孫正蘭， 王 成， 李江艷， 王 江， 沙 慧

(江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 揚州 225200)

1 工程概況

為了滿足南水北調東線一期工程抽引江水北送達到500 m3/s的規(guī)劃要求，寶應抽水站(以下簡稱寶應站)于2003年9月開工建設，2005年10月竣工投入運行，設計流量100 m3/s，設計揚程 7.6 m，配套電機功率3 400 kW，總裝機容量13 600 kW；與江都4座泵站共同組成南水北調東線第一級抽水站。南水北調東線各工程相對位置見圖1。

圖1 南水北調東線各工程位置示意

寶應站位于江蘇省寶應縣氾水鎮(zhèn)境內，上游為里運河(京杭大運河江蘇段)，下游為里下河地區(qū)的潼河。長江水通過江都西閘、江都東閘引入新通揚運河，在江都東閘下游11 km處有三陽河分叉河道將新通揚運河長江水引入潼河供寶應站抽引江水北送。距離分叉處500 m的三陽河上有宜陵北閘1座，建于1975年9月，主要作用是防止新通揚運河高水侵入三陽河兩岸大片低田，干旱時可控制引長江水北調灌溉和沖淤，洪澇時又是三陽河及周邊地區(qū)排澇的主要通道，現(xiàn)已成為南水北調東線水源工程之一寶應站輸水的控制工程。距離分叉處下游450 m的新通揚運河上有宜陵閘1座，建于1963年7月，主要作用是解決新通揚運河高低地之間的引、排水矛盾，并可與宜陵北閘配合使用選擇引、排新通揚運河或三陽河水流[1]。

江都東閘既是南水北調寶應站調水的源頭，也是長江水自流東引里下河腹部地區(qū)的重要口門。江都東閘水文站為國家重要水文站，水位流量關系曲線定線精度為一類[2]。宜陵閘、宜陵北閘在工程建成投入運行時均設有水文站，后因上述3座控制性水閘區(qū)間面積小，水流受工程頻繁控制、流速流向流態(tài)波動不穩(wěn)定，尤其是宜陵閘、宜陵北閘上下游經常處于小水位差狀態(tài)，給推流精度帶來較大影響[3]，導致區(qū)間水量不平衡而被降級或撤銷。宜陵北閘水文站于1980年降級為水位站，1997年5月撤銷；宜陵閘水文站于1999年降級為水位站，觀測至今。

在宜陵閘向東約35 km，2002年建成投入運行的泰州引江河高港樞紐，提高了向里下河和通南地區(qū)的灌排標準，也使得淮北地區(qū)旱情嚴重時江都東閘的引水量能充分保證寶應站最大能力抽引江水北送，為提高泵站效能、最大程度發(fā)揮泵站經濟社會效益奠定了基礎。近年來，由于寶應站運行管理的需要，江蘇省防指經常要求臨時性巡測三陽河實時水情。本文根據(jù)寶應站近年來抗旱運行期間在三陽河實測的流量資料，分析針對宜陵閘不同控制工況、三陽河無任何水文設施情況下宜陵北閘下游斷面的水位流量關系，旨在為掌握三陽河水流情勢、更好地服務于寶應站運行管理提供技術依據(jù)。

2 流量監(jiān)測與率定

2.1 流量施測

寶應站抽水北送抗旱時，宜陵北閘閘門均提出水面運行，宜陵閘根據(jù)三陽河水情需要進行控制。在2013年、2017年和2019年蘇北地區(qū)旱情較嚴峻期間，為測試三陽河輸水流量是否滿足寶應站最大能力抽引江水北送，按江蘇省防指要求，江都水利工程管理處水文站在三陽河上順直穩(wěn)定河段、距離宜陵北閘約500 m的下游設置測流斷面[4]，用聲學多普勒流速儀(簡稱ADCP)監(jiān)測河道流量。每測次流量均按規(guī)范要求為至少連續(xù)2個半測回流量的平均值[5]，多數(shù)測次為連續(xù)4個半測回流量的平均值，共實測穩(wěn)定流量82次，其中宜陵閘閘門開高2.0 m及以上時53次，閘門開高0.7～1.0 m時29次。宜陵北閘下游流量實測及分流比情況見表1。

為了計算宜陵北閘下游斷面流量占江都東閘總口門引水流量的分流比，根據(jù)江都東閘與宜陵閘上、下游水位過程線推求水流傳播時間，平均約為30 min[6]，即采用宜陵北閘流量實測時間提前30 min的江都東閘流量和宜陵北閘斷面流量計算。2013年5月11～31日，宜陵閘13孔閘門全部出水，江都東閘下游與宜陵閘上游水位差較小，變幅為0.03～0.14 m，相應流量變幅為71.2～146 m3/s，宜陵北閘分流江都東閘引水流量為46%～69%，平均分流56%。2017年6月16至24日和2019年7月19～21日，宜陵閘13孔閘門開高以2.0 m控制，江都東閘下游與宜陵閘上游水位差較大，變幅為0.13～0.33 m，相應流量變幅為141～294 m3/s，宜陵北閘分流為51%～78%， 平均分流61%。2019年7月22至23日，宜陵閘13孔閘門較短時間以開高1.0 m控制，僅施測流量3次，水位差變化較小，為0.16～0.19 m，相應流量平均為255 m3/s，宜陵北閘分流比約為71%。2019年7月23～28日和11月20至22日，宜陵閘13孔閘門開高均為0.7 m控制，共施測流量26次，水位差變幅為0.03～0.29 m，相應流量變幅為129～300 m3/s，宜陵北閘分流比為75%～100%，平均分流91%[7]。

表1 實測宜陵北閘下游流量及分流比

實測資料表明，宜陵閘閘門開高越小，通過宜陵北閘的流量越大；在宜陵閘閘門控制一定的情況下，江都東閘下游與宜陵閘上游水位差越大，宜陵北閘實測流量也越大，分流比相應增大。

2.2 水位流量關系率定

點繪分析宜陵北閘下游斷面輸水流量與相應江都東閘、宜陵閘的水位，發(fā)現(xiàn)江都東閘下游與宜陵閘上游水位差和宜陵北閘下游斷面的輸水流量具有較好的相應性，測點分布呈明顯的點帶關系，宜陵閘開高在2.0 m及以上和0.7～1.0 m時各為點帶系列。2013年5月11至31日因閘門全部出水，水位差較小、水位流量點據(jù)均位于點帶下部，而閘門開高2.0 m時的水位流量點據(jù)均位于點帶中上部，但2種工況下的點據(jù)基本呈一個系列，故合并定線。開高1.0 m時流量測次太少，且與開高0.7 m時的點帶系列偏小不大，故將閘門開高0.7～1.0 m時的水位流量點據(jù)合并定線。

分別對兩系列進行線性擬合計算，宜陵閘開高在2.0 m及以上時，點據(jù)線性擬合確定性系數(shù)為0.96，表明具有很高的相關性。宜陵閘開高為0.7～1.0 m時，點據(jù)線性擬合確定性系數(shù)為0.76，具有較高的相關性；開高1.0 m時3個流量測次均位于擬合關系線偏小一側，水位流量點據(jù)的分布真實反映了河道水流情勢。不同工況下宜陵北閘下游水位流量關系曲線見圖2。

對線性擬合的水位流量關系線進行檢驗和定線精度評定，3種檢驗均符合規(guī)范要求；其中宜陵閘開高2.0 m及以上時的水位流量關系曲線定線精度為二類，開高0.7～1.0 m控制時的水位流量關系曲線定線精度為三類。水位流量關系曲線檢驗計算結果見表2。

圖2 不同工況下宜陵北閘下游水位-流量關系曲線

3 分析與建議

3.1 定線精度分析

流量施測期間，宜陵閘上游最高水位為2.37 m，最低為1.15 m，平均為1.70 m，宜陵閘閘底板高程為-2.0 m(文中高程均為廢黃河口基面)。

表2 水位-流量關系曲線檢驗計算

當宜陵閘閘門全部出水時，過閘水流為淹沒堰流；閘門開高為2.0 m時，宜陵閘上、下游基本水尺斷面水位落差為0.04～0.29 m，過閘水流流態(tài)大多為淹沒或半淹沒堰流，閘門對水流的控制作用較小。當宜陵閘閘門對水流不控制或控制作用較小時，江都東閘下游與宜陵閘上游之間的水位落差和與宜陵北閘下游測流斷面之間的水位落差基本一致，因此，江都東閘下游與宜陵閘上游之間的水位落差與宜陵北閘下游的流量也就具有較高的一致性，建立的水位流量關系曲線標準差以及95%的隨機不確定度均較小，定線精度達到二類精度以上水文站的要求。

當閘門開高在0.7～1.0 m時，宜陵閘過閘水流為淹沒孔流，閘門對水流的控制作用較大，水流受阻導致宜陵閘上游水位壅高，此時江都東閘下游與宜陵閘上游之間的水位落差小于江都東閘下游與宜陵北閘下游測流斷面之間的水位落差，因而江都東閘下游與宜陵閘上游的水位差和宜陵北閘下游流量的相應性也就較差，水位流量關系曲線的標準差和95%的隨機不確定度均較大，定線精度基本為三類水文站的要求?？梢?，宜陵閘閘門控制作用越小，江都東閘下游與宜陵閘上游水位差和宜陵北閘下游斷面流量的相應性越高，水位流量關系曲線的定線精度也越高，反之則較低。

以上分析可知，在不同控制工況下提高水位流量關系線的定線精度，即提高河道水位與流量的相應性，關鍵是提高與宜陵北閘下游流量相一致的水位落差精度。三陽河長約66.5 km，順直較穩(wěn)定且無分叉支流，具有較好的水位觀測條件。

3.2 實施建議

隨著經濟社會快速發(fā)展，水多時不能淹、水少時無旱災成為新時期防汛防旱工作的高標準要求，不斷完善的水利防洪防旱工程體系正不斷改變原有河道的水情情勢，原有的水文站網布局已不能滿足變化條件下新的區(qū)域工程運用和經濟社會發(fā)展的需要[7]，實時監(jiān)控三陽河輸水水情是確保寶應站安全運行和效能發(fā)揮的前提，因此，在三陽河上布設水位觀測設施、根據(jù)防洪抗旱情勢開展流量巡測從而把握宜陵北閘下游的過流情況是必要的。

宜陵閘由于受下游35 km處泰州高港樞紐自流引江水北送里下河腹部地區(qū)的影響，在大潮汛時，下游水位經常有壅高現(xiàn)象。在宜陵閘閘門提出水面運行時，水流壅高有時可影響到上游基本水尺斷面，上、下游水位常出現(xiàn)倒比降，因此，宜陵閘上、下游水位與過閘流量的相應性較差。根據(jù)三陽河上的水位落差與宜陵北閘下游實測流量建立水位流量關系曲線，不僅定線精度將會大大提高到一類精度，同時也可以實時掌握宜陵閘的過流情況，為區(qū)域水利工程科學精準調度、水資源合理分配提供技術支撐。

4 結 論

2019年蘇北地區(qū)雖遭受60年未遇的氣象性干旱，但完善的水利工程體系確保了蘇北人民群眾生活生產有序，雖有旱情卻無旱災。本文基于寶應站抗旱調水期間多年的實測資料，揭示了在工程不同控制狀態(tài)下三陽河輸水流量的變化規(guī)律；針對區(qū)域現(xiàn)有各工程運行情況下河道水流情勢進行了分析，并就變化條件下如何調整水文站點準確監(jiān)測監(jiān)控區(qū)域水情，使水文工作適應區(qū)域經濟社會發(fā)展的新需要提出了建議，對區(qū)域防汛抗旱、水資源合理配置、工程安全運行和精準調度都具有一定的現(xiàn)實意義。