南水北调东线工程典型供排闸站施工导流分析研究

2024-03-19侯钧宇杨晨霞严春华

江苏水利 2024年3期

侯钧宇，陈栋，王凯，杨晨霞，严春华

（1.淮安市水利工程建设管理服务中心，江苏淮安 223001 2.江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏扬州 225100）

1 概述

1.1 工程概况

南水北调东线工程南起扬州市长江干流，利用京杭大运河及与其平行的河湖，经13 个梯级22 处枢纽34 座泵站提水入东平湖，穿黄北送等，线路总长1 466.50 km，抽江规模为500 m3/s，设计多年平均抽江水量87.66 亿m3，供水范围为黄淮海平原东部和山东半岛，总面积16.62万km2［1］。

自2013 年11 月南水北调东线一期工程运行10 年以来，累计调水入山东61.38 亿m3，供水范围内直接受益人口超0.68 亿。2019 年以来，通过东线北延应急供水工程，累计向河北、天津地区调水5.87 亿m3，综合效益显著［2］。

江苏省沙集闸站工程位于睢宁县沙集镇西南约2 km处的南水北调输水干线徐洪河上，地处东经118°07′26.5″，北纬33°53′23″，距下游洪泽湖约72 km，具有防洪、除涝、灌溉、航运、发电等综合功能［3］。

1.2 现状供排水任务

1993 年建成的沙集站（设计流量50 m3/s）与2013 年建成的睢宁二站（设计流量60 m3/s）及中运河输水线刘老涧梯级（设计流量230 m3/s）共同组成了“南水北调东线工程”第五供水梯级，承担着“南水北调东线工程”调水任务。

沙集闸地处淮河下游，位于徐洪河上，属洪泽湖周边及以上区，沙集闸是废黄河区间泄洪通道之一，设计分洪流量50 m3/s；沙集闸可相机排泄黄墩湖地区涝水；排涝面积309.37 km2；沙集站也可作为骆马湖的分洪通道，相机分洪流量200~400 m3/s［4-5］。

1.3 沙集闸站施工计划及导流标准

按原规模对沙集泵站进行加固，更换主机、电气设备等，消除各类安全隐患，确保工程运行安全；并对沙集闸进行适当消险加固。为不影响区域行洪排涝，本工程水下部分需确保在一个非汛期内完成，含机电部分的更新改造、上下游清污机桥工程、河道护砌和砼修补及防碳化处理［6］。

沙集泵站加固改造工程施工工期24个月，工程筹建期自2022 年5 月初开始，于2022 年10 月底开工，2024 年5 月底完工，要求2023 年5 月底前完成工程水下部分，确保2023 年6 月1 日前能打开围堰，节制闸可运行；2023 年8 月具备临时调水运行条件，泵站可运行［7］。

围堰截流周期为：2022年10月至次年5月。

节制闸加固周期（即排水导流周期）为：2023年10月至次年5月。

泵站加固周期（即供水导流周期）为：2022 年10月至次年8月。

沙集泵站加固改造工程施工围堰等临时水工建筑物级别为4 级，导流建筑物设计洪水标准为施工期10年一遇［8］。

2 施工导流期水位及围堰

2.1 施工导流水位分析

根据沙集闸站工程任务，分析不同工况下施工期（导流期）水位，最后综合确定施工期水位［9-11］。沙集闸站施工导流期水位计算成果见表1。

表1 沙集闸站施工导流期水位计算成果

综合表1 水位成果，结合《南水北调东线一期工程睢宁二站工程初步设计报告》成果，考虑施工期围堰的重要性，导流期供排水需要，本次施工期10 年一遇上游水位取21.6 m（即睢宁二站站上设计水位），下游取16.09 m（即非汛期10 年一遇设计水位）。

2.2 围堰方案分析

为便于清污机桥、引河交通桥及护砌工程顺利实施，并结合河道清淤，拟在上、下游引河中打施工围堰，上游围堰中心线距站身130 m，下游围堰中心线距站身约150 m。上游侧施工围堰长约65 m，采用素土填筑围堰，距离泵站约130 m。施工期水位21.60 m，考虑安全超高和波浪高度，结合睢宁二站站上最高运行水位等要求，综合确定设计围堰顶高程22.50 m，在围堰迎水面顶部设1.0 m 高挡水子堰。下游侧施工围堰长约65 m，采用素土填筑围堰，距离闸站约150 m，非汛期10年一遇施工期水位16.09 m，考虑安全超高和波浪高度，结合施工临时交通等要求，综合确定设计围堰顶高程18.50 m，为满足防浪要求，在围堰迎水面顶部设1.0 m 高挡水子堰。

3 施工导流流量

沙集闸站施工期（导流期）应同时考虑沙集闸站排水需求和供水需求，其中沙集闸站—水闸工程施工期为10月至次年5月，沙集闸站—泵站工程施工期为10月至次年8月。

3.1 施工导流排水流量分析

3.1.1 沙集闸实测排水流量分析

根据沙集闸历年非汛期实测最大流量资料分析，施工期（2022年10月至次年5月）沙集闸10年一遇流量为133.4 m3/s，非汛期历史最大排水流量为216.0 m3/s（2005 年10 月11 日）、2005 年外非汛期历史第二高排水流量为109 m3/s（2021年11月17日）［12-14］。

3.1.2 沙集闸非汛期设计排水流量分析

沙集闸承担着黄墩湖地区相机排水任务，同时在适当时机下承担着废黄河区间洪水和骆马湖洪水的分洪任务。当废黄河区间发生非汛期10 年一遇洪水时（非汛期设计流量为17 m3/s），可通过庆安水库（50年一遇设计）调蓄或泄洪，也可通过徐沙河上的沙集西闸排入徐洪河，庆安水库设计防洪标准50年一遇、300年一遇洪水校核，当废黄河区间发生非汛期10年一遇洪水时，庆安水库完全有能力进行调蓄。2020年起，江苏省启动了黄墩湖洼地治理工程，现已基本完工，工程治理后，黄墩湖地区排涝条件明显改善，区域排涝标准可达5年一遇，骨干河道防洪标准可达20年一遇，当黄墩湖地区遭遇非汛期10年一遇洪水时（非汛期洪水210.3 m3/s），黄墩湖地区有能力实现自排，有条件不启用沙集闸相机排水。废黄河以南徐洪河汇水区洪涝水直接排入徐洪河（沙集闸下段），无需经过沙集闸下泄。当骆马湖水位超过24.50 m 并预报继续上涨时，退守宿迁大控制；嶂山闸泄洪控制新沂河沭阳站洪峰流量不超过7 800 m3/s；视下游水情，控制宿迁闸泄洪不超过1 000 m3/s；徐洪河适时分洪200~400 m3/s。现骆马湖防洪标准已达到50年一遇，非汛期骆马湖发生10 年一遇洪水时，有能力实现自排，无需启用徐洪河分洪。

综上所述，沙集闸非汛期有能力不排水，设计工况下，沙集闸非汛期无排水任务。

3.1.3 施工期排水流量确定

表2 为沙集闸施工导流期流量计算成果，综合表2 流量计算成果，确定沙集闸施工期导流流量为0。周边相关地区排水维持现有排水体系即可。沙集闸施工期周边相关区域排水情况如下：①黄墩湖地区维持现有排水体系，不采用沙集闸相机排水。②废黄河区间涝水入庆安水库调蓄等。③骆马湖非汛期不向徐洪河分洪。④徐沙河排水区维持现有排水体系，经沙集西闸排入徐洪河。

表2 沙集闸施工导流期流量计算成果

3.2 施工导流供水流量分析

根据沙集站2000—2020年抽水流量系列资料，对历年（10 月—次年8 月）实测供水流量资料，进行累计频率曲线分析，沙集站施工期（10 月至次年8 月）流量90%保证率流量为50 m3/s。沙集站设计供水流量为50 m3/s，供水高峰期为每年5—6 月，南水北调东线一期工程运行以来，历年10 月至次年8 月沙集站平均供水总量为4.3亿m3，最大供水总量达6.7 亿m3。综合以上两种流量计算成果，考虑沙集站施工期跨沙集站供水高峰期，为充分保障供水安全，本次施工期供水导流流量取50 m3/s，即沙集站设计流量。

4 施工导流方案分析

4.1 排水导流方案分析

拟定多线路分流排水导流方案［15］：

线路一：废黄河以北区黄墩湖地区洪涝水自排入骆南中运河。黄墩湖地区涝水维持现有排水布局，自排工况下，黄墩湖地区（徐洪河以西民便河片）涝水由民便河套闸排入民便河再入邳洪河，最终由新邳洪河闸排入骆南中运河，沙集闸不再承担相机排水任务。

线路二：废黄河以北黄墩湖地区洪涝水抽排入骆马湖。黄墩湖地区涝水维持现有排水布局，当地区无法实现自排时，黄墩湖地区涝水可由民便河站、皂河一站、邳州站抽排入骆马湖、骆南中运河，沙集闸不再承担相机排水任务。

线路三：废黄河区间洪涝水经庆安水库调蓄等。沙集闸承担着废黄河分洪任务，沙集闸施工期废黄河区间涝水17 m3/s，可经庆安水库调蓄或排入徐洪河经徐沙河沙集西闸（设计流量637 m3/s）下排。

4.2 供水导流方案分析研究

分不同供水时期拟定不同的供水导流方案。

工况一：10 月至次年5 月供水导流方案。南水北调东线一期工程即现状向胶东和鲁北的输水时间为10 月至次年5 月，沙集站（设计50 m3/s）施工期间，可采用西侧睢宁二站（设计60 m3/s，备用机组20 m3/s）并根据需要启用中运河输水线进行供水导流。

工况二：6—8 月供水导流方案。6—8 月，江苏省无需向省外供水，此时苏北地区处于灌溉用水高峰期，可提前适当提高洪泽湖、骆马湖水位，供水时可同时启用睢宁二站和骆南中运河输水线向苏北地区供水。

5 结论及建议

5.1 结论

沙集闸具有相机排泄黄墩湖地区涝水、分泄废黄河区洪水、分泄骆马湖部分洪水的任务，非汛期（施工期）沙集闸不承担相机排水及分洪任务，沙集闸施工期周边相关区域排水情况如下：①废黄河区间涝水入庆安水库调蓄，余水经沙集西闸排入徐洪河；②废黄河以北区即黄墩湖地区洪涝水，维持现有排水体系，自排入骆南中运河或抽排入骆马湖；③废黄河以南即徐沙河等排水区，维持现有排水体系，经沙集西闸等排入徐洪河；④骆马湖非汛期不向徐洪河分洪。

根据工程建设任务、供水线路场段及运行管理成本，沙集站施工导流期确定为10 月至次年8 月，分时段进行导流设计如下：①向省外调水时（南水北调工况，10月至次年5月），采用睢宁二站，并根据需要启用中运河输水线进行供水导流；②6—8 月，提前适当提高骆马湖、洪泽湖水位，同时启用睢宁二站、中运河输水线进行供术导流，当遭遇极限工况时，启用睢宁二站备用机组（20 m3/s）进行供水导流，备用机组不满足要求时，可在沙集站附近等架设临时机组进行供水导流。