崔瑞紅

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

汾河流域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃水域（濕地）防洪分析

崔瑞紅

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

規(guī)劃階段防洪評價所起的作用，是保證從起始階段把握工程的防洪影響，從而對工程項目后期的可研和初設(shè)提出切實可行的防洪措施，盡量消除工程對河道防洪的不利影響。以汾河生態(tài)修復(fù)規(guī)劃的防洪評價為例，探討項目規(guī)劃階段防洪影響評價的主要因素。

汾河干流；生態(tài)修復(fù)；防洪評價

1 工程概況

汾河是黃河一級支流，是山西省境內(nèi)的第一大河，發(fā)源于寧武縣管涔山，流經(jīng)忻州、太原、晉中、呂梁、臨汾和運城6市，在萬榮縣榮河鎮(zhèn)廟前村匯入黃河，全長716km，流域面積39471km2。

汾河流域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃水域（濕地）通過對汾河干、支流重點河段蓄水以及汾河干流大堤外側(cè)低洼灘涂、魚塘、沙坑等進(jìn)行整理，修建一批能調(diào)蓄徑流的“珍珠狀”水域，蓄滯洪水，充分利用雨洪資源，使洪水資源化，達(dá)到重建河流水系、抬升地下水位、凈化水質(zhì)、改善水生態(tài)環(huán)境、增加漁業(yè)養(yǎng)殖及豐富水生植物等目的。

該規(guī)劃包括汾河流域河道內(nèi)恢復(fù)水域（濕地）73km2，河道外93km2，共恢復(fù)和建設(shè)水域166km2，修建閘壩69座。

2 蓄水區(qū)河道行洪能力評價

2.1 設(shè)計洪水

本次計算各區(qū)間設(shè)計洪水根據(jù)所在位置選用相近參證站設(shè)計洪峰控制。

2.2 壅水分析計算

2.2.1 壅水分析方法

閘壩水力計算采用寬頂堰堰流流量計算公式：

式中：b——每孔凈寬，m；

n——閘孔孔數(shù)，個；

H——包括行進(jìn)流速水頭的堰前水頭，m；

m——自由溢流的流量系數(shù)；

σc——側(cè)收縮系數(shù)，無收縮，取1；

σs——淹沒系數(shù)，自由出流，取1。

2.2.2 計算工況

工況一：閘壩建設(shè)前，采用無底坎堰流流量公式計算河道洪水位。

工況二：閘壩建設(shè)后，采用有底坎堰流流量公式計算，底坎高20cm，進(jìn)口邊緣為直角。

2.2.3 計算成果及分析

從69座閘壩中選取典型閘壩斷面，共選取12個典型斷面，計算河道發(fā)生設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)洪水時閘壩工程建設(shè)前、后河道水位的變化。經(jīng)計算，閘壩工程建設(shè)后，遭遇河道設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)洪水，閘壩塌壩運行時，閘壩斷面最大壅水高度范圍為0.19～0.24m。閘壩建設(shè)對河道行洪有影響，但影響不大。

2.3 壅水后河道行洪能力分析

規(guī)劃在堤外新建蓄滯洪區(qū)，每個計算閘壩處堤外均有1～3塊濕地。洪水來臨時，穿堤涵閘打開，堤外濕地可蓄滯一部分洪水，可消除閘壩產(chǎn)生的壅水影響。

綜上所述，堤外蓄滯洪區(qū)可消除閘壩壅水的不利影響，工程總體對河道行洪能力沒有不利影響。

3 生物措施對河道行洪能力影響

從汾河干流中游段和下游段各選取一段河道，其中，中游段選取文水縣貫家堡8號閘壩—祁縣邢家堡9號閘壩，共2.3km；下游段選取襄汾—曲沃段的萬王閘壩—永固鄉(xiāng)閘壩，共4.3km。

根據(jù)植被在灘地種植面積比例分別為全灘、1/2、1/3、1/4和1/5，與無植被的洪水位進(jìn)行比較，水位分別增加約1.5m，0.6m，0.4m，0.3m和0.2m以上，說明河灘種植植被面積對行洪有影響。

河灘植被對糙率的影響因素有植物密度、高度和種類，為減小對洪水的影響，建議河灘種植植物的面積不大于河灘面積的1/5，植株高度較低，遇洪水容易倒伏的品種，以確保河道行洪安全，并為河灘設(shè)置景觀。

4 工程管理及調(diào)度措施

4.1 建立和完善流域水情測報系統(tǒng)

充分利用現(xiàn)有水文站網(wǎng)，建立完善汾河流域水情測報系統(tǒng)，為生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)在防汛搶險和洪水利用方面提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

4.2 堤內(nèi)閘壩的調(diào)度運行原則

工程實施后，汾河干流上局部將形成連續(xù)壅水工程，閘壩的運行調(diào)度方式將對河道行洪安全具有重要影響，為消除閘壩啟閉運行對河道行洪安全的影響和避免造成的人工洪水，閘壩的調(diào)度運行管理應(yīng)考慮以下因素。

4.2.1 塌壩時機(jī)

閘壩塌壩后洪水潰壩過程與蓄水量、壩長、壩前水深有關(guān)，本次選用了中下游段相鄰兩閘壩間距較短或上游閘壩蓄水量較大兩種典型情況進(jìn)行分析。經(jīng)篩選，汾河運城段新絳6號壩—稷山1號壩—稷山2號壩—稷山3號壩此段閘壩蓄水量最大，臨汾段洪洞的石止壩—石南壩—馬牧鄉(xiāng)壩閘壩間距最短。

一是蓄水量最大。若新絳6號閘與稷山1號閘同時塌壩放水，新絳6號閘塌壩后洪水傳播至稷山1號閘壩壩址，潰壩流量過程發(fā)生疊加，疊加后最大洪峰低于稷山1號潰壩時瞬時最大洪峰流量，說明兩壩同時放水，新絳6號閘壩塌壩放水對稷山1號閘壩運行影響不大。若新絳6號、稷山1號及稷山2號閘壩同時塌壩放水，新絳6號、稷山1號閘壩塌壩后洪水傳播至稷山2號閘壩壩址，潰壩流量過程發(fā)生疊加，疊加后最大洪峰低于稷山2號潰壩時瞬時最大洪峰流量，說明三壩同時放水，盡管新絳6號閘壩、稷山1號閘壩蓄水量較大，但由于壩間距離較遠(yuǎn)，新絳6號閘壩、稷山1號閘壩塌壩放水對稷山2號閘壩運行影響不大。

二是閘壩間距最短。假設(shè)閘壩設(shè)計蓄水位為灘地以上1m，若石止壩與石南壩同時塌壩放水，石止閘壩塌壩后洪水傳播至石南壩址，與石南壩址潰壩流量過程發(fā)生疊加，疊加后最大洪峰高于石南潰壩時瞬時最大洪峰流量，說明兩壩同時放水，由于壩間距離較近，石止閘壩塌壩放水對石南閘壩運行有影響。若石止壩、石南壩、馬牧鄉(xiāng)閘壩同時塌壩放水，石止壩、石南塌壩后洪水傳播至馬牧鄉(xiāng)壩址，與馬牧鄉(xiāng)壩址潰壩流量過程發(fā)生疊加，疊加后最大洪峰與馬牧鄉(xiāng)潰壩時瞬時最大洪峰流量900m3/s接近，說明三壩同時放水，石止壩、石南閘壩塌壩放水對馬牧鄉(xiāng)閘壩運行有影響。

因此，閘壩塌壩時機(jī)和塌壩順序?qū)﹂l壩的安全運行非常關(guān)鍵，建議在設(shè)計階段詳細(xì)研究閘壩塌壩運行調(diào)度機(jī)制，并與山西省防汛報訊系統(tǒng)對接，建立有效的數(shù)據(jù)通訊，建立汾河流域洪水預(yù)報模型和系統(tǒng)，為工程的調(diào)度提供較為可靠的依據(jù)，保證洪水到來前為各閘壩的塌落操作留有較為充裕的時間。

4.2.2 閘壩運行方式

本次選用6個閘壩處典型斷面進(jìn)行分析計算，汾河主槽寬度中游一般在60～80m，下游在80～100m左右，主槽過水面積占整個河道斷面行洪面積的3.7%～16%，所占比例較小，因此，主槽蓄水對汛期河道行洪影響不大，且堤外規(guī)劃滯洪區(qū)適當(dāng)分洪，可消除主槽蓄水造成的影響，同時也有利于減少泥沙淤積。因此為保證河道行洪安全，實現(xiàn)有效利用洪水的目的，建議閘壩汛期采用低水位運行，即主槽蓄水，灘面不蓄水，非汛期全斷面蓄水運行方式。

4.3 蓄滯洪區(qū)濕地穿堤進(jìn)水涵閘和排水涵閘調(diào)度

4.3.1 進(jìn)水涵閘調(diào)度

蓄滯洪區(qū)濕地進(jìn)水涵閘啟閉時機(jī)根據(jù)河段水位控制。設(shè)計階段根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水分析規(guī)劃工程實施后的設(shè)計洪水位，并確定河段緊急水位。當(dāng)?shù)虄?nèi)水位超過緊急水位后開啟堤外濕地蓄滯洪區(qū)的進(jìn)水閘分流汾河堤內(nèi)洪水，最大限度地發(fā)揮蓄滯洪區(qū)的蓄滯洪量和削減洪峰的作用。

根據(jù)水情測報系統(tǒng)的監(jiān)測預(yù)報，當(dāng)?shù)虄?nèi)洪水下降至安全水位，在考慮上下游流域的水情條件下關(guān)閉進(jìn)水閘，減小堤外的洪災(zāi)損失。

4.3.2 排水涵閘調(diào)度

排水涵閘的開啟和關(guān)閉根據(jù)堤內(nèi)水位和水情測報的監(jiān)測預(yù)報確定。當(dāng)流域預(yù)報有較大洪水發(fā)生時，開啟排水涵閘提前降低堤外濕地蓄滯洪區(qū)的水位，并在洪水到達(dá)該河段前關(guān)閉，最大限度增加蓄滯洪區(qū)的容量。當(dāng)?shù)虄?nèi)洪水下降至安全水位，在考慮上下游流域的水情條件下開啟排水涵閘，直至蓄滯洪區(qū)水位降落到設(shè)計水位。

5 泥沙淤積

汾河干流的泥沙主要來自于支流，上游段由于有汾河水庫和汾河二庫，泥沙含量較小，中下游有眾多支流匯入，水沙呈沿河程增加的趨勢，多年平均含沙量晉中段約15～16kg/m3，臨汾段約12～19kg/m3，運城段由于支流少，下降到13kg/m3。

因此，工程實施后，69座閘壩壩前壅高蓄水，在未塌壩運行的情況下，堤內(nèi)蓄水區(qū)及堤外蓄滯洪區(qū)均以淤積為主，尤其是汛期泥沙含量較高，如果高水位運行，泥沙淤積將會很嚴(yán)重，因此，為減少泥沙淤積，汛期低水位運行，只在主槽蓄水，滿足生態(tài)要求。此外，汾河分洪進(jìn)入堤防外蓄滯洪區(qū)，洪水所挾泥沙也將淤積在蓄滯洪區(qū)內(nèi)，長期以往將影響蓄滯洪區(qū)的蓄洪能力，建議設(shè)計階段詳細(xì)研究及時放淤沖沙的調(diào)度方式。

6 結(jié)論及建議

6.1 結(jié)論

閘壩工程建設(shè)后產(chǎn)生壅水，對河道行洪有影響，堤外蓄滯洪區(qū)對行洪的滯洪作用可消除閘壩建設(shè)、灘面植被產(chǎn)生壅水的不利影響，工程總體對河道行洪能力無影響。

閘壩采用汛期低水位運行即主槽蓄水，灘面不蓄水，非汛期全斷面蓄水運行方式?？刂崎l壩調(diào)度方式和塌壩時也不會造成人工洪水。合理實施蓄滯洪區(qū)調(diào)度運行將顯著增加對河道的滯洪作用。堤內(nèi)植物間距及植株高度對河床糙率影響較大，會影響行洪。河道淤積在一定程度上將改變現(xiàn)狀河道斷面，建議及時放淤沖沙、穩(wěn)定河勢。

6.2 建議

設(shè)計階段研究閘壩開啟時機(jī)及調(diào)度方式，設(shè)計階段研究穿堤建筑物布置方式及施工方式，并確定蓄滯洪區(qū)進(jìn)、出水閘的啟閉條件及時機(jī)。

設(shè)計階段研究并確定合理的植物間距及植株高度，建議種植株高較低、遇洪水容易倒伏的品種，且種植株距應(yīng)較大，植被要稀疏。

設(shè)計階段論證堤內(nèi)蓄水及堤外濕地建設(shè)對堤防浸沒安全影響。

TV877 ［

］C ［

］1004-7042（2016）07-0014-02

崔瑞紅（1982-），女，2007年畢業(yè)于河海大學(xué)水文學(xué)及水資源專業(yè)，工程師。

2016-05-05；

2016-06-11