新建河道对现状防洪体系的影响分析

张倩妮

宁波市水利水电规划设计研究院有限公司 浙江 宁波 315100

1 原有河道现状及主要问题

1.1 防洪工程

1.1.1 A国道段

该段河道长913m，河道顺直，河道宽度大多为12m，河道断面渠化严重，基本为矩形断面，河道左右两岸均为浆砌石直立挡墙，河道纵坡为1%，河道淤积较为严重，淤积深度为0.5～1.5m。河道左岸为二线公路及围网，二线关左侧为高尔夫球场、小河村、排涝泵站以及南头联检站等;河道右岸护栏为混凝土栏杆，栏杆局部损毁严重、栏杆右侧毗邻湖滨路。

1.1.2 B国道暗涵段

该段河道长度约193m；现状为4m×1.4m盖板涵及2根2800mm混凝土倒虹吸过流，涵上为新建国道。现状暗涵顶板局部存在混凝土脱落、钢筋外露的情况存在一定的安全隐患。

1.1.3 C段水库

该段河道长约543m，河道顺直；河道断面为矩形渠道，宽度为30m，两岸为砖砌挡墙；河道中有2处蓄水堰，堰高约2m；河道淤积深度为0.2～0.4m。由此可见，河道主要存在问题为河道淤积严重，局部河段安全超高不满足要求。现状河道跨新国道段倒虹管运行时容易淤积，进水口位于河道中，日常管理、清淤及维护困难。且河道附属设施不完善。

1.2 河道水质

河道底泥受到污染，淤积严重，漏排污水入河，水体富营养化，气温较高时，有臭味散出。据监测结果，C段水库处水质超标严重，为劣类水质。

1.3 排涝工程片区

现有排涝泵站一座，泵站建筑面积367.9m2，主要任务是解决检查站及小河村部分地区一带低洼地段内涝，抽取雨水涵集水排至双界河。治涝范围主要包括检查站、检查站站场、生活区及小河村，涝区面积为0.14km2。泵站设计规模为3.0m3/s，工程等级为等小（1）型，泵站设计标准为设计暴雨重现期T=2年。主要存在问题有：一是泵站设计为雨水泵站，但现实运行环境为雨污混流，设备运行环境差，锈蚀情况严重；二是泵站设计标准为设计暴雨重现期2年一遇，设计规模较小，不满足防洪(潮)规划(修编)所要求的规模；三是泵站的进水格栅尺寸偏小，导致过栅流速增大，影响污染物的拦截效果，会对设备造成损害。

1.4 新建河道段

城市建设高速发展，快速城镇化的热岛效应和雨岛效应日益增强，增加城区的降雨几率和强度; 高密度的城市开发建设致使不透水面积增加，因此，需要新建河道确保排水。本项目位于A国道段、C段水库河流域，项目实施涉及A国道段、B国道暗涵段、C段水库三条河道, 其中新建E河段位于三条河交接处，E河段将洪水下泄到下游河道水库排洪渠，汇入到水库排洪渠，且汇入位置处于交汇位置。

2 新建河道对已有防洪体系的影响

为保证供水水库的入库水质，通过市政府层面在制定技术路线及规模时，确定将水库流域范围内50年一遇以下的的洪水截排至下游河道，不再入库。50年一遇以上的洪水，因水质已能满足入库水质要求，可直接流入水库。A国道段河道现状防洪标准为50年一遇，其洪峰流量为110m3/s，B国道暗涵河道现状防洪标准为50年一遇，其洪峰流量为88m3/s。为保证入库来水的水质，将A国道段河道50年一遇的洪峰流量通过新建河道进行截排至下游，其河道规模将会较大，且B国道暗涵河下游即为我市范围，其辖区内现状河道C段水库排洪渠防洪标准不足20年一遇，将110个流量洪水全部截排至下游对其防洪影响也是巨大的,虽同属于一个流域范围内，但其实施却面临两个地级市之间的众多协调事宜，因此,新建河道防洪规模、我市境内的河道用地、我市境内下游河道增加的防洪压力、下游我市河道增加的防洪问题等亟需统筹解决，也便于后续设计方案的落地实施。A国道段集雨面积为7.2km2，其下游C段水库集雨面积为18.9km2，A国道段流域面积占C段水库总集雨面积的38%。C段水库总库容为1390万m3，设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2000年一遇，因其承担着往城区供水的重要任务，其工程等别为Ⅱ等，主要水工建筑物级别为2级。将A国道段流域50年一遇以下的洪水通过新建河道截排至水库下游河道，对于水库的防洪将是有利的，虽会造成一定水量的流失，但截排的水量多为水质不能满足水库标准的，且C段水库为东深供水的重要渠道，其供水水量多为外来水，本地水只占其中的一小部分，因此截排的水量对于水库的供水安全及防洪安全是有利的。

3 工程实施方案

为了进一步提高河道防洪工程的整体效益，相关部门必须切实优化河道布置方案，从而进一步促进沿河城市的可持续发展。水利部门在开展河道防洪工程建设的工作实践中，要切实遵循点线面体结合的布局原则，先沿着河岸线以及河堤的实际情况进行整体规划和统一布置，然后根据河道的具体走向进行动态调整，从而进一步提高河道防洪工程的治理效果。在点线面体布局的过程中，点就是河道防洪工程治理的重点部位和重要河段，其重点部位主要是指易发生垮塌、冲刷以及决口的地段，重要河段主要是指城镇、村庄以及耕地集中成片的河段；线主要是指对河道的堤线和岸线进行统筹布置，合理调整河道的走势和流向，从而将天然河道的作用充分发挥出来；面主要是指正确处理河道断面、平面以及挡水面之间的关系，从而达到更好的治理效果；体主要综合考虑城镇建设、生态建设、农田改造等各种因素的影响，进行有效的协调布置和统筹规划，从而切实缩小规划设计和实际效果之间的差距。

为解决新建河道对于现状防洪体系的影响分析，本项目主要从以下几点考虑，制定工程设计方案，消除新建河道对现状防洪的影响分析。首先，要坚持以防为主、防抗救结合，坚持常态化减灾和非常态救灾相结合，在改革理念上，从注重灾后救助向注重灾前预防转变；在工作重心上，从应对单一灾种向综合减灾转变；在总体目标上，从减少灾害损失向减轻灾害风险转变，不断提高各级各部门防汛综合能力。其次，要确保防汛应急救援快速高效；完善应急避险场所建设，确保突发性洪涝灾害事故避险避难人员快速、有序疏散安置，最大限度减少人员伤亡和财产损失；加强宣传教育及培训，普及防灾减灾救灾知识，增强广大人民群众主动防灾避灾意识和自救能力。

为了进一步促进河道防洪工程建设工作的高效开展，相关部门必须对基础施工给予足够的重视。在此过程中，相关单位要切实做好以下几方面的工作：（1）水利工程应充分利用水库防洪调蓄的功能，解决防洪体系中的问题。本项目新建河道将A国道段流域不满足入库水质要求的洪水截排至水库下游河道，对于水库防洪是有利的，对于水库下游河道防洪是不利的，根本原因在于减少了水库对于洪水的调蓄，减少了水库对于洪峰流量的削峰作用。（2）在充分调研水库现状及周边地形的前提下，C段水库库尾与A国道段河口之间存在一20万m2的前置库,现状库容约10万m3，且该前置库与主库通过一溢流口进行联通。为减少防洪对下游河道的影响，在现状前置库位置通过下挖，新建一处调蓄库，在不满足入库的水质入库之前，利用调蓄库增大对上游来水的调蓄作用。（3）本工程实施前，应下游我市三防部门要求，50年一遇C段水库往下游下泄的最大流量不超过60m3/s，本项目50年一遇标准下，截排至下游河道的流量和C段水库的下泄流量之和不得大于60m3/s。（4）以A国道段河口现状50年一遇水位为调蓄库的最高水位，假定新建河道的截排流量，通过水文调洪演算，计算得出，在不影响A国道段防洪要求的前提下，前置库调蓄规模应不小于100万m3，根据实际占地面积，其前置库水深约5m，技术上可行，同时，根据反复试算，50年一遇标准下，C段水库下泄流量为10m3/s，本项目新建河道下泄流量为50m3/s。（5）在规模确定以后，通过对水库及下游河道的调洪演算，本项目50年一遇洪水不再进入C段水库进行调蓄，在前置库进行调蓄后进行下泄，因前置库库容与C段水库主库扩容差距较大，增加了下游河道的防洪流量和防洪压力。对于我市境内的B国道暗涵河道，结合现状地形，对B国道暗涵河河道进行拓宽，以消除新建河道对B国道暗涵河的防洪压力。（6）根据我市片区防洪排涝规划，下游河道C段水库排洪渠防洪整治标准为50年一遇，但由于河道整治工程未实施，河道现状标准不足20年一遇。经计算，本工程新建河道对下游河道50年一遇标准的防洪压力几乎没有，但对现状河道的水面线有所提升，为妥善解决我市河道规划与现状的矛盾，本项目在实现工程建设目标、保障入库水质的前提下，工程建设完成后的实际运行调度分为近期调度和远期调度。当下游河道未达到50年一遇的标准以前，本工程新建河道采取控制下泄10m3/s进行调度，当下游河道实现50年一遇防洪标准时，新建河道实行下泄50m3/s的调度方案，通过运行调度方法，彻底解决了下游河道规划与现状的矛盾问题。（7）综上所述，本项目主要在各边界条件的制约下，通过反复水文调洪演算，采用在A国道段河口新建100万m3库容调蓄池，拓宽B国道暗涵河道，对工程运行调度优化调整，合理的解决了新建河道对于现状防洪体系的影响。因我市境内的主要建设内容规模是在不影响现状防洪体系的前置条件下进行计算确定的，以下主要通过洪水水文计算，在各建设内容的设计规模下，验证本项目新建河道对下游防洪体系的影响分析。

4 水文计算对比分析

（1）模型基本原理；本次研究采用DHI公司的MIKE11水动力学模块进行计算，MIKE11采用一维明渠非恒定流Saint-Venant方程来解，包括连续方程（1）和动量方程（2）：

对于Saint-Venant方程的求解方法有许多种，MIKE11的HD模块是采用六点中心隐式差分格式（AbbottScheme）求解Saint-Venant方程组，数值计算采用传统的“追赶法”,即“双扫”算法。

（2）模型求解利用Abbott六点中心格式明渠非恒定流模型方程，只要知道上下游水位Hus、Hds，这样n个方程左边有n个未知数，可以使用标准消元技术进行求解。而且,任意节点的变量Z（水位或流量）可以表达成为上下游水位节点的函数（3）：

（3）边界条件；通常非恒定流数值计算采用的边界条件为：水位过程、流量过程或水位流量关系三种形式。给定水位过程时,边界点n+1时刻的水位已知；若边界给定流量过程时,对图所示区域建立的质量守恒方程，变成式（4）：

（4）计算范围；为了兼顾水面线计算的准确性和连续性,模型上游边界设立在C段水库泄洪通道排洪渠,中部充分考虑河流沿线水闸、桥梁等建筑物过流能力及其运行调度对水面线带来的影响,根据实际情况将建筑物概化至模型中,下游边界为东江,建立了整体性较强的流域一维数学模型。

（5）计算成果对比分析；1）近期调度工况工程实施完成后,生态调蓄库往控泄10m3/s，B国道暗涵河拓宽后，行洪能力较现状大大增强，同时C段水库下泄流量也比现状要小，下游C段水库排洪渠对B国道暗涵河的水位顶托也会减弱。遭遇50年一遇洪水条件下B国道暗涵河汇入断面水位下降0.06m，围岭支流汇入断面水位下降0.06m，C段水库排洪渠比现状平均下降0.05m,C段水库比现状平均下降0.04m，C段水库比现状平均下降0.05m。2）远期调度工况由于C段水库和生态调蓄库前期的预泄和后期的骤泄，对于遭遇20年及以上洪水时，洪峰相较现状减小，下游河道水面线较现状更低,对于10年一遇工况，调洪后基本与现状一致。主要影响范围同样是C段水库排洪渠和C段水河段。推荐远期工况调度下,C段水库排洪渠上游最大下降0.13m，C段水最大下降0.10m。与涉及上下游左右岸关系的城市对接，实现流域治理的前端合作，协调解决突出问题，共同谋划防洪减灾体系布局。

5 结论

（1）通过在A国道段河口新建生态调蓄库，对水库上游洪水进行调蓄后再通过新建河道进行下泄，有效地减缓了对下游河道防洪的冲击。（2）针对下游我市现状河道还未按排涝规划实施完成河道整治，现状防洪标准较低的情况，本工程通过实施近远期运行调度方案，在确保工程目标的情况下，合理解决了两市之间的防洪体系的差距，也为后续河道综合整治争取了时间。（3）针对新建河道对防洪体系产生的影响，通过水文计算分析反算各工程措施实施条件及标准，通过对工程设施优化调整后，再对现状防洪体系进行复核验算，有效地减少了新建河道对片区防洪的影响。