臧力永，孫金鳳，尹若燕

（江蘇省水文水資源勘測(cè)局宿遷分局，江蘇 宿遷 223800）

1 概述

河道、湖泊的防汛抗旱特征水位是水利部門開展水旱災(zāi)害防汛調(diào)度的重要參考，在防災(zāi)減災(zāi)工作中起到關(guān)鍵性作用。隨著河湖的演變與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，河道、湖庫的水情和工情都發(fā)生了巨大變化，部分河湖的防汛抗旱特征水位已不能客觀科學(xué)地反映水利工程的實(shí)際防洪能力，影響水利工程調(diào)度決策的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，因此復(fù)核骨干河道、湖泊的防汛抗旱特征水位是十分必要的。

周海天等［1］通過對(duì)閘上水位的頻率分析，研究并調(diào)整了廢黃河中山河閘站警戒水位和應(yīng)急響應(yīng)水位，使該站特征水位客觀真實(shí)地反映廢黃河防洪能力。李善綜等［2］提出通過出險(xiǎn)水位和警戒時(shí)長(zhǎng)反推警戒水位的計(jì)算方法，并在發(fā)明專利中詳細(xì)闡述了原理和步驟，此方法考慮了防汛工作的實(shí)際情況，有利于優(yōu)化防汛資源配置。聞?dòng)嗳A等［3］對(duì)句容河及上游秦淮河的警戒水位進(jìn)行復(fù)核分析，調(diào)整了警戒水位代表站，使句容河防汛預(yù)警機(jī)制更加科學(xué)。劉和昌等［4］將洪水漲落納入警戒水位分析過程，利用Copula函數(shù)分析洪水損失與洪水水位漲率的關(guān)系，進(jìn)而推算警戒水位。陳文芳等［5］通過建立水文站遷址前后的流量相關(guān)關(guān)系，推算警戒水位、保證水位的相應(yīng)流量，再利用水力學(xué)方法反推特征水位。

本文按照防汛特征水位設(shè)定原則和要求，結(jié)合岔流新開河及桐槐樹水文站實(shí)際情況，對(duì)防汛特征水位進(jìn)行復(fù)核分析，保證岔流新開河防汛調(diào)度的科學(xué)性。

2 研究區(qū)概況

沭陽縣位于宿遷市東北部，屬魯南丘陵與江淮平原過渡帶，地處沂河、沭河、泗河諸水下游，是宿遷、徐州、連云港結(jié)合處。岔流新開河是新沂河支流，流經(jīng)江蘇省宿遷市沭陽縣，為人工開挖河道，北起沭陽縣潼陽鎮(zhèn)，承接上游新沂市淋頭河及大沙河來水，于沭陽縣沭城鎮(zhèn)匯入新沂河，全長(zhǎng)約32 km，流域面積809 km2，流域地勢(shì)西北高、東南低。

岔流新開河桐槐樹水文站建成于1964年，位于江蘇省沭陽縣新河鎮(zhèn)新槐村，斷面距河道入新沂河河口距離10 km，河道樁號(hào)為K19+500（縣界處河道交匯點(diǎn)為0+000）。桐槐樹站斷面為復(fù)式斷面，所在河段較為順直，沖淤大致平衡。河床土質(zhì)為沙壤土，兩側(cè)灘地種有旱作物及花木。目前，桐槐樹站斷面現(xiàn)狀警戒水位10.60 m，設(shè)計(jì)洪水位13.99 m，歷史最高水位13.33 m（1974年8月13日）。

3 特征水位復(fù)核研究方法

3.1 研究?jī)?nèi)容

本文收集岔流新開河及桐槐樹水文站相關(guān)的工程資料、水文資料、社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料等必要的材料，綜合考慮預(yù)警、搶險(xiǎn)、工程調(diào)度等防汛應(yīng)急工作實(shí)際，確定適當(dāng)?shù)奶卣魉?。同時(shí)，通過水文資料統(tǒng)計(jì)分析、河道堤防穩(wěn)定計(jì)算等方法，分析特征水位的合理性，以研究成果為依據(jù)調(diào)整岔流新開河桐槐樹站的防汛特征水位，文中水位均采用廢黃河高程系。

3.2 特征水位核定要求

防汛特征水位核定應(yīng)遵循“防洪安全要求并考慮經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)、環(huán)境等因素綜合論證確定”的原則。以下是警戒水位和保證水位的核定要求。

3.2.1 警戒水位

（1）警戒水位確定時(shí)，應(yīng)充分考慮斷面漫灘或重要堤段臨水時(shí)的水位情況，結(jié)合歷史洪水過程、堤防歷史險(xiǎn)情、防洪工程狀況等因素，進(jìn)行綜合、全面的分析研究。同時(shí)，還應(yīng)兼顧上下游、左右岸的協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌考慮個(gè)別部門或工程的特殊需求。

（2）警戒水位是防汛指揮機(jī)構(gòu)決策的重要依據(jù)，應(yīng)充分發(fā)揮預(yù)警作用。警戒水位過低，將造成水位超警過于頻繁，易使防汛工作人員和社會(huì)公眾產(chǎn)生麻痹心理，從而使警戒水位失去警戒作用。

（3）警戒水位的設(shè)定還應(yīng)考慮洪水水位變化過程，為防汛搶險(xiǎn)預(yù)留足夠的警戒時(shí)間，避免警戒水位設(shè)定過高導(dǎo)致防汛搶險(xiǎn)時(shí)間不足。

3.2.2 保證水位

（1）若河道堤防現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符，可將保證水位設(shè)定為堤防工程的設(shè)計(jì)洪水位；若堤防現(xiàn)狀防洪能力尚未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可按照安全防御相應(yīng)的洪水位設(shè)定保證水位；若堤防工程防洪能力超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則可將保證水位定位歷史最高洪水位。

（2）保證水位與河道堤防關(guān)系密切，在設(shè)定時(shí)要兼顧上下游不同河段的實(shí)際情況分別設(shè)定。若同一河段左右岸標(biāo)準(zhǔn)差別較大，必要時(shí)可分別設(shè)定保證水位。

4 防汛特征水位確定

4.1 現(xiàn)狀河道斷面及典型水位

岔流新開河桐槐樹站所在河段現(xiàn)狀達(dá)到20年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)，兩岸堤防于2008年按照新沂河7 800 m3/s的標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)并加固［6］。根據(jù)最新的大斷面資料可知，桐槐樹站斷面底高程在4.80～5.00 m之間，左側(cè)灘地較狹窄，高程在13.60～13.80 m之間，右側(cè)灘地一級(jí)階地高程在9.00 m左右，二級(jí)階地高程在12.00～13.00 m之間，左側(cè)堤頂高程約16.50 m，右側(cè)堤頂高程約15.60～15.80 m。桐槐樹站典型水位統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 桐槐樹站典型水位統(tǒng)計(jì)

4.2 警戒水位

根據(jù)桐槐樹站現(xiàn)狀河道斷面可知，河道左側(cè)灘地高程在13.60～13.80 m之間，超過歷史最高水位；右側(cè)灘地二級(jí)階地前緣高程在12.70～13.00 m之間，與歷史最高水位相距太近，所以不能將此斷面普遍漫灘時(shí)的水位作為警戒水位。

根據(jù)已批復(fù)的河道整治初步設(shè)計(jì)成果，桐槐樹站上游約1 km處的虞姬溝匯入處，受沖刷影響的左側(cè)灘地高程10.74～11.92 m；桐槐樹站下游約1.1 km處河道存在較大彎曲，受沖刷影響的右側(cè)灘地高程11.60～10.16 m，所以，本文擬將桐槐樹站警戒水位調(diào)整至10.74～11.60 m之間。

考慮到汛期行洪時(shí)，岔流新開河的洪水受新沂河洪水的頂托作用較大，所以岔流新開河的洪水位與下游的新沂河水位關(guān)系密切。岔流新開河入新沂河口附近的新沂河沭陽水文站于2020年將警戒水位從9.00 m調(diào)整為9.50 m，上調(diào)了0.50 m。

綜上所述，擬將岔流新開河桐槐樹站警戒水位上調(diào)0.40 m，調(diào)整后為11.00 m。

4.3 保證水位

根據(jù)《沭陽縣岔流新開河治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，岔流新開河防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，堤防等級(jí)為4級(jí)。桐槐樹站20年一遇設(shè)計(jì)洪水位為13.42 m，擬將岔流新開河桐槐樹站保證水位設(shè)定為13.42 m。

5 特征水位合理性分析

5.1 警戒水位合理性分析

5.1.1 P-Ⅲ曲線頻率分析

對(duì)桐槐樹站1966—2021年歷年最高水位資料進(jìn)行頻率分析。水位系列中缺1967—1969年的數(shù)據(jù)，由于這段時(shí)間無較大洪水，故不影響系列代表性，數(shù)據(jù)系列長(zhǎng)度為53 a。通過P-Ⅲ曲線適線結(jié)果反查，得到警戒水位11.00 m對(duì)應(yīng)的頻率為40.62%，重現(xiàn)期約為2.46 a，重現(xiàn)期在合理范圍內(nèi)（2～5 a）。

5.1.2 水位上漲時(shí)間分析

根據(jù)水位超警天數(shù)統(tǒng)計(jì)，2018～2021年，桐槐樹站連續(xù)4年出現(xiàn)水位超警。本次挑選出較大場(chǎng)次洪水水位資料，統(tǒng)計(jì)出近年來桐槐樹站水位從超警到最高水位所需的上漲時(shí)間（時(shí)間采用整點(diǎn)），見表2。

根據(jù)表2可知，同一場(chǎng)次洪水過程中，從調(diào)整后的警戒水位（11.00 m）起漲至最高水位所需時(shí)間與原警戒水位（10.60 m）起漲所需時(shí)間相比，最多僅減少23.8%，且為防汛應(yīng)急響應(yīng)留有足夠時(shí)間。所以，警戒水位上調(diào)至11.00 m對(duì)防汛調(diào)度工作影響很小。綜上所述，此次擬將警戒水位調(diào)整至11.00 m是合理的。

表2 桐槐樹站洪水位從超警到最高水位所需時(shí)間統(tǒng)計(jì)

5.2 保證水位合理性分析

此次擬定的保證水位為13.42 m，與《沭陽縣岔流新開河治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》的設(shè)計(jì)洪水位一致，滿足保證水位的設(shè)定要求。本文從河道堤防和邊坡的穩(wěn)定性分析保證水位13.42 m的合理性。

考慮到河道正常行洪的情況，擬定的計(jì)算工況分別為設(shè)計(jì)洪水位下穩(wěn)定滲流期和水位驟降期（設(shè)計(jì)洪水位13.42 m在48 h內(nèi)降至灘地最低高程）。通過Autobank軟件計(jì)算得到岔流新開河桐槐樹站左右堤防穩(wěn)定結(jié)果見表3。

由表3中的穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果可知，桐槐樹站處河段水位達(dá)到保證水位時(shí)，河道堤防最小安全系數(shù)均大于允許最小安全系數(shù)，即達(dá)到保證水位時(shí)河道堤防安全穩(wěn)定。

6 結(jié)語

經(jīng)復(fù)核分析，岔流新開河桐槐樹站警戒水位調(diào)整為11.00 m，對(duì)應(yīng)頻率為40.62%，重現(xiàn)期約為2.46 a；保證水位設(shè)定為13.42 m，與最新設(shè)計(jì)成果一致。經(jīng)驗(yàn)證，新擬定的桐槐樹站防汛特征水位是合理的，可作為防汛應(yīng)急響應(yīng)的參考。

表3 桐槐樹站抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

此次特征水位復(fù)核研究主要基于桐槐樹站水位資料和斷面資料，成果科學(xué)合理，但仍有一定的局限性。今后分析研究特征水位時(shí)，還可從建立研究對(duì)象與上下游站點(diǎn)的相關(guān)關(guān)系，模擬洪水漲落的非線性等方向入手，提升特征水位結(jié)果的可靠性。