巢湖流域防洪新格局方案構建研究

馬玉峰 田 娟

(安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司,安徽 合肥 230000)

1 概 述

巢湖流域面積13545km2,其中巢湖閘上流域面積9186km2,主要入湖支流有南淝河、派河、豐樂河、杭埠河、白石天河、兆河、柘皋河等,均呈放射狀匯入巢湖,經湖泊調蓄后由裕溪河和牛屯河等注入長江;巢湖閘下流域面積4359km2,主要河流有西兆河(西河、兆河)裕溪河、牛屯河等[1-2]。

巢湖流域歷史上水旱災害頻繁,治水任務極為艱巨。新中國成立以來,為治理水旱災害開展了多輪流域防洪規劃。1954年大水后,根據《巢滁皖流域規劃》,陸續建成了巢湖閘、裕溪閘和董鋪水庫、龍河口水庫,開挖了牛屯河分洪道等;1991年大水后,根據1994版防洪規劃,陸續興建了鳳凰頸排灌站、大房郢水庫,拓寬了牛屯河分洪道和西河、兆河,加固了無為大堤和巢湖閘、裕溪閘等;2016年大水后,根據《巢湖流域治理規劃》,加固了環巢湖大堤和南淝河堤防,繼續拓寬牛屯河分洪道,實施杭埠河防洪治理,開工建設神塘河站、鳳凰頸新站等[3],形成了目前的防洪工程布局。

2 現狀存在問題

巢湖流域現狀防洪體系及規模主要由1994版防洪規劃確定,根據大水年1991年的洪水特征調算確定蓄洪圩口大小、進洪水位及排江通道規模。其中巢湖閘上洪水通過巢湖、圩口調蓄,裕溪河、牛屯河自排;西兆河洪水通過東大圩蓄洪,神塘河站和鳳凰頸新、老閘站對江自排抽排相結合方式外排;流域內萬畝以上圩口進洪水位巢湖閘上為12.50m,巢湖閘下為12.00m;萬畝以下圩口進洪水位巢湖閘上為12.00m,巢湖閘下為11.70m,小圩均為自然潰破。基于以上工程,1994版防洪規劃確定了巢湖流域設計洪水位,即巢湖閘上20年一遇水位為12.50m,50年一遇水位為12.75m,100年一遇水位為13.36m[4]。

2020年,受持續強降雨影響,巢湖發生流域性大洪水,同期遭遇長江高水位,7月2—19日,長江水位高于裕溪河閘上水位,巢湖流域洪水不能自排,關門淹長達17天。巢湖忠廟站最高水位13.43m[5](2020年7月22日),突破歷史實測記錄,超100年一遇洪水位(13.36m)0.07m。巢湖流域潰(漫)破及主動分洪圩口共215個,其中千畝以上圩口90個,包括石大圩、蔣口河聯圩、濱湖聯圩、牛廣圩等萬畝以上圩口11個,千畝以下圩口125個[6-7],根據2020年7月15日和27日Sentinel-1A SAR災前和災中影像、安徽省高程和巢湖流域邊界地理信息數據分析結果,巢湖流域內淹沒面積為524.8km2,洪澇災害損失嚴重[8]。

隨著流域內經濟的快速發展和城市人口的快速增長,巢湖流域經濟總量已約占安徽省30%,省會合肥市的GDP已突破1.2萬億元,伴隨迅猛發展的經濟,人與水爭地的矛盾越發強烈,有效蓄洪圩口減小,洪水被逼在外河及湖泊中,導致洪水位居高不下,如遭遇長江高洪水位頂托、入江泄洪通道不暢甚至關閉,巨大超額洪量積滯將導致巢湖、支流水位高漲及大面積破圩,威脅人民群眾的生命財產安全,現狀防洪體系亟須完善。

3 典型年洪水分析

3.1 巢湖洪量分析

巢湖洪量按巢湖閘上、閘下、巢湖流域選取3d、7d、30d、90d四個統計時段,其中7～30d為巢湖洪水控制時段,巢湖最高洪水位就出現在此時段。通過分析,各分區最大30d洪量均以1991年為首,巢湖閘上、閘下,巢湖流域最大7d洪量分別以1991年、2016年及1969年最大,2020年洪量排第四。由于2020年出現了惡劣的江湖遭遇,導致長達17天的洪水無法外排,形成了比1991年、2016年及1969年更多的超額洪量[9],見表1。

表1 巢湖最大洪量分析成果 單位:億m3

3.2 自排水位分析

根據大水年巢湖閘上水位與裕溪閘下長江水位實測資料,分析巢湖的自排條件。建閘前巢湖水位易受江水倒灌影響,水位不具有參考意義,如大水年1954年的高水位為江水倒灌所導致。以建閘后的大水年進行分析,巢湖最高水位以2020年、1991年、2016年較為突出。

1962年巢湖閘建成后,內外水分隔,巢湖閘上歷年最高水位為2020年的13.3m(7月22日忠廟水位13.43m),其次為1991年的12.71m(7月13日忠廟水位12.8m)[10];長江最高水位為12.63m,出現在2020年,其次是1998年,為12.51m。長江汛期洪水位的高低,影響著巢湖流域洪水對江下泄。通過分析,9個大水年中,長江水位低,能完全自排的有3個;長江水位偏高,有機會錯峰自排的有4個;長江水位高,形成“關門淹”無法自排的有2個[11],其中以2020年最為典型,見表2。

表2 巢湖閘上水位與長江水位對比分析 單位:m

3.3 洪水下泄影響因素分析

導致巢湖出現高水位和形成巢湖流域大面積洪災的影響變量較多,主要取決于流域暴雨量級、對江排洪能力、超額洪水滯蓄條件及江水位頂托程度等。通過對歷年受災年份的分析,發現主要影響因素為巢湖流域暴雨量級及相應的長江水位,當巢湖流域暴雨量級(頻率)一定時,則江水位起決定性作用,江水位的高低決定了內部來水能否排出,江水位越低,排洪越暢快,否則就易形成洪水關門淹。相比1991年、2016年、1998等大水年,2020年洪水江湖遭遇更為惡劣,在相同來水條件下,100年一遇2020年型超額洪量為19.8億m3,1991年型超額洪量為14.5億m3,2016年型超額洪量最小,為10.8億m3,2020年型巢湖下泄洪量較1991年、2016年少5億～9億m3左右[12],在巢湖閘上形成了更多的超額洪量,造成了更大的洪澇損失。

4 防洪新格局方案構建

巢湖流域現狀防洪體系以巢湖湖區及周邊圩口蓄洪,結合排洪通道排洪為主,隨著經濟的發展,圩口有效蓄洪量正在逐漸減小,而自排量又取決于復雜的江湖遭遇過程,防洪體系存在很大的不確定性和風險性。對于1991年型巢湖流域洪水,長江水位較低,巢湖流域自排條件較好,造成洪澇災害的主要原因是裕溪河和牛屯河對江排洪河道的泄洪規模較低,通過完善圩口蓄洪設施,擴大泄洪通道可滿足防洪要求。對于2020年型巢湖流域洪水,長江水位漲得快,長時間處于高水位,來水受到長江洪水位頂托難以下泄形成關門淹,為化解2020年型洪水龐大的超額洪量,除了依靠蓄洪容積調蓄和擴大泄洪通道外,還需新建大型對江排洪泵站,構建巢湖流域“蓄洪、自排、抽排”相結合的綜合防洪新格局,共同保障流域防洪安全,見圖1。

圖1 巢湖流域防洪方案布局示意圖

4.1 蓄洪容積

根據實地調查分析現狀蓄洪容積,巢湖閘上可進洪的圩口以小圩為主,可進洪面積為82.0km2,最大進洪量為3.6億m3(13.36m水位);已落實的蓄洪區有8個,合計面積127.6km2,實際測量庫容為4.1億m3(13.36m水位);可進洪圩口及蓄洪區合計蓄洪容積為7.7億m3。蓄洪區設置進、退洪閘,使進洪過程可控且分洪能力顯著提高[13]。

4.2 自排通道

巢湖閘上洪水主要泄洪通道為裕溪河、牛屯河,考慮牛屯河對江自排條件更好[14],重點拓寬裕溪河上段(蟹子口以上計19.0km)及牛屯河通道,擴建沿線巢湖閘等節制閘。根據1991年型洪水完全自排確定泄洪通道規模,根據調算,在閘上蓄洪容積為7.7億m3時,基礎方案裕溪河上段河道底寬需從現狀的80～190m拓寬至265m,巢湖閘需從16孔擴至23孔,后河及牛屯河底寬從現狀的80m拓寬至175m,銅城閘需從11孔擴至12孔,新橋閘需從9孔擴至12孔。

牛屯河在2016年大水之后,按照1000m3/s規模進行擴建,再繼續擴建征地面積及工程量巨大,得勝河為牛屯河擴建的替代方案。得勝河河口位于牛屯河口下游20km處,大水年份得勝河口水位一般低于牛屯河口水位0.5m,排江條件優于牛屯河。通過連通清溪河、得勝河,能起到相同的排洪效果,通過調節計算,得勝河及連通河道設計底寬80m,清溪河現狀河底寬30～70m,得勝河20～40m,需拓寬10～60m,規模較牛屯河方案更小。

自排通道將形成巢湖、裕溪河、德勝河、牛屯河等多條排洪通道的布局,安全系數更高,進一步保障了洪量的下泄。

4.3 對江排洪泵站

在防洪體系自排通道確定之后,需要進一步解決流域因江水位高而無法自排的超額洪量出路問題。根據2020年的江湖遭遇關系進行調算,在巢湖水位達到10.5m而不能自排時開機,需要在裕溪河河口新增800m3/s規模的排洪泵站,如此對2020年型洪水可抽排洪量達12.1億m3,提升巢湖流域主動排洪的能力[15]。

巢湖常水位為8.5～9.0m,水位太低開機,頻率高,減少了自排概率,原本可以自排的洪量通過抽排排出,造成巨大浪費。通過對巢湖閘上和裕溪閘下江水位實測資料的分析,在裕溪閘關閘期間,水位高于10.5m的年份有8個,在巢湖水位繼續上漲的過程中開機抽排,能有效控制巢湖高水位,在防洪的關鍵時刻確保巢湖流域的防洪安全。

4.4 效果評價

巢湖流域洪水通過蓄洪區蓄洪、排洪通道擴建及新建排江泵站,2020年型巢湖100年一遇以下頻率的水位能維持原有水位不變,2020年型200年一遇水位為14.29m,見表3。

表3 2020年典型年巢湖水量平衡

工程建成后對2020年型洪水減少淹沒面積11.1萬畝,減災效益41.4億元。1954年以來計,多年平均減免洪災面積5萬畝,多年平均減災效益18.7億元。工程措施實施后將提高對江外排能力,減少圩口潰破所造成的洪澇災害,提高河道防洪能力,有利于減輕由洪澇災害造成的人民生命財產損失。

5 結 論

巢湖流域2020年型洪水受長江高水位頂托影響,在巢湖閘上形成了更多的超額洪量,較1991年型洪水更為惡劣,洪災影響范圍及經濟損失大。通過對2020年典型年洪水的分析,超額洪量主要通過蓄洪區滯蓄,裕溪河、牛屯河泄洪通道下泄,并提出得勝河分洪道替代牛屯河擴建方案,新建裕溪河排洪泵站共同分泄洪水。得勝河排江條件優于牛屯河,實施方案更為經濟。