平原水网地区水系连通河道规模分析与研究

贾 贝， 赵 威， 王志涛

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088)

安徽省淮北平原地区作为典型的平原水网地区,伴随着经济社会的快速发展,现有的水利工程难以满足当前淮北地区经济社会发展对洪涝水调度、水资源配置、水生态环境改善的综合需求。实施淮北平原水系连通工程,形成淮河以北地区纵横交错的水网新格局,对完善淮北平原防洪排涝体系,扩大排水通道,改善蓄水条件,优化水资源调配,改善水生态环境是十分必要的。笔者参与的界宿新河工程,通过东西向大尺度水系连通,为统筹解决水资源、水生态、水环境、水灾害等问题进行尝试与探索。

1 河道功能定位

界宿新河工程地处皖北平原,利用老界洪河开挖延伸,自西向东流经阜阳界首市、太和县,亳州涡阳县,淮北濉溪县,宿州埇桥区4市5县区,全长158.2km。连通颍河、涡河等主要支流,继续向东跨过包浍河后,至濉溪县四铺乡在四铺闸下汇入沱河上段,后经由新汴河入洪泽湖。可实现以水资源调配、水生态环境改善为主,结合排涝与相机分洪,兼顾航运的多重建设目标。

2 河道规模设计思路

河道设计思路为由低到高,逐级满足设计工况要求。相机分洪工况,设计水位的选取既不能影响现有河道防洪除涝,又要能够满足相机分泄洪水的功能,尽量避免新河大量筑堤,减小占地。最低通航水位,与交叉河道现有最低通航水位成果衔接。蓄引水工况,设计水位的选择以主要河道交叉点现有蓄水工程蓄水位综合确定。排涝工况,考虑沿线地面高程及截引河沟的排涝水位情况综合确定。

3 河道规模设计及方案分析

3.1 水力计算

由于本工程的输水河渠大多利用现有河道,因此设计输水水面线在控制点水位选定的情况下,综合考虑河道防洪、除涝、航运等要求,采用一维明渠恒定均匀流计算公式。水力计算采用谢才公式与曼宁公式计算。其基本计算公式为:

(1)

(2)

其中，v为断面平均流速;Q为河段流量;i为底坡;A为过水断面面积;R为水力半径;n为糙率(主槽糙率取0.0225,滩地糙率取0.03)。

水面线推算程序采用“HEC-RAS V4.0。根据分段设计流量,利用能量方程由控制水深的一端逐段向另一端推算。其基本计算公式为:

(3)

其中，Q为河段流量,m3/s;L为两断面间距离,m;K1为下断面流量模数;K2为上断面流量模数。

3.2 方案比选分析

初步拟定方案1、方案2,从设计流量、设计水位、河道工程规模等方面进行分析比较。

方案1:综合考虑排涝与相机分洪,兼顾航运等多重目标。结合自然地形、充分衔接交叉跨越河流的设计水位情况,规划河道设计水面线:颍河界首枢纽～涡河小田庄枢纽水面比降为1/24300,涡河小田庄枢纽～戚岭子水面比降为1/23000;方案1的界宿新河河道断面采用复式梯形断面,保证有足够的行洪廊道,又开挖较深的河道兼顾排涝和枯水期补水、通航,全线平均开挖深度9m～10m,河槽边坡一般土质采用1:3,河道沿线大部分段落需要筑堤,堤距根据河道设计底宽与边坡相应确定。新河河道满足四级航道通航要求。设计水位、河道工程规模等如表1所列。

表1 界宿新河河道规模(方案1)

方案2:结合现有河湖水系、工程的可利用情况,考虑在工程设计功能上有所取舍,不考虑相机分洪与通航,以水资源调配与水生态环境改善及排涝为主。规划河道设计水面线:颍河界首枢纽～涡河小田庄枢纽水面比降为1/18200,涡河小田庄枢纽～戚岭子水面比降为1/27300;方案2全线平均开挖深度6～7m,边坡1:3,河道沿线基本不需要筑堤。设计水位、河道工程规模等如表2所列。

表2 界宿新河河道规模(方案2)

综合来看,推荐方案1。方案1不仅可以实现水资源调配,又可以结合排涝与相机分洪,兼顾航运等多重建设目标。虽然前期工程量较大、投资较大,但是从空间布局及地形上来看,方案1充分利用了当地的水系空间战略资源,从长远的角度考虑,可达到一次建设、多种功能的效果;方案2在工程投资和实施难度上有优势,但是该方案没有达到等级航道的断面规模,无法实现通航,也不能承担相机分洪的任务,仅能起到水资源调配、水生态环境改善及排涝的作用,并且一经建成,后期再拓展功能难度较大。因此,从资源充分利用和经济社会发展的角度出发,推荐方案1。

4 结束语

界宿新河水系连通工程实施后将有较好的经济、社会、生态效益。该工程充分利用当地的水系空间战略资源,优化区域水量调配,改善当地水生态环境与沿线支流大沟下游的排涝条件,可一定程度上提高颍河、涡河防洪标准,同时也为流域的防洪调度增加灵活性,还将减轻沙颍河、涡河等航道的压力,完善皖北区域航道网布局。