蘇州河沿線設(shè)計(jì)高水位

徐貴泉，陳慶江，陳長(zhǎng)太

(1.上海市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，上海 200233;2.上海市水務(wù)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(zhǎng)寧、靜安、閘北、虹口、黃浦等區(qū)，東連黃浦江，全長(zhǎng)125 km，在上海市境內(nèi)有53.1km，河寬一般為50～70m，具有流域行洪、區(qū)域排澇、航運(yùn)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(biāo)，以治水為中心，堅(jiān)持治污與治河并重，一直在持續(xù)深入推進(jìn)。通過一、二期先行實(shí)施治污減污、綜合調(diào)水等工程的建設(shè)，蘇州河干流黑臭消除，主要水質(zhì)指標(biāo)基本達(dá)到景觀水標(biāo)準(zhǔn)。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(yán)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(guān)鍵因素是蘇州河沿線設(shè)計(jì)高水位，這關(guān)系到蘇州河的防汛安全、兩岸防汛墻改造的標(biāo)準(zhǔn)、墻頂高程、環(huán)境景觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diào)度等因素綜合影響的復(fù)雜性，為了更好地保障防汛安全，營(yíng)造濱河景觀，改善人居環(huán)境，開展蘇州河沿線設(shè)計(jì)高水位專題研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 蘇州河的防汛演變特征

從蘇州河水系實(shí)際出發(fā)，結(jié)合太湖流域河湖水系的演變，蘇州河防汛墻的防御對(duì)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(gè)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(zhuǎn)變?yōu)榉烙闈碁橹鳌?/p>

根據(jù)2008年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的太湖流域防洪規(guī)劃，太湖流域防洪標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)期(到2025年)達(dá)到100年一遇，該標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)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(zhǎng)江口。東太湖吳淞江行洪規(guī)劃工程的實(shí)施，使蘇州河防汛墻的功能由防御洪澇為主轉(zhuǎn)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(shè)將會(huì)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(diǎn)加強(qiáng)蘇州河兩翼地區(qū)的排澇能力建設(shè)，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(shì)必會(huì)直接影響蘇州河的設(shè)計(jì)高水位。

2 太湖流域與蘇州河水系水文水動(dòng)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(dòng)力模型

圖2 太湖流域及蘇州河水系水文水動(dòng)力模型概化河網(wǎng)

為了確定蘇州河沿線設(shè)計(jì)高水位，采用水文概率統(tǒng)計(jì)和水力模型計(jì)算相結(jié)合的方法，與太湖流域河網(wǎng)水文水動(dòng)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(dòng)力模型，提高模型輸入數(shù)據(jù)精度，并重點(diǎn)拓展和細(xì)化模型對(duì)降雨產(chǎn)匯流、水利工程調(diào)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(yàn)證的基礎(chǔ)上，再利用1999年6—8月梅雨期和2005年8月“麥莎”臺(tái)風(fēng)期間的雨情、水情以及防汛調(diào)度的同步實(shí)測(cè)資料，進(jìn)一步驗(yàn)證該模型［3-8］。通過對(duì)蘇州河及其兩翼地區(qū)19個(gè)代表斷面水位、4個(gè)代表斷面流量的驗(yàn)證計(jì)算，各驗(yàn)證代表斷面的水位或流量的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合較好，滿足蘇州河沿線設(shè)計(jì)高水位研究的精度要求，表明該模型能夠真實(shí)反映蘇州河水系在各種復(fù)雜影響因素條件下的水流運(yùn)動(dòng)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(yàn)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(yàn)證結(jié)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水、澇水或高潮單因素影響水情時(shí)，不論是現(xiàn)狀工況還是近、遠(yuǎn)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(yīng)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(shí)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(gè)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(biāo)，采用相應(yīng)科學(xué)合理的防汛安全調(diào)度方案，模擬計(jì)算分析其在遠(yuǎn)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(tái)風(fēng)暴雨澇水典型年——1977年

1977年8月水情為臺(tái)風(fēng)暴雨澇水主導(dǎo)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(dá)500年一遇標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn);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(biāo)準(zhǔn)。從這場(chǎng)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(yīng)考慮在青松片和淀北片防汛安全允許的前提下，實(shí)施向蘇州河以南地區(qū)分流排澇的防汛安全調(diào)度，此時(shí)蘇州河沿線瞬時(shí)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(tái)風(fēng)高潮中雨典型年——1981年

1981年8月底9月初水情為臺(tái)風(fēng)高潮中雨水情，蘇州河下游黃浦公園站實(shí)測(cè)高潮位為5.22m，接近20年一遇的高潮位標(biāo)準(zhǔn);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(biāo)準(zhǔn);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(shí)蘇州河沿線瞬時(shí)最高水位為3.10 m，其位置出現(xiàn)在下游河口附近。

4.3 臺(tái)風(fēng)高潮暴雨典型年——1997年

1997年8月水情為臺(tái)風(fēng)高潮暴雨水情，蘇州河下游黃浦公園站實(shí)測(cè)高潮位為5.72 m，達(dá)到了100年一遇的高潮位標(biāo)準(zhǔn);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(dāng)于2年一遇標(biāo)準(zhǔn);上游周巷站最高水位為3.20 m。此時(shí)蘇州河沿線瞬時(shí)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(zhǎng)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(shí)測(cè)最高洪水位達(dá)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(biāo)準(zhǔn);下游黃浦公園站高潮位為4.26m，接近1年一遇的高潮位標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)蘇州河沿線瞬時(shí)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(shí)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(duì)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(shè)計(jì)高水位

蘇州河沿線設(shè)計(jì)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(dǎo)，適應(yīng)太湖流域防洪標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)期達(dá)到100年一遇的新要求，服從流域行洪“北排長(zhǎng)江、南排杭州灣、東出黃浦江”的新格局，與相關(guān)專業(yè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，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(zhì)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(shè)。通過調(diào)查研究、理論分析、模型驗(yàn)證和方案設(shè)計(jì)，應(yīng)用太湖流域與蘇州河水系嵌套的河網(wǎng)水文水動(dòng)力模型(圖1)，針對(duì)不同的雨情、水情和工情，采用不同的調(diào)度方案，遠(yuǎn)近結(jié)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(shè)計(jì)高水位，為蘇州河兩岸防汛墻改造和底泥疏浚工程提供關(guān)鍵技術(shù)支撐和科學(xué)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(biāo)準(zhǔn)近期達(dá)到50年一遇、遠(yuǎn)期達(dá)到100年一遇以及區(qū)域除澇規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到20年一遇的要求，結(jié)合上海雨情、水情和工情特點(diǎn)，確定近、遠(yuǎn)期蘇州河規(guī)劃設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)潮型)作為規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)水雨情條件，遠(yuǎn)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(yīng)潮型)作為規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)水雨情條件;再系統(tǒng)研究提出現(xiàn)狀及規(guī)劃近、遠(yuǎn)期工況條件下的蘇州河設(shè)計(jì)高水位。

5.1 現(xiàn)狀工況條件下的蘇州河設(shè)計(jì)高水位

蘇州河水系在現(xiàn)狀防洪除澇設(shè)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(shè)計(jì)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(zhǎng)約5.14 km)。蘇州河現(xiàn)狀設(shè)計(jì)高水位超過4.50m的河段總長(zhǎng)度約為24.64 km，分布在華東師范大學(xué)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(zhǎng)約3.97 km);蘇州河近期規(guī)劃設(shè)計(jì)高水位超過4.70m的河段總長(zhǎng)度約為26.18km，分布在長(zhǎng)風(fēng)公園至蕰西閘之間的河段;蘇州河近期規(guī)劃設(shè)計(jì)高水位超過4.60m的河段總長(zhǎng)度約為35.46km，分布在華東政法大學(xué)至矮浦港之間的河段。

5.3 規(guī)劃遠(yuǎn)期工況條件下的蘇州河設(shè)計(jì)高水位

在規(guī)劃遠(yuǎn)期工況條件下，太湖流域東太湖吳淞江分洪工程已經(jīng)實(shí)施完成，蘇州河沿線兩岸的排水(澇)泵站總流量將達(dá)到660 m3/s，蘇州河遠(yuǎn)期規(guī)劃設(shè)計(jì)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(yuǎn)期規(guī)劃設(shè)計(jì)高水位超過4.70 m的河段總長(zhǎng)度約為16.61 km，分布在長(zhǎng)風(fēng)公園至滬寧高速路橋之間的河段;蘇州河遠(yuǎn)期規(guī)劃設(shè)計(jì)高水位超過4.60 m的河段總長(zhǎng)度約為24.24 km，分布在華東政法大學(xué)至黃渡鎮(zhèn)之間的河段?，F(xiàn)狀及規(guī)劃近期和遠(yuǎn)期工況條件下的蘇州河沿線設(shè)計(jì)高水位分布如圖4所示，圖中零點(diǎn)為上海境內(nèi)的蘇州河上游起點(diǎn)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(yuǎn)期工況條件下的蘇州河設(shè)計(jì)高水位分布變化

6 結(jié)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(gè)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(shè)完善，蘇州河防汛墻的功能將由防潮為主轉(zhuǎn)變?yōu)榉罎碁橹鳌?/p>

b.與太湖流域河網(wǎng)水文水動(dòng)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(dòng)力模型，取得了蘇州河水系代表斷面的水位或流量計(jì)算值與其實(shí)測(cè)值吻合較好的結(jié)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(jì)和水力模型計(jì)算相結(jié)合、原型實(shí)測(cè)與數(shù)學(xué)模型相結(jié)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(yuǎn)期工況條件下的蘇州河沿線設(shè)計(jì)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(shí)施蘇州河兩岸防汛墻改造和底泥疏浚工程提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐和重要基礎(chǔ)依據(jù)，也為開展黃浦江河口擋潮閘的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和閘孔規(guī)模研究提供了關(guān)鍵的技術(shù)方法。

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［1］鄭祖安.上海歷史上的蘇州河［M］.上海:上海社會(huì)科學(xué)院出版社，2006.

［2］上海市蘇州河環(huán)境綜合整治領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.上海市蘇州河環(huán)境綜合整治科技資料匯編［R］.上海:上海市水利局，2003.

［3］徐祖信.河流污染治理技術(shù)與實(shí)踐［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2003.

［4］禇君達(dá)，張永春，胡孟春，等.城市人工水體水環(huán)境生態(tài)效應(yīng)與保護(hù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2008.

［5］董增川，胡文杰，梁忠明，等.城市人工水體綜合效應(yīng)與調(diào)控［M］.北京:科學(xué)出版社，2008.

［6］徐貴泉，陳慶江，陳長(zhǎng)太，等.吳淞江分洪對(duì)上海防洪除澇影響及其對(duì)策研究［J］.城市道橋與防洪，2007，(5):193-195.

［7］徐貴泉，陳長(zhǎng)太.“麥莎”臺(tái)風(fēng)對(duì)蘇州河水位影響分析［J］.城市道橋與防洪，2007(4):19-22.

［8］徐貴泉，陳慶江，陳長(zhǎng)太，等.蘇州河沿線設(shè)計(jì)高水位研究［R］.上海:上海市水務(wù)局，2006.

［9］徐貴泉，林衛(wèi)青，張善發(fā)，等.蘇州河環(huán)境綜合整治二期水務(wù)工程環(huán)境效益研究［R］.上海:上海市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2004.

［10］徐貴泉，宋德蕃，黃士力，等.感潮河網(wǎng)水量水質(zhì)模型及其數(shù)值模擬［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，1996，4(1):94-105.