感潮河道分流比研究

2011-09-03仲兆林万晓凌朱凯

电网与清洁能源 2011年8期

仲兆林，万晓凌，朱凯

（1.江苏省水文水资源勘测局常州分局，江苏常州213001；2.江苏省水文水资源勘测局，江苏南京210029）

引江济太是太湖综合治理的需要，尤其新沟河、新孟河等工程即将实施[1]，通过引江济太促进太湖水体流动，改善太湖水质。分析引江河道分流比变化确保合理规划枢纽工程的建设，确保城市防洪安全，合理利用水资源，改善区域水环境、水生态。本文通过对引江河道澡港河多年来水位流量、泥沙等方面的实测资料分析，研究澡港河叉河分流比，进一步优化工程调水方案。

图1 常州沿江主要水系及新老澡港河分流口示意图

1 研究区概况及方法

1.1 研究区概况

澡港河地处常州市东北部，由渌安洲东侧进入长江，是武澄西引排工程中连接长江和大运河的重要通江河道之一。澡港河支流众多，1996年完成河道拓浚工程，上游圩塘镇段裁弯取直，下游于龙虎塘以北的胡庄处分流，形成两股水流，一股沿澡港河往西南经过常州高新区流入市区关河；一股沿老澡港河东支往东南经洪福村北首穿过永汇河后流入北塘河，再经过横塘河、丁塘港、三山港等北塘河支流部分流入大运河中、部分流到江阴境内（见图1）。

1.2 研究方法

本文通过研究圣维南方程组在感潮河道水文测验中的应用，分析影响感潮河道的水文因素，研究影响两河的水位、流量的主意因素，采用一潮推流法进行流量定线进行潮量计算，从而得出其分流比的变化规律。

2 结果及分析

2.1 影响分流比变化的因素

明渠非恒定渐变流的基本方程为圣维南方程组[2]

式中，s为流程；t为时间；z为水位；A为过水断面面积；Q为流量。

由于河网地区水流情况复杂，分流比关系也相对复杂，澡港河又是受长江潮汐影响的感潮河道，感潮河道的流量变化在考虑圣维南方程包含的影响因素外，还需考虑澡港河与老澡港东支之间潮量、水面比降、糙率、含沙量等水力因素[3]的变化造成的两河间的分流比的变化。当两河道的各水力因素同步增大或者减小时，分流比不会发生变化；当两河道水流因素变化不一致时，会导致分流比产生变化。

2.1.1 潮量

澡港河属感潮河道，主要来水为长江水，汛期5—9月引水占全年引水量60%左右。在丰水年，沿江各闸从长江引水量相对较小，排水量相对较大；在枯水年引水量较多。潮量的变化与潮汛的大小密切相关，是影响新老澡港河分流比重要因素。

2.1.2 水面比降

潮流段的水面比降，由于受到潮汐影响，比降比较复杂，低潮时水面比降大于高潮时，汛期水面比降大于枯水期，潮位高时水面比降大于潮位低时。

2.1.3 来沙量

长江水含沙量高，江水是澡港河的主要水源，引水同时将江水挟带的泥沙带入河道中，是内河淤积的重要因素。大潮期水流速大，挟沙能力强，河床除槽顶端外，一般以冲为主，水体含沙量较高。小潮期，水流速小，挟沙能力低，水流含沙量小，河床以淤积为主[4]。

2.1.4 断面面积

由于河道水位的变化及河道冲刷淤积的影响，使河道过水面积不断变化。从圣维南方程可见，断面面积是影响断面流量的重要因素。

2.2 测验分析

2.2.1 断面布设及断面面积变化

2008年8月在澡港河及东支分岔口处分别布设了流量监测断面进行同步流量监测。在断面布设中考虑到支流、潮汐、比降等因素的影响，故将澡港河断面布设在西湖塘桥处，而老澡港河东支断面布设在盘龙圆桥处，位置见图1。

采用铅鱼加测绳法进行大断面测量，以水位为基准，每2 m测一个点，根据实测断面资料计算两断面面积比与水位变化关系见图2。

图2 断面面积比与水位变化关系图

由于澡港河河槽常年处于冲刷状态，澡港河在同水位下河底较深，过水断面面积较老澡港河东支大，面积比成曲线分布，但随着水位增大，逐渐变缓。

2.2.2 测验方法

测验时序上考虑，从2008年8月份开始，时空分布均匀，根据降水、水面比降的变化连续监测。

2.3 分流比分析计算

2.3.1 流量测验分析

通过2008年以来近33次流量监测资料的分析，两条河道在不同潮汐的情况下，分流比发生变化，根据监测资料计算分析，有比较明显的规律：

长江大潮汛期，澡港河及其东支同步实测流量16次流量，根据实测资料建立澡港河西湖塘桥断面流量与总流量的关系图，如图3。

长江小潮汛期，澡港河及其东支同步实测流量17次流量，根据实测资料建立澡港河西湖塘桥断面流量与总流量的关系图，如图4。

图3 大潮汛期澡港河西湖塘桥断面流量与总流量关系图

图4 小潮汛期澡港河西湖塘桥断面流量与总流量关系图

由图3、4两相关关系图可知，除出现个别没有代表意义极端情况测点外，在大潮汛期，新澡港河的流量占总流量的0.7左右；小潮汛期，新老澡港河分流相当，约各占一半。

2.3.2 潮量测验分析

潮量是感潮河道研究的重点对象之一，探讨潮量的变化是感潮河道分流比研究目的。2009年7月至12月分别在7个引排水潮次同步监测澡港河及东支的引排潮量，实测引排水量及占总量统计计算如表1所示。

表1 实测澡港河及东支同步引排水量监测成果统计表

根据表1实测成果分析，在大小潮汛期，新老澡港河引排水量比变化是与流量比变化一致的，即在大潮汛期，澡港河的引排水量占总量的0.7左右；小潮汛期，澡港河分流一样。

2.3.3 影响分析

引江济太是运用水利手段改善太湖流域水环境的一个重要措施，流域水利工程体系将长江清水调入太湖流域，通过水资源的优化调度，提高流域水资源承载能力，增加水环境容量，缓解流域水质型缺水矛盾，遏制流域水环境恶化趋势，最终达到改善太湖和流域河网水环境的目的。拓浚澡港河是太湖流域综合治理的需要，澡港河拓浚工程完成后，提高引江能力，也扩大排水出路，将武澄锡地区上游洪水迅速就近排入长江，减轻常武地区及北塘河沿线圩区的防洪除涝压力，澡港河东支枢纽的实施，将更有利于常州城区防洪大包围的建设[5]。

澡港河多年平均引排水量约3.5亿m3。通过对其分流比分析研究后，澡港河年平均出入常州市区水量达2.1亿m3左右，在遇到干旱年份进行合理引排调度，保证工业、农业和生活用水。