徐貴泉，陳慶江，陳長太

(1.上海市水務規(guī)劃設計研究院，上海 200233;2.上海市水務局，上海 200050)

蘇州河(上游稱吳淞江)是太湖流域的一條行洪排澇河流，西源于東太湖瓜涇口，流經(jīng)江蘇省吳江市、吳縣、昆山市和上海市青浦、嘉定、普陀、長寧、靜安、閘北、虹口、黃浦等區(qū)，東連黃浦江，全長125 km，在上海市境內有53.1km，河寬一般為50～70m，具有流域行洪、區(qū)域排澇、航運以及環(huán)境景觀生態(tài)等綜合功能。

蘇州河環(huán)境綜合整治以保障防汛安全、改善河道環(huán)境、提升濱河景觀為目標，以治水為中心，堅持治污與治河并重，一直在持續(xù)深入推進。通過一、二期先行實施治污減污、綜合調水等工程的建設，蘇州河干流黑臭消除，主要水質指標基本達到景觀水標準。但是，蘇州河市區(qū)段兩岸絕大多數(shù)原防汛墻破落陳舊、損壞嚴重、高低相差較大，存在安全隱患和墻型環(huán)境視覺污染。因此，上海市人民政府將蘇州河底泥疏浚和兩岸防汛墻改造列為蘇州河環(huán)境綜合整治三期工程的重要組成部分。防汛墻的全面加固改造，其墻頂高程的確定就顯得尤為迫切;而決定防汛墻頂高程的關鍵因素是蘇州河沿線設計高水位，這關系到蘇州河的防汛安全、兩岸防汛墻改造的標準、墻頂高程、環(huán)境景觀和結構設計條件。鑒于蘇州河沿線高水位受上游洪水下泄、區(qū)域澇水排入、下游高潮頂托、防汛安全調度等因素綜合影響的復雜性，為了更好地保障防汛安全，營造濱河景觀，改善人居環(huán)境，開展蘇州河沿線設計高水位專題研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 蘇州河的防汛演變特征

從蘇州河水系實際出發(fā)，結合太湖流域河湖水系的演變，蘇州河防汛墻的防御對象發(fā)生了明顯變化［1-2］。蘇州河經(jīng)歷了從有岸無墻、潮水漫溢，到兩岸建墻擋潮，再到河口建閘擋潮3個階段，形成了蘇州河中心城區(qū)段原防汛墻頂高程從河口至真北路橋自東向西呈階梯性的下降變化5.80～5.05m。河口水閘的建成，使蘇州河防汛墻的功能由防潮為主轉變?yōu)榉烙闈碁橹鳌?/p>

根據(jù)2008年國務院批準的太湖流域防洪規(guī)劃，太湖流域防洪標準遠期(到2025年)達到100年一遇，該標準相應的上游增量洪水的下泄，將直接抬高蘇州河行洪通道的水位，為了保障蘇州河的防洪除澇安全，規(guī)劃明確東太湖分洪吳淞江(蘇州河)行洪路徑為吳淞江—蕰藻浜—羅蕰河—新川沙河，東出長江口。東太湖吳淞江行洪規(guī)劃工程的實施，使蘇州河防汛墻的功能由防御洪澇為主轉變?yōu)榉烙鶟乘疄橹鳌?/p>

蘇州河兩岸排澇(水)泵站的規(guī)劃建設將會加大蘇州河的防汛排澇壓力。為了鞏固、提高和完善蘇州河水系的防汛除澇安全保障體系，規(guī)劃要重點加強蘇州河兩翼地區(qū)的排澇能力建設，蘇州河沿線兩岸的排水(澇)泵站總流量將從2006年的368 m3/s提高到660m3/s，勢必會直接影響蘇州河的設計高水位。

2 太湖流域與蘇州河水系水文水動力模型

圖1 太湖流域與蘇州河水系嵌套的河網(wǎng)水文水動力模型

圖2 太湖流域及蘇州河水系水文水動力模型概化河網(wǎng)

為了確定蘇州河沿線設計高水位，采用水文概率統(tǒng)計和水力模型計算相結合的方法，與太湖流域河網(wǎng)水文水動力模型相銜接(圖 1)，依托 1∶500～1∶2000的上海高精度數(shù)字地圖，提取水系，加密概化河網(wǎng)(圖2)，更新建立基于數(shù)字河網(wǎng)的蘇州河水系水文水動力模型，提高模型輸入數(shù)據(jù)精度，并重點拓展和細化模型對降雨產(chǎn)匯流、水利工程調度以及泵站集中入流和小區(qū)分散入流的模擬功能。在模型歷史率定、驗證的基礎上，再利用1999年6—8月梅雨期和2005年8月“麥莎”臺風期間的雨情、水情以及防汛調度的同步實測資料，進一步驗證該模型［3-8］。通過對蘇州河及其兩翼地區(qū)19個代表斷面水位、4個代表斷面流量的驗證計算，各驗證代表斷面的水位或流量的計算值與實測值吻合較好，滿足蘇州河沿線設計高水位研究的精度要求，表明該模型能夠真實反映蘇州河水系在各種復雜影響因素條件下的水流運動變化規(guī)律，可用于蘇州河沿線高水位分布規(guī)律研究。限于篇幅，僅給出1999年7月蘇州河代表斷面的模型率定驗證圖，見圖3。

圖3 蘇州河代表斷面1999年7月水位、流量率定驗證結果

3 單因素水情影響下的蘇州河高水位

蘇州河水系遇到設計標準的洪水、澇水或高潮單因素影響水情時，不論是現(xiàn)狀工況還是近、遠期規(guī)劃工況，蘇州河的高水位均可控制在4.60 m以下，相應高水位出現(xiàn)在蘇州河中游河段新槎浦至華漕港之間。

4 歷史典型年不利水情下的蘇州河高水位

以蘇州河水系歷史上實際發(fā)生的降雨量較大或下游潮位較高或上游洪水位較高的1977年、1981年、1997年和1999年4個典型年水情作為歷史不利水情，以確保蘇州河水系防汛安全為目標，采用相應科學合理的防汛安全調度方案，模擬計算分析其在遠期規(guī)劃工況條件下可能出現(xiàn)的蘇州河最高水位。

4.1 臺風暴雨澇水典型年——1977年

1977年8月水情為臺風暴雨澇水主導水情，蘇州河以北地區(qū)發(fā)生了歷史罕見特大暴雨，最大24 h面雨量超過410 mm，達500年一遇標準，蘇州河以南地區(qū)普降暴雨，最大 24 h暴雨量約 70 mm，接近2年一遇標準;同期，蘇州河上游周巷站最高水位為3.53 m，下游黃浦公園站高潮位為3.85 m，不到1年一遇的高潮位標準。從這場特大暴雨的分布看，蘇州河以北地區(qū)雨量特別大而南部雨量很小，因此，應考慮在青松片和淀北片防汛安全允許的前提下，實施向蘇州河以南地區(qū)分流排澇的防汛安全調度，此時蘇州河沿線瞬時最高水位為4.54 m，其位置出現(xiàn)在中游河段華漕港附近。

4.2 臺風高潮中雨典型年——1981年

1981年8月底9月初水情為臺風高潮中雨水情，蘇州河下游黃浦公園站實測高潮位為5.22m，接近20年一遇的高潮位標準;同期，蘇州河兩翼地區(qū)最大24h面雨量在14.8～24.0mm之間，小于半年一遇標準;上游也無洪水，周巷站最高水位為2.92 m，屬于正常水位。此時蘇州河沿線瞬時最高水位為3.10 m，其位置出現(xiàn)在下游河口附近。

4.3 臺風高潮暴雨典型年——1997年

1997年8月水情為臺風高潮暴雨水情，蘇州河下游黃浦公園站實測高潮位為5.72 m，達到了100年一遇的高潮位標準;同期，蘇州河兩翼地區(qū)普降暴雨，最大24h的面雨量在64.1～119.3mm之間，相當于2年一遇標準;上游周巷站最高水位為3.20 m。此時蘇州河沿線瞬時最高水位為4.52 m，其位置出現(xiàn)在河口附近，較高水位分布在長壽路橋至河口之間。4.4 洪水暴雨澇水典型年——1999年

1999年6—7月水情為流域洪水、區(qū)域大暴雨澇水水情，太湖流域發(fā)生100年一遇洪水，蘇州河上游周巷站實測最高洪水位達4.00m，創(chuàng)歷史最高;同期，蘇州河兩翼地區(qū)普降大暴雨，最大24h面雨量在119.0～171.6mm之間，接近10年一遇標準;下游黃浦公園站高潮位為4.26m，接近1年一遇的高潮位標準。此時蘇州河沿線瞬時最高水位為4.24m，其位置出現(xiàn)在上游老吳淞江附近，較高水位分布在東大盈至華漕港之間。

由此可見，不同水情影響下的蘇州河沿線高水位分布規(guī)律為:洪水影響下高水位出現(xiàn)在上游河段;澇水影響下高水位出現(xiàn)在中游河段;高潮影響下實施河口閘擋潮，蘇州河可保持常水位;洪、澇水情影響下高水位出現(xiàn)在中上游河段;澇、潮及洪澇潮水情影響下高水位出現(xiàn)在下游河段。對蘇州河最高水位影響程度的排序從大到小為洪澇潮、澇潮、洪澇遭遇水情。

5 蘇州河沿線設計高水位

蘇州河沿線設計高水位研究以蘇州河環(huán)境綜合整治規(guī)劃和太湖流域防洪規(guī)劃為指導，適應太湖流域防洪標準遠期達到100年一遇的新要求，服從流域行洪“北排長江、南排杭州灣、東出黃浦江”的新格局，與相關專業(yè)規(guī)劃相協(xié)調，從影響蘇州河高水位的洪、澇、潮、控等要素著手，遵循蓄泄兼顧、洪澇兼治、量質并重、綜合治水的原則，統(tǒng)籌防洪除澇安全保障、水環(huán)境改善和水景觀建設。通過調查研究、理論分析、模型驗證和方案設計，應用太湖流域與蘇州河水系嵌套的河網(wǎng)水文水動力模型(圖1)，針對不同的雨情、水情和工情，采用不同的調度方案，遠近結合、系統(tǒng)研究、優(yōu)化方案，掌握各種可能條件下的蘇州河沿線最高水位分布變化;優(yōu)化提出蘇州河的設計高水位，為蘇州河兩岸防汛墻改造和底泥疏浚工程提供關鍵技術支撐和科學依據(jù)。

分析上海歷史不利雨情和水情影響以及洪、澇、潮遭遇的可能性，統(tǒng)籌兼顧太湖流域防洪規(guī)劃標準近期達到50年一遇、遠期達到100年一遇以及區(qū)域除澇規(guī)劃標準達到20年一遇的要求，結合上海雨情、水情和工情特點，確定近、遠期蘇州河規(guī)劃設防標準水雨情，即近期采用流域50年一遇洪水組合區(qū)域20年一遇澇水(1963年雨型及相應潮型)作為規(guī)劃標準水雨情條件，遠期采用流域100年一遇洪水組合區(qū)域20年一遇澇水(1963年雨型及相應潮型)作為規(guī)劃標準水雨情條件;再系統(tǒng)研究提出現(xiàn)狀及規(guī)劃近、遠期工況條件下的蘇州河設計高水位。

5.1 現(xiàn)狀工況條件下的蘇州河設計高水位

蘇州河水系在現(xiàn)狀防洪除澇設施布局和規(guī)模條件下，蘇州河沿線兩岸的排水(澇)泵站總流量為368m3/s，蘇州河現(xiàn)狀設計高水位為4.60 m，出現(xiàn)在蘇州河中游新槎浦至封浜之間的河段(長約5.14 km)。蘇州河現(xiàn)狀設計高水位超過4.50m的河段總長度約為24.64 km，分布在華東師范大學至安亭新鎮(zhèn)之間的河段。

5.2 規(guī)劃近期工況條件下的蘇州河設計高水位

在規(guī)劃近期工況條件下，蘇州河沿線兩岸的排水(澇)泵站總流量為558 m3/s，蘇州河近期規(guī)劃設計高水位為4.79 m，出現(xiàn)在蘇州河中游許浦港至封浜之間的河段(長約3.97 km);蘇州河近期規(guī)劃設計高水位超過4.70m的河段總長度約為26.18km，分布在長風公園至蕰西閘之間的河段;蘇州河近期規(guī)劃設計高水位超過4.60m的河段總長度約為35.46km，分布在華東政法大學至矮浦港之間的河段。

5.3 規(guī)劃遠期工況條件下的蘇州河設計高水位

在規(guī)劃遠期工況條件下，太湖流域東太湖吳淞江分洪工程已經(jīng)實施完成，蘇州河沿線兩岸的排水(澇)泵站總流量將達到660 m3/s，蘇州河遠期規(guī)劃設計高水位為4.77 m，出現(xiàn)在蘇州河中游河段許浦港附近;蘇州河遠期規(guī)劃設計高水位超過4.70 m的河段總長度約為16.61 km，分布在長風公園至滬寧高速路橋之間的河段;蘇州河遠期規(guī)劃設計高水位超過4.60 m的河段總長度約為24.24 km，分布在華東政法大學至黃渡鎮(zhèn)之間的河段?，F(xiàn)狀及規(guī)劃近期和遠期工況條件下的蘇州河沿線設計高水位分布如圖4所示，圖中零點為上海境內的蘇州河上游起點位置，距離53.1 km處為蘇州河下游河口位置。

圖4 現(xiàn)狀及規(guī)劃近期和遠期工況條件下的蘇州河設計高水位分布變化

6 結論

a.蘇州河經(jīng)歷了從有岸無墻、潮水漫溢，到兩岸建墻擋潮，再到河口建閘擋潮3個防汛階段，隨著流域與區(qū)域防洪除澇安全保障體系的建設完善，蘇州河防汛墻的功能將由防潮為主轉變?yōu)榉罎碁橹鳌?/p>

b.與太湖流域河網(wǎng)水文水動力模型相銜接，研究建立和完善了基于數(shù)字河網(wǎng)的蘇州河水系水文水動力模型，取得了蘇州河水系代表斷面的水位或流量計算值與其實測值吻合較好的結果，表明該模型可用于蘇州河沿線高水位分布規(guī)律的研究。

c.采用水文概率統(tǒng)計和水力模型計算相結合、原型實測與數(shù)學模型相結合的方法，系統(tǒng)研究了蘇州河高水位的沿程分布特征，得出蘇州河水系遭遇歷史典型年不利水情，洪、澇、潮單一水情以及洪澇、洪潮、澇潮、洪澇潮組合水情影響下的蘇州河高水位分布規(guī)律。

d.研究提出現(xiàn)狀及規(guī)劃近期和遠期工況條件下的蘇州河沿線設計高水位分別為4.60 m，4.79 m，4.77 m，為確定蘇州河兩岸防汛墻頂高程、實施蘇州河兩岸防汛墻改造和底泥疏浚工程提供了關鍵技術支撐和重要基礎依據(jù)，也為開展黃浦江河口擋潮閘的設防標準和閘孔規(guī)模研究提供了關鍵的技術方法。

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