郭家嘴调水工程风险分析

刘文博，石 林，宋文杰，赵丽子

（湖南省水利水电科学研究院，湖南 长沙 410007）

调水工程可以有效解决地区干旱性缺水问题，但是调水工程由于工程线路长，沿线水文、地质情况各异，在建设实施过程中存在着诸多风险[1～4]。吴险峰[5]根据中国西北地区生态环境的特性，提出河道枯水流量计算方法，并采用Tennant 进行检验，利用风险指数、整体损失性测度、恢复性测度3 个参数来评价黄河上游南水北调工程风险。陈进[6]从水文、经济、环境等5 个方面对跨流域调水工程风险建立综合评价体系，并提出增加工程安全性的措施。张永[7]在识别诸多风险因素的基础上，通过深入探讨调水量、调水区当地水资源利用的规律与反应机制，以及缺水风险行为和状态，建立了包括供水风险率、供水可靠性、供水恢复性以及事故周期等指标在内的风险评价指标体系。顾文权[8]利用Monte-Carlo 随机模拟技术对南水北调中线水源区进行论证，分析了不同调水流量下供水风险变化规律。

1 工程概况

祁东县城区面积约为12 km2，常住人口17.9 万人，地处衡邵干旱走廊，人均地表水资源量仅985 m3（不含湘江过境客水）。近年来，县城基础设施不断完善，经济发展迅速。但祁东县城水资源重度缺乏，资源性缺水已成为县城经济和社会发展的重要制约因素，初步预测县城所在地的白河流域2020 年的需水量将达到1.98亿m3，而在90%保证率下，本地水可供水量仅为1.06亿m3，远不能满足区域远期需水要求。

通过多次调研、分析发现，郭家嘴调水工程可有效解决祁东县缺水问题，即在县域西部杨家台水库库尾郭家嘴附近兴建一座中型水库，通过50 多公里的输水渠道将水输送至县城各用水单位，计划引水5 000 万m3，其中郭家嘴水库供水2 000 万m3，沿线截流3 000万m3。祁东县郭家嘴调水工程以农业用水和工业园区用水为主，兼顾部分居民生活用水，是一项解决祁东县长期缺水问题的综合性水利工程（见图1）。

2 风险综合评价

2.1 对河道泄洪影响分析

祁东县调水工程与罗田县引水工程在地质和水文条件上较为相似，周研来[9]以最高洪水位及泄流量对罗田县引水工程泄洪情况进行评估，提出降低洪涝风险的调度规则，本工程对行洪影响较大的是杨家台水库和上福冲、里雅塘管桥，下面分别从运行期和施工期对行洪安全进行影响分析：

图1 祁东县主要中型水库分布图

1）运行期对行洪安全的影响分析。杨家台水库扩建后，将使库区河道较现状水位壅高，一定程度上改变了原来天然河道的行洪条件。针对水库正常蓄水位的提升，各水库对各自泄洪建筑物进行了改建，增大或维持了原水库的泄洪能力，所以对河道行洪安全无影响。

上福冲、里雅塘管桥建成后，对河道的水流流态均有一定的影响，从壅水分析计算成果可知：上福冲管桥10 年一遇洪水壅水长度为243 m，最大壅水高度为0.118 m；里雅塘管桥10 年一遇洪水壅水长度为121 m，最大壅水高度为0.013 m。南元冲管桥对河道行洪无影响。

上福冲、里雅塘管桥建成后，使河道过流面积减少，上福冲管桥10 年一遇占用河道行洪面积3.19%，里雅塘管桥10 年一遇占用河道行洪面积6.65%。由此可见，大桥建成后对河道行洪能力有一定影响。

2）施工期对行洪安全的影响分析

①杨家台水库扩建无水下施工项目，溢洪道加建泄洪闸施工工期较短，施工时选择在枯水期，只需将库水位预降至死水位便可解决施工问题，无需施工导流，对行洪安全无影响。

②上福冲水库扩建无水下施工项目，高涵封堵、新开灌溉输水隧洞、溢洪道加建泄洪闸等项目施工工期较短，施工时选择在枯水期，只需将库水位预降至死水位便可解决施工问题，无需施工导流，不会产生施工期壅水，对行洪安全无影响。

③桥梁工程施工时桥身采用在预制场预制后，利用架桥机施工的施工方案，大桥施工对相应河段的防洪影响较小。

2.2 对河势稳定影响分析

本工程阻水壅高计算主要采用水面曲线法（即通过工程前后水面曲线的比较，计算壅水高度和壅水长度）和经验公式法。

1）上福冲水库扩建后扩建溢流堰及闸门整体抬高以增加正常蓄水位，水库闸门尺寸及泄流能力不变。因此不会增加频率洪水的下泄流量，30 年一遇及以下标准洪水下泄流量维持不变，设计洪水（P=1.0%）及校核洪水（P=0.1%）下泄流量略有减少，因此不会对河道下游河势产生不利影响。

2）杨家台水库建成后，河道水流流态和河相关系受工程建设的影响，可能有一定程度的改变，可能造成河床再造过程，从河流动力学与河床演变学来看，河床稳定性应由纵向稳定程度和横向稳定程度来确定。根据计算结果，杨家台水库坝址河段河床冲淤变幅较小，属纵向稳定、横向较稳定河床，不会对近岸产生较大影响。杨家台水库坝址河段稳定性较好，不会发生河型转化和河道变迁的情况。

3）南元冲管桥为一跨过河，10 年一遇洪水均未淹至桥墩处，里雅塘管桥处于里雅塘水库库区，水流流速缓慢，上述两座桥梁对河道河势影响甚微。

4）上福冲管桥工程修建后，上游河段平均流速有一定的变化，桥位上游河段相应的流态也会发生一定的变化，对该河段有一定的影响。由于工程壅水作用，工程修建后，桥位上游流速较建桥前有一定的减小，桥位以上相比天然状态下将产生一定的淤积，但上游河段水沙特性不会因工程修建而发生较大的变化，但是，由于流向偏角的存在，将对河道右岸增加一定的冲刷，不利于堤防安全，故对河道两岸需采取一定的工程措施，降低工程对河岸的影响。河道内桥墩之间水流流向变化较紊乱，流向变化频繁，受桥孔压迫性影响，流速较建桥前明显偏大，且引起河道主流向左岸发生一定的位移，并对河槽及两岸均将产生一定的冲刷，至下游150 m 处影响基本消失。工程修建后，由于水流的产生以及流速的增加，建桥后将会对河岸产生一定的冲刷。根据计算成果，10 年一遇边坡冲刷深度为0.87 m，对河岸稳定性造成影响。

2.3 对生态环境影响分析

高永年[10]利用综合加权求和计算法，通过合理分配不同评价因子的权重，对南水北调中线工程对汉江中下游流域生态环境影响进行综合评价，为调水工程生态环境影响分析提供了一套有效的评价方法。

杨家台、上福冲水库为已建水库，建设时间较早，当时并未考虑生态用水需求，本次水库扩建后，下游环境用水按坝址90%保证率最枯月的月均流量下放。杨家台及上福冲水库90%保证率最枯月（12 月）平均径流量分别为18.0 万m3、8.3 万m3，换算成年值分别为212.3 万m3、97.5 万m3，利用综合加权求和法对郭家嘴调水工程进行生态环境影响分析，结果表明对下游生态环境基本不会产生影响。

3 结 论

1）杨家台、郭家嘴水库各桥梁建设后，产生了不同程度的壅水作用。杨家台水库回水长度4 485 m；上福冲水库回水长度5 507 m；上福冲管桥10 年一遇洪水壅水长度为243 m，最大壅水高度为0.118 m；里雅塘管桥10 年一遇洪水壅水长度为121 m，最大壅水高度为0.013 m。南元冲管桥对河道行洪无影响。

2）杨家台水库扩建后，将使库区河道较现状水位壅高，一定程度上改变了原来天然河道的行洪条件。针对水库正常蓄水位的提升，各水库对各自泄洪建筑物进行了改建，增大或维持了原水库的泄洪能力，所以对河道行洪安全无影响。

上福冲、里雅塘管桥建成后，使河道过流面积减少，上福冲管桥10 年一遇占用河道行洪面积3.19%，10 年一遇占用河道行洪面积6.65%，由此可见，大桥建成后对河道行洪能力有一定影响。

3）郭家嘴调水工程建成后对下游生态环境基本不会产生影响。