基于沂沭河百年一遇洪水條件下的沂沭泗河洪水“東調”“南下”關系研究

王蓓，黃渝桂

（中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司，安徽 合肥 230601）

0 引言

沂沭泗河洪水東調南下工程是一項解決沂河、沭河（以下簡稱“沂沭河”）及南四湖地區(qū)洪水出路的系統(tǒng)工程。經(jīng)過幾十年治理，沂沭泗流域初步形成了由水庫、河湖堤防、控制性樞紐、行洪河道、蓄滯洪工程等組成的防洪工程體系，流域中下游重要防洪保護區(qū)的總體防洪標準基本達到了50 年一遇。

近年來，沂沭泗流域經(jīng)濟社會快速發(fā)展，沂沭泗河中下游防洪保護對象及重要性都發(fā)生了較大變化，對保護區(qū)防洪標準提出了新的更高要求。防洪保護區(qū)防洪標準適應性分析成果表明，現(xiàn)狀防洪標準偏低，與保護區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展和城市產(chǎn)業(yè)布局要求不匹配，需進一步提高沂沭泗流域防洪標準，因此，開展100 年一遇洪水條件下的沂沭河洪水安排研究是十分必要的。

1 概述

沂沭泗河水系洪水總體治理原則是“上蓄、下排、統(tǒng)籌兼顧，合理調度”。沂沭泗流域防洪工程體系總體布局為上游利用修建的水庫，攔蓄山丘區(qū)洪水；下游利用新沭河、新沂河排洪能力，開辟沂沭泗河洪水入海出路；在沂河、沭河上分別修建有劉家道口和大官莊樞紐工程，用來控制沂河、沭河洪水，使沂河、沭河洪水盡量由新沭河就近“東調”入海，從而騰出駱馬湖、新沂河調蓄洪水、泄洪能力接納南四湖“南下”洪水。

沂河是沂沭泗河水系中最大的山洪河流，河道全長333km；沭河也是山洪河流，與沂河平行南下，河道全長300km。沂沭河洪水安排主要是通過劉家道口樞紐、大官莊樞紐調度實現(xiàn)，“東調”與“南下”不同比例的洪水安排將影響沂河、沭河、分沂入沭水道、新沭河（含石梁河水庫）、新沂河等東調南下工程布局，需通過“東調”與“南下”不同洪水比例方案比選確定沂沭河洪水安排，優(yōu)化東調南下工程布局。

2 計算方法

2.1 水庫調算

水庫調洪演算的理論方法是基于水力學的圣維南方程組進行簡化，忽略了洪水入庫至泄洪建筑物間的行進時間、沿程流速變化及動庫容等因素的影響，簡化后得到水庫調洪演算公式，即水量平衡方程[1,2]。

式中：Q1，Q2—分別為計算時段初、末的入庫流量（m3/s）；

q1，q2—分別為計算時段初、末的下泄流量（m3/s）；

V1，V2—分別為計算時段初、末的水庫蓄水量（m3）；

ΔV—V1與V2之差；

Δt—計算時段。

2.2 河道演進

河道演進采用馬斯京根流量演算法的改進方法即分段連續(xù)演算法。分段連續(xù)演算法根據(jù)馬斯京根演算方程為線性系統(tǒng)的特點，首先推求上游斷面進入一個單位水量后經(jīng)多個河段連續(xù)向下游演進，在下游斷面形成一個相應的流量過程線。

沂河、沭河上游為山區(qū)性河流，干、支流間相互干擾作用不大，可把干、支流各河段視為相互獨立的無支流河段，求得各自的流量演算參數(shù)，分別把上游站（水庫出流）的入流量演算到下游站（臨沂站、重溝站），然后疊加即為該斷面的出流過程。

2.3 樞紐調度

沂河臨沂、沭河大官莊洪水過程按照沂河、沭河洪水經(jīng)水庫調蓄后下泄，匯入?yún)^(qū)間水，并經(jīng)河道演進的方法確定。

沂河臨沂、沭河大官莊洪水過程按照擬定的調度運用辦法進行河道分流計算，確定沂河劉家道口以下流量過程、沂河江風口以下流量過程、邳蒼分洪道流量過程、分沂入沭水道流量過程、新沭河泄洪閘流量過程、老沭河流量過程。

2.4 駱馬湖調洪

按照駱馬湖現(xiàn)有調度運用辦法，根據(jù)入湖過程、湖水位與容蓄量曲線、水位與出流（嶂山閘）關系曲線，結合嶂山閘～沭陽區(qū)間來水，按新沂河沭陽設計行洪規(guī)模湊泄，進行調洪演算，計算嶂山閘出口下泄情況下駱馬湖水位及泄量過程。

3 沂沭河“東調”“南下”洪水安排方案分析

擬定沂沭河洪水“東調”“南下”不同比例洪水安排方案，分析不同洪水安排方案對沂沭泗河洪水東調南下工程格局的影響，并提出推薦方案。

3.1 “東調”“南下”洪水安排方案擬定

方案一：“東調”維持50 年一遇行洪規(guī)模不變，超額洪水洪量（超50 年一遇洪水，下同）全部“南下”。

方案二：“南下”維持50 年一遇行洪規(guī)模不變，超額洪水洪量全部“東調”。

方案三：用足現(xiàn)狀河道行洪能力，超額洪水洪量60%“東調”、40%“南下”。

3.2 方案比選范圍

南四湖100 年一遇洪水安排是通過擴大韓莊運河、中運河行洪規(guī)模下泄超額洪水，南四湖堤防不再加高，滿足南四湖防洪要求。根據(jù)南四湖調洪演算成果和淮河流域綜合規(guī)劃成果，中運河運河鎮(zhèn)規(guī)模為7200m3/s，不參與沂沭河洪水安排方案比選。

根據(jù)淮河流域綜合規(guī)劃，駱馬湖按照100 年一遇設計水位24.83m（1985 國家高程基準）要求，通過采取河道擴挖或堤防加固措施擴大新沂河行洪能力，駱馬湖堤防不再加高。駱馬湖工程主要與是否退守宿遷大控制有關，沂沭河洪水安排不影響駱馬湖工程，因此，駱馬湖工程不參與沂沭河洪水安排方案比選。

邳蒼分洪道仍維持分洪規(guī)模4000m3/s 不變，不參與沂沭河洪水安排方案比選。

綜上所述，沂沭河“東調”“南下”洪水安排方案比選范圍包括沂河、沭河、分沂入沭水道、新沭河（含石梁河水庫）、新沂河。

3.3 “東調”“南下”不同比例洪水安排方案分析

根據(jù)沂沭河上游水庫調洪演算、樞紐調度分洪、石梁河水庫調洪演算、駱馬湖調洪演算、河道洪水演進等成果，分析沂沭河不同比例洪水安排方案對東調南下工程格局的影響。

3.3.1 方案一（超額洪水洪量全部“南下”）

沂沭河100 年一遇洪水，超額洪水洪量全部“南下”，經(jīng)沂河、沭河入駱馬湖和新沂河入海。

新沭河維持50 年一遇行洪規(guī)模不變，即新沭河泄洪閘規(guī)模6000m3/s，新沭河下段規(guī)模6000～6400m3/s。

擴大沂河、沭河、新沂河行洪規(guī)模下泄沂沭河超額洪水，即江風口以下沂河由8000m3/s 擴建到11000m3/s，邳蒼分洪道規(guī)模4000m3/s，沭河人民勝利堰閘由2500m3/s 擴建到5050m3/s；沭陽以下新沂河由7800m3/s 擴建到9400m3/s，新沂河?？跇屑~閘由7800m3/s 擴建到9400m3/s。擴建工程主要集中在沂河、沭河、新沂河。

方案一投資規(guī)模最大。沂沭河超額洪水洪量全部“南下”，沒有充分發(fā)揮新沭河河道行洪能力和石梁河水庫調蓄作用，“東調”工程仍有較大行洪余力；增加了駱馬湖、宿遷市防洪壓力，河道擴挖占用大量土地資源。

沭河人民勝利堰以下河道行洪規(guī)模由2500m3/s 擴大至5050m3/s，由于該段區(qū)域沖積物覆蓋層較厚，部分堤段座落于砂基之上或堤身由砂土填筑而成，行洪時堤基、堤身滲水嚴重，為險工險情易發(fā)段，影響堤防安全，給沭河防洪帶來較大壓力，因此該段沭河需采取河道擴挖和險工處理措施。另外，由于新沂河口頭水位過低，與沭河出口處水位不銜接，河道縱向比降過大，河床土質基本以砂性土為主，考慮到工程安全，沭河人民勝利堰以下段行洪規(guī)模不宜擴大太多。

3.3.2 方案二（超額洪水洪量全部“東調”）

沂沭河100 年一遇洪水，超額洪水洪量全部“東調”，經(jīng)新沭河就近入海。

沂河、沭河維持50 年一遇行洪規(guī)模不變，即江風口以下沂河規(guī)模8000m3/s，邳蒼分洪道規(guī)模4000m3/s，沭河人民勝利堰閘規(guī)模2500m3/s。

擴大分沂入沭水道、新沭河行洪規(guī)模下泄沂沭河超額洪水，即分沂入沭水道由4000m3/s 擴建到7000m3/s；新沭河泄洪閘由6000m3/s 擴建到10800m3/s，新沭河下段由6000～6400m3/s 擴建到8600～9200m3/s，三洋港閘由6400m3/s 擴建到9200m3/s。擴建工程主要集中在分沂入沭水道、新沭河。

方案二投資規(guī)模次之。雖然沂沭河超額洪水洪量可以就近“東調”入海，但沒有充分發(fā)揮沂河、沭河下段行洪能力，“南下”工程仍有較大行洪余力；超額洪水全部由新沭河承擔，石梁河水庫防洪高水位持續(xù)時間長，增加了石梁河水庫、連云港市防洪壓力；新沭河下游河道高水位大流量持續(xù)時間長，行洪期間連云港市區(qū)基本無法排澇，惡化了當?shù)嘏艥硹l件。

3.3.3 方案三（用足現(xiàn)狀河道行洪能力，超額洪水洪量60%“東調”、40%“南下”）

沂沭河100 年一遇洪水，在保障駱馬湖行洪安全的前提下，用足現(xiàn)狀河道行洪能力分洪，盡量“東調”入海。

江風口以下沂河由8000m3/s 擴建到9600m3/s；邳蒼分洪道規(guī)模4000m3/s；沭河人民勝利堰閘由2500m3/s 擴建到3000m3/s；分沂入沭水道由4000m3/s擴建到5400m3/s；沭陽以下新沂河由7800m3/s 擴建到8600m3/s，新沂河?？跇屑~閘由7800m3/s 擴建到8600m3/s；新沭河泄洪閘由6000m3/s 擴建到8300m3/s，新沭河下段由6000～6400m3/s 擴建到7000～7600m3/s，三洋港閘由6400m3/s 擴建到7600m3/s。擴建工程主要集中在沂河、沭河、分沂入沭水道、新沂河、新沭河，其中沂河、沭河、分沂入沭水道、新沂河工程量較小。

方案三投資規(guī)模最小。沂沭河超額洪水洪量用足現(xiàn)狀河道行洪能力分洪，盡量“東調”入海，沂河、沭河現(xiàn)狀行洪能力可得到充分發(fā)揮，工程占地最小，符合沂沭河上游洪水盡量“東調”原則；擴大分沂入沭水道、新沭河行洪規(guī)?？墒购樗徒皷|調”入海；擴大新沂河行洪規(guī)模可使駱馬湖洪水盡快“南下”入海，騰出駱馬湖部分庫容接納南四湖下泄洪水，充分發(fā)揮東調南下防洪工程體系的整體效益。

沂河劉家道口以下段、沭河人民勝利堰以下段、新沂河等“南下”河道提高至100 年一遇行洪規(guī)模，如果遇到沂沭河同頻率的極端天氣，而南四湖無降雨，可充分發(fā)揮“南下”河道行洪能力，洪水經(jīng)新沂河入海，從而減輕“東調”洪水壓力，更好地發(fā)揮東調南下防洪工程體系的整體效益。

綜上所述，沂沭河發(fā)生100 年一遇洪水，超額洪水安排對東調南下工程布局影響較大。根據(jù)沂沭河上游洪水盡量“東調”原則，并統(tǒng)籌考慮沂河下游、沭河人民勝利堰以下段、分沂入沭水道、新沂河、新沭河等河道行洪能力及新沭河下游城市防洪排澇要求，采用方案三（用足現(xiàn)狀河道行洪能力，超額洪水洪量60%“東調”、40%“南下”）作為沂沭河洪水安排推薦方案。

4 結論

（1）當沂沭河發(fā)生100 年一遇洪水時，根據(jù)水庫調洪演算、河道洪水演進和樞紐（劉家道口樞紐、大官莊樞紐）調度分洪等成果，“東調”與“南下”不同比例的洪水安排將影響沂河、沭河、分沂入沭水道、新沭河（含石梁河水庫）、新沂河等東調南下工程布局。

（2）沂沭河超額洪水洪量全部“南下”方案，沒有充分發(fā)揮新沭河河道行洪能力和石梁河水庫調蓄作用，“東調”工程仍有較大行洪余力，增加了駱馬湖、宿遷市防洪壓力，河道擴挖占用大量土地資源，投資規(guī)模最大；沂沭河超額洪水洪量全部“東調”方案，沒有充分發(fā)揮沂河、沭河下段行洪能力，“南下”工程仍有較大行洪余力，增加了石梁河水庫及連云港市防洪排澇壓力，投資規(guī)模次之；沂沭河超額洪水洪量用足現(xiàn)狀河道行洪能力分洪，盡量“東調”入海方案，可充分發(fā)揮沂河、沭河現(xiàn)狀行洪能力，擴大分沂入沭水道、新沭河行洪規(guī)?？墒购樗徒皷|調”入海，擴大新沂河行洪規(guī)?？墒柜橊R湖洪水盡快“南下”入海，騰出駱馬湖部分庫容接納南四湖下泄洪水，充分發(fā)揮東調南下防洪工程體系的整體效益，投資規(guī)模最小，因此，采用本方案作為沂沭河洪水安排推薦方案。

（3）沂沭河100 年一遇洪水“東調”“南下”不同比例洪水安排方案研究成果可為優(yōu)化沂沭河100年一遇洪水安排及東調南下工程布局，進一步鞏固完善沂沭泗流域防洪工程體系，提高骨干河道中下游防洪保護區(qū)防洪標準提供參考■