汾河流域生态修复规划水域（湿地）防洪分析

崔瑞红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

汾河流域生态修复规划水域（湿地）防洪分析

崔瑞红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

规划阶段防洪评价所起的作用，是保证从起始阶段把握工程的防洪影响，从而对工程项目后期的可研和初设提出切实可行的防洪措施，尽量消除工程对河道防洪的不利影响。以汾河生态修复规划的防洪评价为例，探讨项目规划阶段防洪影响评价的主要因素。

汾河干流；生态修复；防洪评价

1 工程概况

汾河是黄河一级支流，是山西省境内的第一大河，发源于宁武县管涔山，流经忻州、太原、晋中、吕梁、临汾和运城6市，在万荣县荣河镇庙前村汇入黄河，全长716km，流域面积39471km2。

汾河流域生态修复规划水域（湿地）通过对汾河干、支流重点河段蓄水以及汾河干流大堤外侧低洼滩涂、鱼塘、沙坑等进行整理，修建一批能调蓄径流的“珍珠状”水域，蓄滞洪水，充分利用雨洪资源，使洪水资源化，达到重建河流水系、抬升地下水位、净化水质、改善水生态环境、增加渔业养殖及丰富水生植物等目的。

该规划包括汾河流域河道内恢复水域（湿地）73km2，河道外93km2，共恢复和建设水域166km2，修建闸坝69座。

2 蓄水区河道行洪能力评价

2.1 设计洪水

本次计算各区间设计洪水根据所在位置选用相近参证站设计洪峰控制。

2.2 壅水分析计算

2.2.1 壅水分析方法

闸坝水力计算采用宽顶堰堰流流量计算公式：

式中：b——每孔净宽，m；

n——闸孔孔数，个；

H——包括行进流速水头的堰前水头，m；

m——自由溢流的流量系数；

σc——侧收缩系数，无收缩，取1；

σs——淹没系数，自由出流，取1。

2.2.2 计算工况

工况一：闸坝建设前，采用无底坎堰流流量公式计算河道洪水位。

工况二：闸坝建设后，采用有底坎堰流流量公式计算，底坎高20cm，进口边缘为直角。

2.2.3 计算成果及分析

从69座闸坝中选取典型闸坝断面，共选取12个典型断面，计算河道发生设防标准洪水时闸坝工程建设前、后河道水位的变化。经计算，闸坝工程建设后，遭遇河道设防标准洪水，闸坝塌坝运行时，闸坝断面最大壅水高度范围为0.19～0.24m。闸坝建设对河道行洪有影响，但影响不大。

2.3 壅水后河道行洪能力分析

规划在堤外新建蓄滞洪区，每个计算闸坝处堤外均有1～3块湿地。洪水来临时，穿堤涵闸打开，堤外湿地可蓄滞一部分洪水，可消除闸坝产生的壅水影响。

综上所述，堤外蓄滞洪区可消除闸坝壅水的不利影响，工程总体对河道行洪能力没有不利影响。

3 生物措施对河道行洪能力影响

从汾河干流中游段和下游段各选取一段河道，其中，中游段选取文水县贯家堡8号闸坝—祁县邢家堡9号闸坝，共2.3km；下游段选取襄汾—曲沃段的万王闸坝—永固乡闸坝，共4.3km。

根据植被在滩地种植面积比例分别为全滩、1/2、1/3、1/4和1/5，与无植被的洪水位进行比较，水位分别增加约1.5m，0.6m，0.4m，0.3m和0.2m以上，说明河滩种植植被面积对行洪有影响。

河滩植被对糙率的影响因素有植物密度、高度和种类，为减小对洪水的影响，建议河滩种植植物的面积不大于河滩面积的1/5，植株高度较低，遇洪水容易倒伏的品种，以确保河道行洪安全，并为河滩设置景观。

4 工程管理及调度措施

4.1 建立和完善流域水情测报系统

充分利用现有水文站网，建立完善汾河流域水情测报系统，为生态修复系统在防汛抢险和洪水利用方面提供强有力的技术支撑。

4.2 堤内闸坝的调度运行原则

工程实施后，汾河干流上局部将形成连续壅水工程，闸坝的运行调度方式将对河道行洪安全具有重要影响，为消除闸坝启闭运行对河道行洪安全的影响和避免造成的人工洪水，闸坝的调度运行管理应考虑以下因素。

4.2.1 塌坝时机

闸坝塌坝后洪水溃坝过程与蓄水量、坝长、坝前水深有关，本次选用了中下游段相邻两闸坝间距较短或上游闸坝蓄水量较大两种典型情况进行分析。经筛选，汾河运城段新绛6号坝—稷山1号坝—稷山2号坝—稷山3号坝此段闸坝蓄水量最大，临汾段洪洞的石止坝—石南坝—马牧乡坝闸坝间距最短。

一是蓄水量最大。若新绛6号闸与稷山1号闸同时塌坝放水，新绛6号闸塌坝后洪水传播至稷山1号闸坝坝址，溃坝流量过程发生叠加，叠加后最大洪峰低于稷山1号溃坝时瞬时最大洪峰流量，说明两坝同时放水，新绛6号闸坝塌坝放水对稷山1号闸坝运行影响不大。若新绛6号、稷山1号及稷山2号闸坝同时塌坝放水，新绛6号、稷山1号闸坝塌坝后洪水传播至稷山2号闸坝坝址，溃坝流量过程发生叠加，叠加后最大洪峰低于稷山2号溃坝时瞬时最大洪峰流量，说明三坝同时放水，尽管新绛6号闸坝、稷山1号闸坝蓄水量较大，但由于坝间距离较远，新绛6号闸坝、稷山1号闸坝塌坝放水对稷山2号闸坝运行影响不大。

二是闸坝间距最短。假设闸坝设计蓄水位为滩地以上1m，若石止坝与石南坝同时塌坝放水，石止闸坝塌坝后洪水传播至石南坝址，与石南坝址溃坝流量过程发生叠加，叠加后最大洪峰高于石南溃坝时瞬时最大洪峰流量，说明两坝同时放水，由于坝间距离较近，石止闸坝塌坝放水对石南闸坝运行有影响。若石止坝、石南坝、马牧乡闸坝同时塌坝放水，石止坝、石南塌坝后洪水传播至马牧乡坝址，与马牧乡坝址溃坝流量过程发生叠加，叠加后最大洪峰与马牧乡溃坝时瞬时最大洪峰流量900m3/s接近，说明三坝同时放水，石止坝、石南闸坝塌坝放水对马牧乡闸坝运行有影响。

因此，闸坝塌坝时机和塌坝顺序对闸坝的安全运行非常关键，建议在设计阶段详细研究闸坝塌坝运行调度机制，并与山西省防汛报讯系统对接，建立有效的数据通讯，建立汾河流域洪水预报模型和系统，为工程的调度提供较为可靠的依据，保证洪水到来前为各闸坝的塌落操作留有较为充裕的时间。

4.2.2 闸坝运行方式

本次选用6个闸坝处典型断面进行分析计算，汾河主槽宽度中游一般在60～80m，下游在80～100m左右，主槽过水面积占整个河道断面行洪面积的3.7%～16%，所占比例较小，因此，主槽蓄水对汛期河道行洪影响不大，且堤外规划滞洪区适当分洪，可消除主槽蓄水造成的影响，同时也有利于减少泥沙淤积。因此为保证河道行洪安全，实现有效利用洪水的目的，建议闸坝汛期采用低水位运行，即主槽蓄水，滩面不蓄水，非汛期全断面蓄水运行方式。

4.3 蓄滞洪区湿地穿堤进水涵闸和排水涵闸调度

4.3.1 进水涵闸调度

蓄滞洪区湿地进水涵闸启闭时机根据河段水位控制。设计阶段根据设计标准洪水分析规划工程实施后的设计洪水位，并确定河段紧急水位。当堤内水位超过紧急水位后开启堤外湿地蓄滞洪区的进水闸分流汾河堤内洪水，最大限度地发挥蓄滞洪区的蓄滞洪量和削减洪峰的作用。

根据水情测报系统的监测预报，当堤内洪水下降至安全水位，在考虑上下游流域的水情条件下关闭进水闸，减小堤外的洪灾损失。

4.3.2 排水涵闸调度

排水涵闸的开启和关闭根据堤内水位和水情测报的监测预报确定。当流域预报有较大洪水发生时，开启排水涵闸提前降低堤外湿地蓄滞洪区的水位，并在洪水到达该河段前关闭，最大限度增加蓄滞洪区的容量。当堤内洪水下降至安全水位，在考虑上下游流域的水情条件下开启排水涵闸，直至蓄滞洪区水位降落到设计水位。

5 泥沙淤积

汾河干流的泥沙主要来自于支流，上游段由于有汾河水库和汾河二库，泥沙含量较小，中下游有众多支流汇入，水沙呈沿河程增加的趋势，多年平均含沙量晋中段约15～16kg/m3，临汾段约12～19kg/m3，运城段由于支流少，下降到13kg/m3。

因此，工程实施后，69座闸坝坝前壅高蓄水，在未塌坝运行的情况下，堤内蓄水区及堤外蓄滞洪区均以淤积为主，尤其是汛期泥沙含量较高，如果高水位运行，泥沙淤积将会很严重，因此，为减少泥沙淤积，汛期低水位运行，只在主槽蓄水，满足生态要求。此外，汾河分洪进入堤防外蓄滞洪区，洪水所挟泥沙也将淤积在蓄滞洪区内，长期以往将影响蓄滞洪区的蓄洪能力，建议设计阶段详细研究及时放淤冲沙的调度方式。

6 结论及建议

6.1 结论

闸坝工程建设后产生壅水，对河道行洪有影响，堤外蓄滞洪区对行洪的滞洪作用可消除闸坝建设、滩面植被产生壅水的不利影响，工程总体对河道行洪能力无影响。

闸坝采用汛期低水位运行即主槽蓄水，滩面不蓄水，非汛期全断面蓄水运行方式。控制闸坝调度方式和塌坝时也不会造成人工洪水。合理实施蓄滞洪区调度运行将显著增加对河道的滞洪作用。堤内植物间距及植株高度对河床糙率影响较大，会影响行洪。河道淤积在一定程度上将改变现状河道断面，建议及时放淤冲沙、稳定河势。

6.2 建议

设计阶段研究闸坝开启时机及调度方式，设计阶段研究穿堤建筑物布置方式及施工方式，并确定蓄滞洪区进、出水闸的启闭条件及时机。

设计阶段研究并确定合理的植物间距及植株高度，建议种植株高较低、遇洪水容易倒伏的品种，且种植株距应较大，植被要稀疏。

设计阶段论证堤内蓄水及堤外湿地建设对堤防浸没安全影响。

TV877 ［

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崔瑞红（1982-），女，2007年毕业于河海大学水文学及水资源专业，工程师。

2016-05-05；

2016-06-11