大型灌区工程防洪影响评价

谷琼琼，潘丽雯，李银涛，刘宇博，雷锦

（1.中国灌溉排水发展中心，北京 100000；2.华北水利水电大学水利学院，河南 郑州 450045）

0 引言

根据灌区干支渠河段的来水来沙特性、河道冲淤演变及河势演变特征，通过数学模型、实体模型相结合的方法计算分析工程对河道上下游河段的壅水及冲刷影响，论证分析工程建设对现有涉河工程等第三方合法水事权益的影响及补救措施。研究结果以期为大型灌区工程防洪提供必要的实践借鉴。

1 工程概况

灌区工程位于河南省黄河北岸豫北平原与山丘交界处，处于黄河中游段。灌区内范围包括焦作市孟州、温县和武陟，北至黄河大堤（含青风岭），南至黄河滩区生产堤，西至黄河湿地自然保护区边界，东至规划桃花峪水库草亭坝址（东经112°20′～113°30′、北纬34°45′～35°00′）。灌区设计为自流灌溉，设计灌溉面积31.18 hm2。灌溉面积分别为4.94 hm2、15.09 hm2及11.15 hm2。

灌区东西长约80 km，南北长约3～9.50 km，为长条型灌区。根据灌区形状特点以及为灌区和下游人民胜利渠灌区、武嘉灌区、大功灌区供水要求，设置1 条总干渠，2 条总干支渠及3 条分干渠，灌区内支渠按总干渠、总干支渠、分干渠、支渠进行布置，其中总干渠利用输水工程总干渠。根据灌区形状特点及总干渠路由，灌区灌片按涉及地域不同分为孟州灌片、温县灌片和武陟灌片。灌区内渠道设置各类交叉建筑物149座。

2 影响分析方法确定

根据建设项目所在河道的洪水特征、河床演变特点、河道防洪任务和建设项目特点，选择经验公式法、数学模型模拟计算、实体模型试验等方法进行洪水影响综合分析评价。

实体模型试验与数学模型采用不同的边界条件，数学模型按照防护堤不考虑其1 m 超高部分是对上游最为不利的情况进行计算，而物理模型则基于数学模型结果考虑防护堤增加1 m 安全超高，水流都被挤压至化工工程以下，对下游最不利情况，滩地漫滩严重，综合分析最不利状况时的壅水及冲刷结果。

2.1 经验公式法

2.1.1 壅水计算壅水计算按照《公路桥位勘测设计规范》中的桥前最大壅水高度公式进行计算。

2.1.2 冲刷与淤积分析

不考虑滩地的自然演变冲刷，只对项目建设后大洪水期间滩地的一般冲刷和局部冲刷进行计算。采用《公路工程水文勘测设计规范》中的公式进行冲刷计算。

2.2 数学模型计算

利用黄河水利委员会黄河数学模型攻关课题组研发的平面二维水流～泥沙数学模型（YRSSHD2D0212）开展计算，评估拟建输水总干渠工程对防洪的影响，并提出补救措施，以最大限度地减轻拟建工程对防洪的不利影响，为工程建设提供决策依据。

2.3 实体模型试验

实体模型试验是在现有的黄河下游小浪底至陶城铺河段河道模型上开展，试验河段全长130 km，选取某灌区至京广铁桥之间河段作为试验的重点，观测河段长100 km，其中河道滩地布置渠系的区段长81 km。

3 洪水影响分析计算结果

3.1 雍水分析

渠道工程建设对上滩洪水具有一定影响，工程实施前后水位抬升较为明显，河段行洪受渠系建设的影响较为显著。通过实体模型、数学模型分别量测了工程修建前后的水位变化情况，其修建工程后水位略有抬高，见表1所示。

表1 工程建设前后水位统计表 单位：m

通过对经验公式、数学模型计算、实体模型试验三种方法得到设计洪水条件下的支渠段处黄河大断面位置的壅水最终取值结果，见表2。

从表2 看出，实体模型试验的壅水结果偏小，经验公式及数学模型计算结果部分接近。根据表2 可以看出工程方案运行时，一分干二支、三分干二支受影响较大，但是整个支渠的壅高均小于0.27m，基本满足要求。为安全考虑，本次壅高、壅长采用三种方法中的最大值。

表2 沿程壅水统计表 单位：m

3.2 冲刷分析

综合考虑经验公式、数学模型和实体模型试验等结果，计算结果如表3及表4所示，支渠的冲刷水深范围在3.61～16.56 m。西气东输郑州穿黄工程在滩地段埋于地下12.5 m，西气东输滩地段即于三分干下埋设，三分干处地面下最大冲坑深度达7.40 m，远离西气东输埋深，因此，支渠建设引起的冲刷对西气东输没有影响。

表3 灌区沿程水位站冲刷计算结果表 单位：m

表4 灌区倒虹吸冲刷计算结果表 单位：m

输水干渠跨涝河倒虹吸、干渠跨温县子夏大街倒虹吸、干渠跨老蟒河倒虹吸处的冲刷水深分别为6.24 m、9.66 m、10.07 m，需降低以上倒虹吸的管顶高程。保证其最低冲刷线高程低于倒虹吸管顶高程。

4 洪水影响分析评价

4.1 建设项目与相关规划的关系分析

根据孟州市城市总体规划和土地利用总体规划，干渠的建设对其有影响。输水总干渠不在河道管理范围内，但建设项目对《黄河流域综合规划（2012-2030 年）》中涉及的温孟滩放淤区规划有影响。

4.2 防洪标准符合性分析

新建灌区工程等别确定为Ⅰ等，规模为大（1）型，输水总干渠、支渠及倒虹吸等主要建筑物为3级建筑物，按30年一遇洪水设计。输水总干渠跨南水北调建筑物级别为1级，按100年一遇洪水设计。防护堤黄河防洪标准为防御10 000 m3/s洪水，《黄河河道管理范围内建设项目技术审查标准（试行）》的规定，设计洪水除满足建设项目自身防洪标准外，还应与建设项目所在河段的防洪及水电工程标准协调。经分析，建设项目无法抵御超标准洪水。

4.3 防洪及河势影响分析

4.3.1 对河道行洪的影响

工程的建设改变了河道的自然面貌，建成后对水流有一定压缩、阻拦并形成壅水，河道过洪能力不同程度地减小，对下游防洪产生一定影响。

4.3.2 对河势的影响

随着河道整治工程的逐步完善，渠道所在河段河势相对稳定，主流基本上按照现有的规划流路行进，但由于河势也受洪水过程影响，所以工程对河势有一定影响。

4.4 对现有水利工程与设施影响分析

4.4.1 对大堤的影响

此工程总干渠在滩区内分为两部分：一部分从渠首至中曹坡段，一部分河段从大玉兰工程下4 km 处到输水干渠在南平皋村和北平皋村之间上青峰岭，其中输水总干渠穿越南水北调部分，支渠于滩区内建设，干支渠建设后最大壅高0.27 m，由于壅水相应地降低了左岸黄河大堤的防洪标准，抬高了水位，对黄河大堤有影响。由于工程的修建增加了退水时间，将会导致黄河大堤浸泡时间变长，对堤坡稳定有一定影响。

4.4.2 对南水北调中线工程的影响

施工期和运行期有可能造成南水北调穿越新蟒河倒虹吸的不均匀沉降，对其安全运行有影响。

5 工程建设影响防治补救措施

5.1 对影响有关规划采取的措施

工程建设对温孟滩放淤区规划的影响，建议在放淤区内留好交通通道，并服从于今后黄河流域规划修订、调整、实施的需要。

5.2 项目建设防御洪水的措施

建设单位应每年汛前制定切实、可行的度汛方案，报河务局审批备案，加强员工防汛意识教育。在黄河7-9月份防汛期间，应安排专人与防汛部门保持良好沟通，做好一切度汛措施。当预报黄河出现较大洪峰时，应严格按河务部门要求，在洪水到来前，根据预先编制的拆除方案组织拆除阻水建筑，同时组织人员、设备及重要物资等撤离到安全区域。

5.3 减少对河道行洪安全和河势稳定影响的措施

项目经黄河河务部门审查批准后，应严格按审批同意的建设项目、建设规模、位置和走向进行实施，不得随意变更，项目建设及运营应当服从当地河务部门的监督管理。

5.4 减少现有水利工程与设施影响的措施

5.4.1 堤防工程

在壅水比较明显的局部进行土石备料的方式进行黄河大堤的防护补救。

5.4.2 南水北调中线工程

建设项目会对南水北调中线工程安全运行产生影响，建设单位应做专项设计报有关单位审批。