规划边界条件变化下的城市水库工程防洪方案分析

◎ 金钊 谢庆跃 安徽环滁水利勘测设计咨询有限公司

1.概述

全椒县规划城区面积约100km，2020年常住人口24.5万，城市人均GDP指数约为0.87，近、远期水平年当量经济规模约37.4万人、41.6万人，城市重要性：比较重要。城区防洪标准采用50年一遇、治涝标准采用20年一遇。

花园水库位于安徽省全椒县城东部，属长江流域滁河水系，发源于十字镇中东部丘陵区，泄水经土桥西河入襄河，坝址控制面积11.9km，总库容350万m，是一座以防洪为主，兼有灌溉等综合利用的小（1）型水库，枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、放水涵洞等组成。水库下游保护人口0.2万人，耕地1.5万亩，对下游襄河、土桥西河及沿岸保护对象起到滞洪削峰作用。水库设计洪水标准20年一遇，校核洪水标准100年一遇，正常蓄水位11.20m，相应库容55.0万m；设计洪水位12.49m，校核洪水位13.02m，相应库容350.0万m，调度运用方式为：水位超过11.20m时溢洪道自行泄洪。2009～2010年，花园水库除险加固工程实施完成并竣工验收。

图1 花园水库流域水系示意图

近年来，随着城市建设，花园水库控制流域内约3.0k m变为建成区，水库逐步转变为城区水系；而襄河、土桥西河防洪工程建设一定程度上提高了河道防洪标准，改变了河道防洪水位。根据分析花园水库洪水下泄受襄河、土桥西河治理标准提高后的洪水位顶托影响；上游受城市建设影响，水面面积及库容曲线发生变化，水库洪水位的抬高将威胁建城区基础设施防洪安全和水库大坝枢纽工程自身防洪安全。

综上，花园水库的功能定位、防洪运用条件、对城市发展建设的影响和作用均已发生了深刻变化。

2.水库工程防洪方案分析

2.1 洪水遭遇分析

受顶托影响的河段，应分析干支流洪水遭遇特性。花园水库上游洪水下泄后经过土桥西河入襄河，常受襄河洪水顶托。洪水遭遇情况采用襄河口闸闸上水位、全椒水文站降雨、花园水库入库洪峰进行分析。襄河流域洪涝灾害频繁，较典型的有1991.7、2003.7、2008.8、2020.7，本次对流域近几次大洪水进行分析见表1。

由表1可以看出，本片区降雨与襄河高洪水位遭遇明显，花园水库下泄洪水受襄河高水位顶托几率较高，偏安全起见，将水库下泄洪峰与襄河高洪水位按同时段遭遇考虑。

表1 历次洪水遭遇分析统计表

表2 花园水库水位～面积～库容曲线

2.2 现状条件下水库调洪分析

根据区域测量图，结合城市总规道路布置要求，对花园水库库容进行重新量算，得到水库水位～面积～库容曲线。

水库下游水位-出库流量在天然状态下具有明显规律性，但是当下游有较大支流汇入时，会对水库下游水位产生顶托影响，使断面水位流量关系变得较为复杂。考虑顶托影响（襄河10年一遇洪水位14.09m，20年一遇洪水位14.33m），水库溢洪道泄流曲线将随下游水位发生变化。为简化计算，分别对水库在襄河10年、20年一遇洪水位条件下泄流曲线进行重新拟定，并作为20年一遇以下及20年一遇以上频率下水库泄流曲线，成果见表3、表4。

表3 花园水库20年一遇及以下频率泄流曲线成果表

表4 花园水库20年一遇以上频率泄流曲线成果表

依据水量平衡方程对花园水库重新进行洪水调节演算，成果见表5。

表5 花园水库调洪演算成果表

经上述分析计算，在现有条件下，水库50年一遇洪水位难以满足上游建成区防洪排涝要求，而现状坝顶高程（15.50m）也难以满足100年一遇校核洪水位条件下自身防洪要求。

2.3 规划边界条件确定

根据《城市防洪规划规范》（GB51079-2016），城市应充分利用上游水库进行洪水调节，调洪库容及调度应满足城市防洪保护目标要求。

依据水库上游已建经三路、高庄路、石潭路等道路竖向高程（最低点14.00m），以及已入驻企业用地标高（最低点14.00m），确定水库50年一遇洪水位不宜超过13.50m。

图2 全椒县城市总体规划-城区用地规划图

依据水库现状坝顶高程（15.50m），确定水库100年一遇校核洪水位不宜超过14.50m（校核工况下坝顶超高采用1.00m）。

2.4 方案比选

为妥善处理水库上游高洪水位对已建城区防洪排涝影响、下游受襄河水位顶托洪水下泄困难以及水库自身枢纽工程防洪能力不足等问题，规划根据拟定的边界条件，对水库入库洪水的调节、下泄途径进行比选，并提出较合理的解决方案。

（1）方案拟定。

方案一：在现状水面及水库运用条件下，新建防洪闸及排洪泵站，当花园水库泄洪受阻至水位超控制最高洪水位时，关闸防洪并利用泵站抽排洪水，在抵拒襄河洪水倒灌的同时，加大水库洪水排泄出路，以满足防洪安全要求。

方案二：对花园水库实施扩湖增容，增加水面面积及洪水滞蓄容量，并在此基础上，按方案一防洪排洪，以减小排洪泵站规模，减轻下游河道泄洪压力。

方案一、二子方案：采用预降、设定起排水位等非工程措施，合理减小排洪泵站规模及扩湖增容工程体量（为简化比选、最大限度的减小工程规模，起排水位采用同预降水位一致）。

方案三：改变洪水路径，将水库下泄洪水直接泄入圩区，经土桥河直排入滁河。

（2）方案分析。

方案一：按照现状复核后库容曲线，分别采用11.20m（水库正常蓄水位）和10.50m（预降水位），以控制最高洪水位为边界条件，对水库50年一遇、100年一遇来水过程进行水量平衡计算，反推试算排洪泵站工程规模。经计算，当起排水位为水库正常蓄水位11.20m时，新建泵站规模为75.8m/s；当起排水位为预降水位10.50m时，新建泵站规模为70.5m/s。

方案二：考虑花园水库扩容增蓄，分别拟定100亩、200亩、400亩水面扩大方案，量定库容曲线，并采用11.20m（水库正常蓄水位）和10.50m（预降水位），以控制最高洪水位为边界条件，对水库50年一遇、100年一遇来水过程进行水量平衡计算，反推试算排洪泵站工程规模。经计算，水库水面扩大100亩条件下：当起排水位为水库正常蓄水位11.20m时，新建泵站规模为45.0m/s；当起排水位为预降水位10.50m时，新建泵站规模为43.3m/s。水库水面扩大200亩条件下：当起排水位为水库正常蓄水位11.20m时，新建泵站规模为39.0m/s；当起排水位为预降水位10.50m时，新建泵站规模为35.6m/s。

方案三：按原规模拆除重建水库溢洪道，开挖河道连通土桥河，并扩建河口防洪排涝闸。

（3）方案比选。

经分析计算，方案一较方案二工程投资大，后期年运行成本较高，但涉及额外永久占地较少。从工程经济角度考虑，占地投资和工程投资为一次性投入，但运行维护费用将为长期持续投入，按一次性、持续性投资体量对比，方案二具有较大优势；从占地角度考虑，目前花园水库沿岸规划用地类型为防护绿地和农林用地，具备征用条件，但不排除远期划定为建设用地的可能；从城市景观风貌角度考虑，水面的扩大对城市品味和竞争力提升有重大意义，花园水库湖面拓展后，将成为襄河风光带和麒麟湖（土桥水库）生态湿地之间的核心水景观资源和衔接纽带。方案三工程投资及运行管理成本均最小，永久占地相对大但均位于农圩，虽为洪水入圩情形，但多为短历时低标准洪水，总体来看相对较优。

3.结语

城市水库工程往往在城市供水、防洪、环境优化等方面都有着至关重要的作用，管理好、利用好、保护好水库是城市发展的迫切需要。

规划边界条件变化下的城市水库工程防洪方案的选定涉及到永久占地、工程规模与投资、运行管理、城市景观风貌等多个方面，规划方案应当权衡土地未来利用价值、防洪排涝安全及节约工程投资之间的关系，综合考虑比选确定。