吴淞江工程（上海段）苏州河西闸建设效益及影响分析探讨

车瑞

上海勘测设计研究院有限公司 上海 虹口 200083）

摘要：建立太湖流域一维数学模型，采用一维非恒定流的基本方程组—圣维南方程组来模拟河网水流运动，计算分析吴淞江工程及吴淞江工程苏州河西闸在下游遭遇除涝设计暴雨时的建设效益及影响。研究结果表明：（1）除涝设计暴雨下，吴淞江工程实施后流域和上游区域的防洪除涝能力得到明显提高，苏州河西闸的建设对上游没有不利影响。（2）吴淞江工程的建设总体上有利于上海市防洪排涝能力提高，特别是在上海市遭遇区域设计20~30年一遇排涝标准时，其效果显著。

关键词：太湖流域；吴淞江工程；苏州河西闸；效益及影响

1引言

吴淞江工程穿过江苏省阳澄淀泖区低洼地区和上海市嘉宝北片水利控制片的腹部地区，是流域新增的太湖洪水外排通道[1-2]。为合理安排流域洪水与区域涝水，统筹上下游防洪除涝需要，吴淞江工程总体布局中规划建设苏州河西闸。苏州河是上海市中心城区的重要排涝通道，其存在的主要问题是经济社会的高度发达与脆弱的防汛体系之间的不平衡、不协调的矛盾。苏州河西闸既是吴淞江工程的组成部分，也是上海市苏州河防洪除涝体系的重要节点。因此，开展苏州河西闸建设效益及影响分析是十分必要的。

2区域概况

苏州河西闸闸址位于苏州河与蕰藻浜交汇处东侧，是上海市一江一河中苏州河上的重要控制建筑物。苏州河指吴淞江蕰藻浜分叉口以下段河道，西起吴淞江蕰藻浜交界处，东至黄浦江，全长40km左右，流经青浦区、嘉定区、闵行区、普陀区、长宁区、静安区、黄浦区、虹口区等多个区，横穿上海市中心城区[3]。

上海地处长江三角洲前缘河口和杭州湾之间，太湖流域的下游，区域地势低平，平均高程约4m左右，境内河网密布，为典型的平原感潮河网地区。陆地地势总体呈现由东向西低微倾斜，以西部淀山湖一带的淀泖洼地为最低，高程仅2~3m，中心城区局部洼地高程仅2.5~3.0m。全市分成14个水利片区，其中，苏州河是上海市嘉宝北片、蕰南片、青松片和淀北片的片外河道。

3模型构建

采用太湖流域数学模型进行规划工程方案的论证。该模型采用一维非恒定流的基本方程组—圣维南方程组来模拟河网水流运动。以降雨径流模型计算得到的山丘区流量、圩内圩外净雨深，结合典型年实测潮位边界，在平原河网和水利工程调度概化的基础上，模拟一维河网水流运动情况。

3.1模型概化

计算范围为整个太湖流域。共概化河道（段）1481条；计算断面4462个；节点1259个，其中边界节点95个，调蓄节点61个；控制建筑物（闸、泵等）225个。

图1  太湖流域水量水质模型河网概化示意图

3.2边界条件

根据主要潮位站的潮位过程线，分涨、落潮，将潮位过程换算成单位潮位过程，推算各潮位站的整点潮位。根据设计雨型采用典型年的降雨、蒸发过程资料，由降雨产汇流模型计算得到山丘区和平原区径流过程，作为河网水流运动模型入流边界。

3.3模型率定及验证

降雨径流模型经过了多年研制，浙西山区的降雨径流选用1984~1987年资料率定了新安江模型的有关参数。水量模型对具代表性的1999年洪水进行了率定，率定成果表明，流域主要代表站最高水位及控制线泄量，计算值与实测值拟合较好。

 

图2  1999年太湖流域平原河网地区代表站实测值与计算值对比图

3.4计算工况及调度原则

3.4.1计算工况

除吴淞江工程以外，其他工程均以《防洪规划》、区域规划确定的规划工况为基础，规划确定的工程已实施完成、已开工或即将开工建设的，采用可研或初设批复方案，包括：走马塘拓浚延伸工程、新孟河延伸拓浚工程、新沟河延伸拓浚工程、望虞河西岸控制工程、太嘉河工程、杭嘉湖地区环湖河道整治工程、扩大杭嘉湖南排工程、平湖塘延伸拓浚工程、苕溪清水入湖河道整治工程。

鉴于近年来区域也开展了大量的河道治理工程，对模型计算产生影响，也予以了考虑。已建成的七浦塘拓浚整治工程、杨林塘、京杭运河（江苏段）“四改三”等航道整治工程，已建成的苏州、嘉兴、无锡、常州、湖州五大城市大包围工程均采用现状实际工况。在此基础上，对上海市工程涉及片区河道及建筑物进行了细化，均采用规划工况。

3.4.2计算中主要建筑物调度

根据《太湖流域防洪规划》、《吴淞江工程总体方案》，吴淞江工程的瓜泾口枢纽、蕰西（东）枢纽、新川沙河枢纽、两岸支河口门控制工程和苏州河西闸是一个有机整体，需综合考虑流域与区域、上下游需求，统筹调度才能完成流域规划确定的太湖洪水和区域涝水外排任务。当流域或区域发生洪（涝）水时，充分发挥吴淞江工程防洪除涝作用，努力保障区域内重要城市（镇）防洪安全，水量调度、航运调度均服从防洪调度。统筹行洪和排涝关系，结合地区水利特征，优先安排阳澄淀泖区、嘉宝北片等区域涝水外排，为太湖行洪创造条件。当下游具备行洪条件时，按照分级调度原则，合理承泄太湖洪水。当阳澄淀泖区、嘉宝北片及苏州河两岸地区均发生洪(涝)水时，应统筹上下游防洪除涝安全，科学调度各项工程联合运用。

3.5计算雨型

为了分析苏州河西闸建设的除涝效益，需要研究上海市区域除涝设计暴雨下的效益。“639”暴雨是《上海市防洪除涝规划（2020~2035年）》确定的上海地区除涝设计暴雨。苏州河及周边区域除涝标准为30年一遇最大24小时降雨，1963年9月设计雨型及相应同步潮型，24h排出，不受涝。该设计暴雨下，浦西区面平均最大24雨量约220mm，小时雨量约54mm。该设计暴雨下，上游区域采用639实况雨型，其一日最大降雨量为63mm，相当于4~5年一遇。

图3  1963年9月设计雨型及相应同步潮水位过程图

4防洪除涝效益及影响分析

上海市地区遭遇30年一遇“639”型设计暴雨时，吴淞江工程实施前后，太湖、阳澄淀泖区主要代表站湘城、陈墓最高日均水位均保持不变；吴淞江干流赵屯处最高水位降低9cm；嘉宝北片代表站嘉定南门最高瞬时水位降低21cm；苏州河主要站点黄渡、北新泾最高瞬时水位分别降低19cm、10cm。综上，吴淞江工程实施效益显著。

按照吴淞江其他工程均已实施，研究苏州河西闸单项工程实施前后的水情变化。建设苏州河西闸后，阳澄淀泖区代表站陈墓、湘城以及吴淞江干流代表站点最高日均水位均不变。若无苏州河西闸，苏州河沿线的最高瞬时水位达4.82m，超过设计高水位4.79m。有苏州河西闸后，苏州河沿线的最高瞬时水位为4.78m，较无苏州河西闸降低了4cm，高水位持续时间减少约2h，增加区域排水量约270万m3，可以确保苏州河最高水位不超过设计高水位4.79m。可见，在下游遭遇除涝设计暴雨时，苏州河西闸的建设能够提高苏州河地区除涝安全保障能力，同时对上游阳澄淀泖区基本无影响。

表1上海市地区30年一遇设计暴雨下吴淞江工程实施前后水位水量变化情况

统计项			吴淞江工程实施前	吴淞江工程实施后	差值
			①	②	②-①
水量（亿m³）	瓜泾口出湖		0	0	0
	吴淞江省界断面		-0.06	-0.19	-0.13
最高日均水位（m）	太湖		2.86（3.12）	2.86（3.12）	0.00
	阳澄淀泖区	湘城	3.21（3.47）	3.21（3.47）	0.00
		陈墓	3.16（3.42）	3.16（3.42）	0.00
		昆山	3.48（3.74）	3.46（3.72）	-0.02
	吴淞江干流	瓜泾口	3.18（3.44）	3.27（3.53）	0.09
		赵屯	4.04（4.30）	3.95（4.21）	-0.09
最高瞬时水位（m）	嘉宝北片	嘉定南门	4.04	3.83	-0.21
	苏州河	黄渡	4.82	4.63	-0.19
		北新泾	4.88	4.78	-0.10

注：括号中水位为镇江吴淞高程

表2上海市地区30年一遇设计暴雨下苏州河西闸建设前后水位水量变化情况

比较内容			苏州河西闸建设前	苏州河西闸建设后	差值
			③	②	②-③
水量（亿m³）	瓜泾口出湖		0	0	0.00
	吴淞江省界断面		-0.16	-0.19	-0.03
	蕰藻浜		0	0	0.00
	苏州河		-0.03	-0.06	-0.03
最高瞬时水位（m）	嘉宝北片	嘉定南门	3.83	3.83	0.00
	苏州河	黄渡	4.65	4.63	-0.02
		北新泾	4.82	4.78	-0.04
最高日均水位（m）	太湖		2.86（3.12）	2.86（3.12）	0.00
	阳澄淀泖区	湘城	3.21（3.47）	3.21（3.47）	0.00
		陈墓	3.16（3.42）	3.16（3.42）	0.00
		昆山	3.46（3.72）	3.46（3.72）	0.00
	吴淞江干流	瓜泾口	3.27（3.53）	3.27（3.53）	0.00
		赵屯	3.95（4.21）	3.95（4.21）	0.00

注：括号中水位为镇江吴淞高程

图4苏州河西闸建设前后苏州河沿线主要代表点最高水位变化示意图

5结语

（1）设计暴雨下，吴淞江工程实施后流域和上游区域的防洪除涝能力得到明显提高，苏州河西闸的建设对上游没有不利影响。

（2）吴淞江工程的建设总体上有利于上海市防洪排涝能力提高，特别是在上海市遭遇区域设计20~30年一遇排涝标准时，其效果显著。

参考文献

[1]徐贵泉,陈庆江,陈长太,丁国川.吴淞江分洪对上海防洪除涝影响及其对策研究[J].城市道桥与防洪,2007(05):193-195+14.DOI:10.16799/j.cnki.csdqyfh.2007.05.049.

[2]陈红,汪大为.吴淞江工程对上海嘉宝北片防洪除涝效果研究[J].水利发展研究,2017,17(05):43-46.DOI:10.13928/j.cnki.wrdr.2017.05.012.

[3]陈伟,徐左正,叶舜涛,朱浩川,沈建群.苏州河支流综合整治工程[J].给水排水,2002(02):31-34+1.DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2002.02.011.