老沭河蘇魯省界至塔山閘段河道行洪能力分析

鄭長陵， 李 沛， 王繼龍

(江蘇省水文水資源勘測局徐州分局， 江蘇 徐州 221000)

沭河發源于山東省沂水縣北部沂山南麓石槽峪北太婆頂，流經沂水、莒縣、莒南、臨沂等地至臨沭縣大官莊分為東西兩支。東去稱新沭河，水流經過石梁河水庫調蓄后東下入海；南下稱老沭河，水流流經臨沭、郯城、新沂等縣市并在新沂市口頭匯入新沂河東下入海。

老沭河山東省境內依次建有人民勝利閘、清泉寺攔河閘、龍門橡膠壩、重興攔河閘等4座大型水工建筑物，江蘇境內依次建有塔山閘、王莊閘、廣玉壅水壩、邵店壅水壩、口頭壅水壩等5座大型水工建筑物。

老沭河蘇魯省界至塔山閘段河長約16 km，省界下7 km右岸新沂市城區設有新安水文站，水文站下游1.5 km右岸有入沭閘與新戴河連通，塔山閘上約1 km左岸有黃墩河匯入。

2011—2019年，老沭河西岸沭河之光、沭河之星、鐘吾公園、沭河之辰等景觀工程先后建成，對新安站上下游約5 km河段的過水斷面有一定程度影響。為滿足沂沭泗流域水情調度及新沂市城市防洪等要求，對老沭河蘇魯省界至塔山閘段河道行洪能力進行分析[1]。

1 行洪能力分析

河道行洪能力分析一般采用河段代表斷面分析法。新安站是老沭河江蘇境內唯一一個水文站，恰位于分析河段中間略偏上位置，也恰在老沭河四大景觀工程區域內，河道寬度相對較窄，常規堤防標準，該站所在斷面的行洪能力對分析河段的行洪能力有較高的代表性。因此，本文的主要任務就是分析新安站在不受塔山閘回水影響情況下的水位—流量關系[2]。

1.1 資料選用及初步分析

選取新安站2019年和2020年不受塔山閘回水影響的39次實測流量資料，搜集1974—2018年間塔山閘全開及洪峰流量超過1 000 m3/s的全部5次洪峰資料，組成含有44個流量測點的實測資料系列，經初步點繪分析，發現其相關點密集分布且呈現比較規則的帶狀[1]。

1.2 相關圖繪制及關系線線型選配

為便于選配水位—流量關系線數學模型公式，繪圖時以凍結基面水位為橫坐標，以實測流量為縱坐標，繪制水位—流量相關圖并選配最佳二階多項式關系線，見圖1。

圖1 老沭河新安站不受塔山閘回水影響時水位—流量關系

從圖1可看出，在不受塔山閘回水影響時，新安站多年水位 —流量關系為單一線，選配二階多項式線型時，點線吻合程度好，關系線相關系數高。依據《水文資料整編規范》(SL 247—2012)[3]要求，需進一步對關系線進行3種檢驗及定線精度評定。

1.3 關系線檢驗及精度評定

對定線實測點，按水位從低到高順序排列，根據所得水位—流量關系線的數學模型公式Q=76.972G2-3 681.917G+44 018.100，列表統計3種檢驗及精度評定所需中間變量如表1。

表1 關系線三種檢驗及精度評定所需中間變量

1.3.1 符號檢驗

1.3.2 適線檢驗

因26=k2≮0.5(n-1)=21.5，故不需做此項檢驗，默認適線檢驗通過。

1.3.3 偏離數值檢驗

│t│=0.48

1.3.4 定線精度評定

根據《水文資料整編規范》規定，精度評定因子關系線的系統誤差、隨機不確定度2項指標。

實測點對關系線無明顯系統偏離時，系統誤差采用實測點對關系線的相對誤差的平均值，即系統誤差P=0.32% 。

根據定線方法及所在水文站的精度類別，對所定關系線精度進行評定。根據國家標準《河流流量測驗規范》(GB 50179—2015)[4]，新安水文站地處干旱、半干旱地區，且上游總集水面積超過5 000 km2，屬于一類精度水文站。

根據《水文資料整編規范》提供的水位—流量關系定線精度指標要求，建立的G—Q相關線滿足一類精度水文站ADCP法水位—流量關系定線精度指標要求，見表2。

表2 定線精度評定結果

從上述分析可知，所定水位—流量關系線可作為新安站行洪流量測報實時在線方案及不受回水影響時的資料整編方案，但對其適應水位(流量)級范圍還需進一步明確。

1.4 水位—流量關系線適應范圍

1.4.1 推流曲線單向遞增水位范圍分析

由Q=f(G)函數求Q對G的二階導數，有Q″=153.944>0，則該關系線實際上是開口向上的一元二次拋物線，為滿足水文應用單向遞增的要求，僅取其右半支。

由Q=f(G)函數求流量Q對水位G的一階導數，有Q′=153.944G-3 681.917，即此為拋物線上任一點處切線的斜率，當Q′=0時該拋物線獲得Q極小值，由此解得滿足該水位—流量關系單向遞增的水位范圍為Gmin=23.917 m，即G≥23.917 m。

1.4.2 推流曲線高低水延長分析

根據《水文資料整編規范》，水位—流量關系線可適當作高低水延長使用，高低水延長幅度應分別不超過定線實測流量所占水位變幅的30%、15%，且高低水延長需采用水位面積關系、水位流速關系綜合分析等方法進行。為減小可能存在的曲線延長推流誤差，對高低水延長幅度均按定線水位變幅的15%控制。定線水位范圍為24.798～30.510 m，由此計算出關系線作高低水延長后的水位適用范圍為23.941 m≤G≤31.367 m。

1.4.3 推流曲線適應水位范圍確定

求上述兩水位集合的交集，即本推流曲線的適應范圍為：23.941 m≤G≤31.367 m，但需要滿足無回水影響的大前提。

1.4.4 推流曲線適應流量范圍確定

據歷史資料記載及洪水調度方案，當預報老沭河上游來水可能達到或超過1 000 m3/s時，塔山閘提前全開啟預泄洪，故本方案適應流量范圍為Q≥1 000 m3/s；當確認塔山閘對新安站不造成回水影響時，適應于各級流量。

2 結論與建議

(1) 經前述分析，在新安站不受塔山閘回水影響狀態下，新安站1974年以來的水位—流量關系呈理想的單一線關系，說明雖然老沭河新沂城區段建設的四期景觀工程使部分河段過水斷面略有縮小，但總體上對河道行洪能力基本無影響。

(2) 以新安站為代表斷面，老沭河省界至塔山閘段的行洪能力概括如表3所示。

(3) 本方案可作為新安站高洪流量測報方案：Q=76.972G2-3 681.917G+44 018.1，適應范圍為Q≥1 000 m3/s 。

(4) 本方案可作為新安站水文資料整編方案：Q=76.972G2-3 681.917G+44 018.1(適應范圍：不受塔山閘回水影響且23.941 m≤G(凍結基面)≤31.367 m)。