沿線(xiàn)取水口底板高程分析

蘇北灌溉總渠（鹽城段）主要通過(guò)沿線(xiàn)的穿堤涵洞、地龍等建筑物引水供灌區(qū)用水,鹽城境內(nèi)總渠左堤穿堤建筑物共23座,右堤共7座。另外沿線(xiàn)還有城鄉(xiāng)供水取水口3處,工業(yè)用水取水口1處。灌溉總渠地涵～六垛南閘河段取水口底板設(shè)計(jì)高程最高為0.00 m,阜寧腰閘閘上游河段取水口底板最高高程為蘆楊地龍的3.50 m。經(jīng)調(diào)查分析,當(dāng)六垛南閘閘上水位低于1.30m,阜寧腰閘閘上水位低于3.50 m時(shí),沿線(xiàn)農(nóng)業(yè)引水涵洞引水出現(xiàn)困難。

3.3 航運(yùn)保障水位分析

為了保障河道通航功能,根據(jù)《鹽城市內(nèi)河航道網(wǎng)規(guī)劃》（鹽城市交通局,2009年4月）,鹽城市內(nèi)河航道網(wǎng)分層次布局規(guī)劃包括骨干航道、市域干線(xiàn)航道、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)支線(xiàn)航道三個(gè)層次,最終形成鹽城市“一縱十橫六聯(lián)”,共計(jì)約1095 km,23條航道構(gòu)成的干線(xiàn)航道網(wǎng)。其中,蘇北灌溉總渠（蘇咀～小中河）被列入市域干線(xiàn)航道名單,等級(jí)為五級(jí)航道,最低通航保障水位為4.40 m,小中河下游段總渠不通航。

3.4 生態(tài)水位分析

生態(tài)水位[4]作為河道內(nèi)的需水控制指標(biāo),是在保證一定的生態(tài)目標(biāo)下,能夠保持河湖生態(tài)系統(tǒng)基本生態(tài)功能的最小水位。它是表征保護(hù)河湖基本形態(tài)和生態(tài)功能的水文要素要求。

根據(jù)《城市水資源保護(hù)規(guī)劃》（2016）,鹽城市范圍河道生態(tài)水位采用90%保證率年最低水位分析成果確定,為與現(xiàn)狀工情及調(diào)度相統(tǒng)一,阜寧腰閘（閘上）站和六垛南閘（閘上）站生態(tài)水位均取用1996年～2018年年最低水位系列頻率分析成果,經(jīng)計(jì)算得出兩個(gè)站點(diǎn)的生態(tài)水位分別為 3.11 m和0.60 m。

3.5 旱限水位分析

綜上分析,分析得出阜寧腰閘（閘上）站旱限水位為4.40 m,在全資料系列下保證率為82.2%,在現(xiàn)狀工情短系列下保證率為92.0%；六垛南閘（閘上）站旱限水位為1.10 m,在全資料系列下保證率為94.5%,在現(xiàn)狀工情短系列下保證率為91.9%。具體分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 旱限水位分析表

4 結(jié)論

綜合考慮蘇北灌溉總渠（鹽城段）河道的重要性以及多功能性,結(jié)合沿線(xiàn)取水口情況,在保障河道航運(yùn)功能以及滿(mǎn)足生態(tài)要求的條件下,最終綜合考慮得出蘇北灌溉總渠（鹽城段）阜寧腰閘（閘上）站旱限水位為4.40 m,六垛南閘（閘上）站旱限水位為1.10 m。