湖嘉申线航道嘉兴段Ⅱ期工程对防洪的影响

张晓鹏，郭 磊，沈燕红，李东风

(1.浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002；2.浙江水利水电学院 水利与环境学院，浙江 杭州 310018)

根据《中华人民共和国防洪法》《中华人民共和国行政许可法》及水利部《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》的要求，建设各类河道整治工程，跨河、穿河、临河的航道、桥梁、管线等工程设施，应当符合防洪标准、岸线规划及其它技术要求，不得危及堤防安全，影响河势稳定，妨碍行洪通畅[1].本文分析湖嘉申线航道嘉兴段Ⅱ期工程对防洪的影响，计算结果为工程建设提供了定量依据.

1 工程简介

湖嘉申线航道位于太湖水网地区，连接湖州、嘉兴、上海等城市，是我国长江三角洲地区“两纵六横”高等级航道的重要组成部分.

湖嘉申线(浙江段)航道工程(以下简称“湖嘉申线航道”)位于浙北杭嘉湖东部平原河网地区，自湖州船闸西起，沿东苕溪向南，于吴沈门水闸折向东经老龙溪进入双林塘.沿双林塘向东，经双林镇于日辉桥进入京杭运河.沿京杭运河北上，于石汇头入新塍塘北支向东南汇入桃园港，东行经虹阳港过和尚荡、天花荡入苏州塘.向东新开挖1.5 km航道后入北官荡，北行至嘉兴市秀洲区油车港镇与红旗塘相连，终于杨树浜杭申线交界处[2-3].湖嘉申线航道全长90.3 km，其中嘉兴段长29.5 km.目前嘉兴段Ⅰ期工程(乍嘉苏航道～杨树浜杭申线交界)已于2008年开工建设，嘉兴段Ⅱ期工程起于与京杭运河交汇的石汇头，终于乍嘉苏航道口，全长14.74 km.全线按三级双向航道标准建设，航道底宽≥45.0 m，航道水深≥3.2 m，航道面宽≥70.0 m，弯曲半径R≥480 m(特殊困难地段270 m).该段航道目前基本处于自然状态，除局部河荡、漾外，航道面宽在30～40 m之间[4].湖嘉申线航道位置(见图1)，图中虚线段为航道嘉兴段Ⅱ期.

图1 湖嘉申线航道嘉兴段Ⅱ期工程位置示意图

湖嘉申线航道嘉兴段Ⅱ期工程在原自然状态下基本拓宽30～40 m，同时，沿线新建桥梁12座、支线水闸3座，将对杭嘉湖东部平原的防洪排涝格局，特别是会对嘉兴北部的水利基础设施带来影响.本文以Mike11建模系统为平台[5]，建立杭嘉湖东部平原的河网水力学模型，分析研究航道整治工程实施对该河网区域的防洪影响，并提出防治与补救措施建议.

2 河网数学模型建立

2.1 计算范围

湖嘉申线航道嘉兴段二期工程实施后，湖嘉申线航道将全线贯通，防洪排涝直接影响范围涉及嘉北地区及湖州沿太湖一线，因此，研究范围应扩大至杭嘉湖东部平原，区域面积7 426 km2.

2.2 计算方法

杭嘉湖东部平原地势平坦，大小河流纵横密布，湖荡众多.河网与防洪区关系复杂，建有圩区、堵坝、节制闸、出海闸和排涝泵站等工程.西部边界要承接导流港分洪水量，入湖溇港受太湖水位控制，东泄水量和南排水量分别受黄浦江潮汐和钱塘江潮汐的影响.区内水体交换密切，水流势态复杂.鉴于以上情况，水力计算采用圣维南非恒定流偏微分方程组，建立了适合杭嘉湖东部平原的一维河网非恒定流数学模型.该数学模型对杭嘉湖东部平原的河网及现有工程作了合理的概化处理，以便较好地反映东部平原的水流特性.圣维南偏微分方程组[6-8]为：

(1)

(2)

式中,z—表示某一时刻t及在某一空间位置S断面的水位，m；

Q—表示某一时刻t及在某一空间位置S断面的流量，m3/s；

F—表示某一时刻t及在某一空间位置S断面的过水断面面积，m2；

v—表示某一时刻t及在某一空间位置S断面的断面平均流速，m/s；

K—表示某一时刻t及在某一空间位置S断面的流量模数；

q—单位河长旁侧流量，m3/s.

本数学模型考虑了河道、圩区、闸、泵站等因素，适用于对河道洪流演进影响的定量分析计算.

2.3 河网概化

杭嘉湖东部平原有运河和上塘河二个水系.运河水系承受本地区产水、部分山区来水和导流东泄水量，通过河网调蓄后，一路自西南向东北经北排通道走太浦河和嘉兴东部河道汇入黄浦江排出，主要河道有京杭运河、杭申乙线河道、澜溪塘、頔塘、练市塘、双林塘、太浦河、红旗塘、俞汇塘、园泄泾、平湖塘、上海塘、广陈塘和大泖港.另一路通过基本建成的南排工程排入杭州湾，主要河道有海盐塘、盐平塘、长水塘、大横港、莲花桥港、长山河、盐官下河等骨干河道.上塘河水系，以上塘河为主干，洪涝水一部分经盐官上河闸和谈家埭闸排入钱塘江；另一部分通过上塘河北岸的堰闸排入下塘河，经运河水系排出.上塘河水系主要河道有上塘河、新塘河、大寨河、运输河、和睦港等.

河网概化计算模型中概化骨干排水河道252条，计算河道断面2 632个，闸、泵等水工建筑物43个，边界24个.排水河道之间的调蓄水域(包括毛细河道、湖泊)概化为湖泊(或圩区)，共计282个，在模型中用圩区用虚拟河道来表现.概化湖泊(或圩区)和排水河道之间根据实际情况，采用河道或排水闸、泵、堰形式连接[9-10].模型概化图(见图2).

图2 模型概化图

2.4 边界条件

边界条件是河网数学模型的主要约束条件.本模型选用了24个边界，以反映计算区域与外域的水量交换情况.模型中考虑了两种边界属性，分别为水位边界、流量边界.各个边界根据资料情况和工程情况具体选择其属性.

目前，杭嘉湖东部平原已形成了“北排太湖(太浦河)，东排黄浦江，南排杭州湾”的区域水系格局.杭嘉湖东部平原西靠东苕溪及导流港，东接黄浦江，北滨太湖，南濒钱塘江杭州湾.西南部山区有杭州西湖、留下、余杭闲林等边界，西部有东苕溪及导流沿岸的分洪节制闸、湖州船闸边界，共计10个流量边界，为进口边界；江苏入浦的平望北、泖甸等两个边界，根据计算方案需求及掌握的资料，选用流量边界；太湖沿线的溇港入湖各闸及太浦闸等边界，共计6个水位边界；东部米市渡及南部钱塘江北岸各闸等边界共计6个，为潮位边界，为出口边界.本文采用的“99年南部100年”设计雨情中，杭州、留下、余杭山区采用水文方法用实况降雨推求的流量过程.导流东泄各闸流量、太湖设计水位、平望北、拦路港、米市渡边界均由太湖流域管理局通过流域防洪水利算模型分析得来.南部钱塘江北岸各闸边界受杭州湾潮位影响，在洪潮遭遇方面，按照平均偏不利的原则选择略高于平均值的实际潮型为设计潮型，并优先考虑与设计暴雨同步的实际潮型.

3 航道整治工程对防洪的影响分析

3.1 计算方案选择

本文主要研究湖嘉申线航道嘉兴段Ⅱ期工程的开通对防洪的影响，所以选择现状工况也即湖嘉申线航道嘉兴段Ⅰ期工程及其补偿措施实施为基本方案(方案1).在基本方案的基础上开通湖嘉申线航道嘉兴段Ⅱ期工程作为方案2分析工程前后的影响.

以“流域99南部型”100年一遇洪水为例，对两方案进行水利计算：

方案1：湖嘉申线航道嘉兴段Ⅱ期工程施工前

方案2：湖嘉申线航道嘉兴段Ⅱ期工程施工后

3.2 计算成果分析

水利计算成果(见表1～表2)，可以看出：洪水影响以航道Ⅱ期上的虹阳为界，虹阳以西的嘉北、湖州及江苏吴江浦南地区水位降低，而虹阳以东的嘉北地区则水位有所抬高.

工程实施后，受影响地区的洪水比降有所调整，虹阳以西地区水位有所降落，降落幅度在0.01～0.04 m.其中乌镇降低0.01 m，高水持续时间减少26 h；南麻降低0.03 m，高水持续时间减少31 h；盛泽降低0.01 m，高水持续时间减少41 h；新塍降低0.04 m，高水持续时间减少11 h；南浔降低0.01 m，高水持续时间减少12 h；双林降低0.01 m，高水持续时间减少9 h；平望水位基本持平，但高水持续时间减少35 h.

表1 防洪影响分析水位变化表

表2 防洪影响分析高水位持续时间变化表

备注：括号内为各代表点的危急水位，高水持续时间为该代表点超过危急水位的时间

虹阳以东地区，主要是秀洲区东部地区和嘉善北部地区水位有所抬高，抬高幅度在0.01～0.03 m之间.其中王江泾抬高0.02 m，高水持续时间增加10 h；新桥抬高0.03 m，高水持续时间增加20 h；嘉兴抬高0.01 m，高水持续时间增加3 h；油车港抬高0.02 m，高水持续时间增加50 h；洪溪抬高0.01 m、高水持续时间增加13 h；西塘抬高0.01 m、高水持续时间增加11 h.

航道整治工程后，由于航道过水断面增大，排水能力增强，使得上游水位降低，下游水位抬高，对整个杭嘉湖东部平原而言，东泄水量增加，有利于河道行洪，但部分原通过澜溪塘北排入太浦河水，经航道往东泄流，入苏嘉运河水迅速增强，因此造成苏嘉运河水流方向发生改变，从航道Ⅱ期增加的水量大部分经过苏嘉运河往东排，并有沿着苏嘉运河往南压，从而加重了嘉兴城区及嘉北地区的防洪压力.工程实施后，嘉北地区洪水位抬高、高水位持续时间延长，这将对嘉北地区圩区圩堤及排涝泵站、节制闸等圩区交叉建筑物的安全稳定产生不利影响[11].

4 结 语

通过以上分析表明，湖嘉申线航道嘉兴段Ⅱ期工程直接开通，对秀洲虹阳以东的嘉北地区防洪排涝和水利工程设施带来了不利影响.嘉北地区洪水位将抬高、高水位持续时间将延长，这将对嘉北地区圩区圩堤及排涝泵站、节制闸等圩区交叉建筑物的安全稳定产生不利影响.另外，由于航道级别由4级提升到3级，除航道工程的护岸之外，还将增加船行波对交叉支河河口附近河段的冲刷，增大河口淤积.

为消除对嘉北地区防洪的不利影响，需采取必要的补偿措施：(1)虹阳以东嘉北地区受影响圩区和航线沿线圩区进行圩堤加高培厚、水闸、泵闸等交叉建筑物加固改造；(2)为防止洪涝水过量东移，对航道Ⅱ期上、下游建套闸控制，上游建在桃园港西口新塍塘北支上，下游建在桃园港东口；(3)为减少船行波对交叉河口的影响，根据嘉兴段Ⅰ期工程及以往工程经验，对交叉河口150 m范围内河流进行砌石加固并以机械施工的方式进行积淤清除.

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