闫东宇，强 超,金 星，杨威武

(1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏 扬州 225127；2.宜兴市水利局，江苏 无锡 214200)

1 概述

疏浚多被用于河道治理，包括浚深、拓宽和清理现有河道；疏通河道清淤、清除水下障碍物等。其目的在于：一是疏浚河道，增大纵比降，减轻河道的淤积速率，确保防洪安全；二是降低河床高程，保持一定水深，便于通航[1]。

河道经过疏浚，可降低沿程水面线的高度，避免水位的持续雍高，降低防洪压力；提升断面的过流能力，断面平均流速得以降低，减少水流对护岸的冲刷[2]；疏浚后对河道流态产生影响；通过清除河内污染底泥，清除沉积物中所含污染物，减少沉积物中污染物向水体的释放，改善河道的污染程度[3]。

本文针对天然河道，采用明渠恒定非均匀流计算方法，利用Visual Basic软件，拟对新沭河蒋庄漫水桥下桩号为9+200～14+200段清淤疏浚前后不漫滩情况下中泓过流能力进行计算预测。并依据计算成果，分析2020年灾后应急治理新沭河险工处理工程新沭河中泓疏浚工程实施后，中泓行洪能力的提升效果。为今后类似形式的疏浚工程提供指导和借鉴。

2 水系概况

沂沭泗流域东临黄海，南部和西部以废黄河为界，北以沂蒙山脉与黄河支流汶河分水岭为界。流域面积为78900km2，地形北高南低。沂沭泗流域由沂河、沭河和泗河组成。本流域可分为沂沭河水系，南四湖水系及邳苍地区三个水系[4]。

新沭河属于沂沭河水系，是分泄沂沭河洪水就近东调入海的主要通道，是东调南下续建工程中的关键性工程之一[5]。

新沭河西起大官庄枢纽新沭河泄洪闸，东至临洪河口入海，全长80km。其中江苏境内石梁河库区段长15km，石梁河水库泄洪闸至海口长44.67km，共59.67km[6]。

3 项目背景

2020年8月，受沂沭泗流域上游山东境内降雨的影响，江苏境内沂沭泗地区发生了1960年以来最大洪水，新沭河等骨干河道虽经受住了洪水考验，但出现堤防渗水、迎护坡塌陷、中泓护坡被冲毁、蒋庄闸下消能防护冲毁、病险涵闸漏水等一些问题，严重威胁新沭河沿线人民群众生命财产安全。

针对2020年防汛中暴露出的新沭河行洪水位偏高、堤防渗流、险工隐患、病险涵闸漏水等突出问题，根据江苏省水利厅《关于抓紧开展2020年灾后水利应急治理工程前期工作的通知》(苏水计函[2020]24号)的部署安排，连云港水利局启动2020年灾后应急治理新沭河险工处理工程设计方案的编制工作。

4 蒋庄闸下中泓疏浚工程概况

新沭河共分为上中下三段，本次灾后重建应急疏浚工程位于中段。该段按50年一遇行洪6000m3/s分析，现状洪水位7.24～14.41m，设计洪水位6.42～14.40m(太平庄闸下水位不抬高)。

新沭河河床经多年采砂及行洪，河道中泓坑洼不平，且芦苇茂盛，严重阻碍行洪，目前中泓行洪流量不足1500m3/s。为提高中泓行洪能力，减少行洪时水位壅高，对蒋庄闸下桩号9+200～14+200长度约5km范围进行清淤治理。

本次疏浚上游底高程以蒋庄闸CS2(桩号9+200)断面底高程3.8m、下游CS102(桩号14+200)断面底高程1.50m控制，中间断面底高程渐变处理，河道清淤疏浚中心线与现状泓河道保持一致，河道浚深、河口不扩挖，口宽以现状中泓河口宽控制，设计开挖边坡取1∶3，疏浚土方58.9万m3，疏浚代表断面如图1所示。

图1 新沭河疏浚代表断面图

5 计算原理

河渠水面线的水力推算是水利规划与设计的基础。河道水流可分为均匀流与非均匀流2种[7]。天然河道蜿蜒曲折，其过水断面形状极不规则，同时底坡和糙率往往沿程变化，河道糙率还常随水位变化[8]。一般情况下水流都是非均匀流。经验表明，天然河道水力要素随时间的变化是很缓慢的，因此可以近似地认为天然河道的水流运动在一定时间内是恒定非均匀流[9]。计算恒定流一般采用伯努利方程形式，即将计算河道划分为若干河段，相邻断面的间距为Δs，自下逐个断面向上游推算，相邻两断面间的水位关系采用方程如下：

(1)

(2)

式中，z1、z2—断面1和2的水位，m；v1、v2—断面1和2的流速，m/s；Δh—断面1和2之间的水头损失，m，Δhw=Δhf+Δhj。

沿程水头损失可近似的用均匀流公式计算，即：

(3)

局部水头损失Δhj可用以下公式计算；

(4)

计算天然河道水面曲线，实际计算中，已知通过断面的流量Q、河道的糙率n、河道平均局部水头损失系数ζ、相邻断面的间距Δs、断面的水位z、下游起推点水位为z1，从而由下游向上游逐断面推求水位。

(5)

6 程序编制

6.1 开发思路

6.2 开发运用

在软件的运用过程中，需对断面文件进行处理，设定断面的过水范围。过水范围为断面左右两侧的最高点之间。程序设定当程序计算的某一断面水位结果大于该断面左右两侧任意一个最高点，则程序执行失败。

根据设定条件，在初始水位不变的情况下，通过调整流量参数值，可以得到该段河道最大流量。在流量不变的情况下，通过调整起推水位，可以得到下游允许水位的最大值，如图2所示。

图2 水位计算程序界面

7 新沭河中泓疏浚效果分析

7.1 过流能力变化

由于本次工程不涉及新沭河堤防的大断面，实测断面为新沭河中泓，所以只分析在不漫滩、同一边界、初始条件的情况下，新沭河中泓过流能力。下游起推水位平滩面高程，起推水位取H=7.00m，新沭河中泓设计糙率n为0.0225，试算步长Δh取0.001m，迭代精度ζ取0.001，。将疏浚前后的断面资料带入程序计算，输出计算结果。计算结果整理如表1。

表1 中泓疏浚前后过流能力提升情况表

根据地方水利管理要求，新沭河中泓不漫滩行洪流量需达到2500m3/s。根据本次计算成果，现状中泓行洪流量仅为1291m3/s，本次疏浚工程结束后，中泓过流能力预计达到1528m3/s，过流能力增加237m3/s，但离2500m3/s不上滩的要求还有一定的差距。为最大限度发挥滩地的种植效益，中泓断面还需要进一步扩大。

7.2 表面流速变化

在相同流量下，断面流速的变化与断面过水面积相关。流速的变化基本上与过水断面面积的变化相对应。

在现状中泓行洪流量为1291m3/s的情况下，断面的平均流速为1.31m/s，最大流速发生在(CS38)断面，最大流速为2.01m/s。经本次疏浚，断面平均流速降为1.18m/s，最大流速发生在(CS2)断面，最大流速为1.55m/s。由此可见，疏浚后，河道流速下降比较明显，疏浚效果显著。

8 结语

计算结果表明：中泓行洪能力现状为1291m3/s，与现状行洪能力不足1500m3/s的实际相符。经本次疏浚，中泓行洪提升至1528m3/s，计算成果真实有效。断面流速显著降低，水流对边坡的冲刷程度降低。

新沭河现状行洪标准为50年一遇漫滩行洪，设计行洪流量6000m3/s。其中中泓设计糙率为0.0225，滩地设计糙率0.035。由于缺乏实测大断面资料，本文无法以完整的大断面数据来分析中泓行洪能力提升情况。待提供全断面资料，根据实际，合理设置边界条件，计算漫滩情况下疏浚前后过流能力提升情况，并与本次计算成果进行验证、分析与比较。