江蘇濱海平原河網(wǎng)地區(qū)排澇整治方案研究
——以東臺堤東墾區(qū)為例

張 翼，朱大偉，金 星，方晨蕾，陳 俁

（1.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225217；2.高郵市水利局，江蘇 揚州 225600；3.興化市文化旅游發(fā)展有限公司，江蘇 泰州 225300）

江蘇沿海地區(qū)包括連云港、鹽城、南通3個市所轄全部行政區(qū)域，陸域面積3.59萬km2，海域面積3.75萬km2，2020年常住人口1 903.6萬［1］。沿海地區(qū)人口眾多、經(jīng)濟發(fā)達、地勢平坦、水網(wǎng)密布，是典型的濱海平原河網(wǎng)區(qū)，河道比較短、水動力條件弱，內(nèi)部河網(wǎng)水位易受外海潮位頂托影響。由于沿海地處北亞熱帶向暖溫帶氣候過渡地帶，氣候復雜多變，加之內(nèi)部地勢低洼，區(qū)域洪澇災害頻發(fā)，是沿海經(jīng)濟社會安全與發(fā)展的制約因素之一。在江蘇沿海高質(zhì)量發(fā)展背景下，面臨著愈發(fā)頻繁極端天氣，沿海平原河網(wǎng)地區(qū)防洪排澇治理的任務更加艱巨和迫切。

本文以江蘇典型濱海平原河網(wǎng)區(qū)東臺市堤東墾區(qū)為例，構建一維河網(wǎng)水動力模型，分析區(qū)域現(xiàn)狀排澇能力，提出多種整治方案，并通過與現(xiàn)狀河網(wǎng)水位變化情況的對比，分析不同整治方案排澇效果，以期為濱海平原河網(wǎng)地區(qū)的防洪排澇整治提供借鑒參考。

1 研究區(qū)域概況

東臺市位于江蘇東部沿海平原地區(qū)，鹽城市最南端，淮河流域尾閭。堤東墾區(qū)為東臺市達標海堤以西、海安市境以北、通榆河以東、東臺大豐交界以南的區(qū)域，面積1 655 km2。區(qū)域地形整體呈南高北低、東高西低，地面高程3.1～5.5 m，比西部里下河平原洼地平均高出2 m左右。堤東墾區(qū)屬淮河流域里下河水系，以東臺河為界，南部的東南片區(qū)為墾區(qū)水系，主要依靠沿海川水港閘、梁垛河閘、梁垛河南閘、方塘河閘共4座擋潮排澇閘排水入海；北部的川東港地區(qū)屬里下河水系，由川東港經(jīng)川東港閘排澇入海，見圖1。區(qū)域地處淤漲型海岸帶，又緊鄰南黃海輻射沙脊輻聚中心區(qū)，近岸海岸灘涂廣闊、潮溝沖淤動蕩頻繁，大量泥沙通過潮溝向近岸輸送，使該岸段成為蘇北海岸淤長最快的岸段之一［2］。據(jù)現(xiàn)場勘查，現(xiàn)狀川水港、梁垛河、方塘河等主要排水河道閘下港道淤積嚴重，嚴重影響了區(qū)域排澇安全。

2 河網(wǎng)模型構建

MIKE11軟件是由丹麥水力研究所（DHI）開發(fā)的，用于模擬河流、河口、河網(wǎng)系統(tǒng)的水流、水質(zhì)過程的一維模型，經(jīng)過大量工程實踐驗證，適用于包括復雜平原河網(wǎng)在內(nèi)的一維非恒定流計［3］。本文采用MIKE11軟件對研究區(qū)域河網(wǎng)水位、流量等進行計算分析。

2.1 河網(wǎng)概化

綜合考慮研究區(qū)域地形地勢、集水范圍、水系結(jié)構、排澇格局等因素，確定本次計算范圍為堤東墾區(qū)東臺河以南部分，面積約1 583 km2。1954年淮河流域大水后，堤東墾區(qū)東臺河以南片區(qū)按“改變歷史流向，單獨排水入?！彼悸罚c里下河腹部地區(qū)分開排泄?jié)乘M行治理，已基本形成“西引東排、南北調(diào)度”的獨立排水格局。對區(qū)域內(nèi)東臺河、梁垛河、三倉河、安弶河、方塘河等主要引排及調(diào)度河道進行了概化，共概化河道28條，總長度54.8 km；概化河道斷面約1 800個，斷面平均間距約300 m；川水港閘、梁垛河閘、梁垛河南閘、方塘河閘等主要排澇閘門均采用MIKE11中的可控水工建筑物概化，見圖2。

2.2 邊界條件

研究區(qū)域為相對獨立的排水區(qū)，河道水位主要受區(qū)域暴雨、沿海潮位等因素影響。平原區(qū)降雨產(chǎn)流過程采用MIKE模型的NAM模塊計算，并以側(cè)向入流的形式進入河道。對于外海潮位邊界，模型驗證過程中采用實測潮位過程；整治方案研究過程中，參考已有研究成果［4］，采用2年一遇設計排澇潮型。

2.3 模型驗證

本次模型驗證資料采用堤東墾區(qū)2007年汛期6月26日至7月12日資料，資料分為2個時間段，6月26日至7月7日通榆河沿線泵站未開機，堤東墾區(qū)澇水自排入海；7月8—12日通榆河沿線泵站開啟代排里下河地區(qū)澇水。模型驗證資料包含了灌區(qū)自排、代里下河排澇兩種工況與現(xiàn)狀工程運行管理基本吻合，可以作為設計工況進行驗證，驗證結(jié)果見圖1。由圖1可見，計算結(jié)果與實測值基本吻合，水位誤差在±10 cm以內(nèi)，表明本次概化模型方法及參數(shù)選定基本合理，可用于現(xiàn)狀及整治方案的計算分析。

圖1 模型驗證結(jié)果

3 現(xiàn)狀排澇能力分析

對研究區(qū)域遭遇5年一遇暴雨時河網(wǎng)水位進行了計算，典型代表點位置及水位計算結(jié)果見圖2、表1。計算可得，河網(wǎng)水位總體呈西南高、東北低，三倉河及其北部主要節(jié)點水位為3.23～3.49 m（廢黃河高程，下同），低于3.5 m的控制水位，現(xiàn)狀排澇能力基本滿足5年一遇標準；三倉河以南區(qū)域水位為3.49～3.72 m，大部分高于3.5 m，不足5年一遇標準。受現(xiàn)狀閘下港道淤積等因素影響，閘門外排能力降低，現(xiàn)狀東堤墾區(qū)排澇能力不能全部滿足5年一遇標準。

表1 現(xiàn)狀5年一遇水位計算成果

4 排澇整治方案研究

4.1 方案設計

以提高區(qū)域防洪排澇能力為目標，針對閘下港道淤積等問題，根據(jù)相關規(guī)劃工程布局及規(guī)模，結(jié)合沿海岸灘演變特征，提出排澇整治方案（圖2）。

圖2 典型代表點位置

（1）三倉河閘下移（方案1）。老三倉河閘是建國后東臺在沿海興建的第一座中型擋潮排澇閘，于1955年完工，因入海港槽淤死而失去排水作用，目前已廢棄。本次考慮將三倉河閘下移至條子泥圍墾海堤處，恢復三倉河排澇入海的功能；同時對老方塘河、三倉河局部段進行疏浚，調(diào)整方塘河排區(qū)澇水經(jīng)三倉河新閘入海。閘門規(guī)模根據(jù)相關規(guī)劃成果確定［5］，閘門凈寬為50 m、閘底板高程為-2 m。

（2）梁垛河南、北閘合并下移（方案2）。將梁垛河南北閘合并下移，并對新東河、南干河進行拓浚，擴大閘上配套河道排澇能力；同時疏浚老方塘河及三倉河局部河段，調(diào)整東南片區(qū)澇水經(jīng)梁垛河新閘入海。閘門規(guī)模根據(jù)相關規(guī)劃成果確定［5］，閘門凈寬為75 m、閘底板高程為-2 m。

（3）新建方塘河排澇泵站（方案3）。在原方塘河閘北側(cè)新建方塘河排澇泵站，通過泵站抽排方塘河區(qū)域澇水，增加區(qū)域強排能力，泵站規(guī)模初定為

100 m3/s。

（4）閘泵聯(lián)排（方案4）。一方面下移新建三倉河擋潮閘，東延三倉河至新閘址，同時對老方塘河、三倉河局部段進行疏浚，新辟排澇口門；另一方面在方塘河閘北側(cè)新建方塘河泵站，當外海出現(xiàn)高潮位，閘門自排受限時，通過泵站強排，進一步提高區(qū)域排澇能力。方案4為方案1和方案3的合并方案，工程布局及規(guī)模同方案1及方案3。

4.2 方案模擬結(jié)果分析

對各方案實施后的河網(wǎng)水位過程進行計算，并與現(xiàn)狀河網(wǎng)水位進行對比，分析各方案整治效果，具體計算結(jié)果見表2。

表2 各整治方案5年一遇水位計算成果

（1）方案1的實施，可增加區(qū)域排澇口門，堤東墾區(qū)南部澇水通過新建方塘河閘直接東排入海，減輕了區(qū)域排澇壓力。遇5年一遇暴雨時，堤東墾區(qū)整體水位為3.12～3.65 m，基本滿足5年一遇標準。新建方塘河閘可增加排澇流量約145 m3/s（日均，下同），區(qū)域最高水位相比現(xiàn)狀可降低0.07～0.31 m；尤其對三倉河區(qū)域排澇效果改善較明顯，方塘河水位降低幅度均在0.15 m以上。

（2）方案2的實施，可改善現(xiàn)狀梁垛河南、北閘閘下港道淤積情況，提升閘門外排能力。遇5年一遇暴雨時，堤東墾區(qū)整體水位為2.96～3.68 m，基本滿足5年一遇標準。方案2可增加外排流量約130 m3/s，區(qū)域最高水位相比現(xiàn)狀降低了0.04～0.37 m，但排澇效果好僅局限于梁垛河周邊區(qū)域，對堤東墾區(qū)南部方塘河片區(qū)水位降低幅度較小。

（3）方案3的實施，可擴大區(qū)域強排能力，增加南部區(qū)域澇水出路。遇5年一遇暴雨時，堤東墾區(qū)整體水位為3.05～3.58 m，方案3可增加外排流量100 m3/s，區(qū)域最高水位相比現(xiàn)狀降低了0.04～0.49 m，水位降低主要集中在工程局部區(qū)域，北部片區(qū)水位降低幅度較小。

（4）方案4的實施，既增加了區(qū)域排澇口門，又擴大了區(qū)域強排能力，有效提升了區(qū)域防洪排澇標準。遇5年一遇暴雨時，堤東墾區(qū)整體水位為2.91～3.49 m，全區(qū)可達5年一遇標準。新建方塘河閘可增加排澇流量約210 m3/s（日均，下同），區(qū)域最高水位相比現(xiàn)狀可降低0.13～0.63 m，尤其對南部三倉河、方塘河片區(qū)排澇效果改善明顯，方案4排澇效果好于方案1～3。

綜上所述，各排澇整治方案中閘泵聯(lián)排（方案4）水位較低幅度最大，排澇效果最好，可有效降低區(qū)域水位，提升堤東墾區(qū)防洪排澇能力至5年一遇。應當指出，工程區(qū)地處淤積型海岸，且靠近條子泥二分水，閘門排澇效果受外海岸灘演變影響較大；在條子泥二分水灘脊南移、西大港長期頻繁擺動的背景下，下移新建排澇閘門的閘址選擇仍需要進一步研究。

5 結(jié)論

本文以東臺市堤東墾區(qū)為例，通過河網(wǎng)模型的建立和計算，分析了區(qū)域現(xiàn)狀排澇能力和不同整治方案排澇效果，得到以下結(jié)論：

（1）采用MIKE11建立了東臺市堤東墾區(qū)一維河網(wǎng)模型，并對模型進行了驗證，驗證結(jié)果表明該模型能較好地模擬研究區(qū)域的洪水過程，并用于排澇整治方案的研究。

（2）采用建立的模型對堤東墾區(qū)現(xiàn)狀排澇能力進行計算，受排澇閘門閘下港道淤積等因素影響，區(qū)域現(xiàn)狀排澇能力不能滿足5年一遇標準。

（3）分析了不同整治方案排澇效果，結(jié)果表明采用下移排澇閘門、新建排澇泵站的閘泵聯(lián)排模式（方案4），結(jié)合相關河道清淤等整治措施，可有效提升濱海平原河網(wǎng)區(qū)的排澇能力。