壽縣肖嚴湖排灌站涵工程對淮河干流防洪的影響分析

于艷青

(安徽省水利水電勘測設(shè)計研究總院有限公司,安徽 合肥 230088)

肖嚴湖排灌站涵工程位于淮河干流南岸，正南排水渠末端，主要用于排除正南洼流域的澇水，由于正南洼中部有肖嚴湖調(diào)蓄，故得名肖嚴湖排灌站涵工程。正南洼北緣與淮河隔正南淮堤相望，西部緊鄰淠河至入淮口，東抵正陽分干渠和淠東干渠，東南部緊鄰安豐塘，南至楊西分干渠，另有眾多河流、渠道等分布其中。由于特殊的地理位置和地貌情況，導致正南洼流域洪澇災(zāi)害頻發(fā)，受災(zāi)損失嚴重。新建肖嚴湖排灌站涵工程，可以完善正南洼防洪排澇體系，改變易澇多災(zāi)的面貌，減輕澇災(zāi)損失；可以改善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施條件，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，保障糧食安全。

1 工程概況

肖嚴湖排灌站涵工程是一座具有自排、抽排、抽灌、自流引水等多功能站涵結(jié)合建筑，其自排標準為5年一遇，自排流量為208m3/s；抽排標準為:控制洼地南部區(qū)域排澇標準達到5年一遇，劉帝圩、枸杞圩防洪標準達到10年一遇，控制湖內(nèi)最高水位不超過22.5m，抽排流量為35m3/s。抽灌流量根據(jù)南部崗區(qū)7萬畝農(nóng)田灌溉面積需要，確定為4.9m3/s。

2 水文分析計算

2.1 設(shè)計洪水

選取分別位于流域內(nèi)東南、西南、正北端的安豐塘站、馮集站、正陽關(guān)站1967—2018年連續(xù)降雨資料來計算面雨量，資料的可靠性、一致性、代表性較好，能夠較好反映流域的暴雨特性和來水頻率。計算結(jié)果均值為118mm，按P- Ⅲ曲線進行頻率分析，適線結(jié)果如圖1所示。

圖1 正南洼流域3d面雨量頻率曲線

因此，3d面雨量計算結(jié)果見表1，即肖嚴湖流域3d面雨量均值為118mm，CV=0.55，CS=3.5CV， 5年一遇158mm，10年一遇203mm，20年一遇247mm。

表1 肖嚴湖流域3d面雨量計算結(jié)果

2.2 洪水位分析

根據(jù)淮河干流正陽關(guān)水位站1950—2017年逐日實測水位資料，分析計算得到5年一遇3d平均水位為25.1m，10年一遇3d平均水位為26.2m，20年一遇3d平均水位為26.3m。根據(jù)肖嚴湖內(nèi)的水位資料演算，推求肖嚴湖設(shè)計內(nèi)洪水位10年一遇22.5m，20年一遇23.0m。

3 滲流分析計算

3.1 防滲長度計算

工程各主要建筑物基礎(chǔ)防滲長度參照SL 265—2016《水閘設(shè)計規(guī)范》，采用公式(1)確定：

L=C·ΔH

(1)

式中，L—基礎(chǔ)防滲輪廓線所需長度,m；C—滲徑系數(shù)，根據(jù)泵站、閘室及出水涵基礎(chǔ)下地質(zhì)條件確定；ΔH—上、下游水位差,m。

允許滲徑系數(shù)C采用表2中的數(shù)值。

表2 允許滲徑系數(shù)

根據(jù)規(guī)劃的工程運用條件，選取各建筑物運用期上、下游最大水位差為最不利情況進行計算。為偏安全計，按規(guī)范允許滲徑系數(shù)最大值取，防滲長度計算成果見表3。計算結(jié)果表明，閘基防滲長度均滿足規(guī)范要求。

表3 主要建筑物防滲長度計算表

攔污檢修閘滲流輪廓線包括上下游混凝土鋪蓋、護坦、檢修閘底板。檢修期最大水位差4.0m，底板座落于②層中、重粉質(zhì)壤土上，取C=5，求得：L檢修閘=20.0m，實際閘基防滲長度為35.0m，滿足規(guī)范要求。

泵室位于堤后，出水涵洞、壓力水箱和站身間均通過橡皮止水連接，站身滲流輪廓線包括出水涵洞、壓力水箱和站身基礎(chǔ)輪廓線部分。最大防洪水位差14.8m，運行時最大水位差為7.56m，根據(jù)勘探資料，站身左、右聯(lián)底板分別座落在②層中、重粉質(zhì)壤土及③層細砂層上，出水涵洞底板座落在②層中、重粉質(zhì)壤土上，取滲徑系數(shù)C=9，求得：L站身=133.2m，實際站身防滲長度為196.5m，遠大于計算需要滲徑，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)勘探資料，自排涵底板座落在②層中、重粉質(zhì)壤土層上，自排涵防洪水位淮河水位26.4m，湖內(nèi)水位19.5m，最大水頭差6.9m，閘基防滲長度需37.0m。實際布置為：涵洞底板長68.0m，下游鋼筋混凝土消力池水平段及斜坡段(水平投影)至翼墻前趾冒水孔處長度合計為10.0m，涵基實際防滲輪廓線的水平投影長度為78.0m，滿足防滲長度要求。

計算結(jié)果表明，各主要建筑物防滲長度均能滿足規(guī)范要求；但考慮站、涵基底土層均存在不同深度的細砂層，故視不同情況，分別采取換填水泥土處理措施進行防滲處理。

3.2 閘基滲流穩(wěn)定分析

根據(jù)SL 265—2016附錄C，閘基滲透壓力采用改進阻力系數(shù)法計算。

地基有效深度按下式計算：

當L0/s0≥5時，Te=0.5L0

當L0/s0<5時，

(2)

式中，Te—地基有效深度,m；L0—地下輪廓的水平投影長度,m；S0—地下輪廓的垂直投影長度,m。

進、出口段的阻力系數(shù)按下式計算：

(3)

式中，ξ0—進、出口段的阻力系數(shù)；S—板樁或齒墻的入土深度,m；T—地基透水層深度,m。

內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)按下式計算：

(4)

式中，ξy—內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)。

水平段的阻力系數(shù)按下式計算：

(5)

式中，ξx—水平段的阻力系數(shù)；Lx—水平段長度,m；S1、S2—進、出口段板樁或齒墻的入土深度,m。

閘基水平段和出口段出逸坡降按下式計算：

Jk=h/L

Jc=hc/T

(6)

式中，Jk—閘基水平段出逸坡降；h—閘基水平段水頭損失值,m；L—閘基水平段長度,m；Jc—出口段出逸坡降；hc—出口段水頭損失值,m；T—地基有效深度,m。

自排涵涵基水平段和出口段出逸坡降計算結(jié)果見表4。

表4 閘基滲流坡降計算成果表

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，涵基座落于②層中、重粉質(zhì)壤土上，參照SL 265—2016，出口段允許坡降值為0.50～0.60，水平段允許坡降值為0.25～0.35。本工程地勘報告涵基土層允許水力比降指標建議值為0.35。

從表4計算結(jié)果可以看出，未設(shè)截滲墻時閘基出口段滲透坡降不滿足規(guī)范要求；設(shè)截滲墻后閘基土的滲透坡降小于允許值，閘基滲透穩(wěn)定能滿足規(guī)范要求。

3.3 涵閘深層砂基抗?jié)B穩(wěn)定分析

涵閘底板下為相對不透水粉質(zhì)壤土，下臥細砂層，層頂高程在12.02～13.69m之間，層底高程在8.62～9.98m之間，滲透系數(shù)為1.0×10-3cm/s，砂層內(nèi)的承壓水與淮河連通，砂層與上部粘性土的滲透系數(shù)相差1000倍以上，形成雙層地基。涵洞建基面高程為14.2m，上游護坦建基面高程為14.6m，下游消力池建基面為13.4m，基礎(chǔ)上部不透水層厚度較薄，需驗算防洪期深砂層滲流穩(wěn)定。根據(jù)淮河側(cè)設(shè)計洪水位26.4m、湖內(nèi)側(cè)19.5m的水位組合進行閘基滲流計算，經(jīng)計算出逸坡降為2.4，遠大于允許出逸坡降0.45，可見，整個閘室上游部分的構(gòu)筑物在防洪運行期間抗?jié)B穩(wěn)定性不能滿足要求。擬采用在上游護坦反濾層下布置3排減壓井，減壓井直徑0.8m，間距3.0m，井底深入下臥細砂層0.5m，井內(nèi)填粗砂反濾。

4 對淮河干流的影響分析

4.1 對防洪能力的影響分析

正南洼現(xiàn)狀堤防主要為正南淮堤，肖嚴圩、建設(shè)圩、枸杞圩、劉帝圩等生產(chǎn)圩堤。正南淮堤堤防工程的等別為Ⅱ等，級別為2級，可以抵御50年一遇洪水。劉帝圩和枸杞圩防洪標準10年一遇，建設(shè)圩和肖嚴圩防洪標準20年一遇。工程實施需在穿堤涵洞位置對堤防進行開挖并進行相應(yīng)的恢復(fù)。工程主體設(shè)計中按正南淮堤原設(shè)計標準進行恢復(fù)，筑堤土料采用與現(xiàn)狀堤防同等類型的土質(zhì)，且主體設(shè)計中加強了上下游邊坡防沖護砌。因此，工程實施可以提高正南洼流域整體防洪能力，對淮河干流的防洪能力也基本無影響。

4.2 對河道行洪安全的影響分析

肖嚴湖排灌站涵工程泵房位于正南淮堤南岸，正南排水渠末端西側(cè)，未侵占正南排水渠有效過洪斷面，也不在淮河干流上，不會對河道行洪安全產(chǎn)生影響。項目涵閘工程位于壽縣淮河南岸正南淮堤上，是正南排水渠入淮河的主要出口通道，涵閘穿正南淮堤，主要功能為自排肖嚴湖澇水，工程中已考慮排澇渠疏浚，且工程建設(shè)后未影響正南排水渠及淮河干流有效過洪斷面，不會對河道行洪安全產(chǎn)生影響。

4.3 對防汛搶險的影響分析

肖嚴湖排灌站涵工程站址位于正南淮堤上，且出水涵采用箱涵形式穿越正南淮堤，對堤頂交通、防汛搶險、管理維修等方面無影響，滿足規(guī)范要求。工程施工期間將會影響正陽涵所在堤頂?shù)缆窞镾310的交通，施工期間在外河側(cè)修筑臨時便道，道路標準按二級公路進行設(shè)計，跨明渠段修筑臨時鋼便橋。土方施工選擇在非汛期完成，不會占用堤防防汛通道。因此對防汛搶險影響不大。

4.4 對堤防安全的影響分析

工程施工前，為保證施工期間各圩口內(nèi)澇水具備自排條件，須在正陽涵東側(cè)開挖一導流明渠，進口底高程與圩內(nèi)最低的涵洞底高程齊平，出口與正南淮堤外渠道相接。明渠施工時先由液壓破碎機拆除堤防邊坡處漿砌石護坡及堤頂?shù)缆?，開挖完成后對過流斷面表面澆筑10cm厚的C15混凝土。導流明渠在自排涵具備過流能力后進行回填，堤身范圍內(nèi)按堤防標準進行恢復(fù)，回填結(jié)束后按原標準恢復(fù)堤坡護砌及堤頂?shù)缆?。因此，工程建筑物建設(shè)對堤防安全性基本無影響。

4.5 對河勢穩(wěn)定的影響分析

工程涵閘部分位于壽縣淮河南岸正南淮堤與牛尾崗堤交接處，泵站工程位于肖嚴湖側(cè)，正南淮堤也已按照50年一遇的標準進行了治理建設(shè)，兩岸堤防等級較高，河道邊界穩(wěn)定，河道的泥沙沖淤變化在未來一段時間內(nèi)將處于一個動態(tài)平衡的狀態(tài)。工程建成后，排水期間，不會帶來主河道流量和流速的變化。并且未改變淮河河道的過流能力，也未明顯改變河道行洪的水動力環(huán)境，對河勢穩(wěn)定的影響甚微。

4.6 對其他影響分析

工程為非排污項目，也不往正南淮堤迎水側(cè)棄土，對河道泥砂、水質(zhì)等數(shù)據(jù)基本沒有影響。工程建設(shè)不影響淮河干流水位和水量。工程建設(shè)基本均為水上工程，建成后不影響淮河水體，因此工程建設(shè)對水生態(tài)無影響。

工程建設(shè)區(qū)上游2.5km處有正陽關(guān)水文監(jiān)測站、正陽關(guān)渡口。項目建成后對正陽關(guān)站觀測設(shè)施和渡口基本無影響。

5 結(jié)論及建議

經(jīng)過以上分析計算，結(jié)果表明，肖嚴湖排灌站涵工程建成后對淮河干流的防洪能力、行洪安全、防汛搶險、堤防安全、河勢穩(wěn)定均無明顯影響。由于涵閘、泵站等建筑物施工時會對正南淮堤進行開挖，應(yīng)盡量減少開挖對堤防的影響，控制好基坑邊坡穩(wěn)定、回填土質(zhì)量等，注意回填土與基土結(jié)合的緊密度，避免沿邊坡結(jié)合面出現(xiàn)開裂、不均勻沉降。由于工程施工時可能對河道防洪安全、工程管理產(chǎn)生一定影響，應(yīng)合理安排施工時間，優(yōu)化施工組織設(shè)計；應(yīng)加強施工進度控制，確保按節(jié)點工期施工，尤其涉及度汛安全的關(guān)鍵節(jié)點工程，確保在汛前完成。汛前相關(guān)部門應(yīng)按規(guī)定做好防汛預(yù)案，確保河道防洪和工程自身安全，并報防汛主管部門備案。施工期應(yīng)嚴控施工質(zhì)量以確保施工安全及堤防穩(wěn)定，運行期做好堤防的日常管護等工作。