感潮河道分流比研究

仲兆林，萬曉凌，朱凱

（1.江蘇省水文水資源勘測局常州分局，江蘇常州213001；2.江蘇省水文水資源勘測局，江蘇南京210029）

引江濟(jì)太是太湖綜合治理的需要，尤其新溝河、新孟河等工程即將實(shí)施[1]，通過引江濟(jì)太促進(jìn)太湖水體流動，改善太湖水質(zhì)。分析引江河道分流比變化確保合理規(guī)劃樞紐工程的建設(shè)，確保城市防洪安全，合理利用水資源，改善區(qū)域水環(huán)境、水生態(tài)。本文通過對引江河道澡港河多年來水位流量、泥沙等方面的實(shí)測資料分析，研究澡港河叉河分流比，進(jìn)一步優(yōu)化工程調(diào)水方案。

圖1 常州沿江主要水系及新老澡港河分流口示意圖

1 研究區(qū)概況及方法

1.1 研究區(qū)概況

澡港河地處常州市東北部，由淥安洲東側(cè)進(jìn)入長江，是武澄西引排工程中連接長江和大運(yùn)河的重要通江河道之一。澡港河支流眾多，1996年完成河道拓浚工程，上游圩塘鎮(zhèn)段裁彎取直，下游于龍虎塘以北的胡莊處分流，形成兩股水流，一股沿澡港河往西南經(jīng)過常州高新區(qū)流入市區(qū)關(guān)河；一股沿老澡港河?xùn)|支往東南經(jīng)洪福村北首穿過永匯河后流入北塘河，再經(jīng)過橫塘河、丁塘港、三山港等北塘河支流部分流入大運(yùn)河中、部分流到江陰境內(nèi)（見圖1）。

1.2 研究方法

本文通過研究圣維南方程組在感潮河道水文測驗(yàn)中的應(yīng)用，分析影響感潮河道的水文因素，研究影響兩河的水位、流量的主意因素，采用一潮推流法進(jìn)行流量定線進(jìn)行潮量計(jì)算，從而得出其分流比的變化規(guī)律。

2 結(jié)果及分析

2.1 影響分流比變化的因素

明渠非恒定漸變流的基本方程為圣維南方程組[2]

式中，s為流程；t為時間；z為水位；A為過水?dāng)嗝婷娣e；Q為流量。

由于河網(wǎng)地區(qū)水流情況復(fù)雜，分流比關(guān)系也相對復(fù)雜，澡港河又是受長江潮汐影響的感潮河道，感潮河道的流量變化在考慮圣維南方程包含的影響因素外，還需考慮澡港河與老澡港東支之間潮量、水面比降、糙率、含沙量等水力因素[3]的變化造成的兩河間的分流比的變化。當(dāng)兩河道的各水力因素同步增大或者減小時，分流比不會發(fā)生變化；當(dāng)兩河道水流因素變化不一致時，會導(dǎo)致分流比產(chǎn)生變化。

2.1.1 潮量

澡港河屬感潮河道，主要來水為長江水，汛期5—9月引水占全年引水量60%左右。在豐水年，沿江各閘從長江引水量相對較小，排水量相對較大；在枯水年引水量較多。潮量的變化與潮汛的大小密切相關(guān)，是影響新老澡港河分流比重要因素。

2.1.2 水面比降

潮流段的水面比降，由于受到潮汐影響，比降比較復(fù)雜，低潮時水面比降大于高潮時，汛期水面比降大于枯水期，潮位高時水面比降大于潮位低時。

2.1.3 來沙量

長江水含沙量高，江水是澡港河的主要水源，引水同時將江水挾帶的泥沙帶入河道中，是內(nèi)河淤積的重要因素。大潮期水流速大，挾沙能力強(qiáng)，河床除槽頂端外，一般以沖為主，水體含沙量較高。小潮期，水流速小，挾沙能力低，水流含沙量小，河床以淤積為主[4]。

2.1.4 斷面面積

由于河道水位的變化及河道沖刷淤積的影響，使河道過水面積不斷變化。從圣維南方程可見，斷面面積是影響斷面流量的重要因素。

2.2 測驗(yàn)分析

2.2.1 斷面布設(shè)及斷面面積變化

2008年8月在澡港河及東支分岔口處分別布設(shè)了流量監(jiān)測斷面進(jìn)行同步流量監(jiān)測。在斷面布設(shè)中考慮到支流、潮汐、比降等因素的影響，故將澡港河斷面布設(shè)在西湖塘橋處，而老澡港河?xùn)|支斷面布設(shè)在盤龍圓橋處，位置見圖1。

采用鉛魚加測繩法進(jìn)行大斷面測量，以水位為基準(zhǔn)，每2 m測一個點(diǎn)，根據(jù)實(shí)測斷面資料計(jì)算兩斷面面積比與水位變化關(guān)系見圖2。

圖2 斷面面積比與水位變化關(guān)系圖

由于澡港河河槽常年處于沖刷狀態(tài)，澡港河在同水位下河底較深，過水?dāng)嗝婷娣e較老澡港河?xùn)|支大，面積比成曲線分布，但隨著水位增大，逐漸變緩。

2.2.2 測驗(yàn)方法

測驗(yàn)時序上考慮，從2008年8月份開始，時空分布均勻，根據(jù)降水、水面比降的變化連續(xù)監(jiān)測。

2.3 分流比分析計(jì)算

2.3.1 流量測驗(yàn)分析

通過2008年以來近33次流量監(jiān)測資料的分析，兩條河道在不同潮汐的情況下，分流比發(fā)生變化，根據(jù)監(jiān)測資料計(jì)算分析，有比較明顯的規(guī)律：

長江大潮汛期，澡港河及其東支同步實(shí)測流量16次流量，根據(jù)實(shí)測資料建立澡港河西湖塘橋斷面流量與總流量的關(guān)系圖，如圖3。

長江小潮汛期，澡港河及其東支同步實(shí)測流量17次流量，根據(jù)實(shí)測資料建立澡港河西湖塘橋斷面流量與總流量的關(guān)系圖，如圖4。

圖3 大潮汛期澡港河西湖塘橋斷面流量與總流量關(guān)系圖

圖4 小潮汛期澡港河西湖塘橋斷面流量與總流量關(guān)系圖

由圖3、4兩相關(guān)關(guān)系圖可知，除出現(xiàn)個別沒有代表意義極端情況測點(diǎn)外，在大潮汛期，新澡港河的流量占總流量的0.7左右；小潮汛期，新老澡港河分流相當(dāng)，約各占一半。

2.3.2 潮量測驗(yàn)分析

潮量是感潮河道研究的重點(diǎn)對象之一，探討潮量的變化是感潮河道分流比研究目的。2009年7月至12月分別在7個引排水潮次同步監(jiān)測澡港河及東支的引排潮量，實(shí)測引排水量及占總量統(tǒng)計(jì)計(jì)算如表1所示。

表1 實(shí)測澡港河及東支同步引排水量監(jiān)測成果統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表1實(shí)測成果分析，在大小潮汛期，新老澡港河引排水量比變化是與流量比變化一致的，即在大潮汛期，澡港河的引排水量占總量的0.7左右；小潮汛期，澡港河分流一樣。

2.3.3 影響分析

引江濟(jì)太是運(yùn)用水利手段改善太湖流域水環(huán)境的一個重要措施，流域水利工程體系將長江清水調(diào)入太湖流域，通過水資源的優(yōu)化調(diào)度，提高流域水資源承載能力，增加水環(huán)境容量，緩解流域水質(zhì)型缺水矛盾，遏制流域水環(huán)境惡化趨勢，最終達(dá)到改善太湖和流域河網(wǎng)水環(huán)境的目的。拓浚澡港河是太湖流域綜合治理的需要，澡港河拓浚工程完成后，提高引江能力，也擴(kuò)大排水出路，將武澄錫地區(qū)上游洪水迅速就近排入長江，減輕常武地區(qū)及北塘河沿線圩區(qū)的防洪除澇壓力，澡港河?xùn)|支樞紐的實(shí)施，將更有利于常州城區(qū)防洪大包圍的建設(shè)[5]。

澡港河多年平均引排水量約3.5億m3。通過對其分流比分析研究后，澡港河年平均出入常州市區(qū)水量達(dá)2.1億m3左右，在遇到干旱年份進(jìn)行合理引排調(diào)度，保證工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用水。

3 結(jié)語

通過研究圣維南方程組中水位、流量、面積等影響河道分流比的水力因素，在澡港河實(shí)測水文資料基礎(chǔ)上分析研究，初步得出以下主要認(rèn)識：

1）感潮河道中，潮汐的變化，是其分流比中最重要的影響因素；水面比降也受潮汐的影響，大潮汛，水面比降大，分流比大；小潮汛，水面比降小，分流比小。

2）澡港河及其東支分流比：大潮汛期7：3；小潮汛期5：5。

[1] 水利部上海勘測設(shè)計(jì)研究院.新孟河延伸拓浚工程可行性研究總體設(shè)計(jì)大綱[R].2008.

[2] 伍寧.一維圣維南方程組在非恒定流計(jì)算中的應(yīng)用[J].人民長江,2001,32(11):16-18.

[3] 徐正帆.水力學(xué)下冊 [M].北京:高等教育出版社,1987:300-310.

[4] 謝鑒衡.河床演變及整治[M].北京：中國水利水電出版社，1997.

[5]水利部上?？睖y設(shè)計(jì)研究院.常州市城市防洪規(guī)劃修編報(bào)告[M].上海：水利部上?？睖y設(shè)計(jì)研究院，2007.