古泊善后河行洪對車軸河排水影響分析

朱京德， 孫傳文， 余文忠

(連云港市水利規劃設計院有限公司， 江蘇 連云港 222000)

善南片與古泊善后河流域均位于沂北地區，兩者流域相鄰，善南片位于東部沿海、叮當河以東，流域范圍西至叮當河、北至善后河、東至黃海、南至新沂河，總面積1 012 km2；古泊善后河大部分流域位于叮當河以西區域，流域總面積1 135.4 km2。通過分析善后河流域和善南片年最大3 d量相關規律，分析車軸河流域與善后河流域同頻率暴雨遭遇特征[1-2]。

1 善后河流域與善南片年最大3 d降水量規律分析

1.1 同頻率年最大3 d降雨發生時間分析

根據善南片灌云站、楊集站、燕尾港站1956—2010年共55年實測日降水量系列，古泊善后河片沭陽、吳集、青伊湖1956—2010年共55年實測日降水量系列，善南片與善后河流域年最大3 d降水量發生時間一致年份共有21年，占總年份的38%；不一致年份共34年，占總年份的62%，其中年最大3 d降雨發生時間偏差時間1 d的共有13年，1 d以上的共有21年。由此可知，善南片與善后河流域年最大3 d降水量發生多數年份有所偏差，偏差時間以1 d以上為主。

1.2 善南片年最大3 d降水量與善后河流域同期降水量頻率分析

考慮善南片與善后河流域年最大3 d降水量發生多數年份有所偏差，選取善南片年最大3 d降水量和善后河流域同期降水量，根據各流域頻率分析成果，對1956—2010年共55年份的實測善南片年最大3 d降水量和善后河流域同期3 d降水量進行頻率計算。善南片年最大3 d降雨與善后河流域同期降雨頻率分布見圖1，善南片年最大3 d降水量與古泊善后河流域同期雨量對比見圖2。

圖1 善南片年最大3 d降雨與善后河流域同期降雨頻率分布

圖2 善南片年最大3 d降水量與古泊善后河流域同期雨量對比

根據圖1、圖2，在善南片發生一定頻率的最大3 d降雨的情況下，善后河流域同期可能發生高于該頻率的降雨，也可能發生低于該頻率的降雨，同時根據圖1的點群分布情況，善后河流域同期發生低于該頻率的降雨可能性較大。

綜上分析可知，善南片與善后河流域年最大 3 d降水量發生時間多數年份不一致，在善南片發生一定頻率的最大3 d降雨的情況下，善后河流域同期降雨頻率具有一定的隨機性且發生低于該頻率的降雨可能性較大。

2 對車軸河排水的影響分析

2.1 工況組合擬定

根據前文分析成果，擬定善南片5年一遇設計暴雨遭遇善后河流域無降雨、2年一遇設計暴雨和5年一遇同頻率暴雨3種情況，在埒子河現狀河道規模的基礎上，計算車軸河治理工程實施前后的排澇情況[3]。

2.2 一維河網水動力模型

2.2.1 河網概況

善南片、古泊善后河片流域面積分別為1 012 km2、1 135.4 km2，其中善南片由車軸河流域(333 km2)、牛墩界圩河(286 km2)和東門五圖河流域(393 km2)組成。

2.2.2 水工建筑物

涉及的水工建筑物主要有沿海擋潮閘、河網內部控制閘門，詳見表1。

表1 水工建筑物概況

2.2.3 工程調度規則

區域內沿海排澇閘根據河網水位控制，其中善南片按照1.5 m控制，善后河原則上按照1.8 m控制，當善后河洪水較小時，善后河閘按照在確保河道排澇安全的前提下實行控泄，兼顧車軸河閘排水。當河網水位超過控制水位，趁低潮開閘排澇，低于控制水位時關閘擋潮[4]。區域內部閘門基本調度規則為：在汛期全開。

2.2.4 定解條件

一維河網水動力數學模型的定解條件包括初始條件和邊界條件。

初始條件：河網初始水位為1.8 m，所有閘門處于全關狀態。

邊界條件包括上游邊界、下游邊界和內部邊界。

上游邊界：河道上游端點處為盲端，即閉邊界。

下游邊界：選取燕尾港2年一遇的典型潮型作為五灌河及埒子河河口邊界。

內部邊界：計算中模型內部邊界主要為流域匯流。根據水文計算成果，將各河道設計洪水在相應位置處加入模型中，匯流方式采用沿程均勻入流。

2.2.5 糙率

結合區域骨干河道歷年治理采用的設計糙率，模型計算已治理河道糙率為：泓道0.0225，灘面0.03；未治理河道糙率為：泓道0.0275，灘面0.035。

2.2.6 干溝和支溝

模型中考慮了干河、主要干溝，將其它干溝、支溝按照各片區對應水面率分別概化在相應的河段，在計算中考慮其對澇水的調蓄作用。

2.3 計算成果

2.3.1 善南片與善后河流域遭遇同頻率5年一遇暴雨工況

善南片與善后河流域遭遇同頻率5年一遇暴雨工況(工況1)，治理工程實施前后車軸河排澇水位成果見表2，車軸河閘最大下泄流量、開閘時間、總排水量統計見表3。

表2 治理前后車軸河排澇水位(工況1)

表3 治理前后車軸河閘下泄、四圩河閘泄流參數(工況1)

根據表2、表3可知，善南片與善后河流域遭遇同頻率5年一遇暴雨工況時，車軸河流域排水口門車軸河閘受善后河高水影響，基本無法排水，開閘時間約2 h，排水量約占車軸河流域總排水量1%，車軸河流域澇水主要依托四圩河排水。車軸河流域受善后河高水影響，車軸河閘無法有效發揮排澇功能。在此工況下，車軸河治理工程實施前后車軸河流域排澇水位均高于排澇控制水位。

車軸河治理工程實施后，車軸河下段北支河道規模增大，糙率減小，過流能力增強，在車軸河開閘期間，排水量(26萬m3)較工程實施前(16萬m3)增加10萬m3；同時，車軸河沿線各控制點排澇水位(小灣閘2.95 m、大新河3.03 m、鹽河口3.30 m)較實施前(小灣閘2.96 m、大新河3.04 m、鹽河口3.32 m)降低0.01～0.02 m。治理工程實施后在善南片與善后河流域遭遇同頻率5年一遇暴雨工況時有一定的排澇效益。

2.3.2 善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨工況

善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨工況(工況2)，治理工程實施前后車軸河排澇水位成果見表4，車軸河閘最大下泄流量、開閘時間、總排水量統計見表5。

根據表4、表5可知，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨工況時，車軸河治理工程實施后，車軸河流域排水口門車軸河閘開閘時間和實施前相同，最大下泄流量(124.8 m3/s)較實施前(89.8 m3/s)增加35 m3/s，排水量(1318萬m3)較實施前(980萬m3)增加338萬m3。同時，在此工況下車軸河治理工程實施前車軸河流域各控制點排澇水位(小灣閘2.18 m、大新河2.63 m、鹽河口3.03 m)分別高于排澇控制水位(小灣閘2.02 m、大新河2.5 m、鹽河口3.0 m)0.16 m、0.13 m、0.03 m，排澇標準不足5年一遇；工程實施后，車軸河各控制點排澇水位(小灣閘2.01 m、大新河2.47 m、鹽河口3.0 m)較實施前降低了0.16～0.18 m，且均低于排澇控制水位，排澇標準滿足5年一遇。

表4 治理前后車軸河排澇水位(工況2)

表5 治理前后車軸河閘下泄、四圩河閘泄流參數(工況2)

因此，在埒子口現狀規模條件下，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨時，車軸河閘排水受古泊善后河影響較小，車軸河閘排澇效果明顯，車軸河現狀排澇不足5年一遇排澇標準的主要問題為上段及下段河道排澇能力不足；車軸河治理工程實施后，擴挖車軸河下段及上段，車軸河流域由不足5年一遇排澇標準提升到滿足5年一遇排澇標準。

2.3.3 善南片5年一遇暴雨遭遇善后河無降雨工況

善南片5年一遇暴雨遭遇善后河無降雨工況(工況3)，治理工程前后車軸河排澇水位成果見表6，車軸河閘最大下泄流量、開閘時間、總排水量統計見表7。

根據表6、表7可知，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域無降雨工況時，車軸河閘排水不受善后河流域行洪影響，車軸河治理工程實施后，車軸河流域排水口門車軸河閘開閘時間和實施前相同，最大下泄流量(208.1 m3/s)較實施前(165.4 m3/s)增加42.7 m3/s，排水量(1 352萬m3)較實施前(1 030萬m3)增加332萬m3。同時，在此工況下車軸河治理工程實施前車軸河流域各控制點排澇水位(小灣閘2.12 m、大新河2.59 m、鹽河口3.01 m)分別高于排澇控制水位(小灣閘2.02 m、大新河2.5 m、鹽河口3.0 m)0.01 m、0.09 m、0.1 m，排澇標準不足5年一遇；工程實施后，車軸河各控制點排澇水位(小灣閘1.99 m、大新河2.45 m、鹽河口2.79 m)較實施前降低了0.02～0.16 m，且均低于排澇控制水位，排澇標準滿足5年一遇。

表6 治理前后車軸河排澇水位(工況3)

表7 治理前后車軸河閘下泄、四圩河閘泄流參數(工況3)

因此，在埒子口現狀規模條件下，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域無降雨時，車軸河閘排水不受善后河流域行洪影響，由于車軸河現狀薄弱環節上段及下段河道排澇能力不足，車軸河流域不足5年一遇。車軸河治理工程實施后，擴挖車軸河下段及上段，車軸河流域排澇標準滿足5年一遇。

3 結 論

(1)善南片與古泊善后河均位于沂北地區，兩者流域相鄰，根據實測日降雨系列分析，善南片與善后河流域年最大3 d降水量發生時間多數年份不一致，在善南片發生一定頻率的最大3 d降雨的情況下，善后河流域同期降雨頻率具有一定的隨機性且發生低于該頻率的降雨可能性較大。

(2)在埒子口現狀規模條件下，善南片與善后河流域遭遇同頻率5年一遇暴雨工況時，車軸河流域主要受善后河高水影響，車軸河閘開閘時間及排水量均較少，車軸河流域澇水主要依托四圩河排水。在此工況下，治理工程實施后車軸河流域各控制點排澇水位高于排澇控制水位，但較實施前有所減低，有一定的排澇效益。

(3)在埒子口現狀規模條件下，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇及以下暴雨時，車軸河閘排澇受古泊善后河高水影響較小，車軸河流域現狀排澇標準不足5年一遇主要是受自身現狀排澇能力不足的影響。車軸河治理工程實施后，通過擴挖車軸河下段及上段，增強河道過流能力，車軸河流域各控制點排澇水位均低于排澇控制水位，車軸河流域滿足5年一遇排澇標準。