上海市苏州河高水位成因分析及对策研究

韦 浩 俞 汇 李 琪 易文林

（上海市水文总站，上海 200232）

1 背 景

苏州河为上海市黄浦江重要支流，在外滩外白渡桥汇入黄浦江，东西向横穿浦西河网，贯穿上海市中心。近年来，在1909 号台风“利奇马”、2020 年梅雨期特大暴雨、2106 号台风“烟花”等水情期间，苏州河水位连续突破历史纪录，极大威胁上海市中心城区防汛安全。为分析苏州河水位屡创新高的原因，利用水文模型耦合水动力模型模拟反演2212 号台风“梅花”水情过程，定量分析高水位成因及影响因子贡献率。同时，模拟在建苏州河西闸、黄浦江河口规划建闸等规划工况[1]下的苏州河水位，分析其削峰效益。

2 苏州河水位抬升现状

对苏州河中上游4 个代表站（图1）历年水情的最高水位进行了统计（表1），苏州河水位屡创新高，2019—2021年连续3 年突破历史纪录，2022 年台风“梅花”期间，苏州河中游代表站北新泾站接近历史极值。

表1 历年苏州河中上游代表站最高水位 m

图1 苏州河代表站位置示意图

为分析苏州河水位抬升趋势[2]，选取苏州河上游代表站赵屯站1967—2020 年的实测年最高水位资料，进行M-K（Mann-Kendall）检验和Spearman 秩次相关检验，检验结果见表2。

表2 赵屯站M-K检验与Spearman检验结果

以显著性水平0.05 的临界值为判别标准，2 种检验方法结果均表明，赵屯站超过临界值具有一定的上升趋势。从图2 可知，1965—2020 年，赵屯站无论年最高水位还是年平均水位都有上升趋势。

图2 赵屯站历年年最高水位及年平均水位过程线

3 台风“梅花”期间苏州河高水位成因定量分析

3.1 台风“梅花”期间苏州河洪涝运动分析

2022 年9 月12—13 日，受台风“梅花”影响，上海市累计降雨量约40 mm，14 日12 时起，上海市普降暴雨到大暴雨，苏州河两岸降雨量约110 mm，两岸涝水归槽汇集，苏州河水位迅速升高。北新泾站15 日4:30 最高水位4.21 m，超警戒水位（3.70 m）0.51 m；赵屯站15 日6:45 最高水位3.68 m，超警戒水位（3.50 m）0.18 m。

为分析洪水运动规律，对苏州河超警戒高水位进行分析，拟采用水文模型耦合水动力模型、水利工程调度模型，模拟反演台风“梅花”水情过程，本次模拟时间为台风明显影响期间（2022年9月14日12：00至15日10：00），上边界采用昆山、陈墓、嘉兴、平望4个水位站实测过程，下边界采用长江口、杭州湾实测潮位过程，降雨量采用遥测雨量站实测过程，水利工程调度模拟实际调度工况。经计算，北新泾站计算最高水位误差0.04 m，最高水位出现时间误差0 h，水位过程确定性系数为0.91，模拟精度良好。根据计算结果统计，台风明显影响期间，两岸共向苏州河排水量1 016万m3（含中心城泵排水），苏州河口闸外排水量472.5万m3，苏州河上溯水量266.7 万m3，苏州河槽蓄水量增加276.4 万m3（槽蓄水量最大增加446万m3），北新泾站水位上升1.76 m。

暴雨引起苏州河涝水归槽，恰逢苏州河河口外黄浦江高潮叠加风暴增水最大达1.66 m，苏州河河口外黄浦公园站15日2:50最高潮位达5.44 m，苏州河河口水闸乘潮排水受限。因此，暴雨涝水归槽和苏州河口黄浦江潮位顶托是引起苏州河高水位的最主要因素。

3.2 苏州河高水位影响因子分析

为定量分析高水位影响因素，采用实测降雨、水位和实际水利工程调度资料，利用模型模拟风暴潮增水、暴雨增水、上游来水等各影响因子对北新泾站高水位的贡献程度。模拟方案：①不考虑风暴潮增水因素，只考虑降雨和上游来水；②不考虑降雨因素，只考虑风暴潮增水和上游来水；③上游来水为基流水位，不考虑上游来水，只考虑实测风暴潮增水和暴雨增水。

对比实测模拟方案，由表3可知，对于北新泾站最高水位涨幅贡献，本次台风各影响因素中上游来水贡献忽略不计，暴雨增水影响最大，风暴潮增水影响其次，暴雨增水、风暴潮增水2种影响因子的贡献比例约为8∶2。

表3 北新泾站最高水位各影响因子贡献对比

4 苏州河高水位对策研究

4.1 苏州河高水位趋势性分析

近年来，苏州河上海区域及流域上游下垫面变化及排涝能力不断提升，暴雨期间大量外排涝水迅速汇入区域、流域骨干河道，外河河网水位迅速上涨，束水归槽现象日渐凸显，苏州河高水位有一定趋势性抬升。同时，为加强流域水资源利用程度，苏州河上游地区加大引江力度，河网水位抬高，从苏州河上游江苏吴淞江流入上海境内的来水增大，以及上海市苏州河常态化活水畅流水资源调度，在增加可用水资源量的同时，也使苏州河的底水抬升[3-4]。

目前，各地区圩区建设和区域排涝标准不断提高，遭遇洪涝时，束水归槽是苏州河高水位抬升的不利因素。但是，随着吴淞江工程等防洪骨干工程的实施，流域南排工程的推进，中小河道的整治，以及河湖水面率的保障等都将有利于苏州河高水位趋势性抬升的缓解。

4.2 苏州河高水位的洪水运动特点

为分析苏州河高水位持续特征，采用实测水文资料，统计了2007—2020年苏州河北新泾站连续超警戒时长，见表4。2007—2020 年，北新泾站超警戒时长超过2 h 以上20 次，其中最长连续超警戒20 h，尽管连续超警戒时长未超过24 h，但是苏州河水位上涨迅速。据统计，北新泾站在2019 年“利奇马”台风和2020 年梅雨期“7.5”暴雨期间，最大1 h 水位上涨分别达0.45 m 和0.56 m，最大3 h 水位上涨分别达1.11 m和0.98 m。

表4 2007—2020年北新泾站连续超警戒时长统计

根据上海洪潮灾害调查及相关研究结果表明[5]，造成区域洪涝灾害的暴雨过程主要为历时24 h 且80%的测站出现较大雨量的全市范围的大暴雨。本次分析选用最大24 h 面雨量进行浦西区域的历史面雨量统计，面雨量采用10 个雨量代表站的算术平均值，最大24 h 面雨量统计年份为2007—2020 年，统计分析超100 mm 的面雨量与累计超警戒时长的关系见表5。当最大24 h 面雨量超100 mm 时，北新泾站最高水位全部超警戒，当最大24 h 面雨量超148 mm 时，超警戒时长超过了14 h。可见，因强降雨积涝外排，苏州河水位上涨，而苏州河因河口闸乘低潮排水，超警戒时长都未超24 h。其中，2020 年7 月7 日大暴雨，除受本地暴雨影响外，还受流域性大洪水影响，超警戒时长达20 h。

表5 2007—2020年浦西区域最大24 h面雨量与北新泾站累计超警戒时长统计

4.3 未来工况下2212号台风“梅花”期间苏州河水情反演

4.3.1 苏州河西闸及苏州河深隧

根据上海市水务局《苏州河防洪除涝工程规划》，其规划布局为“两闸一泵一隧，灵活可控”。其中“一闸”即为新建苏州河西闸，“一隧”为苏州河深隧工程，2 项工程都已开工建设。苏州河西闸拟建于苏州河上游段与蕰藻浜交汇处下游黄渡站附近，沿苏州河设置苏州河深隧。苏州河下闸工程位于嘉定区安亭镇，主要建设内容包括新建总净宽60 m 的可通航节制闸1 座，苏州河深隧工程西起虹桥临空地区，东至苏州河福建北路，管道直径10 m，全长15.3 km，服务苏州河中心城区段南北两侧的25 个排水系统，调蓄规模不小于74 万m3。模拟设置苏州河西闸（净宽60 m，闸槛-2 m）和苏州河深隧工程（初期雨水调蓄74 万m3），现状水利工程调度按实际调度记录进行模拟（前期预降，暴雨后能排则排），水文模型采用上海市水情自动测报系统实测雨量，水动力模型上、下边界均采用实测水位或潮位。苏州河西闸模拟控制规则：9 月12 日8:00起，按照洪涝统筹、涝水先行调度原则进行水位预降和排涝调度；苏州河深隧模拟控制规则：9 月14 日下午，台风暴雨集中外排时开始蓄水，主要收集初期雨水。未考虑苏州河口规划泵站建设。

采用模型计算对比苏州河西闸和苏州河深隧建设前后台风期间北新泾站的水位变化过程，见图3。苏州河西闸和苏州河深隧建设后对水位峰值影响明显，北新泾站最高水位削峰0.26 m。

图3 苏州河西闸和苏州河深隧建设前后北新泾站的水位变化过程

4.3.2 黄浦江河口建闸工程

根据太湖流域防洪规划，“开展黄浦江河口建闸工程规划前期工作，择机建设”。为论证黄浦江河口建闸对于苏州河的防洪排涝效益，在黄浦江河口模拟设置节制闸净宽250 m、船闸净宽400 m，闸槛-5 m 的黄浦江河口闸。黄浦江河口闸模拟控制规则：按照吴淞口轮船停航的实际情况，黄浦江河口节制闸、船闸挡一潮。根据2212 号台风“梅花”期间实测雨水情条件及实测风暴潮潮位外边界计算黄浦江河口闸建设前后北新泾站的水位变化过程，见图4。北新泾站最高水位从4.25 m 降低至3.70 m，削峰达0.55 m。

图4 黄浦江河口闸建设前后北新泾站的水位变化过程

5 结 论

近年来，苏州河水位呈趋势性抬升，水位屡创新高。2212 号台风“梅花”期间，苏州河水位大幅超警戒，部分站点接近历史极值。经模型反演分析，暴雨涝水归槽和苏州河口黄浦江潮位顶托是高水位的主要成因。

未来，区域及流域上游排涝能力仍在不断提升，尽管吴淞江工程等防洪骨干工程的实施，中小河道治理和河网水面率只增不减一定程度上提升了蓄滞能力，有效缓解苏州河水位抬升的趋势。但气候变化不仅带来了全球平均温度的升高，还导致极端天气气候事件呈频发、广发、强发、并发的趋势。

根据苏州河洪涝特征，充分利用苏州河受暴雨影响，涨水快退水也快的特点：①充分利用有限的苏州河槽蓄容量，增加苏州河灵活调度方式，保障中心城区防汛安全，苏州河西闸工程和苏州河深隧工程作为苏州河防洪排涝工程的重要组成部分，其建设对实现苏州河有效预降、发挥河口闸站功能、提高区域防洪排涝能力具有重要意义，同时研究增设苏州河口闸泵站，完善苏州河洪涝治理格局。②发挥黄浦江槽蓄容量大和涨落潮的潮汐特征，于黄浦江河口建闸，短暂挡一潮即可腾出较大的槽蓄库容，足以容纳暴雨产生的涝水，大幅降低苏州河最高水位，显著减轻苏州河防洪和中心城区等两岸区域的排涝压力。