长江感潮河段沿线城市设计潮水位的计算与分析——以仪征市为例

苏 晨，胡继刚，王 琴，孙 晨，鲁培文

(1.河海大学设计研究院有限公司，南京 210098；2.南京瑞迪建设科技有限公司，南京 210098；3.仪征市水务局，江苏 扬州 211400)

0 引 言

2020年7月长江中下游迎来了历史最高潮位，南京下关站潮位达8.79m(2020年7月20日)(废黄河高程，下同)，超历史最高水位0.38m；仪征泗源沟闸闸下潮位达7.59m(2020年7月21日)，超历史最高水位0.33m，给沿线城市防汛工作带来了一次大考验，事实证明这是一次成功的考验，也是对过去几十年长江防洪建设成效的肯定。但造成长江中下游高水位这一现象的深层次原因更加值得我们思考：随着长江中下游经济社会的快速发展，城市化过程不断扩张，城市下垫面特性发生很大的变化，由于不透水面积的增加，导致地表径流量增加，洪峰流量增大，径流系数加大，雨水产汇流时间缩短，增大洪峰流量，加之近年来由于气候条件的变化，造成长江流域外洪内涝的不利遭遇发生概率增大[1]。长江的设计潮位决定了防洪工程的设计标准，是保证长江防洪工程功能稳定发挥的最重要因素，是保障长江防洪能力的决定性因素。

当前，国内外学者对长江潮位的研究包括长江感潮河段洪潮遭遇组合概率分析、长江南京潮水位站近百年高潮位变化特征及成因分析、三峡工程蓄水前后长江河口段潮汐特征变化分析、江苏省沿江排涝设计潮位和潮型研究等[2-5]。在2020年7月长江中下游大洪水以来，还没有关于长江潮位的分析研究，文章将以仪征市长江感潮段设计潮位的计算为例，结合2020年7月长江大洪水，分析在长江大保护的大背景下新时期长江潮位的计算方法。

1 仪征市长江潮位计算与分析

1.1 基本情况

仪征市位于江苏省中西部，长江下游北岸。南濒长江，与江宁及丹徒县隔江相望，东临邗江，西界六合，北与安徽天长和江苏高邮市接壤，市域总面积903km2。地处长江冲积平原，地势西北高东南低，区域内地貌类型属长江河谷侵蚀堆积阶地和河漫滩平原，可分为丘陵、岗地、平原圩区三类，土质多为砂壤土和粉砂土，局部洼地有黏壤土。全市降雨量年内分配不均匀，主要集中在汛期5-9月，降雨量年际变化较大。仪征市地跨长江、淮河两大流域，境内地势低洼，受理位置、水文气象地形地貌等因素的影响，城市受到江淮洪水、山洪、内涝的多重威胁，防洪安全是仪征城市建设的首要任务。

长江仪征段西起小河口，东至军桥闸，长29.7km，流经青山、真州，新城、朴席等乡镇，分属长江镇扬河段的仪征水道(小河口-世业洲洲头)和世业洲岔道。境内长江上承大通来水，处于大通至江口感潮段的中部，长江多年平均年径流量8891亿m3，年径流量最丰的1954年达13590亿m3，最枯的1978年仅6780亿m3，丰枯极值比为2.0，大通多年平均流量28200m3/s，最大洪峰流量92600m3/s(1954年8月1日)，枯水季节最小流量4620m3/s(1979年1月31日)，汛期(5-10月)平均流量39700m3/s。潮水位随流量大小和潮汐影响而变化，历史上沿江最高潮位：泗源沟7.59m(2020年7月21日)。潮水位的高低，是考虑仪征江堤防洪及内部排水设计的基础依据。

1.2 长江潮位计算与分析

1.2.1 潮位观测资料及特性

区域内及邻近的沿江潮位观测站有三个：泗源沟站、瓜洲站和三江营站，其中三江营站观测系列较长，观测资料比较完整，是进行潮位分析的主要站点。

境内长江位于长江河口和大通感潮界的中部，潮型属非正规半日潮混合型，涨潮历时3h，落潮历时9h，潮差为东大西小，低水位时潮差大，高水位时潮差小，长江流量越大，潮差越小。多年平均潮差，三江营为1.18m，泗源沟为0.87m，长江最高潮位受大通来量和天文、气象潮以及淮河来水的综合影响。

1.2.2 设计潮位分析计算

1)设计潮位频率分析：

根据仪扬河流域多年发生年最大三日暴雨同期四天长江三江营平均潮位，采用皮尔逊Ⅲ型曲线进行频率计算，再根据三江营与瓜洲、泗源沟站潮位相关关系推算得出相应的瓜洲、泗源沟平均潮位，最后依据两站同等潮位时的平均潮差推算出瓜洲闸、泗源沟闸的高、低潮位。潮位频率分析计算成果见表1。

表1 三江营、瓜洲闸下、泗源沟闸下潮位计算成果表 m

2)典型年潮位：

建国以来，内部暴雨与同期长江高潮位遭遇的有1954年，1975年、1991年及2020年。其中1954年、19 91年及2020年所遭遇的长江潮位保证率较大，为便于分析比较，现将1954年、1991年、2020年作为典型年，其暴雨同期瓜洲、泗源沟长江高、低潮及其平均潮位见表2。

表2 1954年、1991年、2020年三日暴雨同期四天长江潮位表 m

3)设计潮位(型)的确定：

行洪水面线计算时，闸下设计潮位，采用典型年(1991年、2020年)实测(72h)潮位过程线，其他组合计算潮位按1991年潮型缩放。

河道堤防设计断面主要由河道行洪水力计算确定，根据本区暴雨与长江较高潮位关系分析，其同期发生频率<50%，如完全采用同期同频，标准太高，很不经济，工程实施难度也比较大。为此，根据防洪需要和实施可能，从偏安全的角度，确定河道和堤防、校核设计潮位如下：

堤防设计和校核采用的潮位：本地20a(50a)一遇设计(校核)洪水，长江平均潮位泗源沟闸下6.28m，瓜洲闸下5.69m，暴雨同期潮位频率介于1%到2%之间；日最高潮位泗源沟闸下6.81m，瓜洲闸下6.51m，相当于5a一遇的年最高潮位。为保证防洪安全，对仪扬河堤防，还应考虑另一种较为不利的洪潮组合作为校核：本地20a一遇山洪，潮位采用长江2020年实测潮型。最高潮位为：泗源沟闸下7.59m，平均潮位：泗源沟闸下7.02m。

河道设计和校核采用潮位：本地20a(50a)一遇设计(校核)洪水，潮位采用72a仪扬河整治规划时数据，其平均潮位泗源沟闸下5.9m；瓜洲闸下5.5m，暴雨同期潮位频率介于20%到50%之间，日最高潮位泗源沟闸下6.16m，瓜洲闸下5.86m。

1.2.3 暴雨、洪水、潮位特征分析

长江高潮位大流量，再加本地山洪暴发，这是仪征防洪排涝最不利的组合，1954年、1991年、2020年都是这种情况，尽管2020年本地降雨雨量不足20a一遇，但长江同期平均潮位达泗源沟闸7.02m，如遇20a一遇以上暴雨，形势将更为严峻。

区域内的暴雨洪水呈现暴涨缓落，双峰或多峰型，主峰偏后，前峰抬高底水、后峰则遇江潮顶托，因而退水过程滞缓，造成内河持续高水位的不利形势，这对城市的威胁尤其严重。以1991年洪水为实例，内河从5.0m水位涨至最高6.94m，经从7月2日-11日10天，最大涨幅7月11日8时至12时4小时0.45m。但从6.94m退至5.00m时间从7月11日-25日，历时14d，本次洪水前后持续24d。其主要原因是暴雨同期江潮水位泗源沟闸下最低潮位均在5.87m以上，自排严重受阻，逼高内河水位。这种情况随着城市规模的不断扩大，内部抽排动力增加，城市水位还将有所抬高。

1.2.4 防洪方案

长江堤防及沿线通江穿堤建筑物是仪征防御长江洪水的重要屏障，也是仪征市城市防洪南线的主体工程，目前按50a一遇的标准进行的江堤“达标”建设已基本完成，但还存在薄弱环节，仍需进行堤防凹段，小型病险涵闸除险加固和防冲治坍护岸工程。具体规划工程为：青山引河至沙河闸段(桩号为93+946-108+200)主江堤顶高程9.9-9.7m，胥浦河、仪扬河、潘家河闸下港堤及青山引河内部港堤堤顶高程比同段主江堤降低0.5m(堤顶加高有困难的，可建设挡浪墙，挡浪墙段土堤顶高程至少高于设计洪水位0.5m，挡浪墙净高≤1.20m)，堤顶宽度主江堤为6m，闸下港堤为5m，在背水坡▽5.5m设平台，平台宽7m，堤防坡度平台以上1∶3，平台以下边坡1∶5。

2 结果与讨论

文章以仪征市长江感潮段为例，结合2020年洪水对其设计潮位进行了分析计算，总结了新时期长江中下游感潮河段潮位分析计算的技术要点，具体如下：

1)受上游蓄水工程影响，长江出现高潮位的几率逐渐增大，加之由于社会经济发展引起的下垫面变化，本地暴雨与长江高潮位同时出现几率相比以往有所增加，在长江中下游感潮河段潮位分析计算应充分考虑这一自然变化规律。

2)高标准的本地洪水与2020年长江中下游最高潮位的洪水组合用于确定设计潮位易产生余量过大，造成资源浪费。建议采用1991年长江中下游最高潮位进行设计潮位计算，采用2020年长江中下游最高潮位进行校核。