大型灌區工程防洪影響評價

谷瓊瓊，潘麗雯，李銀濤，劉宇博，雷錦

（1.中國灌溉排水發展中心，北京 100000；2.華北水利水電大學水利學院，河南 鄭州 450045）

0 引言

根據灌區干支渠河段的來水來沙特性、河道沖淤演變及河勢演變特征，通過數學模型、實體模型相結合的方法計算分析工程對河道上下游河段的壅水及沖刷影響，論證分析工程建設對現有涉河工程等第三方合法水事權益的影響及補救措施。研究結果以期為大型灌區工程防洪提供必要的實踐借鑒。

1 工程概況

灌區工程位于河南省黃河北岸豫北平原與山丘交界處，處于黃河中游段。灌區內范圍包括焦作市孟州、溫縣和武陟，北至黃河大堤（含青風嶺），南至黃河灘區生產堤，西至黃河濕地自然保護區邊界，東至規劃桃花峪水庫草亭壩址（東經112°20′～113°30′、北緯34°45′～35°00′）。灌區設計為自流灌溉，設計灌溉面積31.18 hm2。灌溉面積分別為4.94 hm2、15.09 hm2及11.15 hm2。

灌區東西長約80 km，南北長約3～9.50 km，為長條型灌區。根據灌區形狀特點以及為灌區和下游人民勝利渠灌區、武嘉灌區、大功灌區供水要求，設置1 條總干渠，2 條總干支渠及3 條分干渠，灌區內支渠按總干渠、總干支渠、分干渠、支渠進行布置，其中總干渠利用輸水工程總干渠。根據灌區形狀特點及總干渠路由，灌區灌片按涉及地域不同分為孟州灌片、溫縣灌片和武陟灌片。灌區內渠道設置各類交叉建筑物149座。

2 影響分析方法確定

根據建設項目所在河道的洪水特征、河床演變特點、河道防洪任務和建設項目特點，選擇經驗公式法、數學模型模擬計算、實體模型試驗等方法進行洪水影響綜合分析評價。

實體模型試驗與數學模型采用不同的邊界條件，數學模型按照防護堤不考慮其1 m 超高部分是對上游最為不利的情況進行計算，而物理模型則基于數學模型結果考慮防護堤增加1 m 安全超高，水流都被擠壓至化工工程以下，對下游最不利情況，灘地漫灘嚴重，綜合分析最不利狀況時的壅水及沖刷結果。

2.1 經驗公式法

2.1.1 壅水計算壅水計算按照《公路橋位勘測設計規范》中的橋前最大壅水高度公式進行計算。

2.1.2 沖刷與淤積分析

不考慮灘地的自然演變沖刷，只對項目建設后大洪水期間灘地的一般沖刷和局部沖刷進行計算。采用《公路工程水文勘測設計規范》中的公式進行沖刷計算。

2.2 數學模型計算

利用黃河水利委員會黃河數學模型攻關課題組研發的平面二維水流～泥沙數學模型（YRSSHD2D0212）開展計算，評估擬建輸水總干渠工程對防洪的影響，并提出補救措施，以最大限度地減輕擬建工程對防洪的不利影響，為工程建設提供決策依據。

2.3 實體模型試驗

實體模型試驗是在現有的黃河下游小浪底至陶城鋪河段河道模型上開展，試驗河段全長130 km，選取某灌區至京廣鐵橋之間河段作為試驗的重點，觀測河段長100 km，其中河道灘地布置渠系的區段長81 km。

3 洪水影響分析計算結果

3.1 雍水分析

渠道工程建設對上灘洪水具有一定影響，工程實施前后水位抬升較為明顯，河段行洪受渠系建設的影響較為顯著。通過實體模型、數學模型分別量測了工程修建前后的水位變化情況，其修建工程后水位略有抬高，見表1所示。

表1 工程建設前后水位統計表 單位：m

通過對經驗公式、數學模型計算、實體模型試驗三種方法得到設計洪水條件下的支渠段處黃河大斷面位置的壅水最終取值結果，見表2。

從表2 看出，實體模型試驗的壅水結果偏小，經驗公式及數學模型計算結果部分接近。根據表2 可以看出工程方案運行時，一分干二支、三分干二支受影響較大，但是整個支渠的壅高均小于0.27m，基本滿足要求。為安全考慮，本次壅高、壅長采用三種方法中的最大值。

表2 沿程壅水統計表 單位：m

3.2 沖刷分析

綜合考慮經驗公式、數學模型和實體模型試驗等結果，計算結果如表3及表4所示，支渠的沖刷水深范圍在3.61～16.56 m。西氣東輸鄭州穿黃工程在灘地段埋于地下12.5 m，西氣東輸灘地段即于三分干下埋設，三分干處地面下最大沖坑深度達7.40 m，遠離西氣東輸埋深，因此，支渠建設引起的沖刷對西氣東輸沒有影響。

表3 灌區沿程水位站沖刷計算結果表 單位：m

表4 灌區倒虹吸沖刷計算結果表 單位：m

輸水干渠跨澇河倒虹吸、干渠跨溫縣子夏大街倒虹吸、干渠跨老蟒河倒虹吸處的沖刷水深分別為6.24 m、9.66 m、10.07 m，需降低以上倒虹吸的管頂高程。保證其最低沖刷線高程低于倒虹吸管頂高程。

4 洪水影響分析評價

4.1 建設項目與相關規劃的關系分析

根據孟州市城市總體規劃和土地利用總體規劃，干渠的建設對其有影響。輸水總干渠不在河道管理范圍內，但建設項目對《黃河流域綜合規劃（2012-2030 年）》中涉及的溫孟灘放淤區規劃有影響。

4.2 防洪標準符合性分析

新建灌區工程等別確定為Ⅰ等，規模為大（1）型，輸水總干渠、支渠及倒虹吸等主要建筑物為3級建筑物，按30年一遇洪水設計。輸水總干渠跨南水北調建筑物級別為1級，按100年一遇洪水設計。防護堤黃河防洪標準為防御10 000 m3/s洪水，《黃河河道管理范圍內建設項目技術審查標準（試行）》的規定，設計洪水除滿足建設項目自身防洪標準外，還應與建設項目所在河段的防洪及水電工程標準協調。經分析，建設項目無法抵御超標準洪水。

4.3 防洪及河勢影響分析

4.3.1 對河道行洪的影響

工程的建設改變了河道的自然面貌，建成后對水流有一定壓縮、阻攔并形成壅水，河道過洪能力不同程度地減小，對下游防洪產生一定影響。

4.3.2 對河勢的影響

隨著河道整治工程的逐步完善，渠道所在河段河勢相對穩定，主流基本上按照現有的規劃流路行進，但由于河勢也受洪水過程影響，所以工程對河勢有一定影響。

4.4 對現有水利工程與設施影響分析

4.4.1 對大堤的影響

此工程總干渠在灘區內分為兩部分：一部分從渠首至中曹坡段，一部分河段從大玉蘭工程下4 km 處到輸水干渠在南平皋村和北平皋村之間上青峰嶺，其中輸水總干渠穿越南水北調部分，支渠于灘區內建設，干支渠建設后最大壅高0.27 m，由于壅水相應地降低了左岸黃河大堤的防洪標準，抬高了水位，對黃河大堤有影響。由于工程的修建增加了退水時間，將會導致黃河大堤浸泡時間變長，對堤坡穩定有一定影響。

4.4.2 對南水北調中線工程的影響

施工期和運行期有可能造成南水北調穿越新蟒河倒虹吸的不均勻沉降，對其安全運行有影響。

5 工程建設影響防治補救措施

5.1 對影響有關規劃采取的措施

工程建設對溫孟灘放淤區規劃的影響，建議在放淤區內留好交通通道，并服從于今后黃河流域規劃修訂、調整、實施的需要。

5.2 項目建設防御洪水的措施

建設單位應每年汛前制定切實、可行的度汛方案，報河務局審批備案，加強員工防汛意識教育。在黃河7-9月份防汛期間，應安排專人與防汛部門保持良好溝通，做好一切度汛措施。當預報黃河出現較大洪峰時，應嚴格按河務部門要求，在洪水到來前，根據預先編制的拆除方案組織拆除阻水建筑，同時組織人員、設備及重要物資等撤離到安全區域。

5.3 減少對河道行洪安全和河勢穩定影響的措施

項目經黃河河務部門審查批準后，應嚴格按審批同意的建設項目、建設規模、位置和走向進行實施，不得隨意變更，項目建設及運營應當服從當地河務部門的監督管理。

5.4 減少現有水利工程與設施影響的措施

5.4.1 堤防工程

在壅水比較明顯的局部進行土石備料的方式進行黃河大堤的防護補救。

5.4.2 南水北調中線工程

建設項目會對南水北調中線工程安全運行產生影響，建設單位應做專項設計報有關單位審批。