老沭河苏鲁省界至塔山闸段河道行洪能力分析

郑长陵， 李 沛， 王继龙

(江苏省水文水资源勘测局徐州分局， 江苏 徐州 221000)

沭河发源于山东省沂水县北部沂山南麓石槽峪北太婆顶，流经沂水、莒县、莒南、临沂等地至临沭县大官庄分为东西两支。东去称新沭河，水流经过石梁河水库调蓄后东下入海；南下称老沭河，水流流经临沭、郯城、新沂等县市并在新沂市口头汇入新沂河东下入海。

老沭河山东省境内依次建有人民胜利闸、清泉寺拦河闸、龙门橡胶坝、重兴拦河闸等4座大型水工建筑物，江苏境内依次建有塔山闸、王庄闸、广玉壅水坝、邵店壅水坝、口头壅水坝等5座大型水工建筑物。

老沭河苏鲁省界至塔山闸段河长约16 km，省界下7 km右岸新沂市城区设有新安水文站，水文站下游1.5 km右岸有入沭闸与新戴河连通，塔山闸上约1 km左岸有黄墩河汇入。

2011—2019年，老沭河西岸沭河之光、沭河之星、钟吾公园、沭河之辰等景观工程先后建成，对新安站上下游约5 km河段的过水断面有一定程度影响。为满足沂沭泗流域水情调度及新沂市城市防洪等要求，对老沭河苏鲁省界至塔山闸段河道行洪能力进行分析[1]。

1 行洪能力分析

河道行洪能力分析一般采用河段代表断面分析法。新安站是老沭河江苏境内唯一一个水文站，恰位于分析河段中间略偏上位置，也恰在老沭河四大景观工程区域内，河道宽度相对较窄，常规堤防标准，该站所在断面的行洪能力对分析河段的行洪能力有较高的代表性。因此，本文的主要任务就是分析新安站在不受塔山闸回水影响情况下的水位—流量关系[2]。

1.1 资料选用及初步分析

选取新安站2019年和2020年不受塔山闸回水影响的39次实测流量资料，搜集1974—2018年间塔山闸全开及洪峰流量超过1 000 m3/s的全部5次洪峰资料，组成含有44个流量测点的实测资料系列，经初步点绘分析，发现其相关点密集分布且呈现比较规则的带状[1]。

1.2 相关图绘制及关系线线型选配

为便于选配水位—流量关系线数学模型公式，绘图时以冻结基面水位为横坐标，以实测流量为纵坐标，绘制水位—流量相关图并选配最佳二阶多项式关系线，见图1。

图1 老沭河新安站不受塔山闸回水影响时水位—流量关系

从图1可看出，在不受塔山闸回水影响时，新安站多年水位 —流量关系为单一线，选配二阶多项式线型时，点线吻合程度好，关系线相关系数高。依据《水文资料整编规范》(SL 247—2012)[3]要求，需进一步对关系线进行3种检验及定线精度评定。

1.3 关系线检验及精度评定

对定线实测点，按水位从低到高顺序排列，根据所得水位—流量关系线的数学模型公式Q=76.972G2-3 681.917G+44 018.100，列表统计3种检验及精度评定所需中间变量如表1。

表1 关系线三种检验及精度评定所需中间变量

1.3.1 符号检验

1.3.2 适线检验

因26=k2≮0.5(n-1)=21.5，故不需做此项检验，默认适线检验通过。

1.3.3 偏离数值检验

│t│=0.48

1.3.4 定线精度评定

根据《水文资料整编规范》规定，精度评定因子关系线的系统误差、随机不确定度2项指标。

实测点对关系线无明显系统偏离时，系统误差采用实测点对关系线的相对误差的平均值，即系统误差P=0.32% 。

根据定线方法及所在水文站的精度类别，对所定关系线精度进行评定。根据国家标准《河流流量测验规范》(GB 50179—2015)[4]，新安水文站地处干旱、半干旱地区，且上游总集水面积超过5 000 km2，属于一类精度水文站。

根据《水文资料整编规范》提供的水位—流量关系定线精度指标要求，建立的G—Q相关线满足一类精度水文站ADCP法水位—流量关系定线精度指标要求，见表2。

表2 定线精度评定结果

从上述分析可知，所定水位—流量关系线可作为新安站行洪流量测报实时在线方案及不受回水影响时的资料整编方案，但对其适应水位(流量)级范围还需进一步明确。

1.4 水位—流量关系线适应范围

1.4.1 推流曲线单向递增水位范围分析

由Q=f(G)函数求Q对G的二阶导数，有Q″=153.944>0，则该关系线实际上是开口向上的一元二次抛物线，为满足水文应用单向递增的要求，仅取其右半支。

由Q=f(G)函数求流量Q对水位G的一阶导数，有Q′=153.944G-3 681.917，即此为抛物线上任一点处切线的斜率，当Q′=0时该抛物线获得Q极小值，由此解得满足该水位—流量关系单向递增的水位范围为Gmin=23.917 m，即G≥23.917 m。

1.4.2 推流曲线高低水延长分析

根据《水文资料整编规范》，水位—流量关系线可适当作高低水延长使用，高低水延长幅度应分别不超过定线实测流量所占水位变幅的30%、15%，且高低水延长需采用水位面积关系、水位流速关系综合分析等方法进行。为减小可能存在的曲线延长推流误差，对高低水延长幅度均按定线水位变幅的15%控制。定线水位范围为24.798～30.510 m，由此计算出关系线作高低水延长后的水位适用范围为23.941 m≤G≤31.367 m。

1.4.3 推流曲线适应水位范围确定

求上述两水位集合的交集，即本推流曲线的适应范围为：23.941 m≤G≤31.367 m，但需要满足无回水影响的大前提。

1.4.4 推流曲线适应流量范围确定

据历史资料记载及洪水调度方案，当预报老沭河上游来水可能达到或超过1 000 m3/s时，塔山闸提前全开启预泄洪，故本方案适应流量范围为Q≥1 000 m3/s；当确认塔山闸对新安站不造成回水影响时，适应于各级流量。

2 结论与建议

(1) 经前述分析，在新安站不受塔山闸回水影响状态下，新安站1974年以来的水位—流量关系呈理想的单一线关系，说明虽然老沭河新沂城区段建设的四期景观工程使部分河段过水断面略有缩小，但总体上对河道行洪能力基本无影响。

(2) 以新安站为代表断面，老沭河省界至塔山闸段的行洪能力概括如表3所示。

(3) 本方案可作为新安站高洪流量测报方案：Q=76.972G2-3 681.917G+44 018.1，适应范围为Q≥1 000 m3/s 。

(4) 本方案可作为新安站水文资料整编方案：Q=76.972G2-3 681.917G+44 018.1(适应范围：不受塔山闸回水影响且23.941 m≤G(冻结基面)≤31.367 m)。