跨水利分区航道整治工程特征水位研究——以新江海河航道整治工程为例

沈 颖，孙诗游，许 荔

（1.江苏省水利工程科技咨询股份有限公司，江苏 南京 210029；2.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029）

在构建“一带一路”交汇点建设新格局的背景下，江苏省推出《高质量推进“一带一路”交汇点建设的意见》，明确支持南通市建成重要出海门户，大力推进通州湾港区建设。作为区域骨干航道的新江海河，定位通州湾港区疏港航道，必须加快整治建设进度。分析计算出合理可靠的航道特征水位，不仅是新江海河航道整治的重要技术支撑，也有利于水利部门构筑保障经济社会安全和发展的防洪除涝减灾体系、水资源供给体系、水环境保护体系和水利管理体系，同时要满足航道运行安全及可靠性要求。

1 航道工程概况

新江海河起自通吕运河口，终点新江海河闸，连接通海港区，全长27km，2018 年列入《江苏省干线航道网规划（2017—2035）》，现状航道等级为五级，规划三级。航道现状条件较好，河面宽60～90m，水深约2.7m，穿越南通市九吕区及通启区（通启西片）两个水利分区，在入江口和与通启河交汇口分别建有新江海河闸和双桥套闸两座控制建筑物，双桥套闸属内河套闸，是九吕区和通启区控制线上的重要建筑物。

2 区域水文特点

项目区地处副热带北缘，受高空西风环流和太平洋副热带高压两种大气环流的影响和控制，具有明显的季风气候特征，降水量在年际之间变化大，年内汛期降雨量集中，6—9 月降雨量约占年降雨量的60%左右，容易出现突发性的、灾害性的暴雨洪水及干旱。由于近海，主要干流又与长江相通，受海潮的顶托，水流方向不定，经常作往返流动。水位高低除受本地降水影响外，还和各涵闸引排水情况有关，通江、通海河道大多建闸控制，内河水位受人为调控影响大。

南通市水系分为七个水利分区，新江海河涉及九吕区及通启区两个分区。九吕区常水位2.2m，通启区常水位1.8m，两区常水位相差约0.4m。九吕片引水主要由南通节制闸、九圩港闸引长江水，通过九圩港、遥望港、通吕运河等骨干河道输送到区域内部。该片涝水可经由九圩港闸、南通节制闸入江或者经由遥望港闸、东灶港闸、大洋港闸入海，沿江片区直排入江。通启运河及新江海河现状基本不承担九吕区排水任务，只在特大暴雨区间相机排水。

通启西片由于受到咸水上溯的影响，目前主要通过营船港闸引水，适当通过新江海河闸引水。该片沿江各农场和圩区均为沿江独立排水区，涝水直接入江；其余片区涝水由营船港闸、新江海河闸及海门港闸排水入江。

3 研究内容与技术路线

3.1 特征水位研究内容

特征水位研究主要包括通航水位和设计洪水位分析。

通航水位包括设计最高通航水位和设计最低通航水位。新江海河航道规划等级为III 级，根据《内河通航标准》（GB50139-2014）的规定，设计最高通航水位应采用洪水重现期为20 年一遇的设计水位；内河侧设计最低通航水位的多年历时保证率为98%～95%，外河侧即潮汐影响明显的河段设计最低通航水位的多年历时保证率为90%。

项目所在区域防洪达到50 年一遇，高低水系控制线建筑物达到防御50 年一遇高水位的标准。分析提出航道沿线20 年一遇、50 年一遇洪水位及建筑物挡洪水位。

3.2 特征水位研究技术路线

该段航道特征水位研究以淮河流域防洪规划、江苏省近期防洪规划、南通地区水利规划以及沿海水利规划等流域性、区域性防洪、除涝供水规划为基础，抓住重点、难点问题深入调查研究，了解交通和水利部门的要求，鼓励地方参与。拟定主要技术路线是：调查研究、找准问题；抓住重点，专题分析。

（1）调查研究、找准问题。通过沿线调查，掌握翔实的资料，充分利用和衔接协调已有规划及研究成果，了解沿线水利工程的现状和规划实施情况。

（2）抓住重点，专题分析。新江海河线利用现有航道（河道）扩浚，河道均具有综合利用功能。航道扩大后，河道的主要功能将有所改变，供水、排涝功能的变化对航道沿线水位将产生较大影响，由于水利规划存在逐步实施的过程，航道特征水位将在一定范围内变幅，应根据具体条件加以分析。

4 特征水位研究

4.1 特征水位分析方法

采用频率分析法和综合历时曲线法分析航道特征水位。

防洪水位、最高通航水位和沿江最低潮位，采用常用的频率分析法计算。用矩法分别计算出系列均值和Cv值作为初选值，采用Cs/Cv经验值，利用皮尔逊Ⅲ型曲线通过点据适线，根据适线情况，调整Cv值和Cs值，使设计频率曲线与经验点据配合较好。频率计算适线时，除了注意曲线通过点群中心外，重点考虑所选时段点据的拟合，最后确定线型。

根据内河通航标准，不受潮汐影响和潮汐影响不明显的河段，设计最低通航水位采用综合历时曲线法或保证率频率法计算确定。综合历时曲线法将系列资料逐日平均水位从大到小降序排列，计算出累积频率。通过累积频率计算，分析设计水位在系列中出现的频次，对设计水位进行参考对比。

4.2 水文测站选择

频率分析法和综合历时曲线法都必须以实际监测水文数据为基础，新江海河、通吕运河、东灶新河航道位于通南沿江地区，航道水位分析计算涉及水文站主要有：通吕运河南通闸（闸上）站、货隆镇站；通启运河营船港闸（闸上）站、常乐闸（闸上）站；新江海河闸（闸上）站；长江的天生港、青龙港。

4.3 水文资料系列确定

根据《内河通航标准》（GB50139-2014）中水位资料的取用“应取近期连续资料系列，取用年限不短于20 年”的规定，根据资料情况，计算长系列采用1978—2018 年。

站点资料来源于江苏省水文水资源勘测局，资料可靠性较好。

4.4 各站年最高水位代表性分析

根据实测水位资料，采用差积曲线法，进行水位系列代表性分析，差积曲线计算结果表明各站水位系列丰枯交替变化，具有较好的代表性。各点分析方法完全相同，本文仅附营船港闸最高水位模比系数差积曲线示意图（见图1）予以说明。

图1 营船港闸（闸上）站年最高水位模比系数差积曲线图

4.5 各站年最高水位系列一致性检验

采用Spearman 秩次相关检验法对各站年最高水位进行一致性检验。

Spearman 秩次相关检验也是一种非参数检验方法。对研究的序列构造一个统计量T：

式中：T 为时序；r为序列的秩序相关系数。

式中：n 为序列长度；dt为秩序Rt与时序t 之差。Rt为序列从大到小排列时所对应序号。

如果秩序Rt和时序t 相近时，dt趋于零，秩序相关系数趋于1，趋势显著。T 服从自由度（n-2）的t 分布，采用t 检验法，在显著水平α=0.05 下，检查|T|>tα/2是否成立，如果成立，则序列趋势成分显著，否则，趋势不显著，资料一致性较好。Spearman 秩次相关检验法结果见表1。从检验结果来看，1978—2018 系列，营船港（闸上）、天生港、青龙港年最高水位系列一致性较好；常乐闸（闸上）、新江海河闸（闸上）一致性稍差，其计算成果仅用作对比分析。

表1 Spearman 秩次相关法水位趋势检查结果表

4.6 特征水位确定

新江海河上有两个重要梯级，新江海河闸和双桥闸，分析特征水位时，以两个梯级作为对象加以分析。

新江海河船闸周边水系分布有营船港闸（闸上）、常乐闸（闸上）和新江海河（闸上）三个水位站点，双桥闸上下游没有实测水位资料，通常按照附近站点距离内插设计水位，但通过对比三站的逐日水位情况，通启运河及新江海河存在双向流，该段航道水位不能简单通过三站水位内插，因此双桥闸下至新江海河闸上航道设计水位需综合考虑。

新江海河航道提升以后，双桥套闸将改建为一座双桥节制闸及一座双桥船闸。双桥节制闸承担原双桥套闸所有水利功能，包括水系控制、水情调度、改善水质等。因此其水位组合根据其上下游河道运行情况而定。采用设计水位方案见表2，设计水位成果见表3、表4。

表2 船闸通航特征水位及组合方案表

表3 双桥梯级取消前航道沿线设计水位计算成果表

表4 长江侧防洪设计水位表

5 结语

（1）航道整治工程中特征水位分析必须以实测水文数据作为基础，基础资料系列的连续性、准确性对分析结果起到决定性作用。需要根据航道所在水利分区情况，科学合理地选取水文站点，并对各站点水文资料进行分析，确保采用资料的可靠性、代表性和一致性。

（2）对于跨越不同水利分区的航道，需要准确梳理各水利分区的引排现状，分析交通部门航道整治与水利部门防洪排涝的关系，进而提出合理可靠的通航设计水位和防洪水位，确保水位既满足通航需求，又符合区域水利要求。

（3）跨水利分区航道的特征水位仍然以传统的频率分析法为基础，但是需要综合考虑航道上重要的梯级及其水利功能，同时要全面考虑航道所在区域的水流特点，对于双向流地区不能简单插值，而是要根据重要建筑物上下游河道运行情况确定水位组合后综合分析特征水位