感潮河道分流比研究

仲兆林，萬曉凌，朱凱

（1.江蘇省水文水資源勘測局常州分局，江蘇常州213001；2.江蘇省水文水資源勘測局，江蘇南京210029）

引江濟太是太湖綜合治理的需要，尤其新溝河、新孟河等工程即將實施[1]，通過引江濟太促進太湖水體流動，改善太湖水質。分析引江河道分流比變化確保合理規劃樞紐工程的建設，確保城市防洪安全，合理利用水資源，改善區域水環境、水生態。本文通過對引江河道澡港河多年來水位流量、泥沙等方面的實測資料分析，研究澡港河叉河分流比，進一步優化工程調水方案。

圖1 常州沿江主要水系及新老澡港河分流口示意圖

1 研究區概況及方法

1.1 研究區概況

澡港河地處常州市東北部，由淥安洲東側進入長江，是武澄西引排工程中連接長江和大運河的重要通江河道之一。澡港河支流眾多，1996年完成河道拓浚工程，上游圩塘鎮段裁彎取直，下游于龍虎塘以北的胡莊處分流，形成兩股水流，一股沿澡港河往西南經過常州高新區流入市區關河；一股沿老澡港河東支往東南經洪福村北首穿過永匯河后流入北塘河，再經過橫塘河、丁塘港、三山港等北塘河支流部分流入大運河中、部分流到江陰境內（見圖1）。

1.2 研究方法

本文通過研究圣維南方程組在感潮河道水文測驗中的應用，分析影響感潮河道的水文因素，研究影響兩河的水位、流量的主意因素，采用一潮推流法進行流量定線進行潮量計算，從而得出其分流比的變化規律。

2 結果及分析

2.1 影響分流比變化的因素

明渠非恒定漸變流的基本方程為圣維南方程組[2]

式中，s為流程；t為時間；z為水位；A為過水斷面面積；Q為流量。

由于河網地區水流情況復雜，分流比關系也相對復雜，澡港河又是受長江潮汐影響的感潮河道，感潮河道的流量變化在考慮圣維南方程包含的影響因素外，還需考慮澡港河與老澡港東支之間潮量、水面比降、糙率、含沙量等水力因素[3]的變化造成的兩河間的分流比的變化。當兩河道的各水力因素同步增大或者減小時，分流比不會發生變化；當兩河道水流因素變化不一致時，會導致分流比產生變化。

2.1.1 潮量

澡港河屬感潮河道，主要來水為長江水，汛期5—9月引水占全年引水量60%左右。在豐水年，沿江各閘從長江引水量相對較小，排水量相對較大；在枯水年引水量較多。潮量的變化與潮汛的大小密切相關，是影響新老澡港河分流比重要因素。

2.1.2 水面比降

潮流段的水面比降，由于受到潮汐影響，比降比較復雜，低潮時水面比降大于高潮時，汛期水面比降大于枯水期，潮位高時水面比降大于潮位低時。

2.1.3 來沙量

長江水含沙量高，江水是澡港河的主要水源，引水同時將江水挾帶的泥沙帶入河道中，是內河淤積的重要因素。大潮期水流速大，挾沙能力強，河床除槽頂端外，一般以沖為主，水體含沙量較高。小潮期，水流速小，挾沙能力低，水流含沙量小，河床以淤積為主[4]。

2.1.4 斷面面積

由于河道水位的變化及河道沖刷淤積的影響，使河道過水面積不斷變化。從圣維南方程可見，斷面面積是影響斷面流量的重要因素。

2.2 測驗分析

2.2.1 斷面布設及斷面面積變化

2008年8月在澡港河及東支分岔口處分別布設了流量監測斷面進行同步流量監測。在斷面布設中考慮到支流、潮汐、比降等因素的影響，故將澡港河斷面布設在西湖塘橋處，而老澡港河東支斷面布設在盤龍圓橋處，位置見圖1。

采用鉛魚加測繩法進行大斷面測量，以水位為基準，每2 m測一個點，根據實測斷面資料計算兩斷面面積比與水位變化關系見圖2。

圖2 斷面面積比與水位變化關系圖

由于澡港河河槽常年處于沖刷狀態，澡港河在同水位下河底較深，過水斷面面積較老澡港河東支大，面積比成曲線分布，但隨著水位增大，逐漸變緩。

2.2.2 測驗方法

測驗時序上考慮，從2008年8月份開始，時空分布均勻，根據降水、水面比降的變化連續監測。

2.3 分流比分析計算

2.3.1 流量測驗分析

通過2008年以來近33次流量監測資料的分析，兩條河道在不同潮汐的情況下，分流比發生變化，根據監測資料計算分析，有比較明顯的規律：

長江大潮汛期，澡港河及其東支同步實測流量16次流量，根據實測資料建立澡港河西湖塘橋斷面流量與總流量的關系圖，如圖3。

長江小潮汛期，澡港河及其東支同步實測流量17次流量，根據實測資料建立澡港河西湖塘橋斷面流量與總流量的關系圖，如圖4。

圖3 大潮汛期澡港河西湖塘橋斷面流量與總流量關系圖

圖4 小潮汛期澡港河西湖塘橋斷面流量與總流量關系圖

由圖3、4兩相關關系圖可知，除出現個別沒有代表意義極端情況測點外，在大潮汛期，新澡港河的流量占總流量的0.7左右；小潮汛期，新老澡港河分流相當，約各占一半。

2.3.2 潮量測驗分析

潮量是感潮河道研究的重點對象之一，探討潮量的變化是感潮河道分流比研究目的。2009年7月至12月分別在7個引排水潮次同步監測澡港河及東支的引排潮量，實測引排水量及占總量統計計算如表1所示。

表1 實測澡港河及東支同步引排水量監測成果統計表

根據表1實測成果分析，在大小潮汛期，新老澡港河引排水量比變化是與流量比變化一致的，即在大潮汛期，澡港河的引排水量占總量的0.7左右；小潮汛期，澡港河分流一樣。

2.3.3 影響分析

引江濟太是運用水利手段改善太湖流域水環境的一個重要措施，流域水利工程體系將長江清水調入太湖流域，通過水資源的優化調度，提高流域水資源承載能力，增加水環境容量，緩解流域水質型缺水矛盾，遏制流域水環境惡化趨勢，最終達到改善太湖和流域河網水環境的目的。拓浚澡港河是太湖流域綜合治理的需要，澡港河拓浚工程完成后，提高引江能力，也擴大排水出路，將武澄錫地區上游洪水迅速就近排入長江，減輕常武地區及北塘河沿線圩區的防洪除澇壓力，澡港河東支樞紐的實施，將更有利于常州城區防洪大包圍的建設[5]。

澡港河多年平均引排水量約3.5億m3。通過對其分流比分析研究后，澡港河年平均出入常州市區水量達2.1億m3左右，在遇到干旱年份進行合理引排調度，保證工業、農業和生活用水。

3 結語

通過研究圣維南方程組中水位、流量、面積等影響河道分流比的水力因素，在澡港河實測水文資料基礎上分析研究，初步得出以下主要認識：

1）感潮河道中，潮汐的變化，是其分流比中最重要的影響因素；水面比降也受潮汐的影響，大潮汛，水面比降大，分流比大；小潮汛，水面比降小，分流比小。

2）澡港河及其東支分流比：大潮汛期7：3；小潮汛期5：5。

[1] 水利部上海勘測設計研究院.新孟河延伸拓浚工程可行性研究總體設計大綱[R].2008.

[2] 伍寧.一維圣維南方程組在非恒定流計算中的應用[J].人民長江,2001,32(11):16-18.

[3] 徐正帆.水力學下冊 [M].北京:高等教育出版社,1987:300-310.

[4] 謝鑒衡.河床演變及整治[M].北京：中國水利水電出版社，1997.

[5]水利部上海勘測設計研究院.常州市城市防洪規劃修編報告[M].上海：水利部上海勘測設計研究院，2007.