无锡城市防洪工程对运东片大包围内外水文要素影响分析

朱 玲徐 兴曹 杰戈 禹

一、自然概况

无锡市地处长江三角洲中部，江苏省的东南部，北枕长江，南濒太湖，京杭大运河横贯其中，河网交织，湖荡密布，属太湖流域。全市总面积4627.47km2，地貌分为山地丘陵及平原两大类。气候属亚热带季风气候区，四季分明，气候温和，雨量丰沛。年降雨量为1120mm左右，降雨集中在每年的4～10月，多年平均降雨径流量137×108mm。梅雨是造成流域洪涝灾害的主要降雨类型，通常发生在6～7月，特点是总量大、历时长、范围广，可影响全流域；8～9月间的台风暴雨，特点是雨强大、历时短、范围较小，易给流域造成局部洪涝灾害。如汛期久晴不雨，会导致流域严重的缺水。

无锡市区地势低洼，一般地面高程在 3.0～5.0m，最低处甚至低于1.9m，是武澄锡片区传统的“洪水走廊”，上有客水压境之险，下有排水不畅之虞，洪涝灾害频发。另外，为顺应太湖治理的要求，无重大险情时还不能向太湖泄洪，导致无锡城区片的雨涝无出路，防汛形势始终处于高危状态。

二、无锡城市防洪工程建设规模

无锡市城市防洪工程以苏南运河为界，分为运东、运西两部分。其中，运东片控制中心城区，实行“大包围”防洪，主要包括8大水利枢纽、32km堤防和11座口门建筑物，保护面积136km2，防洪标准达到200年一遇，城市排涝标准达到20年一遇。口门控制建筑物主要由7座总装机流量415m3/s的翻水站组成，城市防洪工程的主要8大水利枢纽建筑物通过城市防洪工程的合理调度，可引太湖水或长江水进入城区，有效改善城区河道水环境。

三、无锡城市防洪工程建成前后水文情势年际变化分析

受太湖流域及区域防洪工程的影响，无锡地区防洪能力已有较大提高，同时无锡地区的水情也有了较大变化。为了反映苏南运河（无锡段）水文情势变化的工程影响，选择位于苏南运河（无锡段）能够反映无锡市区水文情况的无锡水位站水位资料和洛社站流量资料进行分析。

1.苏南运河（无锡段）沿岸水位年际变化过程分析

从水位数据上分析，无锡站年平均水位逐年攀升，1980～2007年无锡站多年平均水位为3.19m，2008～2016年无锡站多年平均水位为3.55m，多年平均水位上涨0.36m（见图1）。

图1 无锡站水位、雨量年际变化过程线图

2007年以后，因太湖水环境改善的需要，无锡环湖口门长期关闭；加之暴雨期间，北排长江能力不足，圩区与城市防洪工程同时启用，导致区域和运河水位长期居高不下。

随着太湖流域城镇化快速发展、农业结构调整、圩区排涝动力显著增强，导致区域产流增加、汇流加快；另一方面，因区域水环境改善的需要，长期引水抬升了区域河网底水，同样的降雨，圩外河道水位更高、涨幅更快。

2.苏南运河（无锡段）沿岸流量年际变化过程分析

从流量数据上分析，2007年以前，京杭大运河无锡段常年以顺流为主，遇台风或局部大暴雨时产生短时逆流。2007年后，由于梅梁湖泵站、大渲河泵站持续通过梁溪河向大运河调水，同时无锡城市防洪工程开始运行，有部分水量通过江尖、仙蠡桥、利民桥枢纽泵站进入大运河，抬高了大运河水位。洛社站出现逆流天数较多，逆流甚至上溯到常州境内横林大桥断面（见图2）。

图2 洛社站流量、雨量年际变化过程线图

四、无锡城市防洪工程运行对无锡地区水位的影响（典型年分析）

1.雨水情情况说明

（1）雨情

2016年6月19日入梅，7月20日出梅，梅雨期32d，较常年多6d，梅雨量偏多。全市12处雨量报汛站点面平均梅雨量543.2mm，是常年的2.25倍，比2015年多84.4%。江阴、宜兴和无锡市区的梅雨量分别为576.3mm、584.5mm和505.9mm。梅雨期内，强降雨主要集中在6月21～22日、6月27～28日和7月1～3日。

（2）水情

入梅后，受强降雨及前期底水偏高等因素影响，河、湖水位出现明显上涨过程，6月22日起，主要站点普遍超警戒水位；7月3日起，大运河无锡站、大运河洛社站及锡澄运河青旸站等多个站点超历史最高水位0.01～0.24m。至7月21日0时，大运河无锡站水位仍超警戒。

2.无锡城市防洪工程运行情况（2016年梅雨期）

图3 无锡站梅雨期水位雨量过程线图

图4 梅雨期大运河无锡站、南门站水位过程线图

根据无锡市防汛防旱指挥部发布的调度令，梅雨期内包围圈沿线泵站累计开机约900.38台时，排除涝水约4764.7 万 m3。

3.无锡城市防洪工程梅雨期运行对内外河水位影响分析

（1）城市防洪大包围对包围圈外水位的影响

梅雨期内，受强降雨影响，大运河无锡站、青旸站、陈墅站水位出现3次明显上涨过程。

受6月21～22日强降雨影响，锡澄地区河道水位涨幅迅猛，大运河无锡站水位从21日22:10的3.79m开始上涨，22日15:45最高达到4.53m，超过警戒水位0.63m，比降雨前上涨0.74m，最大涨速0.20m/h（22日8～9时）。

受6月27～28日暴雨影响，锡澄地区河道水位快速上涨，大运河无锡站水位从28日4时的4.24m开始上涨，15:10最高达到4.93m，超过警戒水位1.03m，比降雨前上涨0.69m，最大涨速0.17m/h（28日6～7时）。

受7月1～3日暴雨影响，锡澄地区河道水位快速上涨，1日15:40，大运河无锡站水位4.26m，超过警戒水位0.36m，无锡站水位在3日上午10时出现最高水位为5.28m，超过警戒水位1.38m，比降雨前上涨1.02m，比历史最高水位5.18m（2016年6月17日）高0.10m，最大涨速0.14m/h（2日3～4时）。

7月3日后，水位缓慢下降，平均退水速率0.06～0.07m/d。21日0时，无锡站水位4.16m（超警戒0.26m）。梅雨期内，无锡站共超警戒水位29d。详见图3。

（2）城市防洪大包围对包围圈内大运河水位的影响

6月22日8时起，大包围内古运河南门站水位自3.35m起涨，最大涨速0.20m/h，22日11时达到3.62m，最大涨幅0.27m。运东片防洪大包围工程于22日9时后陆续开启向外排水，水位在短暂上升后即开始下降，之后，水位一直不高于3.50m，大部分时间控制在3.40m左右。

6月28日3时起，大包围内古运河南门站水位自3.31m起涨，最大涨速 0.15m/h，22日7时达到 3.64m，最大涨幅0.33m。运东片防洪大包围工程于28日5时后陆续开启向外排水，水位在短暂的上升后即开始下降，之后，水位一直不高于3.60m；6月28日3时起，大包围内古运河南门站水位自3.31m起涨，最大涨速0.15m/h，22日7时达到3.64m，最大涨幅0.33m。运东片防洪大包围工程于28日5时后陆续开启向外排水，水位在短暂的上升后即开始下降，之后水位一直不高于3.60m。

7月1日18时起，大包围内古运河南门站水位自3.30m起涨，最大涨速0.14m/h，3日7时达到3.78m，最大涨幅0.48m。运东片防洪大包围工程于1日14时后陆续开启向外排水，水位在持续的上升后即开始下降，之后水位一直不高于3.60m。

21日0时，南门站水位3.43m，比警戒水位低0.47m。梅雨期内，南门站最高水位3.78m，比警戒水位低0.12m。水位得到了有效的控制，充分发挥了城市防洪大包围的作用。

（3）城市防洪大包围对圈内圈外水位的影响分析对比

2016年，无锡市区梅雨量大、雨日多且降雨时段比较集中，其中6月21日至7月4日累计降雨量412.8mm，降雨强度大并集中分布导致了主要排洪河道水位猛涨且退水困难。6月22日～7月20日，启用运东片城市防洪大包围工程，将包围圈内古运河南门站最高水位控制在了3.90m以下。包围圈内、外水位代表站水位雨量过程对照图如图4。

由图4可以看出，梅雨期内，在运东片防洪大包围的运行下，包围圈内运河水位控制在3.90m以下，平均水位3.46m，较包围圈外平均水位低0.95m；期间，包围圈外水位，超警戒水位（3.90m）及保证水位（4.53m）的时长分别为690h、268h，而包围圈内水位一直控制在3.90m以下，水位得到了有效控制。

五、结论

（1）运东片防洪大包围的运行，有效降低了包围圈内的水位，防洪工程起到了切实有效的作用。

（2）2007年以后，因太湖水环境改善的需要，无锡环湖口门长期关闭，区域防洪排涝格局已发生了一定的变化。暴雨期间，北排长江能力不足（泵排能力仅为145m3/s），圩区与城市防洪工程同时启用，导致区域和运河水位长期居高不下，增加了防洪压力。

（3）随着太湖流域城镇化快速发展，城市滞水空间缩小，降雨径流系数增大，汇流时间加快，增加了城市洪水风险。

（4）因区域水环境改善的需要，长期引水明显抬升了区域河网底水，同样的降雨，圩外河道水位更高、涨幅更快，增加了城市洪水风险■