徐惠亮，樊 旭

（江蘇省江都水利工程管理處，225000，江都）

江蘇沿江半高地區(qū)域除澇方法探討
——以太倉市沙溪鎮(zhèn)為例

徐惠亮，樊 旭

（江蘇省江都水利工程管理處，225000，江都）

以太倉市沙溪鎮(zhèn)為例，采用一維河網(wǎng)非恒定流模型對江蘇沿江半高地區(qū)域除澇方法進(jìn)行探討，研究結(jié)果表明：對于汛期外受長江高潮位頂托、內(nèi)受20年一遇降雨影響的沿江半高地區(qū)域，在考慮沿江水閘的控制運(yùn)用條件情況下，可采取高潮蓄水、低潮排澇，確定規(guī)劃區(qū)域建設(shè)用地和道路高程方案，滿足除澇要求。

一維河網(wǎng)非恒定流；潮位；除澇；建設(shè)用地；道路；高程

江蘇沿江半高地區(qū)域主要指昆山、太倉、張家港等蘇南沿江區(qū)域，以平原為主，地面高程一般與設(shè)計(jì)洪水位相當(dāng)或稍高，區(qū)域整體不設(shè)圩。但仍有局部區(qū)域因地面高程高于區(qū)域常水位、低于設(shè)計(jì)洪水位，汛期外受長江潮位頂托、內(nèi)受區(qū)域骨干河道行洪影響，這些局部低洼區(qū)域的澇水無法外排，因此往往遭受澇災(zāi)。

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，平原區(qū)、圩區(qū)防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，相關(guān)區(qū)域排澇規(guī)劃思路、方法得到大量的研究與討論，取得了許多有益的成果。但目前較少有文獻(xiàn)對外受長江潮位頂托、內(nèi)受行洪河道防洪壓力的沿江半高地區(qū)域除澇方法進(jìn)行研究。本文特以太倉市沙溪鎮(zhèn)為例，采用一維河網(wǎng)非恒定流模型探討沿江半高地區(qū)域除澇方法。

一、研究方法

1.計(jì)算模型

對于江蘇沿江半高地區(qū)域的除澇，適宜運(yùn)用一維河網(wǎng)非恒定流模型進(jìn)行計(jì)算：

上兩式中，Z為水位、Q為流量、B為水面寬度、A為過水?dāng)嗝婷娣e、R為水力半徑、C為謝才系數(shù)、q為單位長度河道的旁側(cè)入流量，t和s分別是時(shí)間和空間坐標(biāo)。

2.差分方程

（1）差分方程的建立

采用Preissmann隱格式建立差分方程，形成下列3式：

（2）差分方程的求解

對于劃有N個(gè)斷面的河道，有N-1個(gè)河段，共可寫出2（N-1）個(gè)代數(shù)

方程，加上上游、下游邊界條件，形成階數(shù)為2N的代數(shù)方程組，可以解出N個(gè)斷面處的水位和流量。此方程組常用追趕法求解。具體求解方法是：先由上游邊界向下游邊界推進(jìn)，求出遞推系數(shù)，再由下游邊界向上游邊界回代，求出各斷面處的水位和流量。從而可確定該河道的實(shí)時(shí)水位與流量，判斷河道是否超出相應(yīng)地面高程。

二、實(shí)例應(yīng)用

1.項(xiàng)目區(qū)概況

太倉市沙溪鎮(zhèn)為平原地區(qū)，距長江僅20 km，地面高程較高，大多在4.1～4.9m之間，平均4.40m（吳淞高程），目前整體不設(shè)防，戚浦塘為其境內(nèi)主要行洪通道，排入長江，沿江建有1座節(jié)制閘以抵御長江洪水，汛期承受上游澇水，行洪壓力較大。區(qū)內(nèi)地形較平坦，總面積159.47 km2，現(xiàn)狀水面率約10.86%，由于受外水過境及江潮頂托的影響，排水情況較復(fù)雜，規(guī)劃區(qū)大部分區(qū)域原為農(nóng)田種植區(qū)，現(xiàn)規(guī)劃為城區(qū)，現(xiàn)有的農(nóng)田排水標(biāo)準(zhǔn)不能滿足要求；規(guī)劃區(qū)從允許在短歷時(shí)內(nèi)淹沒的農(nóng)田種植區(qū)過渡到不允許淹沒的現(xiàn)代化城鎮(zhèn)，排水能力需進(jìn)行復(fù)核。

2.排澇標(biāo)準(zhǔn)

城鎮(zhèn)、工業(yè)區(qū)20年一遇最大24 h設(shè)計(jì)暴雨，確保每時(shí)段（以1 h為一時(shí)段）不受澇；農(nóng)業(yè)區(qū)20年一遇24 h設(shè)計(jì)暴雨，雨后一天排除澇水。

3.規(guī)劃思路

在排水分區(qū)的基礎(chǔ)上，考慮長江高潮位頂托，排水區(qū)遭遇20年一遇24 h設(shè)計(jì)暴雨時(shí)，高潮滯蓄澇水、低潮排澇，區(qū)域不設(shè)防情況下，確定規(guī)劃水面率；在此基礎(chǔ)上，以區(qū)域通江河道宣泄陽澄淀泖50年一遇設(shè)計(jì)洪水、排水區(qū)遭遇20年一遇24 h設(shè)計(jì)暴雨情況，采用非恒定流模型校核規(guī)劃區(qū)河道斷面、確定建設(shè)用地地面高程。

4.邊界條件

戚浦塘采用50年一遇近期水位頂托，降雨過程取20年一遇設(shè)計(jì)暴雨過程；長江潮位采用1991年型特征潮位過程。沿江涵洞、水閘的控制運(yùn)用條件為：漲潮時(shí)，內(nèi)河水位高于潮位時(shí)開閘排水，否則關(guān)閘擋水；落潮時(shí)，內(nèi)河水位高于潮位且內(nèi)河水位不小于3.20m（內(nèi)河常水位）時(shí)開閘排水，否則關(guān)閘擋水。計(jì)算時(shí)，將規(guī)劃區(qū)域各河道劃分為長度不超過300m的若干個(gè)微小河段，時(shí)間步長取120秒，計(jì)算歷時(shí)取24 h。

（1）設(shè)計(jì)洪水位

沙溪設(shè)計(jì)洪水采用昆山站1970—2001年32年水位資料進(jìn)行頻率分析，其中包括1991年和1999年大水資料，采用P-Ⅲ型曲線配線，成果見表1。

在現(xiàn)狀河網(wǎng)條件下，按洪水歸槽水力模型計(jì)算50年一遇設(shè)計(jì)洪水位，戚浦塘50年一遇洪水位為4.39m。

（2）設(shè)計(jì)潮位

規(guī)劃區(qū)距長江平均僅20 km，因此長江潮位對其影響甚大。以楊林站1991年、1999年汛期7、8、9三個(gè)月的逐日高、低潮位分別進(jìn)行排頻分析，得到汛期不同頻率高、低潮位，見表2。

（3）設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)凈雨

戚浦塘站具有1972—2003年短歷時(shí)暴雨統(tǒng)計(jì)資料，雨量資料系列相對較長，被選作規(guī)劃區(qū)設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算的雨量代表站。通過頻率分析計(jì)算得出20年一遇最大24 h設(shè)計(jì)雨量為229.2mm。選取1989年9月16—17日逐時(shí)雨量作為典型暴雨過程，采用同頻率方法縮放得出20年一遇設(shè)計(jì)暴雨過程與凈雨過程。

從偏不利因素考慮，不考慮城市雨水管網(wǎng)對入河過程的影響，以設(shè)計(jì)凈雨過程作為河網(wǎng)的入流過程。

5.河網(wǎng)概化與計(jì)算結(jié)果

戚浦塘采用50年一遇近期水位頂托，降雨過程取20年一遇設(shè)計(jì)暴雨過程；長江潮位采用1991年型特征潮位過程。沿江涵洞、水閘的控制運(yùn)用條件為：漲潮時(shí)，內(nèi)河水位高于潮位時(shí)開閘排水，否則關(guān)閘擋水；落潮時(shí)，內(nèi)河水位高于潮位且內(nèi)河水位不小于3.20m（內(nèi)河常水位）時(shí)開閘排水，否則關(guān)閘擋水。計(jì)算時(shí)，將規(guī)劃區(qū)域各河道劃分為長度不超過300m的若干個(gè)微小河段，時(shí)間步長取120秒，計(jì)算歷時(shí)取24小時(shí)。

在進(jìn)行河網(wǎng)概化的基礎(chǔ)上，規(guī)劃區(qū)考慮長江高潮位頂托，排水區(qū)遭遇20年一遇設(shè)計(jì)暴雨時(shí)，高潮滯蓄澇水、低潮排水，確定規(guī)劃水面率為12%；在此基礎(chǔ)上，以戚浦塘宣泄上游50年一遇設(shè)計(jì)洪水，排水區(qū)遭遇20年一遇設(shè)計(jì)暴雨，校核規(guī)劃區(qū)骨干河道斷面。圖1為經(jīng)過概化的境內(nèi)主要河道水位過程線。

根據(jù)以上河道水位過程線，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)排水管道比降和覆土高度，確定建筑物和道路基礎(chǔ)高程4.60 m。

表1 昆山站水位頻率分析成果 單位：m

表2 不同頻率汛期潮位 單位：m

圖1 境內(nèi)主要河道水位過程線

三、結(jié) 語

采用一維河網(wǎng)非動(dòng)力學(xué)模型對受潮汐影響的江蘇沿江半高地區(qū)域排澇進(jìn)行研究，根據(jù)選擇的典型暴雨過程，計(jì)算結(jié)果表明：對于沿江半高地區(qū)域除澇問題，在采用高潮蓄水、低潮排澇，校核骨干河道斷面，在滿足確定建筑物和道路基礎(chǔ)高程要求設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，半高地區(qū)域可以不設(shè)圩。這一成果為江蘇沿江半高地區(qū)除澇提供了新思路。

［1］張禮兵，程吉林，金菊良.基于試驗(yàn)遺傳算法的平原圩區(qū)除澇排水系統(tǒng)最優(yōu)規(guī)劃 ［J］.水利學(xué)報(bào)，2006，37（10）.

［2］張小潭.平原河網(wǎng)區(qū)除澇水文計(jì)算方法研究 ［J］.人民珠江，2015（3）.

［3］費(fèi)永法，王德智，邵善忠.幾種除澇水文計(jì)算方法的比較與分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（1）.

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責(zé)任編輯 李建章

Flood and waterlogging control in half-high areas along river in Jiangsu:talking Shaxi Township of Taicang City as an example

Xu Huiliang，F(xiàn)an Xu

Taking Shaxi Town of Taicang City as an example，examinations are conducted on using onedimensional river network unsteady flow model for waterlogging control in half-high areas along the river in Jiangsu Province.The result shows that waterlogging control can be realized by storing water in high tide and discharging in low tide，considering backwater effect of flood during high tide and half-high areas where are under the influence of once-in-20 years precipitation.Other measures include defining construction land and road elevation，with consideration of operation condition of water gates along the Yangtze River.

unsteady flow of one-dimensional river network；tide level；waterlogging control；construction site；road；elevation

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B

1000-1123（2016）14-0035-03

2016-04-20

徐惠亮，高級工程師。