平原水網地區水系連通河道規模分析與研究

賈 貝， 趙 威， 王志濤

(安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230088)

安徽省淮北平原地區作為典型的平原水網地區,伴隨著經濟社會的快速發展,現有的水利工程難以滿足當前淮北地區經濟社會發展對洪澇水調度、水資源配置、水生態環境改善的綜合需求。實施淮北平原水系連通工程,形成淮河以北地區縱橫交錯的水網新格局,對完善淮北平原防洪排澇體系,擴大排水通道,改善蓄水條件,優化水資源調配,改善水生態環境是十分必要的。筆者參與的界宿新河工程,通過東西向大尺度水系連通,為統籌解決水資源、水生態、水環境、水災害等問題進行嘗試與探索。

1 河道功能定位

界宿新河工程地處皖北平原,利用老界洪河開挖延伸,自西向東流經阜陽界首市、太和縣,亳州渦陽縣,淮北濉溪縣,宿州埇橋區4市5縣區,全長158.2km。連通潁河、渦河等主要支流,繼續向東跨過包澮河后,至濉溪縣四鋪鄉在四鋪閘下匯入沱河上段,后經由新汴河入洪澤湖。可實現以水資源調配、水生態環境改善為主,結合排澇與相機分洪,兼顧航運的多重建設目標。

2 河道規模設計思路

河道設計思路為由低到高,逐級滿足設計工況要求。相機分洪工況,設計水位的選取既不能影響現有河道防洪除澇,又要能夠滿足相機分泄洪水的功能,盡量避免新河大量筑堤,減小占地。最低通航水位,與交叉河道現有最低通航水位成果銜接。蓄引水工況,設計水位的選擇以主要河道交叉點現有蓄水工程蓄水位綜合確定。排澇工況,考慮沿線地面高程及截引河溝的排澇水位情況綜合確定。

3 河道規模設計及方案分析

3.1 水力計算

由于本工程的輸水河渠大多利用現有河道,因此設計輸水水面線在控制點水位選定的情況下,綜合考慮河道防洪、除澇、航運等要求,采用一維明渠恒定均勻流計算公式。水力計算采用謝才公式與曼寧公式計算。其基本計算公式為:

(1)

(2)

其中，v為斷面平均流速;Q為河段流量;i為底坡;A為過水斷面面積;R為水力半徑;n為糙率(主槽糙率取0.0225,灘地糙率取0.03)。

水面線推算程序采用“HEC-RAS V4.0。根據分段設計流量,利用能量方程由控制水深的一端逐段向另一端推算。其基本計算公式為:

(3)

其中，Q為河段流量,m3/s;L為兩斷面間距離,m;K1為下斷面流量模數;K2為上斷面流量模數。

3.2 方案比選分析

初步擬定方案1、方案2,從設計流量、設計水位、河道工程規模等方面進行分析比較。

方案1:綜合考慮排澇與相機分洪,兼顧航運等多重目標。結合自然地形、充分銜接交叉跨越河流的設計水位情況,規劃河道設計水面線:潁河界首樞紐～渦河小田莊樞紐水面比降為1/24300,渦河小田莊樞紐～戚嶺子水面比降為1/23000;方案1的界宿新河河道斷面采用復式梯形斷面,保證有足夠的行洪廊道,又開挖較深的河道兼顧排澇和枯水期補水、通航,全線平均開挖深度9m～10m,河槽邊坡一般土質采用1:3,河道沿線大部分段落需要筑堤,堤距根據河道設計底寬與邊坡相應確定。新河河道滿足四級航道通航要求。設計水位、河道工程規模等如表1所列。

表1 界宿新河河道規模(方案1)

方案2:結合現有河湖水系、工程的可利用情況,考慮在工程設計功能上有所取舍,不考慮相機分洪與通航,以水資源調配與水生態環境改善及排澇為主。規劃河道設計水面線:潁河界首樞紐～渦河小田莊樞紐水面比降為1/18200,渦河小田莊樞紐～戚嶺子水面比降為1/27300;方案2全線平均開挖深度6～7m,邊坡1:3,河道沿線基本不需要筑堤。設計水位、河道工程規模等如表2所列。

表2 界宿新河河道規模(方案2)

綜合來看,推薦方案1。方案1不僅可以實現水資源調配,又可以結合排澇與相機分洪,兼顧航運等多重建設目標。雖然前期工程量較大、投資較大,但是從空間布局及地形上來看,方案1充分利用了當地的水系空間戰略資源,從長遠的角度考慮,可達到一次建設、多種功能的效果;方案2在工程投資和實施難度上有優勢,但是該方案沒有達到等級航道的斷面規模,無法實現通航,也不能承擔相機分洪的任務,僅能起到水資源調配、水生態環境改善及排澇的作用,并且一經建成,后期再拓展功能難度較大。因此,從資源充分利用和經濟社會發展的角度出發,推薦方案1。

4 結束語

界宿新河水系連通工程實施后將有較好的經濟、社會、生態效益。該工程充分利用當地的水系空間戰略資源,優化區域水量調配,改善當地水生態環境與沿線支流大溝下游的排澇條件,可一定程度上提高潁河、渦河防洪標準,同時也為流域的防洪調度增加靈活性,還將減輕沙潁河、渦河等航道的壓力,完善皖北區域航道網布局。