古泊善后河行洪对车轴河排水影响分析

朱京德， 孙传文， 余文忠

(连云港市水利规划设计院有限公司， 江苏 连云港 222000)

善南片与古泊善后河流域均位于沂北地区，两者流域相邻，善南片位于东部沿海、叮当河以东，流域范围西至叮当河、北至善后河、东至黄海、南至新沂河，总面积1 012 km2；古泊善后河大部分流域位于叮当河以西区域，流域总面积1 135.4 km2。通过分析善后河流域和善南片年最大3 d量相关规律，分析车轴河流域与善后河流域同频率暴雨遭遇特征[1-2]。

1 善后河流域与善南片年最大3 d降水量规律分析

1.1 同频率年最大3 d降雨发生时间分析

根据善南片灌云站、杨集站、燕尾港站1956—2010年共55年实测日降水量系列，古泊善后河片沭阳、吴集、青伊湖1956—2010年共55年实测日降水量系列，善南片与善后河流域年最大3 d降水量发生时间一致年份共有21年，占总年份的38%；不一致年份共34年，占总年份的62%，其中年最大3 d降雨发生时间偏差时间1 d的共有13年，1 d以上的共有21年。由此可知，善南片与善后河流域年最大3 d降水量发生多数年份有所偏差，偏差时间以1 d以上为主。

1.2 善南片年最大3 d降水量与善后河流域同期降水量频率分析

考虑善南片与善后河流域年最大3 d降水量发生多数年份有所偏差，选取善南片年最大3 d降水量和善后河流域同期降水量，根据各流域频率分析成果，对1956—2010年共55年份的实测善南片年最大3 d降水量和善后河流域同期3 d降水量进行频率计算。善南片年最大3 d降雨与善后河流域同期降雨频率分布见图1，善南片年最大3 d降水量与古泊善后河流域同期雨量对比见图2。

图1 善南片年最大3 d降雨与善后河流域同期降雨频率分布

图2 善南片年最大3 d降水量与古泊善后河流域同期雨量对比

根据图1、图2，在善南片发生一定频率的最大3 d降雨的情况下，善后河流域同期可能发生高于该频率的降雨，也可能发生低于该频率的降雨，同时根据图1的点群分布情况，善后河流域同期发生低于该频率的降雨可能性较大。

综上分析可知，善南片与善后河流域年最大 3 d降水量发生时间多数年份不一致，在善南片发生一定频率的最大3 d降雨的情况下，善后河流域同期降雨频率具有一定的随机性且发生低于该频率的降雨可能性较大。

2 对车轴河排水的影响分析

2.1 工况组合拟定

根据前文分析成果，拟定善南片5年一遇设计暴雨遭遇善后河流域无降雨、2年一遇设计暴雨和5年一遇同频率暴雨3种情况，在埒子河现状河道规模的基础上，计算车轴河治理工程实施前后的排涝情况[3]。

2.2 一维河网水动力模型

2.2.1 河网概况

善南片、古泊善后河片流域面积分别为1 012 km2、1 135.4 km2，其中善南片由车轴河流域(333 km2)、牛墩界圩河(286 km2)和东门五图河流域(393 km2)组成。

2.2.2 水工建筑物

涉及的水工建筑物主要有沿海挡潮闸、河网内部控制闸门，详见表1。

表1 水工建筑物概况

2.2.3 工程调度规则

区域内沿海排涝闸根据河网水位控制，其中善南片按照1.5 m控制，善后河原则上按照1.8 m控制，当善后河洪水较小时，善后河闸按照在确保河道排涝安全的前提下实行控泄，兼顾车轴河闸排水。当河网水位超过控制水位，趁低潮开闸排涝，低于控制水位时关闸挡潮[4]。区域内部闸门基本调度规则为：在汛期全开。

2.2.4 定解条件

一维河网水动力数学模型的定解条件包括初始条件和边界条件。

初始条件：河网初始水位为1.8 m，所有闸门处于全关状态。

边界条件包括上游边界、下游边界和内部边界。

上游边界：河道上游端点处为盲端，即闭边界。

下游边界：选取燕尾港2年一遇的典型潮型作为五灌河及埒子河河口边界。

内部边界：计算中模型内部边界主要为流域汇流。根据水文计算成果，将各河道设计洪水在相应位置处加入模型中，汇流方式采用沿程均匀入流。

2.2.5 糙率

结合区域骨干河道历年治理采用的设计糙率，模型计算已治理河道糙率为：泓道0.0225，滩面0.03；未治理河道糙率为：泓道0.0275，滩面0.035。

2.2.6 干沟和支沟

模型中考虑了干河、主要干沟，将其它干沟、支沟按照各片区对应水面率分别概化在相应的河段，在计算中考虑其对涝水的调蓄作用。

2.3 计算成果

2.3.1 善南片与善后河流域遭遇同频率5年一遇暴雨工况

善南片与善后河流域遭遇同频率5年一遇暴雨工况(工况1)，治理工程实施前后车轴河排涝水位成果见表2，车轴河闸最大下泄流量、开闸时间、总排水量统计见表3。

表2 治理前后车轴河排涝水位(工况1)

表3 治理前后车轴河闸下泄、四圩河闸泄流参数(工况1)

根据表2、表3可知，善南片与善后河流域遭遇同频率5年一遇暴雨工况时，车轴河流域排水口门车轴河闸受善后河高水影响，基本无法排水，开闸时间约2 h，排水量约占车轴河流域总排水量1%，车轴河流域涝水主要依托四圩河排水。车轴河流域受善后河高水影响，车轴河闸无法有效发挥排涝功能。在此工况下，车轴河治理工程实施前后车轴河流域排涝水位均高于排涝控制水位。

车轴河治理工程实施后，车轴河下段北支河道规模增大，糙率减小，过流能力增强，在车轴河开闸期间，排水量(26万m3)较工程实施前(16万m3)增加10万m3；同时，车轴河沿线各控制点排涝水位(小湾闸2.95 m、大新河3.03 m、盐河口3.30 m)较实施前(小湾闸2.96 m、大新河3.04 m、盐河口3.32 m)降低0.01～0.02 m。治理工程实施后在善南片与善后河流域遭遇同频率5年一遇暴雨工况时有一定的排涝效益。

2.3.2 善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨工况

善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨工况(工况2)，治理工程实施前后车轴河排涝水位成果见表4，车轴河闸最大下泄流量、开闸时间、总排水量统计见表5。

根据表4、表5可知，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨工况时，车轴河治理工程实施后，车轴河流域排水口门车轴河闸开闸时间和实施前相同，最大下泄流量(124.8 m3/s)较实施前(89.8 m3/s)增加35 m3/s，排水量(1318万m3)较实施前(980万m3)增加338万m3。同时，在此工况下车轴河治理工程实施前车轴河流域各控制点排涝水位(小湾闸2.18 m、大新河2.63 m、盐河口3.03 m)分别高于排涝控制水位(小湾闸2.02 m、大新河2.5 m、盐河口3.0 m)0.16 m、0.13 m、0.03 m，排涝标准不足5年一遇；工程实施后，车轴河各控制点排涝水位(小湾闸2.01 m、大新河2.47 m、盐河口3.0 m)较实施前降低了0.16～0.18 m，且均低于排涝控制水位，排涝标准满足5年一遇。

表4 治理前后车轴河排涝水位(工况2)

表5 治理前后车轴河闸下泄、四圩河闸泄流参数(工况2)

因此，在埒子口现状规模条件下，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇暴雨时，车轴河闸排水受古泊善后河影响较小，车轴河闸排涝效果明显，车轴河现状排涝不足5年一遇排涝标准的主要问题为上段及下段河道排涝能力不足；车轴河治理工程实施后，扩挖车轴河下段及上段，车轴河流域由不足5年一遇排涝标准提升到满足5年一遇排涝标准。

2.3.3 善南片5年一遇暴雨遭遇善后河无降雨工况

善南片5年一遇暴雨遭遇善后河无降雨工况(工况3)，治理工程前后车轴河排涝水位成果见表6，车轴河闸最大下泄流量、开闸时间、总排水量统计见表7。

根据表6、表7可知，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域无降雨工况时，车轴河闸排水不受善后河流域行洪影响，车轴河治理工程实施后，车轴河流域排水口门车轴河闸开闸时间和实施前相同，最大下泄流量(208.1 m3/s)较实施前(165.4 m3/s)增加42.7 m3/s，排水量(1 352万m3)较实施前(1 030万m3)增加332万m3。同时，在此工况下车轴河治理工程实施前车轴河流域各控制点排涝水位(小湾闸2.12 m、大新河2.59 m、盐河口3.01 m)分别高于排涝控制水位(小湾闸2.02 m、大新河2.5 m、盐河口3.0 m)0.01 m、0.09 m、0.1 m，排涝标准不足5年一遇；工程实施后，车轴河各控制点排涝水位(小湾闸1.99 m、大新河2.45 m、盐河口2.79 m)较实施前降低了0.02～0.16 m，且均低于排涝控制水位，排涝标准满足5年一遇。

表6 治理前后车轴河排涝水位(工况3)

表7 治理前后车轴河闸下泄、四圩河闸泄流参数(工况3)

因此，在埒子口现状规模条件下，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域无降雨时，车轴河闸排水不受善后河流域行洪影响，由于车轴河现状薄弱环节上段及下段河道排涝能力不足，车轴河流域不足5年一遇。车轴河治理工程实施后，扩挖车轴河下段及上段，车轴河流域排涝标准满足5年一遇。

3 结 论

(1)善南片与古泊善后河均位于沂北地区，两者流域相邻，根据实测日降雨系列分析，善南片与善后河流域年最大3 d降水量发生时间多数年份不一致，在善南片发生一定频率的最大3 d降雨的情况下，善后河流域同期降雨频率具有一定的随机性且发生低于该频率的降雨可能性较大。

(2)在埒子口现状规模条件下，善南片与善后河流域遭遇同频率5年一遇暴雨工况时，车轴河流域主要受善后河高水影响，车轴河闸开闸时间及排水量均较少，车轴河流域涝水主要依托四圩河排水。在此工况下，治理工程实施后车轴河流域各控制点排涝水位高于排涝控制水位，但较实施前有所减低，有一定的排涝效益。

(3)在埒子口现状规模条件下，善南片5年一遇暴雨遭遇善后河流域2年一遇及以下暴雨时，车轴河闸排涝受古泊善后河高水影响较小，车轴河流域现状排涝标准不足5年一遇主要是受自身现状排涝能力不足的影响。车轴河治理工程实施后，通过扩挖车轴河下段及上段，增强河道过流能力，车轴河流域各控制点排涝水位均低于排涝控制水位，车轴河流域满足5年一遇排涝标准。