河灘地整治工程對潁河阜陽閘水文站影響分析

陳阿朋

(安徽省阜陽水文水資源局，安徽 阜陽 236000)

城市河流是城市生態(tài)平衡的重要因素，是城市的綠色生命線，具有防洪排澇、水路運輸、供應(yīng)水源、娛樂、美化環(huán)境、保持自然生態(tài)等多項功能，對城市生態(tài)建設(shè)具有重要意義[1]。安徽省阜陽市潁河北京路橋至阜陽閘段位于城市中心區(qū)域，該段潁河左堤是淮北大堤的組成部分，同時也是阜陽城市防洪堤，屬于Ⅰ級堤防，目前按潁河20年一遇、淮河干流100年一遇洪水設(shè)防。該段堤防2003年進行了應(yīng)急加固，因居住群眾多，為保護群眾安全，將防洪墻向西調(diào)整約50m。目前防洪墻留有多處缺口，達不到規(guī)定的防洪要求，存在安全隱患。該段左岸灘地有廢棄建筑及油罐等阻水設(shè)施，河灘區(qū)雜草叢生，不僅影響了城市形象，且縮窄了河道行洪斷面，也對下游阜陽閘等跨河建筑物形成安全隱患。因此，亟須實施該段堤防建設(shè)和河灘區(qū)環(huán)境整治工程，修復(fù)區(qū)域水生態(tài)環(huán)境，保障城市防洪安全，實現(xiàn)阜陽市區(qū)潁河優(yōu)質(zhì)水資源、健康水生態(tài)、宜居水環(huán)境、人水和諧的城市河流治理目標[2]。

1 基本情況

阜陽閘水文站建成于1958年6月，位于阜陽市三里灣，為潁河下游控制站，集水面積35246km2，多年平均徑流量40.06億m3。該站屬于國家重要站，一類精度站，主要測驗項目有：水位、流量、輸沙量、降水量、蒸發(fā)量和水質(zhì)等。設(shè)站目的是為防洪、航運、灌溉、供水、水生態(tài)等服務(wù)。

穎河左岸河灘地整治工程范圍為北京路橋至阜陽閘段，長約1360m，寬約80～150m，工程內(nèi)容包括河灘地整治施工綠化和防洪堤加固，開工時間為2021年10月，計劃2023年5月完工。在此區(qū)間內(nèi)，對岸有阜陽閘水文站閘上自記井，自記井距北京路橋1110m，距阜陽閘250m，工程區(qū)域與對岸水位井之間的水面寬約186m。阜陽閘下游有水文站管理房、觀測場、測流測沙斷面等。工程區(qū)域與阜陽閘水文站的位置關(guān)系見圖1。

圖1 工程區(qū)域與阜陽閘水文站的位置關(guān)系

2 評價范圍及對象

2.1 評價范圍

根據(jù)《水文監(jiān)測環(huán)境和設(shè)施保護辦法》，在水文測站上下游各20km(平原河網(wǎng)區(qū)上下游各10km)河道管理范圍內(nèi)，新建、改建、擴建工程影響水文監(jiān)測的，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施，在征得對該水文測站有管理權(quán)限的流域管理機構(gòu)或者水行政主管部門同意后方可建設(shè)[5]。該工程范圍較為明確，區(qū)間并無其他工程及設(shè)施，且施工期間及建成后由于行洪能力的改變，可能也會對閘下游水文監(jiān)測產(chǎn)生一定影響，因此選擇潁河北京路橋—阜陽閘下纜道測流斷面區(qū)間作為本次評價范圍。

2.2 評價對象

根據(jù)現(xiàn)有站網(wǎng)分布情況，評價范圍內(nèi)涉及的站點僅有阜陽閘水文站。工程建設(shè)及運行后，阜陽閘水文站閘上游水位、水質(zhì)等水文測驗項目可能會受到較大影響，因此確定本次評價對象為阜陽閘水文站。

3 洪水影響分析

3.1 斷面流速、含沙量分布分析

潁河經(jīng)不斷的治理疏浚，河流斷面發(fā)生了較大變化，特別是流經(jīng)阜陽城區(qū)的潁河兩岸，堤防堅固，大部分河灘地得到美化綠化，水清岸綠，變成了人水和諧的美麗風(fēng)景帶，是市民休閑鍛煉的好去處。阜陽站上水尺斷面右岸，由原來的居民區(qū)變成了三角洲公園，本次河灘地整治工程位于阜陽站上水尺斷面的左岸，橫斷面屬于窄深河道，閘上水位常年保持在29.00m左右，一是滿足潁河通航的需要，二是為了水生態(tài)的需要。閘上水尺斷面工程位置見圖2。

圖2 閘上水尺斷面工程位置

2021年，受潁河上游鄭州等地暴雨洪水影響，潁河發(fā)生較大洪水，阜陽閘上最高洪水位31.98m，閘下游最高洪水位31.77m，是中華人民共和國成立后潁河繼1975年和1965年之后的第三位洪水位。根據(jù)2021年最大實測流量、輸沙率成果，分析斷面流速和含沙量的分布情況，見圖3。分析表明：當(dāng)潁河發(fā)生大洪水時，阜陽閘閘門提出水面，斷面最大的流速和含沙量出現(xiàn)在左岸側(cè)，與工程同一側(cè)，施工范圍邊界與流量、沙量監(jiān)測斷面距離為0.63～1.99km，距離較近，施工期間和施工后對河道斷面的流速和含沙量分布有一定的影響，需要加大流量和輸沙率測次，分析影響的情況。

圖3 斷面流量、含沙量分布

3.2 壅水分析

堤防內(nèi)灘區(qū)面積14.94萬m2，設(shè)計綠化面積10.78萬m2，其中灌木種植面積5.12萬m2，地被植物(草坪、花、草等)面積5.66萬m2，另有喬木33株，稀疏種植于靠近堤防處。河灘區(qū)種植草坪、花、草等，在高水時對河道壅水會產(chǎn)生一定影響。地被植物對河道壅水產(chǎn)生的影響主要考慮其對灘區(qū)糙率的改變。景觀設(shè)計對該段灘區(qū)地形進行了處理，與填方區(qū)域相比，挖方區(qū)域更加靠近河道側(cè)。

洪水影響分析中，充分考慮地形變化及綠植占用灘區(qū)后對河道橫斷面的影響，對計算橫斷面進行了修正。對潁河北京路橋至阜陽閘段設(shè)計工況下河道泄洪能力進行計算，下邊界水位、河道流量與工程措施實施前保持一致。河道糙率考慮景觀措施對左岸灘區(qū)糙率的影響，安徽省境內(nèi)沙潁河阜陽閘以上灘區(qū)糙率取值為0.0275，本次計算考慮到灌木、地被植物等種植后，會增加該段灘地糙率值，因此參考天然河道洪水期有長草灘區(qū)糙率選取推薦值，該段灘地糙率取值為0.0335。100年一遇工況下工程實施前、后穎河北京路橋至阜陽閘水位對比見表1。

表1 100年一遇工況下工程實施前、后潁河北京路橋至阜陽閘水位對比 單位：m

經(jīng)計算，該工程實施后，100年一遇工況下河道設(shè)計洪水位降低0.002m，未抬高河道水位,對防洪基本沒有影響。

3.3 沖刷與淤積分析

河灘地工程包括阻水高灘切除、平臺整治工程，工程位于潁河左岸灘面上。該段河流順直，河床由砂土構(gòu)成，易沖淤，考慮到河槽底部形態(tài)及河道流態(tài)基本未發(fā)生變化，僅對位于灘面的切灘、整治平臺臨水側(cè)邊坡進行抗沖刷分析。

根據(jù)《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項目防洪評價報告編制導(dǎo)則》(SL/T 808—2021)，平順護岸沖刷深度計算公式如下:

(1)

(2)

式中：Hs為局部沖刷深度,m；H0為沖刷處的水深,m；U為近岸垂線平均流速,m/s；Ucp為近岸垂線平均流速,m/s；UC為泥沙起動流速，m/s；n與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取n=1/4～1/6，本次取0.20；η為水流流速分配不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流向與岸坡交角α查表取1.0。

依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)，順壩及平順護岸沖刷深度計算結(jié)果如下：局部沖刷深度為0.35～0.52m。阻水高灘地切灘后，坡面裸露，據(jù)地質(zhì)勘探報告揭露，切灘面分布有輕粉質(zhì)壤土層，受水流沖刷，易坍塌滑坡；整治平臺迎水側(cè)河勢開闊，風(fēng)浪較大，易對整治平臺外坡面產(chǎn)生淘刷破壞。工程設(shè)計已考慮30.00m高程(常水位)以下坡面的生態(tài)混凝土預(yù)制塊防護措施，建議結(jié)合臺(坡)面排水對30.00m高程以上的外坡面進行必要的防護。

4 水文監(jiān)測影響分析

4.1 對測驗環(huán)境的影響

根據(jù)《水文監(jiān)測環(huán)境和設(shè)施保護辦法》，水文監(jiān)測河段周圍環(huán)境保護范圍為：沿河縱向以水文基本監(jiān)測斷面上下游各一定距離為邊界，不少于500m，不大于1000m；沿河橫向以水文監(jiān)測過河索兩岸固定建筑物外20m為邊界，或者根據(jù)河道管理范圍確定；水文監(jiān)測設(shè)施周圍環(huán)境保護范圍，以監(jiān)測場地周圍30m、其他監(jiān)測設(shè)施周圍20m為界。

灘區(qū)整治工程不在阜陽閘水文站水文測驗河段保護范圍內(nèi)。但由于灘區(qū)整治對潁河左岸灘地進行挖方、填方施工等，勢必會對潁河水流產(chǎn)生擾動，同時致使河道含沙量增加，可能會進一步加劇了潁河兩岸沖淤變化，對阜陽閘水文站閘上水位井安全產(chǎn)生一定影響。工程建設(shè)后增大了閘上游河段的行洪能力，會對阜陽閘水文站閘上水位井測驗等產(chǎn)生一定影響，導(dǎo)致已率定的水位-流量關(guān)系發(fā)生變化。

4.2 對測驗設(shè)施的影響

阜陽閘水文站水文監(jiān)測設(shè)施，包括水文站站房、觀測場、通信設(shè)施、水位自記井、纜道房、觀測道路等，均分布于潁河南北三角洲公園內(nèi)。

工程實施過程中，由于水流擾動，對閘上自記水位井進水口結(jié)構(gòu)安全可能造成一定影響。同時，現(xiàn)狀附近河段兩岸沖刷較為明顯，工程建成后，進一步擴大了閘上游河段行洪能力及水流流態(tài)的變化，進一步加劇了兩岸沖淤變化，使河道含沙量增加，可能會對自記井的安全產(chǎn)生一定影響，導(dǎo)致進水口淤積。

站房位于阜陽閘下約260m處，工程建設(shè)和施工僅在阜陽閘上段，不會對其產(chǎn)生直接影響。觀測場緊鄰站房布置，目前有降水、蒸發(fā)觀測，工程施工也不會對其產(chǎn)生影響。

4.3 對水文要素監(jiān)測的影響分析

4.3.1 對水位監(jiān)測的影響

由壅水計算結(jié)果可知，工程建設(shè)后，會引起局部河段水位變化，在遭遇100年一遇設(shè)計洪水時，工程區(qū)間河道設(shè)計洪水位降低0～0.002m。因此，本工程建成后對閘上水位觀測會產(chǎn)生一定影響。另外，工程施工會造成自記井進水口附近含沙量增加，導(dǎo)致進水口淤積，施工完成后，河道含沙量恢復(fù)正常，這種影響不再存在。

4.3.2 對流量監(jiān)測的影響

現(xiàn)狀流量測驗采用走航式聲學(xué)多普勒流速剖面儀(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)和纜道流速儀測流，以流速儀為主。阜陽閘水文站深孔淹孔、淺孔由孔、淺孔深孔、淺孔由堰均用系數(shù)線推流，每年按系數(shù)線相關(guān)因素的高、中、低部各校測2～3次。一般枯水年測流20次左右，豐水年測流80次左右，出現(xiàn)沒有定線的流態(tài)測次則更多。

工程全部集中在阜陽閘上區(qū)間，現(xiàn)狀阜陽閘水文站測流斷面位于閘下627m處，工程建設(shè)期間和建成后，對流量監(jiān)測斷面的垂線流速有一定影響，破壞了已率定好的部分流態(tài)的流量系數(shù)關(guān)系。

4.3.3 對降水量、蒸發(fā)量觀測的影響

工程位于阜陽閘上，不在水文監(jiān)測設(shè)施環(huán)境保護范圍內(nèi)，不會對降水量、蒸發(fā)量觀測產(chǎn)生影響。

4.3.4 對懸移質(zhì)泥沙測驗的影響

阜陽閘水文站歷年單斷沙關(guān)系為1 ∶1，一般每年測單沙120次左右，輸沙頻次為6次左右。工程建設(shè)期間以及建成后，對泥沙監(jiān)測斷面的含沙量分布有一定影響，需要重新率定單沙斷沙關(guān)系，泥沙測驗需要增加測次。

4.3.5 對水質(zhì)監(jiān)測的影響

阜陽閘水文站所在的水功能區(qū)為潁河阜陽排污控制區(qū)，目前承擔(dān)1個監(jiān)測斷面(每月一次)的監(jiān)測任務(wù)，位于阜陽潁河閘橋上。項目實施過程中，需要進行局部的開挖、填方等施工，大型機器施工會產(chǎn)生臨時性的廢油、廢土、廢渣以及生活污水，可能會對河段水質(zhì)產(chǎn)生影響。工程施工期和完工后，均應(yīng)增加水質(zhì)監(jiān)測頻次。

5 水文監(jiān)測補救措施及工程設(shè)計建議

5.1 水文監(jiān)測補救措施

工程建設(shè)期間及建成后，會對阜陽閘水文站現(xiàn)有的觀測項目產(chǎn)生一定影響，需要針對其影響實施補救措施。水文監(jiān)測補救措施分為工程措施和非工程措施。

a.工程措施主要有河道兩岸護坡、護岸，閘上水位井進水口清淤，新增走航式ADCP及配套設(shè)施等。

b.非工程措施主要有分析測站來水、來沙條件和特性變化，預(yù)報方案修訂，資料分析等。

5.2 河灘地工程設(shè)計建議

鑒于傳統(tǒng)的河流景觀設(shè)計僅停留在景觀的一般美學(xué)意義上，而忽略了河流的自然性、生態(tài)性，使得河流的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降[3]。在進行河灘地整治設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)重新審視河流這一寶貴資源，勇于探索，敢于創(chuàng)新，以新的理念規(guī)劃和設(shè)計城市河流景觀[4]。滿足安全性、自然性、生態(tài)性、觀賞性、親水性、文化性六個方面的功能[5]。工程設(shè)計和建設(shè)單位應(yīng)與水利和園林規(guī)劃部門加強聯(lián)系和溝通，使?jié)}河左岸河灘地整治工程與三角洲公園整體設(shè)計相融合，保證阜陽閘水文站資料的連續(xù)性以及防汛工作的正常開展。

6 結(jié) 語

通過潁河灘區(qū)整治工程對阜陽閘水文站水文監(jiān)測的影響分析，提出了水文監(jiān)測的影響及補救方案，充實了工程建設(shè)可行性論證中的水文部分內(nèi)容；工程建設(shè)對水文站現(xiàn)有的觀測方案影響較小；建設(shè)期間會造成自記井進水口附近含沙量增加，導(dǎo)致進水口淤積，需增加清淤頻次；建議增加1套走航式ADCP進行流量測驗，加強單斷沙關(guān)系線和流量系數(shù)線的率定工作；實時監(jiān)視河段水質(zhì)變化。同時，提出了河灘地整治工程在保證城市防洪安全的同時，要借鑒發(fā)達地區(qū)河流生態(tài)建設(shè)先進經(jīng)驗，用新的理念規(guī)劃和設(shè)計城市河流景觀，給人們提供舒適的休閑娛樂空間，以滿足人們精神、文化等多方面的需求。