長江感潮河段沿線城市設計潮水位的計算與分析
——以儀征市為例

蘇 晨，胡繼剛，王 琴，孫 晨，魯培文

(1.河海大學設計研究院有限公司，南京 210098；2.南京瑞迪建設科技有限公司，南京 210098；3.儀征市水務局，江蘇 揚州 211400)

0 引 言

2020年7月長江中下游迎來了歷史最高潮位，南京下關站潮位達8.79m(2020年7月20日)(廢黃河高程，下同)，超歷史最高水位0.38m；儀征泗源溝閘閘下潮位達7.59m(2020年7月21日)，超歷史最高水位0.33m，給沿線城市防汛工作帶來了一次大考驗，事實證明這是一次成功的考驗，也是對過去幾十年長江防洪建設成效的肯定。但造成長江中下游高水位這一現象的深層次原因更加值得我們思考：隨著長江中下游經濟社會的快速發展，城市化過程不斷擴張，城市下墊面特性發生很大的變化，由于不透水面積的增加，導致地表徑流量增加，洪峰流量增大，徑流系數加大，雨水產匯流時間縮短，增大洪峰流量，加之近年來由于氣候條件的變化，造成長江流域外洪內澇的不利遭遇發生概率增大[1]。長江的設計潮位決定了防洪工程的設計標準，是保證長江防洪工程功能穩定發揮的最重要因素，是保障長江防洪能力的決定性因素。

當前，國內外學者對長江潮位的研究包括長江感潮河段洪潮遭遇組合概率分析、長江南京潮水位站近百年高潮位變化特征及成因分析、三峽工程蓄水前后長江河口段潮汐特征變化分析、江蘇省沿江排澇設計潮位和潮型研究等[2-5]。在2020年7月長江中下游大洪水以來，還沒有關于長江潮位的分析研究，文章將以儀征市長江感潮段設計潮位的計算為例，結合2020年7月長江大洪水，分析在長江大保護的大背景下新時期長江潮位的計算方法。

1 儀征市長江潮位計算與分析

1.1 基本情況

儀征市位于江蘇省中西部，長江下游北岸。南瀕長江，與江寧及丹徒縣隔江相望，東臨邗江，西界六合，北與安徽天長和江蘇高郵市接壤，市域總面積903km2。地處長江沖積平原，地勢西北高東南低，區域內地貌類型屬長江河谷侵蝕堆積階地和河漫灘平原，可分為丘陵、崗地、平原圩區三類，土質多為砂壤土和粉砂土，局部洼地有黏壤土。全市降雨量年內分配不均勻，主要集中在汛期5-9月，降雨量年際變化較大。儀征市地跨長江、淮河兩大流域，境內地勢低洼，受理位置、水文氣象地形地貌等因素的影響，城市受到江淮洪水、山洪、內澇的多重威脅，防洪安全是儀征城市建設的首要任務。

長江儀征段西起小河口，東至軍橋閘，長29.7km，流經青山、真州，新城、樸席等鄉鎮，分屬長江鎮揚河段的儀征水道(小河口-世業洲洲頭)和世業洲岔道。境內長江上承大通來水，處于大通至江口感潮段的中部，長江多年平均年徑流量8891億m3，年徑流量最豐的1954年達13590億m3，最枯的1978年僅6780億m3，豐枯極值比為2.0，大通多年平均流量28200m3/s，最大洪峰流量92600m3/s(1954年8月1日)，枯水季節最小流量4620m3/s(1979年1月31日)，汛期(5-10月)平均流量39700m3/s。潮水位隨流量大小和潮汐影響而變化，歷史上沿江最高潮位：泗源溝7.59m(2020年7月21日)。潮水位的高低，是考慮儀征江堤防洪及內部排水設計的基礎依據。

1.2 長江潮位計算與分析

1.2.1 潮位觀測資料及特性

區域內及鄰近的沿江潮位觀測站有三個：泗源溝站、瓜洲站和三江營站，其中三江營站觀測系列較長，觀測資料比較完整，是進行潮位分析的主要站點。

境內長江位于長江河口和大通感潮界的中部，潮型屬非正規半日潮混合型，漲潮歷時3h，落潮歷時9h，潮差為東大西小，低水位時潮差大，高水位時潮差小，長江流量越大，潮差越小。多年平均潮差，三江營為1.18m，泗源溝為0.87m，長江最高潮位受大通來量和天文、氣象潮以及淮河來水的綜合影響。

1.2.2 設計潮位分析計算

1)設計潮位頻率分析：

根據儀揚河流域多年發生年最大三日暴雨同期四天長江三江營平均潮位，采用皮爾遜Ⅲ型曲線進行頻率計算，再根據三江營與瓜洲、泗源溝站潮位相關關系推算得出相應的瓜洲、泗源溝平均潮位，最后依據兩站同等潮位時的平均潮差推算出瓜洲閘、泗源溝閘的高、低潮位。潮位頻率分析計算成果見表1。

表1 三江營、瓜洲閘下、泗源溝閘下潮位計算成果表 m

2)典型年潮位：

建國以來，內部暴雨與同期長江高潮位遭遇的有1954年，1975年、1991年及2020年。其中1954年、19 91年及2020年所遭遇的長江潮位保證率較大，為便于分析比較，現將1954年、1991年、2020年作為典型年，其暴雨同期瓜洲、泗源溝長江高、低潮及其平均潮位見表2。

表2 1954年、1991年、2020年三日暴雨同期四天長江潮位表 m

3)設計潮位(型)的確定：

行洪水面線計算時，閘下設計潮位，采用典型年(1991年、2020年)實測(72h)潮位過程線，其他組合計算潮位按1991年潮型縮放。

河道堤防設計斷面主要由河道行洪水力計算確定，根據本區暴雨與長江較高潮位關系分析，其同期發生頻率<50%，如完全采用同期同頻，標準太高，很不經濟，工程實施難度也比較大。為此，根據防洪需要和實施可能，從偏安全的角度，確定河道和堤防、校核設計潮位如下：

堤防設計和校核采用的潮位：本地20a(50a)一遇設計(校核)洪水，長江平均潮位泗源溝閘下6.28m，瓜洲閘下5.69m，暴雨同期潮位頻率介于1%到2%之間；日最高潮位泗源溝閘下6.81m，瓜洲閘下6.51m，相當于5a一遇的年最高潮位。為保證防洪安全，對儀揚河堤防，還應考慮另一種較為不利的洪潮組合作為校核：本地20a一遇山洪，潮位采用長江2020年實測潮型。最高潮位為：泗源溝閘下7.59m，平均潮位：泗源溝閘下7.02m。

河道設計和校核采用潮位：本地20a(50a)一遇設計(校核)洪水，潮位采用72a儀揚河整治規劃時數據，其平均潮位泗源溝閘下5.9m；瓜洲閘下5.5m，暴雨同期潮位頻率介于20%到50%之間，日最高潮位泗源溝閘下6.16m，瓜洲閘下5.86m。

1.2.3 暴雨、洪水、潮位特征分析

長江高潮位大流量，再加本地山洪暴發，這是儀征防洪排澇最不利的組合，1954年、1991年、2020年都是這種情況，盡管2020年本地降雨雨量不足20a一遇，但長江同期平均潮位達泗源溝閘7.02m，如遇20a一遇以上暴雨，形勢將更為嚴峻。

區域內的暴雨洪水呈現暴漲緩落，雙峰或多峰型，主峰偏后，前峰抬高底水、后峰則遇江潮頂托，因而退水過程滯緩，造成內河持續高水位的不利形勢，這對城市的威脅尤其嚴重。以1991年洪水為實例，內河從5.0m水位漲至最高6.94m，經從7月2日-11日10天，最大漲幅7月11日8時至12時4小時0.45m。但從6.94m退至5.00m時間從7月11日-25日，歷時14d，本次洪水前后持續24d。其主要原因是暴雨同期江潮水位泗源溝閘下最低潮位均在5.87m以上，自排嚴重受阻，逼高內河水位。這種情況隨著城市規模的不斷擴大，內部抽排動力增加，城市水位還將有所抬高。

1.2.4 防洪方案

長江堤防及沿線通江穿堤建筑物是儀征防御長江洪水的重要屏障，也是儀征市城市防洪南線的主體工程，目前按50a一遇的標準進行的江堤“達標”建設已基本完成，但還存在薄弱環節，仍需進行堤防凹段，小型病險涵閘除險加固和防沖治坍護岸工程。具體規劃工程為：青山引河至沙河閘段(樁號為93+946-108+200)主江堤頂高程9.9-9.7m，胥浦河、儀揚河、潘家河閘下港堤及青山引河內部港堤堤頂高程比同段主江堤降低0.5m(堤頂加高有困難的，可建設擋浪墻，擋浪墻段土堤頂高程至少高于設計洪水位0.5m，擋浪墻凈高≤1.20m)，堤頂寬度主江堤為6m，閘下港堤為5m，在背水坡▽5.5m設平臺，平臺寬7m，堤防坡度平臺以上1∶3，平臺以下邊坡1∶5。

2 結果與討論

文章以儀征市長江感潮段為例，結合2020年洪水對其設計潮位進行了分析計算，總結了新時期長江中下游感潮河段潮位分析計算的技術要點，具體如下：

1)受上游蓄水工程影響，長江出現高潮位的幾率逐漸增大，加之由于社會經濟發展引起的下墊面變化，本地暴雨與長江高潮位同時出現幾率相比以往有所增加，在長江中下游感潮河段潮位分析計算應充分考慮這一自然變化規律。

2)高標準的本地洪水與2020年長江中下游最高潮位的洪水組合用于確定設計潮位易產生余量過大，造成資源浪費。建議采用1991年長江中下游最高潮位進行設計潮位計算，采用2020年長江中下游最高潮位進行校核。