閆東宇，強 超,金 星，楊威武

(1.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225127；2.宜興市水利局，江蘇 無錫 214200)

1 概述

疏浚多被用于河道治理，包括浚深、拓寬和清理現有河道；疏通河道清淤、清除水下障礙物等。其目的在于：一是疏浚河道，增大縱比降，減輕河道的淤積速率，確保防洪安全；二是降低河床高程，保持一定水深，便于通航[1]。

河道經過疏浚，可降低沿程水面線的高度，避免水位的持續(xù)雍高，降低防洪壓力；提升斷面的過流能力，斷面平均流速得以降低，減少水流對護岸的沖刷[2]；疏浚后對河道流態(tài)產生影響；通過清除河內污染底泥，清除沉積物中所含污染物，減少沉積物中污染物向水體的釋放，改善河道的污染程度[3]。

本文針對天然河道，采用明渠恒定非均勻流計算方法，利用Visual Basic軟件，擬對新沭河蔣莊漫水橋下樁號為9+200～14+200段清淤疏浚前后不漫灘情況下中泓過流能力進行計算預測。并依據計算成果，分析2020年災后應急治理新沭河險工處理工程新沭河中泓疏浚工程實施后，中泓行洪能力的提升效果。為今后類似形式的疏浚工程提供指導和借鑒。

2 水系概況

沂沭泗流域東臨黃海，南部和西部以廢黃河為界，北以沂蒙山脈與黃河支流汶河分水嶺為界。流域面積為78900km2，地形北高南低。沂沭泗流域由沂河、沭河和泗河組成。本流域可分為沂沭河水系，南四湖水系及邳蒼地區(qū)三個水系[4]。

新沭河屬于沂沭河水系，是分泄沂沭河洪水就近東調入海的主要通道，是東調南下續(xù)建工程中的關鍵性工程之一[5]。

新沭河西起大官莊樞紐新沭河泄洪閘，東至臨洪河口入海，全長80km。其中江蘇境內石梁河庫區(qū)段長15km，石梁河水庫泄洪閘至?？陂L44.67km，共59.67km[6]。

3 項目背景

2020年8月，受沂沭泗流域上游山東境內降雨的影響，江蘇境內沂沭泗地區(qū)發(fā)生了1960年以來最大洪水，新沭河等骨干河道雖經受住了洪水考驗，但出現堤防滲水、迎護坡塌陷、中泓護坡被沖毀、蔣莊閘下消能防護沖毀、病險涵閘漏水等一些問題，嚴重威脅新沭河沿線人民群眾生命財產安全。

針對2020年防汛中暴露出的新沭河行洪水位偏高、堤防滲流、險工隱患、病險涵閘漏水等突出問題，根據江蘇省水利廳《關于抓緊開展2020年災后水利應急治理工程前期工作的通知》(蘇水計函[2020]24號)的部署安排，連云港水利局啟動2020年災后應急治理新沭河險工處理工程設計方案的編制工作。

4 蔣莊閘下中泓疏浚工程概況

新沭河共分為上中下三段，本次災后重建應急疏浚工程位于中段。該段按50年一遇行洪6000m3/s分析，現狀洪水位7.24～14.41m，設計洪水位6.42～14.40m(太平莊閘下水位不抬高)。

新沭河河床經多年采砂及行洪，河道中泓坑洼不平，且蘆葦茂盛，嚴重阻礙行洪，目前中泓行洪流量不足1500m3/s。為提高中泓行洪能力，減少行洪時水位壅高，對蔣莊閘下樁號9+200～14+200長度約5km范圍進行清淤治理。

本次疏浚上游底高程以蔣莊閘CS2(樁號9+200)斷面底高程3.8m、下游CS102(樁號14+200)斷面底高程1.50m控制，中間斷面底高程漸變處理，河道清淤疏浚中心線與現狀泓河道保持一致，河道浚深、河口不擴挖，口寬以現狀中泓河口寬控制，設計開挖邊坡取1∶3，疏浚土方58.9萬m3，疏浚代表斷面如圖1所示。

圖1 新沭河疏浚代表斷面圖

5 計算原理

河渠水面線的水力推算是水利規(guī)劃與設計的基礎。河道水流可分為均勻流與非均勻流2種[7]。天然河道蜿蜒曲折，其過水斷面形狀極不規(guī)則，同時底坡和糙率往往沿程變化，河道糙率還常隨水位變化[8]。一般情況下水流都是非均勻流。經驗表明，天然河道水力要素隨時間的變化是很緩慢的，因此可以近似地認為天然河道的水流運動在一定時間內是恒定非均勻流[9]。計算恒定流一般采用伯努利方程形式，即將計算河道劃分為若干河段，相鄰斷面的間距為Δs，自下逐個斷面向上游推算，相鄰兩斷面間的水位關系采用方程如下：

(1)

(2)

式中，z1、z2—斷面1和2的水位，m；v1、v2—斷面1和2的流速，m/s；Δh—斷面1和2之間的水頭損失，m，Δhw=Δhf+Δhj。

沿程水頭損失可近似的用均勻流公式計算，即：

(3)

局部水頭損失Δhj可用以下公式計算；

(4)

計算天然河道水面曲線，實際計算中，已知通過斷面的流量Q、河道的糙率n、河道平均局部水頭損失系數ζ、相鄰斷面的間距Δs、斷面的水位z、下游起推點水位為z1，從而由下游向上游逐斷面推求水位。

(5)

6 程序編制

6.1 開發(fā)思路

6.2 開發(fā)運用

在軟件的運用過程中，需對斷面文件進行處理，設定斷面的過水范圍。過水范圍為斷面左右兩側的最高點之間。程序設定當程序計算的某一斷面水位結果大于該斷面左右兩側任意一個最高點，則程序執(zhí)行失敗。

根據設定條件，在初始水位不變的情況下，通過調整流量參數值，可以得到該段河道最大流量。在流量不變的情況下，通過調整起推水位，可以得到下游允許水位的最大值，如圖2所示。

圖2 水位計算程序界面

7 新沭河中泓疏浚效果分析

7.1 過流能力變化

由于本次工程不涉及新沭河堤防的大斷面，實測斷面為新沭河中泓，所以只分析在不漫灘、同一邊界、初始條件的情況下，新沭河中泓過流能力。下游起推水位平灘面高程，起推水位取H=7.00m，新沭河中泓設計糙率n為0.0225，試算步長Δh取0.001m，迭代精度ζ取0.001，。將疏浚前后的斷面資料帶入程序計算，輸出計算結果。計算結果整理如表1。

表1 中泓疏浚前后過流能力提升情況表

根據地方水利管理要求，新沭河中泓不漫灘行洪流量需達到2500m3/s。根據本次計算成果，現狀中泓行洪流量僅為1291m3/s，本次疏浚工程結束后，中泓過流能力預計達到1528m3/s，過流能力增加237m3/s，但離2500m3/s不上灘的要求還有一定的差距。為最大限度發(fā)揮灘地的種植效益，中泓斷面還需要進一步擴大。

7.2 表面流速變化

在相同流量下，斷面流速的變化與斷面過水面積相關。流速的變化基本上與過水斷面面積的變化相對應。

在現狀中泓行洪流量為1291m3/s的情況下，斷面的平均流速為1.31m/s，最大流速發(fā)生在(CS38)斷面，最大流速為2.01m/s。經本次疏浚，斷面平均流速降為1.18m/s，最大流速發(fā)生在(CS2)斷面，最大流速為1.55m/s。由此可見，疏浚后，河道流速下降比較明顯，疏浚效果顯著。

8 結語

計算結果表明：中泓行洪能力現狀為1291m3/s，與現狀行洪能力不足1500m3/s的實際相符。經本次疏浚，中泓行洪提升至1528m3/s，計算成果真實有效。斷面流速顯著降低，水流對邊坡的沖刷程度降低。

新沭河現狀行洪標準為50年一遇漫灘行洪，設計行洪流量6000m3/s。其中中泓設計糙率為0.0225，灘地設計糙率0.035。由于缺乏實測大斷面資料，本文無法以完整的大斷面數據來分析中泓行洪能力提升情況。待提供全斷面資料，根據實際，合理設置邊界條件，計算漫灘情況下疏浚前后過流能力提升情況，并與本次計算成果進行驗證、分析與比較。