臺風(fēng)“利奇馬”期間新沭河行洪分析

劉煒偉，吳曉東，王 歡

(江蘇省水文水資源勘測局連云港分局，江蘇 連云港 222004)

2019年第9號臺風(fēng)“利奇馬”于8月4日14時在菲律賓以東約1 000 km的洋面上生成，7日23時加強(qiáng)為超強(qiáng)臺風(fēng)，10日1時45分時在浙江省溫嶺市城南鎮(zhèn)登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力16級。22時從太湖南部進(jìn)入江蘇省，經(jīng)蘇州、無錫、南通、鹽城北上，11日12時從連云港灌云縣灌西鹽場入海，20時50分前后在青島市黃島區(qū)沿海再次登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力9級。此后移入渤海海面并不斷減弱，13日8時在渤海東部海面減弱為熱帶低壓，13日14時被中央氣象臺停止編號。2019年第9號臺風(fēng)“利奇馬”路徑圖見圖1。

圖1 2019年第9號臺風(fēng)“利奇馬”路徑圖

受“利奇馬”和西風(fēng)槽共同影響，8月10日8時-12日8時，淮河流域沂沭泗河水系出現(xiàn)大暴雨、特大暴雨天氣，平均降雨量144.0 mm，最大點(diǎn)雨量東里店405 mm。其中，臨沂以上233.1 mm，大官莊以上191.9 mm，邳蒼區(qū)171.3 mm，新沂河138.7 mm，南四湖98.2 mm。降雨量超過100 mm、200 mm籠罩面積分別為5.38、1.33萬 km2，分別占沂沭泗流域面積的67%、17%。臨沂站以上2 d平均降水量達(dá)到223.8 mm，1952年以來歷史第一。沂沭泗下游連云港市麥坡站最大一日降雨量303.0 mm，建站以來歷史第一。沂沭泗流域降雨等值線圖見圖2。

圖2 沂沭泗流域降雨等值線圖

受強(qiáng)降雨影響，8月11日河、沭河相繼發(fā)生2019年第1次大洪水。沂河干流臨沂站8月11日16時出現(xiàn)洪峰流量7 300 m3/s，相應(yīng)水位(最高水位)62.28 m；沭河干流重溝站8月11日19時出現(xiàn)洪峰流量2 720 m3/s，相應(yīng)水位(最高水位)57.13 m；新沂河沭陽站8月12日出現(xiàn)洪峰流量5 900 m3/s，最高水位11.31 m；新沭河大興鎮(zhèn)8月11日出現(xiàn)洪峰流量3 850 m3/s，最高水位25.07 m。

詹道強(qiáng)等[1-4]從洪水預(yù)報、災(zāi)害防御等多個方面回顧并分析了臺風(fēng)“利奇馬”產(chǎn)生的影響，并對今后的工作提出了建設(shè)性的建議。本文通過分析臺風(fēng)“利奇馬”期間新沭河的行洪過程，研究新沭河現(xiàn)狀行洪能力，為水利工程科學(xué)精準(zhǔn)防洪調(diào)度提供技術(shù)支撐。

1 流域概況

新沭河是淮河流域沂沭泗洪水東調(diào)南下工程中“東調(diào)”工程的重要組成部分，是解決沂沭泗河、南四湖地區(qū)洪水出路的主要通道之一，新沭河西起大官莊樞紐新沭河泄洪閘，東至臨洪河口入海，全長80 km。其中山東境內(nèi)長20 km，江蘇境內(nèi)石梁河庫區(qū)段長15 km，石梁河水庫泄洪閘至?？陂L45 km。新沭河區(qū)間匯水面積2 850 km2，石梁河水庫以上流域面積5 464 km2。實(shí)行東調(diào)南下工程后，沂河向新沭河分洪，客觀上擴(kuò)大了新沭河的匯水面積，加重了新沭河的泄洪任務(wù)。

新沭河現(xiàn)有水文站網(wǎng)主要集中在新沭河及其支流臨洪河上，主要是大官莊水文站、大興鎮(zhèn)水文站、石梁河水庫水文站和臨洪水文站共計四個水文站，太平莊閘水位站和三洋港水文站兩個水位站。大興鎮(zhèn)站、石梁河水庫站是新沭河中段石梁河水庫進(jìn)出庫的控制站，臨洪站是新沭河重要支流薔薇河的控制站，均為國家重要水文站。4個水文站、2個水位站從設(shè)站以來，為新沭河防汛抗旱和水資源調(diào)度提供了及時的水情服務(wù)，所積累的長系列水文資料，為工程建設(shè)、水資源開發(fā)利用和水環(huán)境保護(hù)等諸多方面提供了科學(xué)的分析依據(jù)。

2 新沭河行洪過程

為迎戰(zhàn)沂沭河洪水，流域工程管理部門及時調(diào)度劉家道口樞紐、大官莊樞紐提前預(yù)泄。劉家道口閘11日8時下泄流量1 930 m3/s，9時加大泄量至2 170 m3/s；11時下泄流量4 700 m3/s，12時下泄流量5 290 m3/s，13時下泄量5 820 m3/s，17時最大泄流量5 880 m3/s；彭道口閘于11日11時13分開閘，下泄流量351 m3/s，14時加大到最大下泄流量1 420 m3/s。

大官莊樞紐新沭河閘11日13時開啟，21時出現(xiàn)最大下泄流量4 020 m3/s。石梁河水庫11日8時下泄流量300 m3/s，16時加大至1 524 m3/s，17時加大至2 500 m3/s，18時30加大至最大下泄量3 500 m3/s。三洋港擋潮閘11日14:20，開高2.0 m，21孔，17:45開高4.5 m，31孔。新沭河沿線控制工程的科學(xué)調(diào)度為沂沭河洪水安全下泄和洪水盡量東調(diào)入海創(chuàng)造有利條件。新沭河沿線控制工程水情調(diào)度情況見表1～表3。

表1 大官莊樞紐新沭河閘水情調(diào)度情況表

表2 石梁河水庫水情調(diào)度情況表

表3 三洋港擋潮閘水情調(diào)度情況表

2.1 大官莊閘(新)

大官莊閘(新)位于新沭河源頭，是沭河?xùn)|調(diào)洪水控制站，主要監(jiān)測水位、流量。最大流量4 020 m3/s，出現(xiàn)時間8月11日21:00；最高水位52.66 m，出現(xiàn)時間8月11日22:00。大官莊閘(新)8月10日8:00-14日8:00水位、流量過程線見圖3。

圖3 大官莊閘(新)水位流量過程線

2.2 大興鎮(zhèn)

大興鎮(zhèn)水文站位于新沭河中上游，為石梁河水庫入庫控制站，主要監(jiān)測水位、流量。受大官莊閘(新)開閘泄洪影響，最大行洪流量3 850 m3/s(歷史第二)，相應(yīng)水位25.00 m，出現(xiàn)時間11日20:55；大興鎮(zhèn)站最高水位25.07 m，出現(xiàn)時間12日02:05。大興鎮(zhèn)8月10日8:00-14日8:00水位流量過程線見圖4。

圖4 大興鎮(zhèn)水位流量過程線

2.3 石梁河水庫

石梁河水庫水文站位于新沭河中游，為石梁河水庫控制站，主要監(jiān)測水位、流量。最大出庫流量3 500 m3/s，相應(yīng)水位23.89 m，出現(xiàn)時間8月11日18:30。石梁河水庫8月10日8:00-14日8:00水位、流量過程線見圖5。

圖5 石梁河水庫水位流量過程線

2.4 太平莊閘

太平莊閘水位站位于新沭河下游，為太平莊閘水位控制站，主要監(jiān)測水位。最高水位6.50 m，出現(xiàn)時間8月12日13:00。太平莊閘8月10日8:00-14日8:00水位過程線見圖6。

圖6 太平莊閘水位過程線

2.5 三洋港閘

三洋港閘為新沭河入?？刂普荆饕O(jiān)測水位。最高水位3.51 m，出現(xiàn)時間8月12日16:30。三洋港閘8月10日8:00-14日8:00水位過程線見圖7。

圖7 三洋港閘水位過程線

3 新沭河歷史洪水

沂沭泗河流域地處南北氣候過渡帶，受南北氣候的影響，歷史上沂沭泗河流域水旱災(zāi)害頻繁。黃河奪泗侵淮，致使沂沭泗河水系遭到破壞，加劇了災(zāi)害。歷史上新沭河主要發(fā)生了六次大的洪水過程，造成了較大的社會影響和經(jīng)濟(jì)損失。

1957年，沂沭泗流域內(nèi)暴雨集中，量大面廣，最大點(diǎn)雨量達(dá)817 mm。7月6-20日，15天內(nèi)大于400 mm的雨區(qū)達(dá)7 390 km2，沂河臨沂實(shí)測洪峰流量15 400 m3/s。沭河大官莊實(shí)測4 910 m3/s。1974年，沂沭河發(fā)生洪水，主要是沭河。8月11-14日平均雨量241 mm。大官莊實(shí)測最大洪峰流量5 400 m3/s，2003年大興鎮(zhèn)水文站最大流量1 040 m3/s，發(fā)生在7月14日，最高水位25.11 m，出現(xiàn)在8月27日；石梁河水庫最大出庫流量1 190 m3/s，發(fā)生在7月15日，石梁河水庫壩上最高水位25.05 m，出現(xiàn)在8月27日。2008年新沭河流域大興鎮(zhèn)水文站最大流量1 450 m3/s，出現(xiàn)在8月22日，最高水位25.44 m，出現(xiàn)在8月22日；石梁河水庫水文站溢洪閘最大流量2 120 m3/s，出現(xiàn)在8月22日，石梁河水庫壩上最高水位25.32 m，出現(xiàn)在5月5日。2012年石梁河水庫共發(fā)生2次明顯的洪水過程。第1次洪水出現(xiàn)在2012年7月6日至16日，10日17時最大入庫流量2 290 m3/s，居歷史第3位，最大泄量2 240 m3/s，21時40分庫內(nèi)最高水位24.52 m，超汛限水位(23.5 m)1.02 m。第2次洪水出現(xiàn)在7月20日至31日，24日18時入庫流量834 m3/s，最大泄量834 m3/s，7月26日8時最高水位24.08 m，超汛限水位(23.5 m)0.58 m。2018年，受上游持續(xù)來水影響，石梁河水庫水位迅速上漲，20日17時，泄洪流量4 080 m3/s，水位24.77 m。受石梁河水庫泄洪影響，太平莊閘(閘上)水位快速上漲，21日6時，閘上最高水位6.32 m，超過警戒水位0.82 m。

新沭河上游的洪水取決于沂河、沭河暴雨洪水特征以及大官莊樞紐的控制運(yùn)用，新沭河下游的洪水取決于石梁河水庫泄洪和臨洪樞紐的調(diào)度，因此新沭河洪水受到人為控制、調(diào)度運(yùn)用的影響，而且這種影響將越來越大。

4 合理性分析

4.1 洪水組成分析

根據(jù)沂沭泗河洪水東調(diào)南下實(shí)施規(guī)劃和石梁河水庫擴(kuò)大泄量初設(shè)報告，新沭河50 a一遇洪水設(shè)計流量由新沭河泄洪閘分泄沂沭河洪水6 000 m3/s加區(qū)間入流確定。石梁河水庫以上河段考慮支流入?yún)R；石梁河水庫以下段通過水庫泄洪閘調(diào)節(jié)，按支流流量入?yún)R湊泄6 000 m3/s；太平莊閘下段考慮臨洪和大浦等站抽排匯入流量400 m3/s；100 a一遇石梁河水庫出庫流量7 000 m3/s；300 a一遇石梁河水庫出庫流量9 070 m3/s。

4.2 歷史水面線分析

以太平莊閘至三洋港閘為研究對象，根據(jù)水面線推算原理以及節(jié)點(diǎn)實(shí)測的水位、流量數(shù)據(jù)，分別求得2012年、2018年和2019年各年最大洪水的行洪水面線，新沭河歷史行洪水面線圖見圖8。

圖8 新沭河歷史行洪水面線圖

2012年、2018和和2019年最大流量分別為2 800 m3/s、4 000 m3/s、4 300 m3/s，水面線位置與流量大小相對應(yīng)，比降從上游向下游逐漸減小，符合河段洪水特性。

4.3 現(xiàn)狀水面線分析

以太平莊閘至薔薇河口為研究對象，根據(jù)水面線推算原理以及設(shè)計斷面、糙率等參數(shù)，推算2019年最大流量下的設(shè)計水面曲線，2019年Q=4 300 m3/s部分?jǐn)嗝嫘泻樗婢€比較圖見圖9。本次行洪水面線位于相應(yīng)設(shè)計水面線以上，說明現(xiàn)狀行洪能力未達(dá)到設(shè)計行洪標(biāo)準(zhǔn)。

圖9 2019年Q=4 300 m3/s部分?jǐn)嗝嫘泻樗婢€比較圖

4.4 河道行洪時間分析

大官莊閘(新)最高水位52.66 m，出現(xiàn)時間8月11日22:00。大興鎮(zhèn)水文站最高水位25.07 m，出現(xiàn)時間12日02:05。石梁河水庫水文站最大出庫流量3 500 m3/s，相應(yīng)水位23.89 m，出現(xiàn)時間8月11日18:30。太平莊閘水位站最高水位6.50 m，出現(xiàn)時間8月12日13:00。三洋港閘最高水位3.51 m，出現(xiàn)時間8月12日16:30。受石梁河水庫肖峰、調(diào)蓄影響，新沭河中下游段洪峰相對滯后，但由于薔薇河流域同時段受降雨影響導(dǎo)致臨洪東站、臨洪西站、大浦站和大浦二站開機(jī)強(qiáng)排，新沭河下游行洪時間無法直觀體現(xiàn)石梁河水庫的肖峰作用。

4.5 行洪能力分析

本次行洪過程中新沭河中段行洪流量3 850 m3/s，新沭河下段行洪流量4 300 m3/s，修改斷面參數(shù)，使太平莊水位站水位等于本次行洪最高水位6.50 m，得到等效現(xiàn)狀斷面。修改設(shè)計流量，新沭河下段按太平莊流量加400 m3/s處理，試算使太平莊水位站水位等于東調(diào)南下續(xù)建工程新沭河治理工程50 a一遇設(shè)計水位6.89 m，相應(yīng)流量為5 060 m3/s，即為新沭河下段現(xiàn)狀行洪能力。按照同樣方法得到2012年、2018年新沭河行洪能力，見表4。

表4 新沭河行洪能力分析成果表

2012年行洪能力為4 530 m3/s，是原設(shè)計的70.8%，行洪能力還未達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。2018年行洪能力為5 250 m3/s，是原設(shè)計的82.0%，行洪能力較2012年提高了11.2%，但仍未還未達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。2019年行洪能力為5 060 m3/s，是原設(shè)計的79.1%，行洪能力比2012年提高了8.3%，與2018年基本一致，仍未達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

通過分析臺風(fēng)“利奇馬”影響下新沭河行洪過程，研究了在2009年新沭河50 a一遇治理工程后河道水位流量演變規(guī)律。通過研究河道水面線和河道的行洪能力，表明現(xiàn)狀新沭河行洪能力未達(dá)到設(shè)計要求。通過分析計算各主要站點(diǎn)水位流量數(shù)據(jù)，研究新沭河不同區(qū)間行洪過程，為后期河道整治、沿線水利工程防洪精準(zhǔn)調(diào)度提供科學(xué)支撐。