取水擴建工程對防洪安全影響分析

鄒 磊

（霍邱縣河道管理中心，安徽 六安 237400）

0 引言

淮河是我國洪澇災害最為嚴重的流域之一，隨著淮河流域經濟社會的快速發展，加快提升洪澇災害防御能力，穩定流域經濟社會發展大局具有極端重要性。取水工程是完善城鎮供水系統、提升地區供水能力的重要舉措，但其建設地點和形式受自然條件和環境影響甚大，且工程內容龐雜，受到堤防保護等因素制約。因此，如何在建設取水工程的同時保障防洪安全，是有待探究的重要問題。

本文以霍邱縣城西湖鄉的自來水廠取水擴建工程為例，通過收集、整理和查勘評價區域水利規劃、地物、地貌、水文、野外河道勘測等資料，參照歷年實測水文資料及已有的規劃研究成果，進行了水文分析計算，并利用HH-Slope1.2 和水工結構分析系統Autobank5.6 進行了堤防岸坡和滲流穩定分析計算，發現自來水廠取水工程取水管道經拖拉管施工后均埋入堤防頂以下1.0m 附近，對堤防頂道路交通、防汛搶險與管理維修等方面基本無影響。分析結果對取水工程的防洪安全提供了有益借鑒。

1 工程概況

霍邱縣城西湖鄉自來水廠取水工程位于淮河中游，左岸為邱家湖行洪區，右岸為城西湖行洪區。浮船斷面上游500m、下游3000m 范圍較順直。浮船斷面右岸上游約23.4km 處為城西湖閘，右岸上游約14.3km 處為潤河集水文站，下游7.42km 處為臨淮崗閘控制工程。

霍邱縣城西湖鄉自來水廠屬農村飲水安全工程，主要建設目的是增加取水、制水和供水能力，提高供水保證率和供水范圍。取水工程位于霍邱縣城西湖鄉陳嘴村附近。原浮筒取水管道（DN250）與自由升降式取水浮船位于淮河右岸，其斷面距離臨淮崗閘上7.42km 處。擴建后的取水管道（DN355）穿堤斷面位于臨淮崗閘上7.28km，位于原浮筒取水管道斷面下游140m 處。

2 水文分析計算

淮河流域的行蓄洪區分為行洪區、蓄洪區和滯洪區三類。淮河干流行洪區的調整具有明顯的經濟、社會和環境效益。行洪區調整后，正陽關以上段行洪區使用前河道灘槽泄量為7000m3/s，約為10 年一遇；正陽關～渦河口段行洪區使用前河道灘槽泄量為7000m3/s，約為10～20 年一遇；渦河口下游段行洪區使用前河道灘槽泄量為10500m3/s，約為20 年一遇，淮河干流中游在遇中等洪水，河道灘槽泄量可基本滿足防洪要求。

根據上述規劃演算成果，當遇10 年一遇洪水時，將啟用蒙洼、南潤段、邱家湖、姜唐湖四處行蓄洪區；當遇20 年一遇洪水時，將啟用蒙洼、南潤段、邱家湖、姜唐湖、城東湖、城西湖、董峰湖、瓦埠湖、湯漁湖、荊山湖、花園湖等11 處行蓄洪區；當遇50 年一遇及以上洪水時，淮干12 處行蓄洪區將全部啟用，并啟用臨淮崗洪水控制工程、懷洪新河控制工程。淮河干流行洪區規劃基本情況見表1。

表1 淮河干流行洪區規劃基本情況表

根據《淮河流域綜合規劃（2012—2030）》，淮鳳集～洪河口防洪標準為20 年一遇，河道設計泄洪能力為7000m3/s。淮河中游防洪標準為20 年一遇，正陽關以下淮北大堤保護區和沿淮重要工礦城市防洪標準為100 年一遇。河道設計泄洪能力洪河口～史河口為7400m3/s，史河口～正陽關為9400m3/s，正陽關～渦河口為10000m3/s，渦河口以下為13000m3/s。淮河干流主要控制點設計防洪水位淮鳳集36.92m，淮濱32.50m，王家壩29.20m，正陽關26.40m，渦河口23.39m，吳家渡22.48m，浮山18.35m。淮河干流上中游河道規劃指標見表2。

表2 淮河干流上中游河道規劃指標表

由表2 可知，王家壩～正陽關設計泄洪為7400～9400m3/s，當上游來水流量超過上述范圍時，將啟用相關蓄洪區蓄水。本項目取水工程斷面位于王家壩以下85.1km 處，通過上述內插得出，取水工程斷面設計流量為8500m3/s，設計水位為27.65m。

3 滲流穩定和岸坡穩定計算

本文采用HH-Slope1.2 軟件計算穩定性，并采用水工結構分析系統Autobank5.6 對水工建筑物進行詳細的分析計算。HH-slope 軟件按照《碾壓式土石壩設計規范》和《堤防工程設計規范》規定的方法、工況進行編制，公式取自上述規范以及一般土工計算參考書。

3.1 滲流穩定計算

根據地質報告推薦的各巖土層的主要物理力學指標，對霍邱縣城西湖鄉自來水廠取水工程取水管道穿堤斷面右岸堤防（2 級）進行滲流穩定計算，計算工況取項目施工完成后，實施封閉灌漿后設計水位（27.65m）運行穩定期。

經滲流場分析，管道穿堤斷面右岸堤防單寬滲流量為1.92×10-6m3/s，右岸堤防斷面最大水力坡降為0.32，右岸最大水力坡降均未超過容許水力坡降（0.50），右岸出逸高度均位于下游坡腳附近，滲透穩定滿足要求。

3.2 岸坡穩定計算

岸坡穩定系數Fs計算結果匯總見表3，該表包含了剖面的最小安全系數的計算結果。經計算，穿堤管壁四周實施水泥灌漿密封后，2 級堤防穿堤斷面設計水位（27.65m）運行工況下穩定安全系數滿足堤防設計規范要求。

表3 項目取水管道穿堤右岸斷面岸坡穩定系數Fs 計算結果匯總表

4 結論與建議

根據河段河床質組成對河段進行分析，霍邱縣城西湖鄉自來水廠取水工程附近河段屬穩定性河段。通過水文分析計算，并進行了堤防岸坡和滲流穩定分析計算，發現取水工程取水管道經拖拉管施工后均埋入堤防頂以下1.0m 左右，對堤防頂道路交通、防汛搶險與管理維修等方面基本無影響。

在對堤防安全與穩定影響的防治方面，本項目采用拖拉管方式進行取水管道的穿堤，由于穿堤過程中，管壁四周與堤防存在一定空隙，因此，針對本項目開槽穿堤對堤防安全存在的隱患，建議拖拉穿堤后，管道四周與堤身空隙應及時采用水泥噴漿封閉，出入口應采用水泥漿封閉，以確保堤防安全。管道主體工程完成后，應及時恢復堤頂道路等建設。

在對岸坡與河勢穩定影響的防治方面，針對浮船旋臂固定樁固定于右岸迎水坡坡腳附近，為抵御洪水對浮船的沖擊力，工程建設與運行對河勢與岸坡穩定產生一定影響，故建議在旋臂固定樁斷面上游10m、下游10m 范圍內的右岸河堤迎水坡實施現澆混凝土護砌，以確保岸坡與河勢穩定。

此外，建設單位應制定切實可行的度汛方案，確保安全度汛。盡量將施工期安排在非汛期，汛期來臨前清理河道附近施工區一切臨時建筑物、施工器材等。施工期間，嚴禁施工器材及物料侵入淮河河道，以確保河道原有防洪標準。施工期間要注意上下游雨水情發展，做好防洪預案，確保安全度汛■