郭家嘴調水工程風險分析

劉文博，石 林，宋文杰，趙麗子

（湖南省水利水電科學研究院，湖南 長沙 410007）

調水工程可以有效解決地區干旱性缺水問題，但是調水工程由于工程線路長，沿線水文、地質情況各異，在建設實施過程中存在著諸多風險[1～4]。吳險峰[5]根據中國西北地區生態環境的特性，提出河道枯水流量計算方法，并采用Tennant 進行檢驗，利用風險指數、整體損失性測度、恢復性測度3 個參數來評價黃河上游南水北調工程風險。陳進[6]從水文、經濟、環境等5 個方面對跨流域調水工程風險建立綜合評價體系，并提出增加工程安全性的措施。張永[7]在識別諸多風險因素的基礎上，通過深入探討調水量、調水區當地水資源利用的規律與反應機制，以及缺水風險行為和狀態，建立了包括供水風險率、供水可靠性、供水恢復性以及事故周期等指標在內的風險評價指標體系。顧文權[8]利用Monte-Carlo 隨機模擬技術對南水北調中線水源區進行論證，分析了不同調水流量下供水風險變化規律。

1 工程概況

祁東縣城區面積約為12 km2，常住人口17.9 萬人，地處衡邵干旱走廊，人均地表水資源量僅985 m3（不含湘江過境客水）。近年來，縣城基礎設施不斷完善，經濟發展迅速。但祁東縣城水資源重度缺乏，資源性缺水已成為縣城經濟和社會發展的重要制約因素，初步預測縣城所在地的白河流域2020 年的需水量將達到1.98億m3，而在90%保證率下，本地水可供水量僅為1.06億m3，遠不能滿足區域遠期需水要求。

通過多次調研、分析發現，郭家嘴調水工程可有效解決祁東縣缺水問題，即在縣域西部楊家臺水庫庫尾郭家嘴附近興建一座中型水庫，通過50 多公里的輸水渠道將水輸送至縣城各用水單位，計劃引水5 000 萬m3，其中郭家嘴水庫供水2 000 萬m3，沿線截流3 000萬m3。祁東縣郭家嘴調水工程以農業用水和工業園區用水為主，兼顧部分居民生活用水，是一項解決祁東縣長期缺水問題的綜合性水利工程（見圖1）。

2 風險綜合評價

2.1 對河道泄洪影響分析

祁東縣調水工程與羅田縣引水工程在地質和水文條件上較為相似，周研來[9]以最高洪水位及泄流量對羅田縣引水工程泄洪情況進行評估，提出降低洪澇風險的調度規則，本工程對行洪影響較大的是楊家臺水庫和上福沖、里雅塘管橋，下面分別從運行期和施工期對行洪安全進行影響分析：

圖1 祁東縣主要中型水庫分布圖

1）運行期對行洪安全的影響分析。楊家臺水庫擴建后，將使庫區河道較現狀水位壅高，一定程度上改變了原來天然河道的行洪條件。針對水庫正常蓄水位的提升，各水庫對各自泄洪建筑物進行了改建，增大或維持了原水庫的泄洪能力，所以對河道行洪安全無影響。

上福沖、里雅塘管橋建成后，對河道的水流流態均有一定的影響，從壅水分析計算成果可知：上福沖管橋10 年一遇洪水壅水長度為243 m，最大壅水高度為0.118 m；里雅塘管橋10 年一遇洪水壅水長度為121 m，最大壅水高度為0.013 m。南元沖管橋對河道行洪無影響。

上福沖、里雅塘管橋建成后，使河道過流面積減少，上福沖管橋10 年一遇占用河道行洪面積3.19%，里雅塘管橋10 年一遇占用河道行洪面積6.65%。由此可見，大橋建成后對河道行洪能力有一定影響。

2）施工期對行洪安全的影響分析

①楊家臺水庫擴建無水下施工項目，溢洪道加建泄洪閘施工工期較短，施工時選擇在枯水期，只需將庫水位預降至死水位便可解決施工問題，無需施工導流，對行洪安全無影響。

②上福沖水庫擴建無水下施工項目，高涵封堵、新開灌溉輸水隧洞、溢洪道加建泄洪閘等項目施工工期較短，施工時選擇在枯水期，只需將庫水位預降至死水位便可解決施工問題，無需施工導流，不會產生施工期壅水，對行洪安全無影響。

③橋梁工程施工時橋身采用在預制場預制后，利用架橋機施工的施工方案，大橋施工對相應河段的防洪影響較小。

2.2 對河勢穩定影響分析

本工程阻水壅高計算主要采用水面曲線法（即通過工程前后水面曲線的比較，計算壅水高度和壅水長度）和經驗公式法。

1）上福沖水庫擴建后擴建溢流堰及閘門整體抬高以增加正常蓄水位，水庫閘門尺寸及泄流能力不變。因此不會增加頻率洪水的下泄流量，30 年一遇及以下標準洪水下泄流量維持不變，設計洪水（P=1.0%）及校核洪水（P=0.1%）下泄流量略有減少，因此不會對河道下游河勢產生不利影響。

2）楊家臺水庫建成后，河道水流流態和河相關系受工程建設的影響，可能有一定程度的改變，可能造成河床再造過程，從河流動力學與河床演變學來看，河床穩定性應由縱向穩定程度和橫向穩定程度來確定。根據計算結果，楊家臺水庫壩址河段河床沖淤變幅較小，屬縱向穩定、橫向較穩定河床，不會對近岸產生較大影響。楊家臺水庫壩址河段穩定性較好，不會發生河型轉化和河道變遷的情況。

3）南元沖管橋為一跨過河，10 年一遇洪水均未淹至橋墩處，里雅塘管橋處于里雅塘水庫庫區，水流流速緩慢，上述兩座橋梁對河道河勢影響甚微。

4）上福沖管橋工程修建后，上游河段平均流速有一定的變化，橋位上游河段相應的流態也會發生一定的變化，對該河段有一定的影響。由于工程壅水作用，工程修建后，橋位上游流速較建橋前有一定的減小，橋位以上相比天然狀態下將產生一定的淤積，但上游河段水沙特性不會因工程修建而發生較大的變化，但是，由于流向偏角的存在，將對河道右岸增加一定的沖刷，不利于堤防安全，故對河道兩岸需采取一定的工程措施，降低工程對河岸的影響。河道內橋墩之間水流流向變化較紊亂，流向變化頻繁，受橋孔壓迫性影響，流速較建橋前明顯偏大，且引起河道主流向左岸發生一定的位移，并對河槽及兩岸均將產生一定的沖刷，至下游150 m 處影響基本消失。工程修建后，由于水流的產生以及流速的增加，建橋后將會對河岸產生一定的沖刷。根據計算成果，10 年一遇邊坡沖刷深度為0.87 m，對河岸穩定性造成影響。

2.3 對生態環境影響分析

高永年[10]利用綜合加權求和計算法，通過合理分配不同評價因子的權重，對南水北調中線工程對漢江中下游流域生態環境影響進行綜合評價，為調水工程生態環境影響分析提供了一套有效的評價方法。

楊家臺、上福沖水庫為已建水庫，建設時間較早，當時并未考慮生態用水需求，本次水庫擴建后，下游環境用水按壩址90%保證率最枯月的月均流量下放。楊家臺及上福沖水庫90%保證率最枯月（12 月）平均徑流量分別為18.0 萬m3、8.3 萬m3，換算成年值分別為212.3 萬m3、97.5 萬m3，利用綜合加權求和法對郭家嘴調水工程進行生態環境影響分析，結果表明對下游生態環境基本不會產生影響。

3 結 論

1）楊家臺、郭家嘴水庫各橋梁建設后，產生了不同程度的壅水作用。楊家臺水庫回水長度4 485 m；上福沖水庫回水長度5 507 m；上福沖管橋10 年一遇洪水壅水長度為243 m，最大壅水高度為0.118 m；里雅塘管橋10 年一遇洪水壅水長度為121 m，最大壅水高度為0.013 m。南元沖管橋對河道行洪無影響。

2）楊家臺水庫擴建后，將使庫區河道較現狀水位壅高，一定程度上改變了原來天然河道的行洪條件。針對水庫正常蓄水位的提升，各水庫對各自泄洪建筑物進行了改建，增大或維持了原水庫的泄洪能力，所以對河道行洪安全無影響。

上福沖、里雅塘管橋建成后，使河道過流面積減少，上福沖管橋10 年一遇占用河道行洪面積3.19%，10 年一遇占用河道行洪面積6.65%，由此可見，大橋建成后對河道行洪能力有一定影響。

3）郭家嘴調水工程建成后對下游生態環境基本不會產生影響。