鐘桂輝，劉曙光，婁 廈，張梟鳴，魏乾坤

(同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092)

太湖流域位于長(zhǎng)江三角洲的南翼，屬于典型的平原河網(wǎng)地區(qū)，三面臨江濱海，一面環(huán)山，總面積約3.69萬km2,是我國(guó)城市化發(fā)展水平最高、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，也是洪澇災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)之一[1-3]。為有效保障流域防洪安全，提升洪澇綜合治理能力，目前已經(jīng)形成了太湖調(diào)蓄,洪水北排長(zhǎng)江、東出黃浦江、南排杭州灣的流域防洪工程布局。但近年來, 隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的迅猛推進(jìn)，太湖流域內(nèi)城市和圩區(qū)規(guī)模迅速擴(kuò)大，人類活動(dòng)對(duì)水情的影響越來越劇烈，洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越來越大[4-8]。一方面，城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展使得降雨分布更加集中，強(qiáng)降雨事件增多[9- 10]，另外一方面，城鎮(zhèn)化土地利用空間格局的劇烈調(diào)整，使得不透水面積迅速增大，徑流系數(shù)、徑流量和洪峰流量增大，導(dǎo)致河網(wǎng)水位暴漲[11-12]，洪澇災(zāi)害波及的對(duì)象更多，造成的損失更大。為了防洪減災(zāi)，重點(diǎn)區(qū)域和主要城市不斷提高其自保能力，大量開展城市防洪工程和圩區(qū)建設(shè)，盡管防洪工程提高了城市和若干低洼地區(qū)的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，但也切斷了河道湖蕩通聯(lián)性，削弱了流域洪澇調(diào)蓄能力，加大了流域骨干河道及圩外河道防洪壓力[13-15]，導(dǎo)致流域、區(qū)域和城市的洪澇關(guān)系及洪澇調(diào)蓄格局發(fā)生變化，影響了流域區(qū)域及城市的防洪治澇協(xié)調(diào)性。

貫穿整個(gè)太湖流域的江南運(yùn)河，是京杭運(yùn)河7大段之一，其北起鎮(zhèn)江,南至杭州，是太湖流域內(nèi)最長(zhǎng)的河流，也是流域內(nèi)唯一一條跨越多個(gè)水利區(qū)域的南北向洪澇調(diào)節(jié)河道[16]。江南運(yùn)河流經(jīng)常州、無錫、蘇州，截至2015年底，這3座城市中心城區(qū)防洪包圍圈已經(jīng)全部建成，中心城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)提升至200年一遇，有力保障了城區(qū)防洪安全，但也改變了與江南運(yùn)河水量的交換，加重了江南運(yùn)河的防洪壓力[17]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，江南運(yùn)河沿線蘇錫常三大城市防洪工程及沿線圩區(qū)外排泵站向江南運(yùn)河排水流量總規(guī)模為1 047.96 m3/s，其中城市大包圍直接排入運(yùn)河流量729 m3/s。強(qiáng)降雨期間，蘇錫常等城市的集中排澇使得江南運(yùn)河水位陡漲，單日漲幅甚至超過1.5 m，江南運(yùn)河防洪安全問題日益凸顯，沿線區(qū)域的防洪除澇壓力日益增大[17-18]，如2017年6月10日，太湖流域北部地區(qū)普降暴雨或大暴雨，江南運(yùn)河蘇錫常段一度全線超保證水位，江南運(yùn)河無錫站、望亭(大)站水位分別達(dá)5.32 m和5.07 m。本文建立專門的水文水動(dòng)力河網(wǎng)模型，研究蘇錫常向江南運(yùn)河集中排澇對(duì)運(yùn)河防洪安全的影響及區(qū)域洪澇轉(zhuǎn)移規(guī)律，旨在為流域區(qū)域防洪及調(diào)度提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

江南運(yùn)河北起江蘇鎮(zhèn)江的長(zhǎng)江諫壁口門，繞太湖東岸到達(dá)江蘇蘇州，南至江浙交界的鴨子壩，全長(zhǎng)約 213 km，途經(jīng)常州、無錫、蘇州、嘉興和杭州等城市，是流域整個(gè)河網(wǎng)中一條橫貫?zāi)媳钡目v向骨干河道(圖1)，起著水量調(diào)節(jié)和承轉(zhuǎn)的作用，直接影響沿線區(qū)域及城市的防洪排澇安全。考慮太湖流域的水利分區(qū)及江南運(yùn)河水文站點(diǎn)分布，本文研究范圍界定為從江南運(yùn)河的鐘樓閘到平望水文站段，全長(zhǎng)150 km，包括武澄錫虞區(qū)、太湖區(qū)和陽(yáng)澄淀泖區(qū)3個(gè)水利分區(qū)，總面積9 051 km2(圖1)。

圖1 區(qū)域概況

研究區(qū)域河網(wǎng)密布，水系發(fā)達(dá)。根據(jù)水體流向，水系大體可分為入江河道、入望虞河河道、入湖河道和內(nèi)部調(diào)節(jié)河道4類。研究區(qū)地勢(shì)低平，洼地、湖蕩稠密，北、東、南三邊受長(zhǎng)江口及杭州灣泥沙淤積的影響，形成沿江及沿海高地。區(qū)域多年平均降水量約1 100 mm，受梅雨、短歷時(shí)暴雨及臺(tái)風(fēng)雨影響，洪澇災(zāi)害頻繁而嚴(yán)重，歷時(shí)上曾發(fā)生1954年、1991年、1999年和2016年4場(chǎng)流域性大洪水。為了防洪減災(zāi)，區(qū)域外圍設(shè)有長(zhǎng)江堤防控制線、環(huán)太湖大堤控制線、武澄錫虞西控制線、望虞河?xùn)|岸控制線和太浦河北岸控制線。區(qū)域內(nèi)部設(shè)有運(yùn)河(望虞河-澹臺(tái)湖段)東岸控制線，常州、無錫、蘇州城市大包圍，并在低洼地區(qū)建有大小聯(lián)圩近800個(gè)，圩區(qū)面積約占研究區(qū)域總面積的50%。

2 水文水動(dòng)力模型的建立與驗(yàn)證

本文選擇丹麥水動(dòng)力研究所開發(fā)的MIKE11HD水動(dòng)力模型和NAM水文模型，基于豐富翔實(shí)的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)及防洪工程調(diào)度資料，建立水文水動(dòng)力模型，并利用歷史實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行率定和驗(yàn)證，研究蘇錫常排澇對(duì)江南運(yùn)河產(chǎn)生的洪澇轉(zhuǎn)移特征。

MIKE11HD一維水動(dòng)力模型是一個(gè)垂向均質(zhì)的水力學(xué)模型，具有計(jì)算穩(wěn)定、精度高和可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，模型可以靈活方便地模擬復(fù)雜河網(wǎng)水流、模擬閘門水泵等各類水工建筑物的運(yùn)營(yíng)調(diào)度，尤其適合應(yīng)用于水工建筑物多、控制調(diào)度復(fù)雜的情況[19]。其控制方程是圣維南方程組：

(1)

(2)

式中：x為距離；t為時(shí)間；A為過水?dāng)嗝婷娣e；Q為流量；h為水位；q為旁側(cè)入流量；n為河床糙率系數(shù)；R為水力半徑；g為重力加速度。MIKE11水動(dòng)力方程的離散采用6點(diǎn)隱式(Abbott)差分格式求解。

嵌入于MIKE11 HD 模型中的NAM模型是一個(gè)集總式、概念性降雨徑流模型，其將每個(gè)子流域視為一個(gè)單元，基于水文循環(huán)的物理結(jié)構(gòu)和半經(jīng)驗(yàn)方程，通過有限的數(shù)據(jù)(如降雨、蒸發(fā)、溫度等)輸入，模擬水文循環(huán)的不同土壤狀態(tài)，并連續(xù)計(jì)算積雪儲(chǔ)水層、地表儲(chǔ)水層、土壤或植物根區(qū)儲(chǔ)水層和地下水儲(chǔ)水層4個(gè)不同且相互影響的儲(chǔ)水層含水量來模擬產(chǎn)匯流過程[20]。

2.1 數(shù)據(jù)的來源與處理

使用的數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、河道斷面數(shù)據(jù)、防洪排澇工程參數(shù)及調(diào)度數(shù)據(jù)等?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)中的河流水系、DEM高程、道路交通及土地利用等取自2013年全要素矢量地圖，比尺為1∶10 000，通過ArcGIS進(jìn)行提取與處理,并對(duì)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢驗(yàn)和校正，水文數(shù)據(jù)為歷史實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，包括研究區(qū)水文站點(diǎn)的降水資料、 典型年主要測(cè)站的水位資料。骨干河道的斷面為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)量間距為2 km， 對(duì)斷面變化較大及轉(zhuǎn)折點(diǎn)處進(jìn)行了加密。其他河道斷面為全國(guó)水利普查數(shù)據(jù)。防洪排澇工程參數(shù)及調(diào)度資料來自當(dāng)?shù)厮畡?wù)部門。

2.2 水文水動(dòng)力模型的建立

2.2.1邊界設(shè)置

考慮武澄錫虞區(qū)、陽(yáng)澄淀泖區(qū)及太湖區(qū)為太湖流域的獨(dú)立水利分區(qū)，四周有五大控制線，因此用水文站點(diǎn)加口門作為模型的邊界。主要的邊界有長(zhǎng)江沿線口門(31個(gè))、環(huán)太湖沿線口門(20個(gè))、武澄錫虞西控制線口門(7個(gè))、太浦河北岸沿線口門(8個(gè))及平望水文站、黃渡水文站和泖甸水位站。邊界水位為實(shí)測(cè)水位(潮位)或?qū)崪y(cè)水位(潮位)的插值，將初始水位設(shè)為河道多年平均高水位。

2.2.2產(chǎn)匯流集水區(qū)的劃分

建立NAM模型，首先要?jiǎng)澐旨畢^(qū)。綜合考慮圩區(qū)、非圩區(qū)、城市大包圍產(chǎn)匯流的不同，并考慮大型湖泊、阻水建筑物和地形的影響，共劃分集水區(qū) 123個(gè)?？紤]降雨的空間差異，運(yùn)用泰森多邊形法對(duì)區(qū)域內(nèi)18個(gè)雨量站進(jìn)行了集水區(qū)降水空間劃分。

2.2.3河網(wǎng)的概化

研究區(qū)域內(nèi)河流湖泊密布，在保留河網(wǎng)和湖泊功能和精度的基礎(chǔ)上，對(duì)部分河網(wǎng)進(jìn)行概化，共概化河道398條，其中圩外河道281條，圩內(nèi)河道117條(圖2)。

圖2 模型概化

2.2.4水工建筑物的處理

區(qū)域內(nèi)水工建筑物主要有水閘和泵站。考慮到邊界河道、望虞河?xùn)|岸、澹臺(tái)湖以上(非城區(qū)包圍)沿運(yùn)河?xùn)|岸、城市大包圍等水工建筑物對(duì)區(qū)域水量交換的影響較大，按實(shí)際水工建筑物的位置、參數(shù)及調(diào)度進(jìn)行處理。對(duì)圩區(qū)內(nèi)的水閘和泵站，在保證圩區(qū)排澇總量不變的基礎(chǔ)上，根據(jù)圩區(qū)規(guī)模、圩區(qū)排澇能力和圩區(qū)實(shí)際泵站分布進(jìn)行概化處理，包含泵站162個(gè)、水閘147個(gè)(圖2)。

2.2.5水文水動(dòng)力模型的耦合

根據(jù)集水區(qū)的劃分情況，在 MIKE 11 水動(dòng)力模塊中建立集水區(qū)與河道的連接，分別將圩區(qū)、非圩區(qū)、湖泊、城區(qū)等集水區(qū)與相連通的河道進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)水文水動(dòng)力模型的耦合。

2.3 模型的率定和驗(yàn)證

研究區(qū)域?qū)儆谄皆泳W(wǎng)地區(qū)，難以依靠流量資料單獨(dú)率定 NAM 水文模型。本文選用枯水期實(shí)測(cè)資料對(duì)一維水動(dòng)力模型的河道糙率進(jìn)行率定，再選用豐水期實(shí)測(cè)資料對(duì)水文水動(dòng)力耦合模型進(jìn)行率定。選取2012年9月25日至10月20日降雨較少期的實(shí)測(cè)資料對(duì)河道糙率進(jìn)行率定，河道糙率確定在0.020～0.025之間；選取2009年7月1日至8月15日豐水期實(shí)測(cè)資料對(duì)NAM模型進(jìn)行率定，地表儲(chǔ)水層最大含水量約為 20 mm，土壤層最大含水量約為 200 mm，坡面流系數(shù)為0.2～0.7。

選取2013年10月16日至11月15日枯水期和2013 年9月5日至10月15日豐水期的實(shí)測(cè)資料分別對(duì)河道糙率及水文水動(dòng)力模型進(jìn)行了驗(yàn)證。9月5日至10月15日降雨期間青陽(yáng)、洛社、楓橋和湘城 4個(gè)驗(yàn)證站水位的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值見圖3，均方根誤差RMSE見表1。經(jīng)驗(yàn)證，模型計(jì)算誤差基本控制在10 cm以內(nèi)，其中最大均方根誤差為0.091 1,表明模型精度良好。

圖3 2013年各測(cè)站水位計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

表1 模型誤差分析結(jié)果

3 集中排澇產(chǎn)生的江南運(yùn)河洪澇轉(zhuǎn)移特征

3.1 方案設(shè)置

1991年和1999年太湖流域發(fā)生了流域性特大暴雨，導(dǎo)致了流域性特大洪澇災(zāi)害，其典型暴雨過程通常用于太湖流域的各項(xiàng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)中。本文選擇的降雨方案為“91北部”50年一遇(A類)，“91北部”100年一遇最大39d設(shè)計(jì)暴雨及其過程(B類)，以及“99 南部”50年一遇(C類)，“99 南部”100年一遇最大30d設(shè)計(jì)暴雨及其過程(D類)4種。

選取9個(gè)關(guān)注點(diǎn)(圖4)，分別代表江南運(yùn)河沿線水位(關(guān)注點(diǎn)1、2、3)、江南運(yùn)河沿線附近區(qū)域水位(關(guān)注點(diǎn)4、5、6)，蘇錫常城區(qū)水位(關(guān)注點(diǎn)7、8、9)，來分析不同降水量級(jí)和不同排澇方案下江南運(yùn)河水位的變化情況，以及蘇錫常城市和運(yùn)河沿線區(qū)域?qū)\(yùn)河水位變化的響應(yīng)程度。

圖4 河道關(guān)注點(diǎn)分布

根據(jù)《江南運(yùn)河聯(lián)合洪澇調(diào)度方案》以及《城鎮(zhèn)化快速發(fā)展背景下太湖流域防洪關(guān)鍵問題研究》中有關(guān)“流域、區(qū)域和城市調(diào)度方式和工程布局協(xié)調(diào)性研究計(jì)算方案”[21]的研究成果，蘇錫常城區(qū)排澇分現(xiàn)狀調(diào)度方案(1類)、不設(shè)防調(diào)度方案(2類)、優(yōu)化調(diào)度方案(3類)3種，具體調(diào)度方案見表2。與降雨方案對(duì)應(yīng)，計(jì)算方案共12種(表3)。

表2 城市大包圍調(diào)度方案設(shè)置

3.2 對(duì)江南運(yùn)河水位的影響

基于率定驗(yàn)證好的水文水動(dòng)力模型，按照表3的計(jì)算方案分別進(jìn)行計(jì)算，并重點(diǎn)關(guān)注江南運(yùn)河水位的變化情況，從而分析蘇錫常城市集中排澇對(duì)江南運(yùn)河水位的影響。計(jì)算結(jié)果表明：江南運(yùn)河的水位隨降水量的增大而上升，隨著蘇錫常城市排澇量的增大而上升。以無錫下游運(yùn)河上的關(guān)注點(diǎn)2的水位為例(圖 5)，可以看出：

圖5 4類方案下無錫下游關(guān)注點(diǎn)運(yùn)河水位過程線

表3 計(jì)算方案

a. 江南運(yùn)河的水位與降雨的總量和降雨時(shí)程呈正相關(guān)關(guān)系，隨著降雨的增加或減少，河道水位相應(yīng)上漲或下降，并隨著降雨峰值的出現(xiàn)，水位也出現(xiàn)峰值，水位峰值出現(xiàn)的時(shí)間滯后于降雨峰值出現(xiàn)的時(shí)間約25 h。降雨頻率越大，江南運(yùn)河水位越高。100年一遇降雨頻率下的江南運(yùn)河水位全部高于50年一遇降雨頻率下的江南運(yùn)河水位。

b. 降雨總量對(duì)江南運(yùn)河水位影響較大，“91北部”雨型時(shí)，由于前期降雨總量較大，江南運(yùn)河出現(xiàn)明顯的洪峰，但“99南部”雨型時(shí)，因前期降雨總量不大，江南運(yùn)河水位上漲不明顯。 隨著降雨總量的增加，加之運(yùn)河水位退水較慢，出現(xiàn)較高水位的洪峰，且隨著降雨頻率的增加而增加。

c. 相同降雨不同調(diào)度方案下的江南運(yùn)河水位由高到低的順序?yàn)椋含F(xiàn)狀調(diào)度方案、優(yōu)化調(diào)度方案、不設(shè)防方案。說明現(xiàn)狀調(diào)度方案情況下，蘇錫常城市集中排澇抬高了江南運(yùn)河水位，增大了運(yùn)河水位洪水風(fēng)險(xiǎn)。

d. 若讓城市適當(dāng)承受部分內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，即城市起排水位適當(dāng)抬高0.17～0.30 m，則能有效降低江南運(yùn)河水位。以A類方案(“91北部”50年一遇最大39 d降雨)為例，優(yōu)化調(diào)度(A3)方案下關(guān)注點(diǎn)1、 2、 3在第1次漲落過程中洪峰水位分別為4.42 m、3.96 m和3.80 m，比現(xiàn)狀調(diào)度方案(A1)洪峰水位分別低0.03 m、0.03 m和0.00 m。在第2次漲落過程中，A3方案下關(guān)注點(diǎn)1、 2、 3洪峰水位分別為4.73 m、4.41 m和3.91 m，比A1方案下對(duì)應(yīng)水位分別降低0.08 m，0.03 m，0.01 m。說明在現(xiàn)狀調(diào)度方案下，城市洪水水位較低，降低了城市洪水風(fēng)險(xiǎn)，但是江南運(yùn)河水位明顯上升，即城市洪水的風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移到了流域及區(qū)域。

為剖析不同方案下江南運(yùn)河沿程水位變化，將各類方案下運(yùn)河水位縱斷面洪峰水位提取成圖。以A類方案組為例(圖6)，可以看出：與不設(shè)防方案(A2)相比，設(shè)防方案(A1和A3)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)河水位明顯上漲?，F(xiàn)狀調(diào)度方案下運(yùn)河縱斷面上的洪峰水位整體高于優(yōu)化調(diào)度方案下的縱斷面洪峰水位，高出值約0.00～0.12 m。

圖6 A類方案江南運(yùn)河縱斷面洪峰水位

不同調(diào)度方案下江南運(yùn)河常州至無錫河段的洪峰水位受蘇錫常城市大包圍的影響最為顯著，無錫至蘇州的洪峰水位受到的影響次之，蘇州下游河段的洪峰水位受到的影響較小。與現(xiàn)狀調(diào)度方案相比，優(yōu)化調(diào)度方案能夠適當(dāng)降低江南運(yùn)河干流的洪峰水位，降低江南運(yùn)河的洪水風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 集中排澇后的內(nèi)部洪澇特征

蘇錫常城市集中排澇提高了江南運(yùn)河的水位，但也有效降低城市內(nèi)部河道水位，從而降低城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)。目前，城市正在加大內(nèi)部治澇工程、管網(wǎng)排水工程、重要基礎(chǔ)設(shè)施自保工程和擴(kuò)大蓄滯水空間的建設(shè)。了解不同調(diào)度方案下的城市內(nèi)部洪澇特征，可以為治理城市內(nèi)澇、協(xié)調(diào)城市與區(qū)域的防洪關(guān)系提供理論依據(jù)。

經(jīng)計(jì)算分析得出：A類方案下，若城區(qū)不設(shè)防，常州、無錫和蘇州城區(qū)第1次洪峰水位分別達(dá)到4.49 m，4.20 m和3.80 m，比現(xiàn)狀調(diào)度方案分別高0.28 m，0.64 m,1.1 m,比優(yōu)化調(diào)度方案分別高出0.22 m，0.44 m，0.86 m。第2次洪峰不設(shè)防水位達(dá)到4.59 m，4.54 m，4.02 m，比現(xiàn)狀調(diào)度方案高出0.35 m，0.86 m，0.87 m，比優(yōu)化調(diào)度方案高出0.30 m,0.75 m,0.84 m。相應(yīng)地，B類方案、C類方案和D類方案下都有相似規(guī)律(圖7)，即不設(shè)方案下常州、無錫及蘇州城區(qū)的水位明顯高于現(xiàn)狀調(diào)度方案水位，且洪峰水位高于各城區(qū)警戒水位，而現(xiàn)狀調(diào)度方案及優(yōu)化調(diào)度方案的水位明顯降低，基本低于各城區(qū)警戒水位。說明城區(qū)大包圍有效降低了各城區(qū)洪水水位，保證了城區(qū)安全。

圖7 不同方案下無錫城區(qū)內(nèi)部河道水位過程

與不設(shè)防方案相比，設(shè)防方案由于城市澇水外排，城區(qū)內(nèi)部河道洪峰水位明顯降低，城區(qū)內(nèi)部?jī)?nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)降低。與現(xiàn)狀調(diào)度方案相比，優(yōu)化調(diào)度方案使得常州水位提高0.1～0.2 m，無錫水位提高0.1～0.3 m，蘇州水位提高0.1～0.3 m，但都在城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)可接受范圍，說明在不大幅增加城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)的前提下，可以適當(dāng)減少城市的排澇量，從而降低江南運(yùn)河水位，協(xié)調(diào)城市與區(qū)域的防洪關(guān)系。

3.4 集中排澇后江南運(yùn)河及城市附近區(qū)域洪澇特征

河道關(guān)注點(diǎn)4、5、6分別位于江南運(yùn)河常州、無錫和蘇州之間的運(yùn)河沿線附近區(qū)域，其水位變化分別與關(guān)注點(diǎn)1、2、3的水位變化趨勢(shì)類似，即洪水漲落過程中現(xiàn)狀調(diào)度方案的水位最高，優(yōu)化調(diào)度方案次之，現(xiàn)狀調(diào)度方案最低，但排澇對(duì)運(yùn)河沿線附近區(qū)域河道水位的影響程度較對(duì)運(yùn)河干流的影響偏小，即蘇錫常集中排澇能明顯提高江南運(yùn)河水位，沿線附近區(qū)域水位盡管有所抬升，但影響不大。

對(duì)于常州城區(qū) ，根據(jù)流場(chǎng)結(jié)果(圖8、圖9)可知，現(xiàn)狀調(diào)度與優(yōu)化調(diào)度對(duì)常州大包圍及其附近區(qū)域的流場(chǎng)影響不大，現(xiàn)狀調(diào)度方案下京杭運(yùn)河的流量更大，但其他主要行洪河道的流向和流量變化不大?，F(xiàn)狀調(diào)度與優(yōu)化調(diào)度條件下常州大包圍其他主要行洪河道在洪峰過境期間的平均水位差見表4。與現(xiàn)狀調(diào)度方案相比，優(yōu)化調(diào)度方案下，常州運(yùn)包圍除京杭運(yùn)河外的其他主要行洪河道的洪峰水位出現(xiàn)一定程度的升高，升高的幅度在0.05～0.15 m。

表4 不同調(diào)度條件下常州大包圍其他行洪河道洪峰水位差值平均值 m

圖8 現(xiàn)狀方案(A1)常州大包圍及附近區(qū)域流場(chǎng)示意圖

圖9 優(yōu)化調(diào)度(A3)方案常州大包圍及附近區(qū)域流場(chǎng)示意圖

現(xiàn)狀調(diào)度與優(yōu)化調(diào)度對(duì)無錫大包圍、蘇州城區(qū)大包圍及其附近區(qū)域的流場(chǎng)影響也不大，現(xiàn)狀調(diào)度方案下京杭運(yùn)河的流量更大，但不同調(diào)度方案下其他主要行洪河道的流向和流量變化不大。與現(xiàn)狀調(diào)度方案相比，優(yōu)化調(diào)度方案使得無錫運(yùn)東大包圍除京杭運(yùn)河外的其他主要行洪河道的洪峰水位出現(xiàn)一定程度的升高，升高的幅度在0.03～0.24 m之間，蘇州城區(qū)大包圍的其他主要行洪河道的洪峰水位升高幅度在0.04 m以內(nèi)。這是因?yàn)閮?yōu)化調(diào)度降低了大包圍向京杭運(yùn)河排澇的水量，大包圍內(nèi)的積水更多地通過其他河道的泵站抽排排出。優(yōu)化調(diào)度方案會(huì)導(dǎo)致原先排入京杭運(yùn)河的澇水減少，排入其他行洪河道的澇水增多，使原先京杭運(yùn)河的洪水風(fēng)險(xiǎn)向其他主要的行洪河道轉(zhuǎn)移。

4 結(jié) 論

a. 江南運(yùn)河的水位與降雨的總量和降雨時(shí)程呈正相關(guān)關(guān)系，隨著降雨的增加或減少，河道水位相應(yīng)上漲或下降，并隨著降雨峰值的出現(xiàn)，匯流時(shí)間約25 h。降雨頻率越大，江南運(yùn)河水位越高。

b. 為降低江南運(yùn)河的防洪壓力，根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)度方案及有關(guān)研究成果，設(shè)立蘇錫常城市排澇的優(yōu)化調(diào)度方案，即常州起排水位 4.87 m，比現(xiàn)狀調(diào)度方案抬高17 cm；無錫起排水位4.30 m，比現(xiàn)狀調(diào)度方案抬高30 cm；蘇州起排水位3.17 m，比現(xiàn)狀調(diào)度方案抬高17 cm。比較后發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)狀調(diào)度方案相比，優(yōu)化調(diào)度方案能有效降低江南運(yùn)河及沿線區(qū)域水位，遇到“91北部”100年一遇的降雨頻率時(shí)，江南運(yùn)河部分區(qū)域洪峰水位能降低5～10 cm，遇“99南部”100年一遇的降雨頻率時(shí)，江南水位部分水位降低大于10 cm。

c. 優(yōu)化調(diào)度方案降低江南運(yùn)河水位的同時(shí)，城區(qū)內(nèi)部河道洪峰水位有所上漲，常州上漲0.1～0.2 m，無錫上漲0.1～0.3 m，蘇州上漲0.1～0.3 m，但內(nèi)部水位仍低于除澇水位。表明若適當(dāng)降低蘇錫常城市排澇量，讓城市內(nèi)部承擔(dān)部分洪澇風(fēng)險(xiǎn)，能有效降低江南運(yùn)河水位，城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)仍然可控。

d. 相較于蘇州下游的江南運(yùn)河水位，蘇州上游的江南運(yùn)河水位漲水時(shí)更易大幅度超過警戒水位，且退水時(shí)水位居高不下，對(duì)運(yùn)河堤防的壓力較大。相較于常州，無錫和蘇州城區(qū)漲水時(shí)大幅度超城區(qū)內(nèi)部最高控制水位，城區(qū)防洪壓力較大。

建議在提高無錫和蘇州城區(qū)防洪排澇能力的同時(shí)，提高蘇州上游運(yùn)河堤防的防洪能力，并優(yōu)化蘇錫常城區(qū)大包圍的調(diào)度規(guī)則，適當(dāng)減少排入江南運(yùn)河的水量。另外，建議對(duì)蘇州上游的運(yùn)河沿線區(qū)域設(shè)置閘門在汛期時(shí)進(jìn)行控制或者加強(qiáng)沿線區(qū)域河道的堤防建設(shè)，并建立按運(yùn)河上重要水位站的特征水位值來設(shè)置城區(qū)沿運(yùn)河水工建筑物。