汪院生 柳子豪 唐 仁

（1.江蘇省太湖水利規(guī)劃設計研究院有限公司，蘇州 215006；2.水利部太湖流域水治理重點實驗室，南京 210029）

0 引 言

平原河網(wǎng)地區(qū)地勢低平、河網(wǎng)密布、排水受流域性河湖洪水或潮位頂托，洪澇災害易發(fā)[1]。掌握平原河網(wǎng)地區(qū)的洪澇匯流特性與規(guī)律，是科學制定洪澇治理對策的重要前提和依據(jù)[2-3]。太湖流域是典型的平原河網(wǎng)地區(qū)，作為流域內(nèi)最重要的人工航運河道，蘇南運河自北向南貫穿流域腹地，沿途與太湖平原河網(wǎng)諸水系交匯。運河所經(jīng)區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)達，人均生產(chǎn)總值約為全國的2.2倍[4]。

蘇南運河是太湖流域防洪排澇工程體系的重要組成部分，是流域內(nèi)貫通各水利分區(qū)最長的一條調(diào)度河道，歷史上經(jīng)歷多次大規(guī)模整治，特別是三級航道整治工程的實施，改變了運河上下游的水量關系，極大提高了洪水下泄能力和速度，相應承接上游來水量增加，造成運河沿線漲水迅速、水位抬升明顯[5]。同時，蘇南運河也是蘇州、無錫、常州等沿線城市及圩區(qū)的主要排澇通道，上下游城市及圩區(qū)集中排水能力不斷增強，改變了運河匯流特性，河道水位上漲迅速，防洪壓力加大[6-7]。2015 年和2016 年，蘇南運河沿線地區(qū)都曾發(fā)生嚴重洪澇災害，對經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活都造成了嚴重影響[8]。

針對蘇南運河工情、水情變化下沿線地區(qū)洪水風險不均衡、運河防洪壓力難以有效緩解等問題，通過系統(tǒng)分析2016年流域特大洪水發(fā)生時期運河水情變化特征，查明蘇南運河洪澇水來源及沿線匯流特性，結合區(qū)域水利治理布局，提出運河洪水分段安排對策措施，為提高蘇南運河及沿線地區(qū)整體防洪排澇能力提供理論參考和決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域及方法

1.1 河道概況

蘇南運河即京杭大運河蘇南段，是連接長江與太湖水系的重要紐帶。河道北起鎮(zhèn)江長江諫壁口門，繞太湖東岸達蘇州，南至江浙交界的鴨子壩，全長約212.5 km，如圖1所示。運河自身未形成獨立水系，但沿途與太湖上游洮滆水系及下游長江水系、黃浦江水系諸多河道直接交匯，既溝通太湖流域各水系，構成水量交換的河網(wǎng)；又是交通航運“黃金水道”，將流域內(nèi)航道溝通成網(wǎng)，貫穿蘇州、無錫、常州和鎮(zhèn)江4市。

圖1 蘇南運河位置及沿線水利工程分布情況

蘇南運河沿線防洪工程體系由河道堤防，諫壁水利樞紐、鐘樓防洪控制工程、蠡河樞紐工程等控制性水利工程構成。其中諫壁水利樞紐是太湖流域分泄洪水入江、引水沖淤和區(qū)域性灌排的重點工程之一；鐘樓防洪控制工程是太湖流域武澄錫西控制線主要工程；蠡河樞紐工程則主要承擔防洪、排水、通航等功能。

1.2 資料與方法

1.2.1 水文資料

搜集和整理蘇南運河沿線諫壁閘站、洛社站、無錫（大）站、望亭站、蘇州（楓橋）站、瓜涇口站等11個水文代表站點2016年汛期逐日實測水位資料。水位資料根據(jù)各測站凍結基面與吳淞基面的高差進行了修正，將各站水位統(tǒng)一至鎮(zhèn)江吳淞基面高程。

1.2.2 模型手段

本文研究采用了蘇南運河區(qū)域水動力學模型，由太湖流域河網(wǎng)一維水動力模型構建而成。該模型經(jīng)水利部及國家有關部門鑒定，被認為是太湖流域可推行使用的水動力模型之一，廣泛應用于太湖流域防洪規(guī)劃、水資源綜合規(guī)劃等重大規(guī)劃的水利計算工作[9]。

模型研究范圍為蘇南運河沿線以及與其有水力關聯(lián)的江蘇省太湖地區(qū)，共涉及湖西區(qū)、太湖區(qū)、武澄錫虞區(qū)、陽澄淀泖區(qū)、浦南區(qū)5 個水利分區(qū)，面積約為1.96 萬km2?？紤]以太湖流域為背景，將模型分析計算范圍擴大到太湖流域黃浦江以西的區(qū)域。模型范圍如圖2所示。

圖2 蘇南運河沿線區(qū)域模型范圍示意圖

在模型率定驗證上，采用2015年6月15—21日時段數(shù)據(jù)進行模型率定，同時采用2016 年7 月1—10 日時段數(shù)據(jù)進行模型驗證。驗證結果表明，納什效率系數(shù)（Nash Sutcliffe Efficiency coefficient，NSE）都大于0，表明模擬結果接近實測值，相關系數(shù)R2結果表明相關性中等偏上，各站點計算水位序列和實測水位序列峰值水位差均小于20 cm，模型總體結果可信。

2 蘇南運河洪澇特性

針對歷史典型洪澇災害情況，選取2016年洪水年份進行蘇南運河沿線洪澇水匯流特性分析研究。2016 年汛期，受超強厄爾尼諾影響，太湖流域發(fā)生特大洪澇，汛情總體呈現(xiàn)降雨量多、強度大、范圍廣，河湖水位高和高水位持續(xù)時間長等特點，降雨主要集中在梅雨期。汛期，河湖水位全線超警戒，其中太湖水位最高達4.87 m，列歷史第2 位；蘇南運河無錫（大）站、蘇州（楓橋）站水位最高漲至5.28 m 和4.82 m，分別超歷史紀錄0.10 m 和0.22 m，運河沿線發(fā)生嚴重洪澇災害。

2.1 實況水位變化特征

通過統(tǒng)計2016 年汛期蘇南運河沿線各站出現(xiàn)最高水位時相應上下游站點的同期水位和各站最高水位的發(fā)生時間，分析各河段洪水位的變化以及上下游洪水位發(fā)生的時間關系。根據(jù)運河沿線代表站實測水位分析，楓橋以上河段洪水漲退過程基本同步,如圖3 所示。6 月19 日入梅后，運河代表站水位總體都相對較高，進入7月份水位迅速上漲，各站陸續(xù)開始出現(xiàn)最高水位，其中鐘樓閘下站至蘇州段出現(xiàn)時間最早（7 月2—3 日），上游則受鐘樓閘控制影響最高水位出現(xiàn)在7 月5 日；平望站和銅羅站最高水位分別出現(xiàn)在7月6日和7月11 日；瓜涇口站最高水位受太湖分洪影響出現(xiàn)時間相對略晚。

圖3 2016年汛期蘇南運河沿線代表站逐日水位過程

洪水期間，諫壁閘站與丹陽站最高水位基本相當，丹陽站與常州（二）站最高水位相差0.64 m。洛社站與無錫（大）站最高水位相差約0.10 m，無錫（大）站與望亭站、望亭站與蘇州（楓橋）站最高水位相差均約0.20 m，蘇州（楓橋）站最高水位高于蘇州（三）站0.50～0.60 m，蘇州（三）站、瓜涇口站、平望站洪水位基本相當。運河浦南區(qū)段由于杭嘉湖地區(qū)雨量不大，銅羅站最高水位高于平望站僅約0.10 m。

從2016年實況水位過程分析發(fā)現(xiàn)，蘇南運河由于河道斷面相對較大，運河上段承接了部分湖西山丘區(qū)來水及沿線匯水，洪水下泄速度總體較快，蘇州城區(qū)以上河段各站洪水漲退規(guī)律基本一致，上下游洪水位關系較好，發(fā)生時間基本同步。一般情況下，運河洪水自上游往下游推進而相繼出現(xiàn)洪峰水位，但北部丹陽以上入江段因受局部山洪及長江潮汐等多種因素的影響，峰現(xiàn)時間差異較大。2016年汛期由于鐘樓閘的啟用，閘上河段受關閘壅高等影響，最高水位出現(xiàn)時間明顯滯后。蘇州城區(qū)以下河段則受運河上游洪水下泄與太湖泄洪的共同影響，沿線瓜涇口站和平望站峰現(xiàn)時間也有明顯差異；而運河浦南區(qū)段的銅羅站最高水位主要與杭嘉湖地區(qū)水情密切相關。

2.2 運河沿線匯流特性

根據(jù)2016 年7 月1—11 日洪水過程模擬計算結果，對蘇南運河湖西區(qū)段、武澄錫虞區(qū)段和陽澄淀泖區(qū)段進行水量平衡計算，研究蘇南運河沿線匯流特性，分析洪水來源與出路。

蘇南運河湖西區(qū)段水量平衡分析結果見表1。結果表明，湖西區(qū)產(chǎn)流進入蘇南運河水量中北排長江占比48.5%，沿運河向東下泄進入武澄錫虞區(qū)占比50.9%。從工程運行情況來看，該時期諫壁樞紐、九曲河樞紐、魏村樞紐均滿負荷運行，蘇南運河沿線水位偏高主要原因在于北排長江能力不足。

表1 2016年7月1—11日蘇南運河湖西區(qū)段水量平衡計算表

蘇南運河武澄錫虞區(qū)段水量平衡分析結果見表2。武澄錫虞區(qū)產(chǎn)流沿運河下泄進入陽澄淀泖區(qū)占比51.1%、北排占比47.6%。暴雨洪水期間，由于太湖高水位頂托，武澄錫虞區(qū)位于蘇南運河以北的入長江河道發(fā)揮了重要的北排作用，對減輕蘇南運河武澄錫虞區(qū)段沿線高水位壓力效果顯著。

表2 2016年7月1—11日蘇南運河武澄錫虞區(qū)段水量平衡計算表

蘇南運河陽澄淀泖區(qū)段水量平衡分析結果見表3。暴雨洪水期間由于陽澄淀泖區(qū)環(huán)太湖口門及太浦河北岸口門控制，陽澄淀泖區(qū)產(chǎn)流進入蘇南運河水量及武澄錫虞區(qū)沿運河下泄的洪水基本全部向北排入長江，北排長江水量占比99.8%。

表3 2016年7月1—11日蘇南運河陽澄淀泖區(qū)段水量平衡計算表

2016年實況洪水情景分析表明，蘇南運河湖西區(qū)段產(chǎn)流主要去向為北排長江和沿運河向東下泄，而武澄錫虞區(qū)、陽澄淀泖區(qū)段水流去向主要受長江、太湖兩側洪（潮）水位影響。若暴雨洪水期間，太湖高水位頂托，武澄錫虞區(qū)及陽澄淀泖區(qū)主要通過北排長江緩解高水位壓力，而當長江水位較高時，則經(jīng)運河調(diào)蓄緩排為主要洪水出路。

3 分段治理對策及效益分析

3.1 分段治理對策措施

根據(jù)蘇南運河沿線匯流特性，統(tǒng)籌考慮流域、區(qū)域、城市不同層次需求，圍繞提升蘇南運河自身防洪標準、擴大運河洪澇外排出路兩個方面，提出蘇南運河分段治理對策措施。一方面結合沿線區(qū)域系統(tǒng)治理，增強運河各河段所在水利分區(qū)的洪澇蓄泄能力，擴大運河洪澇外排出路；另一方面鞏固和加強運河兩岸防線，根據(jù)沿線保護對象的不同，相應提高運河堤防的防洪能力。

3.1.1 流域?qū)用?/p>

蘇南運河沿途與太湖流域的骨干行洪河道望虞河、吳淞江、太浦河交匯。按照流域北排長江、東出黃浦江、南排杭州灣的防洪格局，通過望虞河拓浚、吳淞江整治和太浦河后續(xù)工程的實施，在擴大流域洪水外排能力的同時，也為增加蘇南運河洪澇外排出路創(chuàng)造有利條件。

3.1.2 區(qū)域?qū)用?/p>

區(qū)域?qū)用?，蘇南運河穿過太湖流域湖西區(qū)、武澄錫虞區(qū)、陽澄淀泖區(qū)等多個水利分區(qū)，在沿線各分區(qū)治理布局的基礎上，按照擴大外排、增加調(diào)蓄、控制下泄的分段治理理念，統(tǒng)籌安排各河段洪水外排和下泄。

（1）湖西區(qū)。根據(jù)湖西區(qū)“上游攔蓄、擴大入江、增加調(diào)蓄、暢通入湖、高低分治”的治理布局，在運河湖西區(qū)段，通過與運河交匯的德勝河整治及江邊魏村樞紐改擴建項目，加快蘇南運河洪澇水直接外排入江，運河以南的洮滆平原通過退圩還湖和入湖河道治理，進一步增強腹部洮湖、滆湖調(diào)蓄，擴大洪水東泄太湖能力，消納區(qū)域腹部的洪澇水量，減少區(qū)域腹部洪水進入運河，從而減輕運河沿線防洪壓力。

（2）武澄錫虞區(qū)。根據(jù)武澄錫虞區(qū)“洪水北排長江、南排太湖、東排望虞河和沿運河下泄”的治理布局，在運河武澄錫虞區(qū)段，通過與運河交匯的錫澄運河入江段整治及江邊定波水利樞紐改擴建項目，加快蘇南運河洪澇水直接外排入江，運河以南通過入湖河道治理，優(yōu)化向太湖排水方案，暢通運河洪水南排出路，通過白屈港、十一圩港等其他通江河道治理，以及九里河、錫北運河等東排河道治理，擴大區(qū)域洪水北排、東排，從而減少區(qū)域沿運河下泄的洪澇水量，減輕運河沿線及下游防洪壓力。

（3）陽澄淀泖區(qū)。按照陽澄淀泖區(qū)“北排長江，沿吳淞江、攔路港下泄，相機外排太湖、望虞河、太浦河，利用河湖調(diào)蓄”的治理布局，對于運河陽澄淀泖區(qū)和浦南區(qū)段，依托流域行洪通道望虞河、吳淞江、太浦河相機外排區(qū)域及運河洪澇水，通過擴大白茆塘、瀏河等通江河道北排長江能力，整治淀泖區(qū)八蕩河、牽牛河等骨干水系，加強河湖水系連通，提高河湖調(diào)蓄能力，消納區(qū)域河網(wǎng)洪澇水量，從而減輕運河防洪壓力。

3.2 分段治理效益分析

3.2.1 分析計算條件

（1）設計降雨及典型年。蘇南運河沿線最高洪水位主要受所在區(qū)域暴雨洪水遭遇及其外排出路影響。根據(jù)區(qū)域治理規(guī)劃設計暴雨及設計洪水研究成果，與區(qū)域防洪治理目標銜接，采用區(qū)域典型年設計暴雨與設計洪水開展運河沿線各分區(qū)治理效益分析，其中湖西區(qū)段與武澄錫虞區(qū)段設計典型年均為1991 年型50 年一遇；陽澄淀泖區(qū)段設計典型年為1999年型50年一遇。

（2）計算工況及調(diào)度原則。計算工況分為治理措施實施前與實施后，治理前工況為流域、區(qū)域的現(xiàn)狀工況，流域工程包括旄兒港防洪工程、環(huán)湖大堤加固工程等11項骨干工程，區(qū)域工程考慮各區(qū)域水利治理及交通部門航道整治已完成的工程。治理后工況即為流域、區(qū)域規(guī)劃工程實施完成的規(guī)劃工況，其中流域治理規(guī)劃工程包括望虞河拓浚工程、吳淞江整治工程、太浦河后續(xù)工程，各區(qū)域治理規(guī)劃確定的防洪工程布局和治理措施全部實施完成。在流域、區(qū)域工程調(diào)度上，遵循《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》《蘇南運河區(qū)域洪澇聯(lián)合調(diào)度方案（試行）》執(zhí)行。

3.2.2 分段治理效益

根據(jù)設計典型年降雨模擬分析結果，分段治理措施實施前后蘇南運河沿線主要代表站最高洪水位變化見表4。

表4 蘇南運河沿線分段治理效益分析m

結果表明，在分段治理措施實施以后，運河沿線代表站遭遇各區(qū)域50年一遇降雨時，最高洪水位都發(fā)生了不同程度的降低。其中，運河湖西區(qū)段沿線最高洪水位為5.06～5.83 m，較治理前降低25～52 cm；運河武澄錫虞區(qū)段沿線最高洪水位為4.21～4.93 m，較治理前降低17～22 cm；運河陽澄淀泖區(qū)段最高洪水位為4.50～4.65 m，較治理前降低1～8 cm。其中，陽澄淀泖區(qū)治理工程重點為加強河湖水系連通，提高河湖調(diào)蓄能力，通江河道整治等部分治理工程，并不直接與蘇南運河溝通，通過擴大外排降低區(qū)域河網(wǎng)水位，從而間接減低運河洪水位。

4 結 語

本文開展了蘇南運河洪澇水匯流特性與分段治理對策研究，主要結論如下：

（1）蘇南運河沿線洪澇及匯流特性存在差異性，其中湖西區(qū)段洪澇水主要為北排長江和沿運河向東下泄，而武澄錫虞區(qū)、陽澄淀泖區(qū)段水流去向則受長江、太湖兩側洪（潮）水位影響，表現(xiàn)為北排長江或沿運河下泄。

（2）在區(qū)域治理布局基礎上，提出以“擴大外排、增加調(diào)蓄、控制下泄運河”為治理理念的分段對策措施。相關治理措施實施后，可以大幅降低運河沿線最高洪水位，有效減輕運河沿線防洪壓力。