苏北灌溉总渠现状行洪能力计算

张翼，朱大伟，张玥，张锁江，王宇露，李洁

（1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏 扬州 225127；2.扬州大学 水利科学与工程学院，江苏 扬州 225009）

0 引言

淮河流域地处中国中东部，是长三角一体化发展、长江经济带等重大国家战略承载地，在全国社会经济发展中占有重要地位，其长期面临复杂严峻的洪涝灾害威胁。苏北灌溉总渠作为淮河流域下游地区防洪工程体系的重要组成，也是发展下游地区灌溉的综合利用的大型水利工程。总渠建成投运后，在灌溉、防洪以及排涝等方面均发挥了重要作用。由于总渠入海口处设闸控制，改变了河口区的潮波运动，加之近年来上游冲淤保港水量不足，在自然与人为因素的双重影响下，总渠入海河口闸下港道淤积严重，导致上游河道的行洪能力衰弱。因此，为确保苏北灌溉总渠乃至洪泽湖的防洪安全，建立能够模拟多建筑物控制下河道洪水演进过程的数学模型，定量分析现状行洪能力及影响因素具有重要意义。

文章首先构建了苏北灌溉总渠一维模型，在模型率定及验证的基础上对河道现状行洪能力进行了计算，并分析了闸下港道淤积对河道行洪能力的影响，以期为苏北灌溉总渠的治理提供借鉴参考。

1 研究区域概况

1.1 河道概况

苏北灌溉总渠位于淮河下游江苏省北部，西起洪泽湖高良涧，东至扁担港入黄海，全长168 km，向东经淮安市的洪泽区、清江浦区、苏淮高新区、淮安区，盐城市的阜宁县、射阳县、滨海县，及江苏省淮海农场，南、北堤均为1级堤防。总渠主体工程于1951 年11 月2 日开工，1952 年5 月10 日竣工，原设计行洪700 m3/s，1960年运东闸加固后，行洪标准提高到800 m3/s，灌溉设计流量500 m3/s。苏北灌溉总渠南堤及北堤（淮河入海水道南堤）是里下河地区、白宝湖地区的防洪屏障，防洪保护区面积22 400 km2。区内淮安、盐城是江苏发展最有潜力的地区之一，是拉动苏北经济社会发展的关键地带。

1.2 沿线建筑物概况

苏北灌溉总渠沿线主要有高良涧进水闸、运东闸、阜宁腰闸、总渠地涵、六垛南闸五级控制枢纽，设计泄洪流量均为800 m3/s。高良涧进水闸共16 孔，单孔净4.20 m；运东闸为第二级控制，主要功能为泄洪、引水灌溉，共7孔，单孔净宽9.20 m；阜宁腰闸为第三级控制，主要功能为泄洪、引水灌溉，共21孔，单孔净宽3 m。总渠地涵是总渠与通榆河立交控制，主要功能为泄洪、引水灌溉、维持通榆河航运，为上槽下洞结构，15 孔，单孔净宽4 m；六垛南闸为末级控制，主要功能为泄洪、排涝、挡潮，共7孔，单孔净宽9.20 m。

2 一维水流模型构建

MIKE11 软件是由丹麦水利研究所（DHI）开发的，用于模拟河流、河口、河网系统的水流、水质过程的一维模型，经过大量工程实践验证，适用于具有多种建筑物控制的河道水流计算。文章采用MIKE11软件建立了一维河道水流模型，对苏北灌溉总渠的现状行洪能力及主要影响因素进行了计算分析。

2.1 模型概化

综合考虑了流域洪水组成、防洪工程体系、主要控制建筑物分布等，确定计算范围为苏北灌溉总渠（高良涧闸下～入海口段），概化河道长度约168 km，概化断面420 个，断面平均间距400 m，沿线运东闸、阜宁腰闸、总渠地涵、六垛南闸等均采用MIKE11中的可控水工建筑物进行概化模拟，见图1。

图1 河道概化图

2.2 计算条件

苏北灌溉总渠为相对独立的行洪河道，主要承泄洪泽湖下泄洪水，河道水位受沿线建筑物控制运行及沿海潮位影响。模型率定及验证阶段上游边界采用实测流量过程，下游边界采用入海口处实测潮位过程；设计工况研究过程中，上游边界采用800 m3/s的设计行洪流量，下边界采用50年一遇设计高潮位，综合实测资料排频结果与附近工程已有研究成果，此次下边界取3.60 m。

2.3 模型率定

采用2015 年实测河道地形资料，选取2015 年5 月25 日至8月12日洪水过程，对模型进行了率定。期间苏北灌溉总渠上游高良涧闸最大日均流量为513 m3/s，发生于7月9日，此时运西电站节制闸出流流量为245 m3/s，运东闸、阜宁腰闸、六垛南闸流量分别为212、159、125 m3/s。根据沿线运东闸下、阜宁腰闸闸下的实测水位过程资料，率定河道主槽、滩地糙率等关键参数，计算表明率定结果与实测的水位过程符合较好，最高洪水位相对误差在±10 cm 以内，故该模型可很好地模拟河道水位变化过程。

2.4 模型验证

根据实测地形及水文资料掌握情况，验证过程采用2021年实测河道地形资料，选取2020 年6 月15 日至8 月31 日洪水过程。期间上游高良涧闸最大日均流量达771 m3/s（7 月23日），此时运西电站节制闸出流流量为219 m3/s，运东闸、阜宁腰闸、六垛南闸流量分别为460、427、365 m3/s。在率定得到的河道糙率（主槽0.018～0.023、滩地0.026～0.044）等条件下，根据典型水文站点实测水位资料，验证模型计算精度。验证结果表明计算结果与实际符合较好，故此次概化模型方法及参数选定基本合理，可用于现状河道行洪能力及影响因素的计算分析。

3 现状行洪能力分析

根据苏北灌溉总渠2021 年实测河道地形，采用上述模型对高良涧闸下泄流量分别为400、600、800、1 000 m3/s时的河道水位进行了计算，并与沿线主要建筑物设计水位进行对比，分析河道现状行洪能力。计算可得，2021年实测地形条件下，上游流量为1 000 m3/s 时，阜宁腰闸、总渠地涵、六垛南闸处计算水位高于设计水位；800 m3/s下，总渠地涵、六垛南闸处计算水位高于设计水位；600 m3/s下，六垛南闸处计算水位高于设计水位；400 m3/s下，各节点计算水位均低于设计水位。

分析表明，苏北灌溉总渠现状行洪能力整体不满足800 m3/s 的设计标准，经试算，高良涧闸至运东闸段现状行洪能力约1 000 m3/s，运东闸至总渠地涵段现状行洪能力约600～900 m3/s；总渠地涵至入海口段现状行洪能力约400 m3/s，仅为设计行洪能力的50%。

4 闸下港道淤积对行洪的影响

现状六垛南闸闸下港道长约7.50 km，根据2021年实测断面资料，六垛南闸上7.50 km 平均河底高程为-5.44 m，闸下7.50 km平均河底高程为-0.60 m，闸下比闸上高4.84 m。

采用模型对闸下港道清淤后的河道水位进行了计算，清淤规模初定为底高程-2.50 m、底宽60 m、边坡1 ∶3。计算可得：800 m3/s 设计流量下，清淤前后高良涧闸至运东闸段水位差为0.03 ～ 0.06 m，阜宁腰闸至六垛南闸段水位差为0.36 ～0.78 m，表明六垛南闸闸下港道淤积造成上游河道水位壅高，主要控制节点处水位最大壅高幅度为0.78 m，严重影响上游河道行洪能力；对闸下港道进行一定规模的清淤整治后，基本可恢复河道800 m3/s的设计行洪能力。

5 结论

文章建立一维河道水流模型，对苏北灌溉总渠现状行洪能力进行了计算分析，主要得到以下结论：采用MIKE11 建立了苏北灌溉总渠一维河道水流模型，并对模型进行了率定及验证，结果表明该模型能较好地模拟河道洪水演进过程，并用于设计方案的研究。

采用建立模型对苏北灌溉总渠2021年地形条件下的现状行洪能力进行了计算，得出河道现状行洪能力整体不满足800 m3/s的设计标准，其中高良涧闸至运东闸段现状行洪能力约1 000 m3/s，运东闸至总渠地涵段现状行洪能力约600 ～900 m3/s；总渠地涵至入海口段现状行洪能力约400 m3/s。

分析了六垛南闸闸下港道淤积对河道行洪能力的影响，结果表明闸下港道淤积造成上游河道水位壅高，主要控制节点处水位最大壅高幅度为0.78 m，严重影响上游河道行洪能力；对闸下港道进行一定规模的清淤整治后，基本可恢复河道800 m3/s的设计行洪能力。