中運河運河站防汛特征水位復核分析

劉田田，楊明非，孫 瑞，房 磊，俞琳琳

江蘇省水文水資源勘測局 徐州分局，江蘇徐州 221000

1 概述

警戒水位、保證水位等防汛特征水位是各級政府防汛決策指揮的重要依據。運河站是中運河重要水情控制站，其現有防汛特征水位是徐州市防汛抗旱指揮部1974年大洪水后，根據當時的水情、工情及防洪能力等確定的。由于目前工情水情的改變，該水位已多年未超警，失去了原有的警戒作用。

2 基本情況

2.1 流域自然地理特征

中運河運河站預報區間為微山湖、會寶嶺水庫、江風口閘以下、運河站以上區域，集水面積6 102 km2，其中包括微山湖湖西地區326 km2，藺家壩閘至解臺閘區間262 km2，解臺閘至劉山閘區間870 km2，韓莊閘至臺兒莊閘區間1 345 km2，林子站以上流域面積2 085 km2。本流域內有江蘇省的邳州市和山東省的蘭陵縣，故俗稱邳蒼地區[1]。

韓莊閘至運河站河長72.4 km，其中，韓莊閘至魯蘇邊界河段稱韓莊運河，河長42.5 km；魯蘇邊界至駱馬湖為中運河，魯蘇邊界至運河站河長29.9 km。左岸有嶧城大沙河、陶溝河、邳蒼分洪道等較大支流匯入，右岸有伊家河于臺兒莊鎮西南匯入。藺家壩閘至中運河河口稱京杭運河，是不牢河取直而成，河長73 km，其中藺家壩閘至解臺閘河長26 km，解臺閘至劉山閘河長41 km。林子站至運河站26.3 km，臺兒莊閘至運河站37.4 km。

運河站以上流域北部為山區，坡度大，來水水流湍急。邳州市北部地勢低洼，運西地區為平原，來水水勢較為平緩。韓莊運河河寬400～750 m，蘇魯省界至運河鎮河寬1 300～71 800 m。

2.2 測站基本情況

運河站位于徐州市邳州市運河鎮前索家村，距邳州市主城區較近，設立于1950年。掌握中運河進入駱馬湖水量、沙量，以及調水水量和水質情況，為水文預報、分析計算，以及防汛、防旱、規劃治理、水資源管理收集資料。

2.3 水文資料

運河站為國家基本水位站，水位等各項水文資料的測驗和整編滿足各時期的相關測驗規范和水文資料整編規范的要求，歷年來，基本資料均通過主管部門的審查。因此，資料成果可靠、質量較高，可用于防汛特征水位復核調整計算。

運河水文站每年汛前對所有水尺進行校測，汛期使用過的水尺汛后再校測一次；基本水準點每年檢查一次，發現異常情況時及時校測，逢0、5年份必須校測一次。因此，資料系列具有一致性，可用于防汛特征水位復核分析計算。

運河水文站觀測時間較長，已包含完整的豐平枯周期，故可認為運河水文站1974—2020年以來的水位系列具有較好的代表性，可用于分析防汛特征水位。

3 防汛特征水位復核分析

3.1 警戒水位

3.1.1 原警戒水位存在問題 警戒水位是指江河漫灘行洪，堤防可能發生險情，需要開始加強防守的水位。運河站現有防汛特征水位是徐州市防汛抗旱指揮部在1974年根據當時的水情、工情確定的，中運河運河站保證水位26.5 m，相應行洪流量不超過6 500 m3/s，警戒水位25.5 m。

由于1974年大洪水的洪峰水位、洪峰流量迄今為止仍為新中國成立以來的歷史最高。近年來，隨著水情、工情的變化，區域防洪能力已有較大提高，該水位明顯偏高。運河站近年來水位偏低，汛期經常低水位行洪，近十幾年水位沒有一次超警，該水位已失去應有的警戒作用。

3.1.2 距平法對年最高水位的分析 距平法樣本為年極值取樣，一組數據某一要素與多年平均值的差即該要素Hi的距平值。

對運河水文站1974—2020年資料系列進行距平分析，年最高水位距平、累計距平分析見圖1。根據最高水位距平分析圖可知，運河水文站歷年最高水位在0軸附近上下波動，波動符合正常規律。從累積距平圖看，1974—1989、2008—2020年的年最高水位處于回落階段，2002—2008年的年最高水位處于抬升階段。

圖1 運河站年最高水位距平、累計距平分析圖

運河站水位、流量1989年以前總體偏低，波動幅度較小；1989以年后為控制駱馬湖水資源，人工干預增多，1989—2002年的水位變幅增大，流量變化幅度相應增加；2002年中運河沿線配套建筑及影響工程完工，致使2002—2020年運河水文站流量明顯變高，變幅也隨之增加；2008年河道擴挖，堤防加固，同時處理了多個穿堤涵洞，運河沿線防洪保護區的防洪標準由20年一遇提高到50年一遇，2008—2020年的水位較前一時段低。

考慮到運河站近年來工程現狀，分別采用1974—2020、1974—2002和2003—2020年3個資料系列進行分析。

3.1.3 超不同等級水位的天數分析 以0.10 m為統計水位段，統計日平均水位超不同等級的天數，運河站1974—2020年不同系列不同水位級出現天數分布見圖2。

圖2 超不同等級水位出現天數分布圖

分析運河水文站逐日平均水位可 知，1974—2020年的日平均水位多年平均值為22.56 m，歷史最高水位26.42 m（1974年8月15日），年水位超25.50 m（現警戒水位）的情況僅在3年中發生過，分別為1974、1993、2005年。

從日平均水位超不同等級天數的統計分析可知，在1974—2020年，超過25.50 m的天數僅為0.11 d/年；在1974—2002年中，超過25.50 m的天數為0.17 d/年；在2003—2020年，超 過25.50 m的天數為0。

根據運河站1974—2020年的日平均水位資料系列，以0.10 m為統計水位段進行日平均水位超不同等級的概率分析，統計累積概率見圖3。

圖3 運河站不同系列累計概率分布圖

分析日平均水位超不同等級的累積概率，在1974—2020年，運河站日平均水位超過26.00 m的累積概率為0.65%，超過25.5 m的累積概率為1.08%。

分階段統計看，在1974—2002年，超過25.50 m的累積概率為2.16%；在2003—2020年，超過25.50 m的累積概率為0。

3.1.4 年最高水位頻率分析 年最高水位頻率分析采用P-Ⅲ型頻率曲線法，通過計算年頻率對應的年最高水位，在頻率曲線上查到相應的水位值[2]。

對1974—2020年的逐年最高水位由大到小進行排頻，由頻率計算程序進行適線分析，頻率曲線見圖4，分析結果見表1。

表1 運河站年最高水位頻率分析成果表

圖4 頻率曲線圖

根據頻率分析成果，2年一遇、5年一遇、10年一遇水位為分別23.8 m，24.5 m，25.0 m,現狀警戒水位25.5 m，相當于22年一遇。

3.1.5 運河站與駱馬湖防汛特征水位互相關系 中運河為復式河床斷面，小水時經河槽排水，大水時由灘地行洪。其中，自省界至大王廟長11.8 km，河底高程17.0 m，底寬50～80 m；大王廟至運河鎮長17.1 km，河底高程18.0～16.6 m，河 底 寬80～100 m；運河鎮至房亭河口長6.3 km，河底高程16.5 m，底寬100～140 m；房亭河口至窯灣長12.4 km，河底高程16.5 m，河底寬150～200 m；窯灣至二灣，河底高程16.0～16.5 m，寬160～130 m。為行洪需要，房亭河口以下還開挖了淺槽，至窯灣長12.4 km，河底高程19.5 m，底寬170～180 m。中運河運河鎮以下主槽糙率為0.022 5，淺槽糙率為0.025，灘面糙率為0.033。

中運河主要節點流量水位成果見表2。

表2 中運河主要節點流量水位成果表

考慮運河鎮行洪5 500 m3/s,河床糙率采用已有成果，參考運河主要水位節點成果表，駱馬湖按現警戒水位為23.50 m起算，運河站水位約為25.50 m。

3.1.6 警戒水位確定 根據頻率分析結果，運河站原警戒水位25.5 m的重現期約為22年一遇。以該水位計算，自1974年以來，平均每年有0.11 d超警戒，超25.5 m的累積概率為1.08%。據統計，1974—2018年，僅 有1974、1993、2005年最高水位超過警戒水位。

根據運河水文站1974—2020年運河日平均水位超不同等級天數分析，2003—2020年運河站水位下降趨勢明顯，超過25.5 m的水位于1974—2002年。

警戒水位應根據歷史洪水重現期，選擇適宜的超警天數。根據頻率分析結果，運河站水位按2～5年一遇考慮較為合適，警戒水位應設置在23.8～24.5 m之間。

警戒水位要考慮河段普遍漫灘和重要堤段臨水，并達到一定高度，結合工程現狀，堤防工程歷史出險情況等予以綜合研究確定。2008年韓莊運河、中運河及駱馬湖堤防工程基本實施完成后，運河沿線防洪保護區的防洪標準由20年一遇提高到50年一遇，防洪能力有了較大的提高，但仍有局部堤防堤段受運河河勢影響，水流頂沖，歷年是防汛的重點地段，運河水位過高會對邳蒼分洪道行洪產生很大壓力，而且根據運河站最新大斷面，當運河站水位高于24.53 m時，左岸開始漫灘行洪，考慮到運河站部分堤防相對薄弱，警戒水位不宜超過該水位。綜合以上分析，運河站警戒水位設定為24.5 m。

3.2 保證水位

保證水位是指保證堤防及其附屬工程安全擋水的上限水位。

堤防的高度、寬度、坡度及堤身、堤基質量已達到規劃設計標準的河段，其設計洪水位即為保證水位。堤防工程尚未達到規劃設計標準的河段，可按安全防御相應的洪水位確定。例如，堤防工程防洪能力能夠防御超規劃設計標準的歷史最高洪水位，保證水位可按歷史最高洪水位確定[3]。

新中國成立以來，中運河多次進行治理，2008年實施了沂沭泗河洪水東調南下韓莊運河、中運河及駱馬湖堤防加固工程。工程完成后，南四湖和運河沿線防洪保護區的防洪標準由20年一遇提高到50年一遇。因此，根據中運河的堤防實際現狀，確定運河水文站的保證水位仍為26.5 m，與《淮河流域綜合規劃》中運河的50年一遇防洪水位26.5 m相適應。

3 結束語

綜合中運河現狀灘地高程調查成果，結合超不同等級水位的天數及最高水位頻率分析，警戒水位此次復核將運河站警戒水位由25.5 m下降至24.5 m，保證水位仍為26.5 m不變。