淮河正南洼地内某变电站站址处50年一遇洪涝水位分析

沈 艳

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088)

1 基本情况

拟建某变电站站址位于寿县淠河右岸大店岗桥附近,淮河正南洼地内,距离淮河、淠河交汇处约11 km。站址处现状地貌为耕地,地面高程20.0 m(1985国家高程基准,下同)。

正南洼地现位于寿县西北部,西临淠河,北滨淮河,东抵淠东干渠及正阳分干渠,南以杨西分干渠为界。正南洼地流域面积344 km2,区内西北部为洼地,地面高程19.0～22.0 m,面积为104 km2;东南部为坡水地带,地面高程23～27 m,面积227.6 km2;中部为肖严湖,常年蓄水位19.5 m,水面面积4.6 km2,蓄水量307万m3。

正南淮堤属淮河干流一般堤防,堤线北起于淮河正阳关丰庄五里铺,南至淠河迎河集泄洪闸,全长31.4 km,是保护正南洼地外河防洪安全的重要屏障。其中淮河段堤防设计水位采用淮河干流正阳关50年一遇洪水水位26.40 m,堤顶超高2.0 m;淠河段堤防设计水位采用淠河相应段20年一遇洪水位(大店岗26.5 m、迎河集27.86 m),堤顶超高1.5 m。站址处大店岗桥附近正南淮堤堤顶高程为28.4～28.8 m。

2 外河洪水分析

变电站处于淮河干流正南淮堤保护范围内。站址北侧距离淮河干流正阳关约13 km,西侧距离淠河干流约3 km,东侧为肖严湖,站址处外河洪水影响主要表现为淮河干流、淠河影响。

根据淮河洪水调度方案(国汛〔2016〕14号):当淮河干流发生设计标准(100年一遇)及以下洪水时,正南淮堤作为淮河干流一般堤防应确保其防洪安全,必要时启用临淮岗洪水控制工程及相关行蓄洪区拦蓄洪水;当淮河干流发生超标准洪水、正阳关水位超过27.4 m时,方可视水情和工程情况,弃守正南淮堤,以保淮北大堤等重要堤防的安全。故正南淮堤保护区防洪标准超过50年一遇。

淮河干流洪水主要特点是洪峰持续时间长、水量大,变电站站址距离淮河中游最近的正阳关处约13 km,该处50年一遇洪水水位26.40 m;变电站站址距离淠河最近的大店岗桥处约3 km,该处50年一遇洪水位采用淮淠交汇处与淠河合六叶高速路桥处50年一遇洪水位内插计算27.2 m。同时考虑到淠河50年一遇洪量遭遇淮河干流100年一遇设计水位时,距离变电站最近的淠河大店岗桥处洪水位27.2 m,低于正南淮堤正常运用时正阳关水位27.4 m。故变电站站址处的防洪要求不受淮河干流、淠河外河洪水的影响。

3 内涝洪水分析

变电站站址位于正南洼地内,站址处内涝影响主要表现为正南洼地范围内洪涝水汇集影响,以及站址附近沟渠的洪涝水位影响。

3.1 正南洼地内洪涝水位分析

正南洼地下游建有肖严圩、建设圩、枸杞圩、刘帝圩共4处圩堤,拟建变电站站址位于肖严圩内。正南洼地集水面积大,汛期淮河水位经常高出洼地地面,内水自流排出的机会很少,4处圩堤的防洪标准根据各圩的面积大小和圩区特点选定。枸杞圩耕地2.7万亩(1亩≈667 m2),紧靠的肖严湖洪水经常漫溢侵入圩内;刘帝圩南邻枸杞圩,北接淮堤,耕地0.9万亩,这2个圩区为县级蓄洪区,进洪概率较大,防洪标准采用10年一遇;肖严圩、建设圩位于肖严湖和正南排水渠以西,人口多,耕地面积大,土地利用率高,防洪标准采用20年一遇。

正南洼为独立排水区,现状区域涝水部分由肖严湖汇入正南排水渠,通过正阳涵排入淮河;部分通过区域内泵站抽排入淮河。正南洼自排体系中正阳排水渠南设计流量196 m3/s,正阳涵具有排水、引水灌溉、防止淮水倒灌及灌溉蓄水等作用。原规划抽排体系主要有建设站、大店站、刘帝站、五里站和正阳农场站5座排涝站,建设站设计流量22.75 m3/s,大店站设计流量17.4 m3/s,刘帝站设计流量47.5 m3/s,五里站设计流量5.1 m3/s,正阳农场站设计流量5.2 m3/s;其中因刘帝站未建设,现状只有4座排涝站运行,区域内抽排流量共计为50.45 m3/s。

(1)首先从偏安全角度,考虑到大水年份时外河水位较高,正南洼地内泵站限排,以及泵站机组可能无法运行等状况,分析变电站站址处50年一遇洪涝水位。

当发生50年一遇洪水时,受淮干水位顶托,洪涝水位计算不考虑30 d洪涝水的外排。且按照现有圩堤防洪标准,正南洼地内肖严圩、建设圩、枸杞圩、刘帝圩4处均已溃破。根据上述状况,绘制正南洼地库容曲线。

根据安徽省水利水电勘测设计院1995年编制的《安徽省短历时最大暴雨统计参数等值线图》查算,最大30 d点暴雨量均值为 290 mm,最大30 d点暴雨量Cv值为0.54,Cs=3.5Cv,计算5年一遇最大30 d点暴雨量为740 mm;通过降雨径流关系计算径流量为673 mm,则正南洼地下游50年一遇30 d无外排内涝水量2.32亿m3;通过正南洼地库容曲线分析,洪涝水量2.32亿m3对应正南洼地涝水位为23.2 m。分析认为,变电站站址处50年一遇洪涝水位,可采用正南洼地下游50年一遇30 d无外排内涝水量对应的洪涝水位23.2 m。

(2) 其次从项目投资受限角度,考虑正南洼地内现状抽排泵站在大水年份机组仍能正常抽排,分析变电站站址处50年一遇洪涝水位。

当发生50年一遇洪水时,按照现有圩堤防洪标准,肖严圩、建设圩、枸杞圩、刘帝圩4处均已破圩。因建设圩内有正阳关农场、种子基地等重要设施,且是正阳关镇政府所在地,本次考虑确保建设圩堤不破圩,其他3处圩堤均破圩。根据建设圩不破圩状况,重新绘制正南洼地(建设圩不破圩情况)库容曲线。

本次选取1991年、2003年大水年份为典型年,进行暴雨洪水分析计算,采用暴雨资料推求设计洪水(间接法)。首先,收集冯集、正阳关雨量站典型年逐日降雨量资料,采用算术平均法计算实测最大30 d降雨量,以50年一遇最大30 d洪量作控制,按同倍比放大典型年逐日降雨量;再根据安徽省淮北地区除涝水文计算办法,该地区降雨径流关系采用淮北1#线(原a线),计算径流过程(其中：Pa=∑PKt，K=0.9，Im=100 mm);最后,通过径流过程,按照拟合的综合单位线q,单位时段选用24 h,用单位线法推求典型年设计洪水过程线。按照正南洼地内4座泵站全部运行抽排流量50.45 m3/s,采用同倍比放大后的30 d设计洪水过程线进行调算,综合考虑典型年调算成果,确定站址处50年一遇涝水位为22.4 m。

此分析成果为大水年份泵站正常抽排水量状况,存在泵站限排、泵站机组、无法运行等不确定性风险因素,需予以慎重考虑。

3.2 站址附近撇洪沟洪涝水位分析

变电站站址东侧40 m附近有一条撇洪沟,该撇洪沟主要承接游迎河镇来水及周边涝水,撇洪沟下游与其他沟渠汇集,通过肖严圩三岔闸汇入肖严湖。

该撇洪沟上游集水面积为43.4 km2,本次采用安徽省江淮丘陵区经验公式:Q=0.0194R241.21F0.75进行设计洪水计算。通过查算《安徽省短历时最大暴雨统计参数等值线图》,最大24 h点暴雨量均值为 100 mm,最大30 d点暴雨量Cv值为0.54,Cs=3.5Cv,计算50年一遇最大24 h点暴雨量为255 mm,通过降雨径流关系计算50年一遇R24为221 mm;经计算,该撇洪沟50年一遇设计流量为225 m3/s。

通过站址处撇洪沟过洪断面分析,遭遇5年一遇暴雨时,站址处撇洪沟相应洪涝水位为20.7m。

4 结 论

变电站站址位于正南淮堤保护范围,通过以上综合分析,当遭遇50年一遇暴雨时,正南淮堤可有效阻挡淮干、淠河外河洪水影响,变电站站址处的外河防洪不受淮河干流行(蓄)洪、淠河洪水影响。

变电站站址位于正南洼地下游肖严圩内,50年一遇洪涝水位主要受正南洼地汇水区30 d降雨洪涝水影响。本文分别从大水年份正南洼地内泵站机组限排与不限排两种情况分析,以及建设圩是否破圩对库容曲线改变影响,考虑变电站站址处多种情况下的50年一遇洪涝水位,供项目单位从经济安全的角度综合考虑影响,做出相对合理选择。同时建议,变电站站址处建基面高程还需适当考虑洪水波及风浪壅高等因素的影响。