江苏沿江半高地区域除涝方法探讨——以太仓市沙溪镇为例

徐惠亮，樊 旭

（江苏省江都水利工程管理处，225000，江都）

江苏沿江半高地区域除涝方法探讨
——以太仓市沙溪镇为例

徐惠亮，樊 旭

（江苏省江都水利工程管理处，225000，江都）

以太仓市沙溪镇为例，采用一维河网非恒定流模型对江苏沿江半高地区域除涝方法进行探讨，研究结果表明：对于汛期外受长江高潮位顶托、内受20年一遇降雨影响的沿江半高地区域，在考虑沿江水闸的控制运用条件情况下，可采取高潮蓄水、低潮排涝，确定规划区域建设用地和道路高程方案，满足除涝要求。

一维河网非恒定流；潮位；除涝；建设用地；道路；高程

江苏沿江半高地区域主要指昆山、太仓、张家港等苏南沿江区域，以平原为主，地面高程一般与设计洪水位相当或稍高，区域整体不设圩。但仍有局部区域因地面高程高于区域常水位、低于设计洪水位，汛期外受长江潮位顶托、内受区域骨干河道行洪影响，这些局部低洼区域的涝水无法外排，因此往往遭受涝灾。

随着我国经济社会的进一步发展，平原区、圩区防洪除涝标准不断提高，相关区域排涝规划思路、方法得到大量的研究与讨论，取得了许多有益的成果。但目前较少有文献对外受长江潮位顶托、内受行洪河道防洪压力的沿江半高地区域除涝方法进行研究。本文特以太仓市沙溪镇为例，采用一维河网非恒定流模型探讨沿江半高地区域除涝方法。

一、研究方法

1.计算模型

对于江苏沿江半高地区域的除涝，适宜运用一维河网非恒定流模型进行计算：

上两式中，Z为水位、Q为流量、B为水面宽度、A为过水断面面积、R为水力半径、C为谢才系数、q为单位长度河道的旁侧入流量，t和s分别是时间和空间坐标。

2.差分方程

（1）差分方程的建立

采用Preissmann隐格式建立差分方程，形成下列3式：

（2）差分方程的求解

对于划有N个断面的河道，有N-1个河段，共可写出2（N-1）个代数

方程，加上上游、下游边界条件，形成阶数为2N的代数方程组，可以解出N个断面处的水位和流量。此方程组常用追赶法求解。具体求解方法是：先由上游边界向下游边界推进，求出递推系数，再由下游边界向上游边界回代，求出各断面处的水位和流量。从而可确定该河道的实时水位与流量，判断河道是否超出相应地面高程。

二、实例应用

1.项目区概况

太仓市沙溪镇为平原地区，距长江仅20 km，地面高程较高，大多在4.1～4.9m之间，平均4.40m（吴淞高程），目前整体不设防，戚浦塘为其境内主要行洪通道，排入长江，沿江建有1座节制闸以抵御长江洪水，汛期承受上游涝水，行洪压力较大。区内地形较平坦，总面积159.47 km2，现状水面率约10.86%，由于受外水过境及江潮顶托的影响，排水情况较复杂，规划区大部分区域原为农田种植区，现规划为城区，现有的农田排水标准不能满足要求；规划区从允许在短历时内淹没的农田种植区过渡到不允许淹没的现代化城镇，排水能力需进行复核。

2.排涝标准

城镇、工业区20年一遇最大24 h设计暴雨，确保每时段（以1 h为一时段）不受涝；农业区20年一遇24 h设计暴雨，雨后一天排除涝水。

3.规划思路

在排水分区的基础上，考虑长江高潮位顶托，排水区遭遇20年一遇24 h设计暴雨时，高潮滞蓄涝水、低潮排涝，区域不设防情况下，确定规划水面率；在此基础上，以区域通江河道宣泄阳澄淀泖50年一遇设计洪水、排水区遭遇20年一遇24 h设计暴雨情况，采用非恒定流模型校核规划区河道断面、确定建设用地地面高程。

4.边界条件

戚浦塘采用50年一遇近期水位顶托，降雨过程取20年一遇设计暴雨过程；长江潮位采用1991年型特征潮位过程。沿江涵洞、水闸的控制运用条件为：涨潮时，内河水位高于潮位时开闸排水，否则关闸挡水；落潮时，内河水位高于潮位且内河水位不小于3.20m（内河常水位）时开闸排水，否则关闸挡水。计算时，将规划区域各河道划分为长度不超过300m的若干个微小河段，时间步长取120秒，计算历时取24 h。

（1）设计洪水位

沙溪设计洪水采用昆山站1970—2001年32年水位资料进行频率分析，其中包括1991年和1999年大水资料，采用P-Ⅲ型曲线配线，成果见表1。

在现状河网条件下，按洪水归槽水力模型计算50年一遇设计洪水位，戚浦塘50年一遇洪水位为4.39m。

（2）设计潮位

规划区距长江平均仅20 km，因此长江潮位对其影响甚大。以杨林站1991年、1999年汛期7、8、9三个月的逐日高、低潮位分别进行排频分析，得到汛期不同频率高、低潮位，见表2。

（3）设计暴雨与设计净雨

戚浦塘站具有1972—2003年短历时暴雨统计资料，雨量资料系列相对较长，被选作规划区设计暴雨计算的雨量代表站。通过频率分析计算得出20年一遇最大24 h设计雨量为229.2mm。选取1989年9月16—17日逐时雨量作为典型暴雨过程，采用同频率方法缩放得出20年一遇设计暴雨过程与净雨过程。

从偏不利因素考虑，不考虑城市雨水管网对入河过程的影响，以设计净雨过程作为河网的入流过程。

5.河网概化与计算结果

戚浦塘采用50年一遇近期水位顶托，降雨过程取20年一遇设计暴雨过程；长江潮位采用1991年型特征潮位过程。沿江涵洞、水闸的控制运用条件为：涨潮时，内河水位高于潮位时开闸排水，否则关闸挡水；落潮时，内河水位高于潮位且内河水位不小于3.20m（内河常水位）时开闸排水，否则关闸挡水。计算时，将规划区域各河道划分为长度不超过300m的若干个微小河段，时间步长取120秒，计算历时取24小时。

在进行河网概化的基础上，规划区考虑长江高潮位顶托，排水区遭遇20年一遇设计暴雨时，高潮滞蓄涝水、低潮排水，确定规划水面率为12%；在此基础上，以戚浦塘宣泄上游50年一遇设计洪水，排水区遭遇20年一遇设计暴雨，校核规划区骨干河道断面。图1为经过概化的境内主要河道水位过程线。

根据以上河道水位过程线，结合项目区排水管道比降和覆土高度，确定建筑物和道路基础高程4.60 m。

表1 昆山站水位频率分析成果 单位：m

表2 不同频率汛期潮位 单位：m

图1 境内主要河道水位过程线

三、结 语

采用一维河网非动力学模型对受潮汐影响的江苏沿江半高地区域排涝进行研究，根据选择的典型暴雨过程，计算结果表明：对于沿江半高地区域除涝问题，在采用高潮蓄水、低潮排涝，校核骨干河道断面，在满足确定建筑物和道路基础高程要求设计的基础上，半高地区域可以不设圩。这一成果为江苏沿江半高地区除涝提供了新思路。

［1］张礼兵，程吉林，金菊良.基于试验遗传算法的平原圩区除涝排水系统最优规划 ［J］.水利学报，2006，37（10）.

［2］张小潭.平原河网区除涝水文计算方法研究 ［J］.人民珠江，2015（3）.

［3］费永法，王德智，邵善忠.几种除涝水文计算方法的比较与分析［J］.水利规划与设计，2015（1）.

［4］张凯铭，董增川，樊孔明，等.平原河网区排涝计算研究［J］．中国农村水利水电 ，2012（12）.

［5］刘曾美，吴俊校，肖素芬.感潮地区排涝分析计算方法和思路研究［J］．人民珠江，2009（5）.

［6］陶晓东，黄莉，张小林，等.基于河网概化的滨海平原地区骨干河道排涝复核计算 ［J］．水利与建筑工程学报，2007，5（4）.

责任编辑 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，Fan 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

TV212.53

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1000-1123（2016）14-0035-03

2016-04-20

徐惠亮，高级工程师。