滁河分洪道馬汊河洪潮遭遇分析

湛忠宇，劉美麗，朱永軍，張 軍

（1.江蘇省水文水資源勘測(cè)局南京分局，江蘇 南京 210009；2.南京市六合區(qū)機(jī)電排灌總站，江蘇 南京 211599）

馬汊河是滁河中下游重要的分洪道，河道全長(zhǎng)13.6 km，其水位既受上游洪水的影響，又受下游潮位的影響，屬于典型的感潮河段，當(dāng)上游發(fā)生大洪水遭遇長(zhǎng)江潮位頂托時(shí)，水位偏高且超警時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重威脅滁河流域防洪安全。洪潮遭遇定性分析［1-2］主要采用統(tǒng)計(jì)方法。呂小帥等［3］采用水文分析法從洪潮頻率遭遇、洪潮錯(cuò)峰時(shí)間遭遇兩方面，分析椒江洪潮遭遇規(guī)律；叢娜等［4］采用圖示法，表示河口地區(qū)洪水和潮水遭遇的相關(guān)性；張福然等［5］以洪水為主潮水相應(yīng)和以潮水為主洪水相應(yīng)的兩種遭遇方式，計(jì)算起始水位與起始流量，推算大遼河河道水面線；劉曾美等［6］采用定性分析法，詳細(xì)分析竹銀站水位與上游馬口站洪水和河口三灶站潮位的關(guān)聯(lián)性。

上述研究主要集中于入海河道，對(duì)受長(zhǎng)江感潮影響的分洪道應(yīng)用較少，本文基于大量實(shí)測(cè)流量資料和水位資料，選取滁河分洪道馬汊河代表站葛塘站，詳細(xì)分析其水位與上游洪水及下游潮位的關(guān)聯(lián)性，對(duì)歷年同步觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，得出不同頻率下上游洪水可能遭遇下游潮位的情況，并提出推薦洪潮組合方案。

1 基礎(chǔ)資料

本次洪潮遭遇分析主要采用葛塘水文站、干流流量站和長(zhǎng)江潮位站資料。出口控制站汊河集閘來水主要通過馬汊河入長(zhǎng)江，河段區(qū)間匯流少，基本無出流，因此選取汊河集閘站為干流流量代表站；馬汊河入江口無潮位站，選取其上游南京站替代?；谟^測(cè)年份，本文采用1974—2020年序列葛塘站歷年最高水位資料、汊河集閘站流量資料和南京站潮位資料進(jìn)行分析。

2 葛塘站水位與上游洪水和河口潮位關(guān)聯(lián)性

為了研究馬汊河水位受上游洪水和下游潮位的影響規(guī)律，本文采用定性分析法，詳細(xì)分析葛塘水位與上游汊河集閘站下泄洪水和下游南京站潮位的關(guān)聯(lián)性。

2.1 葛塘站水位與上游洪水的遭遇分析

對(duì)1974—2020年共47 a葛塘站年最高水位、汊河集閘站相應(yīng)日均流量、汊河集閘站年最大日均流量系列分別進(jìn)行頻率分析，線性選擇P-Ⅲ型頻率曲線。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析成果，汊河集閘站相應(yīng)流量的均值為606 m3/s，年最大日均流量系列的均值為670 m3/s，說明當(dāng)葛塘站發(fā)生高潮位時(shí)，總體上遭遇上游汊河集閘站較大洪水，即葛塘站最高水位受上游洪水的影響較大。

通過點(diǎn)繪葛塘站歷年最高水位和汊河集閘站相應(yīng)日均流量的散點(diǎn)圖，同時(shí)點(diǎn)繪兩站不同頻率遭遇線（圖1），可知當(dāng)葛塘站出現(xiàn)年最高水位時(shí)，汊河集閘站流量出現(xiàn)過17 a超過多年平均年最大流量值的情況，其中7 a超過5年一遇，3 a超過10年一遇，1 a超過20年一遇。

圖1 葛塘站最高水位與汊河集閘相應(yīng)日均流量關(guān)系

由汊河集閘相應(yīng)日均流量和歷年最大日均流量散點(diǎn)圖可知，35 a中有18 a出現(xiàn)相應(yīng)日均流量和歷年最大日均流量相同的情況。統(tǒng)計(jì)葛塘最高水位與汊河集閘最大日均流量遭遇情況，見表1。由表1可知，葛塘站有12 a超過最高水位多年平均值（9.04 m），其中10 a接近或超過5年一遇水位，7 a超過10年一遇水位，1 a超過20年一遇水位，1 a接近50年一遇水位。汊河集閘10 a超過日均最大流量多年平均值670 m3/s，6 a接近或超過5年一遇流量，2 a超過10年一遇流量，1 a超過20年一遇流量。

表1 葛塘站最高水位與汊河集閘最大日洪水流量遭遇分析統(tǒng)計(jì)

2.2 葛塘站水位與下游潮位的遭遇分析

選用P-Ⅲ型頻率曲線，對(duì)南京站1912—2020年最高潮位及1974—2020年葛塘最高水位相應(yīng)潮位進(jìn)行頻率分析計(jì)算。根據(jù)分析成果，南京站相應(yīng)潮位均值為8.40 m，年最高潮位系列均值為8.50 m，兩者較為相近。說明當(dāng)葛塘站發(fā)生最大洪水時(shí)，總體上能遭遇南京站較高潮位，即葛塘站水位受長(zhǎng)江潮位影響較大。

點(diǎn)繪葛塘站歷年最高水位和南京站相應(yīng)潮位的散點(diǎn)圖，同時(shí)點(diǎn)繪兩站不同頻率遭遇線（圖2），可知當(dāng)葛塘站出現(xiàn)年最高水位時(shí)，南京站出現(xiàn)過29 a超過多年平均年最大潮位值的情況，其中12 a超過5年一遇潮位，4 a接近或超過20年一遇潮位，1 a接近50年一遇潮位。

圖2 葛塘站最高水位與南京站相應(yīng)潮位關(guān)系

由南京站歷年相應(yīng)潮位和最高潮位散點(diǎn)圖可知，47 a中出現(xiàn)11 a葛塘最高水位遭遇南京站最高潮位的情況，遭遇年份見表2。由表2可見，只有1 a超過葛塘最高水位多年平均值（9.04 m），重現(xiàn)期超過5年一遇，其余10 a均低于多年平均值，且重現(xiàn)期均小于2年一遇。相應(yīng)年份南京潮位站僅出現(xiàn)1 a為20年一遇高潮位，其余年份均小于5年一遇。有1 a發(fā)生過接近10年一遇高水位遭遇了20年一遇年最高潮位的情況。

表2 葛塘站最高水位與南京站最高潮位遭遇分析統(tǒng)計(jì)

2.3 洪潮遭遇情況下水位重現(xiàn)期分析

根據(jù)洪潮遭遇情況，挑選其中葛塘最高水位超過5年一遇的年份，統(tǒng)計(jì)上游來水和下游潮位的重現(xiàn)期見表3。

由表3可見，葛塘最高水位超過5年一遇時(shí)，遭遇接近或超過5年一遇洪水的為6 a，遭遇20年一遇下游高潮的為1 a，同時(shí)遭遇洪潮情況為1 a。說明葛塘年最高水位超過5年一遇時(shí)，以遭遇上游洪水為主，洪潮同時(shí)遭遇情況較少。

表3 葛塘站高重現(xiàn)期水位下洪潮遭遇分析統(tǒng)計(jì)

3 洪潮遭遇組合方案選取

按照南京市城市總體規(guī)劃，滁河流域城鎮(zhèn)近期防洪標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，遠(yuǎn)期防洪標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，因此主要分析20年一遇洪水與潮水位的遭遇情況。

以南京站潮水位為縱坐標(biāo)，汊河集閘最大日均流量為橫坐標(biāo)，用不同符號(hào)分別點(diǎn)繪以洪水為主的遭遇相關(guān)點(diǎn)據(jù)和以潮水位為主的遭遇相關(guān)點(diǎn)據(jù)，再分別繪出潮水位線和最大日均流量線，并標(biāo)出各線的重現(xiàn)期，同頻率交叉點(diǎn)連線為遭遇的同頻率線（圖3）。由圖3可見，洪水為主時(shí)，汊河集閘站最大日均流量大于5年一遇的有5次，其中最大為1 520 m3/s，出現(xiàn)在1991年，相應(yīng)年份南京站的最高潮位為9.70 m，該潮位超過10年一遇。在5次洪水的相應(yīng)潮位中，1987年的相應(yīng)潮位較低，位于圖3的下部，其洪潮組合對(duì)防洪影響較小。其余4次位置較高，緊靠在同頻率線下側(cè)，潮水位較高，其洪潮組合對(duì)防洪影響較大。潮水為主時(shí)，汊河集閘站最大日均流量大于5年一遇的僅有1次，約為10年一遇。

圖3 南京潮位站與汊河集閘站最大日均流量遭遇關(guān)系

對(duì)于馬汊河而言，影響防洪安全的主要是洪水為主時(shí)潮位較高的洪潮組合型洪水，即實(shí)際發(fā)生的1991、1983、2003、2020年的4次洪水，按這4次洪水繪制的洪潮組合線如圖3所示。在遭遇分析中一般按平均偏不利的原則確定遭遇組合方案，本文推薦采用洪潮遭遇組合。當(dāng)該流域發(fā)生10年一遇洪水時(shí)，對(duì)應(yīng)潮位站采用10年一遇設(shè)計(jì)潮位；當(dāng)該流域發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，對(duì)應(yīng)潮位站采用20年一遇潮位。設(shè)計(jì)潮位推薦結(jié)果如圖3所示外包線中的遭遇關(guān)系線。

4 結(jié)語

馬汊河行洪直接關(guān)系著滁河下游防洪安全，其水位既受上游洪水影響，又受長(zhǎng)江潮汐的控制，本文基于大量基礎(chǔ)資料分析其代表站葛塘站水位與上游汊河集閘站流量和南京站潮位的關(guān)聯(lián)性，探索其洪潮遭遇規(guī)律，采用圖示法確定以洪為主潮水相應(yīng)和以潮水為主洪水相應(yīng)兩種遭遇方式，提出推薦組合方案。

結(jié)果表明，葛塘站水位既受上游洪水影響，又受下游潮位的影響，葛塘站年最高水位超過5年一遇時(shí)，以遭遇上游洪水為主，洪潮同時(shí)遭遇情況較少。推薦洪潮遭遇組合方案為：當(dāng)汊河集閘站發(fā)生10年一遇洪水時(shí)，對(duì)應(yīng)南京站潮位采用10年一遇設(shè)計(jì)潮位；當(dāng)汊河集閘站發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，對(duì)應(yīng)南京站潮位采用20年一遇設(shè)計(jì)潮位。