六垛南閘(閘上)防汛特征水位復(fù)核分析

劉融融，李 昂，單 帥，劉田田

(1.江蘇省水文水資源勘測(cè)局鹽城分局，江蘇 鹽城 224501；2.江蘇省水文水資源勘測(cè)局徐州分局，江蘇 徐州 221000)

1 概述

隨著淮河流域、區(qū)域防洪除澇工程的規(guī)劃和實(shí)施，大批水利骨干工程相繼建成投運(yùn)，目前流域和區(qū)域工情已發(fā)生了較大的變化，區(qū)域主要河道防洪和輸供水能力不斷提高；另一方面，由于多年來(lái)未結(jié)合工情、水情變化對(duì)防汛特征水位進(jìn)行核定、設(shè)立；因地面沉降因素影響，部分站點(diǎn)水位數(shù)據(jù)已失真，現(xiàn)有防汛特征水位已不能客觀反映工程實(shí)際防洪能力和防汛形勢(shì)。蘇北灌溉總渠是淮河洪澤湖以下排洪入海通道之一，又是引進(jìn)洪澤湖水源發(fā)展廢黃河以南地區(qū)灌溉的引水渠道，橫貫淮安、鹽城兩市，渠道全長(zhǎng)168 km，兼有排澇、引水、航運(yùn)、發(fā)電、泄洪等多項(xiàng)功能。蘇北灌溉總渠防汛問(wèn)題備受社會(huì)公眾及媒體的關(guān)注。因此，對(duì)河湖防汛抗旱特征水位重新進(jìn)行系統(tǒng)核定，以提高防汛決策依據(jù)的科學(xué)性，十分必要。

2 基本情況

2.1 水系概況

鹽城市境內(nèi)河流眾多，水網(wǎng)密布，河渠縱橫，四通八達(dá)。通榆河、串場(chǎng)河、灌河、廢黃河、淮河入海水道、蘇北灌溉總渠、射陽(yáng)河、黃沙港、新洋港、斗龍港等“兩縱九橫”骨干河道貫穿全境。根據(jù)流域水系劃分，廢黃河以北屬沂沭泗水系，廢黃河及其以南屬淮河水系。目前已形成了以區(qū)域骨干河道為支撐的沂南地區(qū)、廢黃河地區(qū)、渠北地區(qū)、里下河腹部及射陽(yáng)河沿岸地區(qū)、沿海墾區(qū)等五大區(qū)域。按區(qū)域水系布局又劃分為沂南地區(qū)、廢黃河地區(qū)、翻身河地區(qū)、淤黃河地區(qū)、渠北地區(qū)、里下河腹部及射陽(yáng)河沿岸地區(qū)、夸套地區(qū)、運(yùn)棉河地區(qū)、利民河地區(qū)、西潮河地區(qū)、大豐斗南墾區(qū)和東臺(tái)堤?hào)|墾區(qū)等12個(gè)獨(dú)立的區(qū)域。

2.2 河道堤防

2.2.1 河道堤防工程

淮河入海水道與蘇北灌溉總渠形成兩河三堤布局，蘇北灌溉總渠北堤為入海水道的南堤，現(xiàn)狀按洪澤湖100 a一遇設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，二期工程將加高培厚，為1級(jí)堤防；南堤現(xiàn)狀為328省道，保護(hù)里下河地區(qū)1835萬(wàn)畝耕地，為1級(jí)堤防。

2.2.2 河道歷史行洪概況

1952年規(guī)劃為排洪700 m3/s，1960年后提高至800 m3/s，六垛閘上相應(yīng)的設(shè)計(jì)行洪水位為4.5 m。1957年腰閘建成以來(lái)，總渠總共大流量行洪(400 m3/s以上)32次，日均超過(guò)700 m3/s流量行洪的有8次(1960年1 d、1961年1 d、1962年13 d、1969年12 d、1970年6 d、1971年2 d、1991年1 d、2003年26 d)，最大日均流量為787 m3/s(61年9月13日)，六垛閘上最高水位4.67 m(56年10月29日)。最大流量與最高水位并不同步。1961年9月13日所出現(xiàn)的日均最大流量787 m3/s，六垛閘上水位僅為4.0 m。

3 防汛特征水位分析

3.1 水位分析研究

3.1.1 測(cè)站基本情況

六垛南閘水文站是省級(jí)重點(diǎn)水文站，設(shè)立于1953年6月，設(shè)有直立式水尺、自記水位計(jì)、遙測(cè)水位計(jì)等人工、自記、遙測(cè)觀測(cè)記錄設(shè)備，閘上采用ADCP測(cè)流。六垛南閘(閘上)實(shí)測(cè)最高水位4.67 m，發(fā)生在1956年10月29日；實(shí)測(cè)最低水位0.04 m，發(fā)生在1957年11月24日；最大流量898 m3/s，發(fā)生在1960年7月11日。

3.1.2 水文資料

六垛南閘(閘上)站為國(guó)家基本站，水位資料的測(cè)驗(yàn)和整編滿足各時(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，滿足本次防汛抗旱特征水位核定要求。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。故該站特征水位核定年最高水位頻率分析分三個(gè)資料系列進(jìn)行分析：1954年～2018年、1958年～2018年和1996年～2018年。

3.1.3 年最高水位頻率分析

水位頻率分析方法：樣本為年極值取樣，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，線型為P-Ⅲ型，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行目估適線。

選用六垛南閘(閘上)站1954年～2018年、1958年～2018年、1996年～2018年三個(gè)系列年最高水位資料系列進(jìn)行P-Ⅲ型頻率分析。其頻率分析成果見圖1～圖3和表1。

圖1 1954年～2018年六垛南閘(閘上)站年最高水位頻率曲線

圖2 1958年～2018年六垛南閘(閘上)站年最高水位頻率曲線

圖3 1996年～2018年六垛南閘(閘上)站年最高水位頻率曲線

表1 六垛南閘(閘上)站年最高水位頻率分析成果表 單位：m

比較六垛南閘(閘上)站1954年～2018年、1996年～2018年兩個(gè)系列頻率分析成果：六垛南閘(閘上)站100 a一遇水位分別為4.69 m、3.98 m，50 a一遇水位分別為4.57 m、3.91 m，20 a一遇水位分別為4.39 m、3.81 m，10 a一遇水位分別為4.24 m、3.72 m，2 a一遇水位分別為3.72 m、3.41 m。同頻率水位短系列明顯低于全系列，反映現(xiàn)狀工情下總渠調(diào)度行洪流量減小。

六垛南閘(閘上)站實(shí)測(cè)最高水位4.67 m，出現(xiàn)于1956年10月29日，以1958年～2018年系列分析相當(dāng)于769 a一遇(頻率0.13%)?，F(xiàn)狀警戒水位3.50 m，不同資料系列分析的重現(xiàn)期1.3 a～2.9 a。保證水位4.50 m，1958年～2018年系列分析的重現(xiàn)期為167 a一遇(P=0.60%)，短系列亦超萬(wàn)年一遇，故，從工程實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，六垛南閘(閘上)站現(xiàn)狀保證水位偏高。

六垛南閘(閘上)站部分分級(jí)水位頻率、重現(xiàn)期見表2。

表2 六垛南閘(閘上)站部分分級(jí)水位頻率、重現(xiàn)期一覽表

3.1.4 警戒水位確定

六垛南閘(閘上)站現(xiàn)狀警戒水位3.50 m，長(zhǎng)、短系列年最高水位重現(xiàn)期1.3 a～2.9 a。近期短系列頻率水位均比長(zhǎng)系列同頻率水位低，相同水位相應(yīng)重現(xiàn)期短系列比全系列長(zhǎng)，表明隨著時(shí)間的推移，總渠調(diào)度行洪流量呈減小趨勢(shì)。

總渠經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，險(xiǎn)工患段增多，行洪安全性下降，調(diào)度行洪流量減小，加之地面沉降，原警戒水位已不適應(yīng)現(xiàn)狀工情、水情，應(yīng)予以調(diào)整。結(jié)合總渠河段的現(xiàn)狀灘地高程調(diào)查成果、警戒水位重現(xiàn)期以及預(yù)警天數(shù)等分析綜合確定，擬對(duì)六垛南閘(閘上)站警戒水位下調(diào)0.10 m，即六垛南閘(閘上)站核定警戒水位為3.40 m。

3.2 保證水位

3.2.1 保證水位取值標(biāo)準(zhǔn)

保證水位是指保證堤防及其附屬工程安全擋水的上限水位。堤防的高度、寬度、坡度及堤身、堤基質(zhì)量已達(dá)到規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的河段，其設(shè)計(jì)洪水位即為保證水位。堤防工程尚未達(dá)到規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的河段，可按安全防御相應(yīng)的洪水位確定；如堤防工程防洪能力能夠防御超規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的歷史最高洪水位，保證水位可按歷史最高洪水位確定。

3.2.2 保證水位分析

六垛南閘(閘上)站現(xiàn)狀保證水位4.50 m，長(zhǎng)、短系列年最高水位重期分別為167 a、超萬(wàn)年。

根據(jù)六垛南閘(閘上)站年最高水位頻率分析成果，全資料系列P=1%(100 a一遇)年最高水位為4.44 m，現(xiàn)狀工情短資料系列P=1%年最高水位分別為3.98 m，短系列比全系列分別低0.46 m；現(xiàn)狀工情短系列現(xiàn)狀保證水位重現(xiàn)期超萬(wàn)年。反映現(xiàn)狀工情工程行洪安全性下降，現(xiàn)狀保證水位應(yīng)適當(dāng)下調(diào)。根據(jù)保證水位取值標(biāo)準(zhǔn)，堤防工程尚未達(dá)到規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的河段，可按安全防御相應(yīng)的洪水位確定。綜合核定六垛南閘(閘上)站現(xiàn)狀保證水位下調(diào)0.50 m，核定水位為4.00 m。由于該站水位受工程運(yùn)行調(diào)度影響顯著，根據(jù)長(zhǎng)、短水位資料系列采用P-Ⅲ型曲線分析得的重現(xiàn)期并不能真實(shí)反映工程的防洪能力。

4 結(jié)論

結(jié)合總渠河段的現(xiàn)狀灘地高程調(diào)查成果、警戒水位重現(xiàn)期以及預(yù)警天數(shù)等分析綜合確定，六垛南閘(閘上)站警戒水位下調(diào)0.10 m，核定警戒水位為3.40 m；現(xiàn)狀保證水位下調(diào)0.50 m，核定水位為4.00 m。目前總渠水情調(diào)度仍以未作地面沉降改正的水位來(lái)調(diào)度，上下游倒比降明顯，建議對(duì)總渠整編、報(bào)汛水位作地面沉降改正，以改正后的水位作為工程調(diào)度依據(jù)。