嶂山閘水文站水位流量關系分析及其對工程調度的影響

趙永俊 趙天昌

嶂山閘水文站水位流量關系分析及其對工程調度的影響

趙永俊 趙天昌

一、概況

（一）工程概況

嶂山閘位于江蘇省宿遷市嶂山村西1.1km處。1959年10月開工建設，1961年4月建成，是駱馬湖主要排洪口門，設計流量8000m3/s，校核流量10000m3/s，是沂沭泗河洪水東調南下工程的重要組成部分。駱馬湖承接上游南四湖、邳蒼地區、沂河南下洪水，經調蓄后，由嶂山閘經新沂河下泄入海。嶂山閘汛期根據下游區間來水和沭河來水，按新沂河設計行洪規模泄洪；非汛期嶂山閘關閘攔蓄，保證駱馬湖北調送水及周邊地區200萬畝農田的灌溉用水，并保護新沂河灘地30萬畝小麥免受桃汛威脅，同時為駱馬湖上游地區工業、航運、漁業用水提供有利條件。

嶂山閘總長428.97m，共計36孔，單孔凈寬10.0m，凈高7.5m，弧形鋼閘門，閘頂高程28.0m，閘室底板面高程15.5m（高程為廢黃河口基面）。

（二）河道概況

新沂河從嶂山閘起，向東流經新沂、宿豫、沭陽、灌云、灌南5個縣（市），至堆溝會灌河，于燕尾港南灌河口入黃海，全長約144km。兩岸堤距自西向東逐漸增寬，嶂山閘下約500m，至入海口達3000m。新沂河按河床比降等特征分為3段：自嶂山閘至沭陽城為上段，長43km，河道比降大，水流湍急，流勢不穩；沭陽城至小潮河閘為中段，長67km，河道比降減緩，河面逐漸展寬；小潮河閘至入海口為下段，長34km，河道比降平緩，河口則成倒比降，河面開闊。

二、嶂山閘水文站水位流量關系分析

（一）測站簡介

嶂山閘水文站1961年設站，是中央報汛站。觀測項目有水位、流量、降水、水質、泥沙等。測流斷面在嶂山閘下游400m處，斷面寬474m，實測最大泄量發生在1974年8月16日，流量為5760m3/s。

（二）洪水組成

沂沭泗流域面積7.96×104km2，駱馬湖以上的集水面積5.12×104km2。駱馬湖承接的來水有3支，即沂河干流來水、泗運水系經南四湖下泄的洪水及邳蒼地區澇水。嶂山閘作為駱馬湖的重要泄洪口門之一，根據大水年份駱馬湖出湖口門流量資料分析，近70%以上的出湖洪水經嶂山閘下泄進入新沂河。嶂山閘水文站斷面洪水流量完全受嶂山閘調節控制。

（三）水位流量關系的特點

嶂山閘水文站屬于閘壩站，其過水斷面流量完全受閘門變動調節控制，下游河道新沂河從嶂山閘起到沭陽段內沒有水工建筑物，下游水位不再受其他水工建筑物調節影響，又具有河道站的特性。

嶂山閘調閘后2h～4h，其下游水位趨于穩定，下游雖有老沭河、新開河、淮沭河，柴沂河、路北河等支流匯入，但由于這些河與新沂河交匯處距嶂山閘距離較遠，加之閘下河段河床比降較大，所以水位流量關系受下游洪水頂托的影響相對較小，嶂山閘下游水位流量關系曲線呈單一線。

（四）近年來水位流量關系曲線分析

從該站近年來實測流量資料分析，下游水位流量關系曲線不斷變化，根據實測資料繪制出水位流量關系曲線，從1998年、2003年、2004年、2005年、2008年的水位流量關系曲線比較圖上（見圖1）可以很明顯發現，相同流量級對應的水位逐年不斷降低，自2003年以來低水到高水的降低幅度越來越大，與1998年線相比同級流量下水位下降更多，高水部分降低在1.50m左右。

圖1 嶂山閘水位流量關系曲線比較圖

從圖1中可以分析得出，嶂山閘下游河段的行洪能力在近幾年有所提高，這與新沂河整治有較大關系。1997年之后，海口建閘，加固了鹽河套閘及小潮河閘，清除蘆葦，治理了大小陸湖，加之省、市、縣下決心，杜絕灘地播種，生物阻水減少，河道行洪糙率減小，尤其是2008年新沂河河道治理工程的實施，使河道行洪能力明顯增強，在水位流量關系曲線上表現為高水部分水位降低幅度較大。

三、水位流量關系的變化對工程控制運用的影響

在嶂山閘歷年來的工程控制運用中，該閘出現過3種流態：自由式孔流、淹沒式孔流和淹沒式堰流。近年來下游水位流量關系的不斷變化，導致出流流態分界點與對應流量也隨之不斷變化。

根據實測資料和目測流態分析，自由式孔流與淹沒式孔流的分界點流量在 2003年約為 1100m3/s，2004年變為1500m3/s左右，2005年達到1700m3/s左右，2008年達到2000m3/s左右。由于流態分界點不斷變化，出流公式的選用就顯得相當關鍵，否則會出現應按自由式孔流計算開高，而用了淹沒式孔流計算，或者是應按淹沒式孔流計算開高，卻用了自由式孔流計算，都將造成泄洪流量與調度指令要求流量相差很大。以2008年為例，下泄流量2000m3/s左右為自由式孔流與淹沒式孔流的分界點，調度指令流量1800m3/s左右時實際閘孔出流流態為自由式孔流，若按2005年水位流量關系曲線和流態分界來進行閘門開高計算，則會錯誤按照淹沒式孔流來計算開高得e=1.25m，按此開高進行調度操作的實際過閘流量為1990m3/s，比調度指令流量多190m3/s，實際過閘流量與調度指令流量誤差達10.6%。

由此可見，水位流量關系的變化對嶂山閘的工程調度運行產生了顯著的影響，根據下游水位流量關系的不斷變化要不斷調整工程運行方案，從而滿足防汛防旱調度指令的需要。

四、結語

駱馬湖承接著南四湖、沂河及以上區間的下泄洪水。嶂山閘作為駱馬湖的重要泄洪口門，其泄洪流量的控制，對于區域防洪調度決策相當重要。隨著新沂河整治工程的不斷深入和下游河道不斷演變，嶂山閘的水位流量關系還將隨之改變。因此，必須做好水位流量關系的分析研究，及時修訂關系曲線，才能準確控制泄洪流量

江蘇省水文水資源勘測局 210029 江蘇省駱運水利工程管理處 223800）