基于水文水力計(jì)算的分汊型河段堵汊工程防洪影響評(píng)價(jià)

潘保存

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)勘察設(shè)計(jì)研究院，山東 泰安271018)

分汊型河段是沖積平原河流中常見(jiàn)的一種河型，在我國(guó)各流域內(nèi)普遍的都存在這種河型(如珠江流域的北江、東江;黑龍江流域的黑龍江、松花江;長(zhǎng)江流域的湘江、贛江、漢江等)。由于分汊型河段水流分成兩股或多股，泥沙也隨之分股輸移，這樣的水、沙狀況往往是難于穩(wěn)定的，容易引起汊道的變化，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)帶來(lái)一些不利影響［1］。為使分汊型河段起到興利避害的目的，水利工作者依據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)程對(duì)分汊型河段實(shí)施了堵汊工程。分汊型河段封堵支汊，可消除支汊河道對(duì)沿岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全的威脅，另外可以整理出可耕土地，滿足日益發(fā)展的工農(nóng)業(yè)發(fā)展要求。然而，修建堵汊工程必將侵占河道行洪斷面，壅高河道水位，改變水流局部流態(tài)，影響河道行洪安全。因此，為保障河道行洪及人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，依據(jù)相關(guān)的法律、法規(guī)，對(duì)分汊型河道內(nèi)修建的堵汊工程進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià)是十分必要的。筆者針對(duì)分汊型河段堵汊工程的特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)家現(xiàn)有規(guī)范［2］、條例，對(duì)堵汊工程的防洪影響評(píng)價(jià)的程序、內(nèi)容、方法及相關(guān)問(wèn)題等作進(jìn)一步探討，對(duì)今后類(lèi)似項(xiàng)目的防洪影響評(píng)價(jià)有一定的借鑒意義。

1 前期工作

1.1 堵汊工程概述

簡(jiǎn)單介紹堵汊工程概況、工程等級(jí)、防洪標(biāo)準(zhǔn);然后，簡(jiǎn)述工程的設(shè)計(jì)方案，主要包括堵汊工程總體平面布置圖、設(shè)計(jì)縱、橫斷面圖以及局部大樣圖、占用河道管理范圍內(nèi)土地及水利設(shè)施情況等;最后，進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)要介紹施工方案、施工工序以及技術(shù)要點(diǎn)。

1.2 分汊型河道情況

收集堵汊工程所在河道的基本情況，簡(jiǎn)述工程位置的地形、地貌、氣象、工程地質(zhì)、水文地質(zhì);如不具備上述資料時(shí)尚應(yīng)進(jìn)行必要地勘察、測(cè)量工作;調(diào)查工程段上下游水利工程概況、調(diào)度運(yùn)用方案;河道近期規(guī)劃和遠(yuǎn)期規(guī)劃，主要有防洪規(guī)劃、河道治理規(guī)劃、河道景觀規(guī)劃等;應(yīng)簡(jiǎn)述工程段的具體規(guī)劃要求，說(shuō)明規(guī)劃的近期實(shí)施情況。

2 河道演變分析

影響河床演變的因素是極其復(fù)雜且多樣的，與該流域的地質(zhì)、地貌、土壤及植被等都有密切聯(lián)系。其主要影響作用通常有四項(xiàng)［4］:流量大小及其變化過(guò)程;流域來(lái)砂及其組成;河道比降;河床物質(zhì)組成情況。河道演變是一個(gè)三維問(wèn)題，因河流邊界條件極其復(fù)雜多變，現(xiàn)階段還不可能從理論上進(jìn)行精確求解，一般只能借助于定性的描述和邏輯推理的方法進(jìn)行分析研究。盡管分汊型河段河床演變的具體原因千差萬(wàn)別，但根本原因［5］歸結(jié)為輸沙不平衡，首先應(yīng)該根據(jù)水下地形和計(jì)算水位，在汊道內(nèi)選取相對(duì)有代表性的斷面，計(jì)算過(guò)水面積A，平均水深h及分流點(diǎn)至匯流點(diǎn)二汊的長(zhǎng)度L，計(jì)算出汊道的分流比，計(jì)算公式為［1］:

根據(jù)汊道內(nèi)斷面的平均含沙量S，計(jì)算出汊道的分沙比，計(jì)算公式為［1］

根據(jù)計(jì)算成果，結(jié)合調(diào)查情況分析河道的主、支河汊演變趨勢(shì)，有條件的可以根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算、物理模型試驗(yàn)手段進(jìn)行分析。

2.1 河道演變趨勢(shì)分析

根據(jù)現(xiàn)有河道汛期、非汛期水文資料，結(jié)合歷年河道整治情況，分析堵汊河段內(nèi)深泓、洲灘、漢道、岸線等平面變化、斷面變化及河床沖淤特性等;總結(jié)該河段特點(diǎn)、規(guī)律對(duì)河道演變趨勢(shì)作出定量、定性分析。

2.2 河道演變趨勢(shì)分析

根據(jù)河道歷史、近期演變情況，采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行河流穩(wěn)定性分析，結(jié)合工程段水利規(guī)劃實(shí)施安排情況，對(duì)河道未來(lái)的演變趨勢(shì)進(jìn)行定性或定量分析(包括河道的平面變化、斷面變化、河床沖淤變化等);類(lèi)比同河道上下游或同流域已建類(lèi)似工程，分析工程建設(shè)前后河道河勢(shì)變化，對(duì)所屬河道(順直型、微彎型、鵝頭型分汊型)類(lèi)型自身的演變趨勢(shì)進(jìn)行分析。

3 防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

3.1 水文計(jì)算

根據(jù)規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)分別計(jì)算堵汊河段設(shè)計(jì)洪水、施工期設(shè)計(jì)洪水。工程位置有經(jīng)上級(jí)批復(fù)的防洪規(guī)劃時(shí)，可直接取用其水文分析成果，或根據(jù)其成果進(jìn)行內(nèi)插取值;對(duì)防洪規(guī)劃沒(méi)有水文成果，或沒(méi)有防洪規(guī)劃的河道應(yīng)進(jìn)行有關(guān)水文分析計(jì)算。設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法主要有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法、實(shí)測(cè)流量計(jì)算法、暴雨資料計(jì)算法等［6］;河道上游有水庫(kù)、蓄滯洪區(qū)等調(diào)蓄工程時(shí)，應(yīng)考慮其調(diào)洪滯洪作用;最后對(duì)不同方法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水成果應(yīng)進(jìn)行合理性分析，確定不同頻率的洪峰流量。

3.2 主、支河汊區(qū)分計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)狀河道過(guò)流斷面尺寸計(jì)算河道分流比、分砂比，結(jié)合河道歷史、近期演變情況，對(duì)河道的演變趨勢(shì)進(jìn)行定性分析，。

3.3 壅水計(jì)算

堵汊后河道束水，所以進(jìn)行壅水分析計(jì)算;選用合適公式［7］，合理選取或計(jì)算有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分析壅水高度和壅水影響范圍。

3.4 主河汊防洪規(guī)劃及水面線計(jì)算

3.4.1 主河汊河道防洪規(guī)劃

為徹底達(dá)到堵汊效果，規(guī)劃對(duì)主河汊進(jìn)行清淤、筑堤，增加行洪斷面，同時(shí)封堵支汊，使得規(guī)劃后的主河汊滿足二十年一遇洪水行洪要求。主河汊設(shè)計(jì)縱坡基本維持現(xiàn)狀比降，挖高不填低，局部清淤疏通，橫斷面設(shè)計(jì)結(jié)合河道自身特點(diǎn)，同時(shí)達(dá)到既能安全行洪又能少占土地的目的，合理選擇斷面型式。根據(jù)河道規(guī)劃縱、橫斷面，采用下斷面洪峰流量成果，按照恒定均勻流公式［7］，推算洪水位、斷面流速，選擇起始斷面位置應(yīng)選河道平順河段正常水深，如下游有閘、壩等控制性建筑物時(shí)應(yīng)取堰上水頭對(duì)應(yīng)的水位推算。

3.4.2 支河汊河道防洪規(guī)劃及沖刷計(jì)算

堵汊段所用筑堤土料為壤土，分層碾壓后壓實(shí)度不小于規(guī)范要求，上游一般結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧线x用護(hù)坡型式。堵汊工程穿河工程改變了河道原有河勢(shì)，所以應(yīng)計(jì)算一般沖刷、局部沖刷;沖刷一般采用經(jīng)驗(yàn)公式［8］進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)根據(jù)河床工程地質(zhì)條件選用合適的公式及有關(guān)參數(shù)，計(jì)算沖刷線高程。

3.5 其它有關(guān)計(jì)算

因堵汊后改變?cè)拥篮恿髯邉?shì)，水流形態(tài)及攜砂能力均發(fā)生較大變化，所以應(yīng)對(duì)主河汊堵汊段堤防進(jìn)行的滲透穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定計(jì)算，如不滿足應(yīng)采取相應(yīng)處理措施。

4 防洪影響評(píng)價(jià)

4.1 堵汊工程與有關(guān)規(guī)劃、技術(shù)和管理要求的關(guān)系及影響分析

分析工程實(shí)施后與工程河段防洪規(guī)劃、河道(口)整治規(guī)劃等水利規(guī)劃之間的相互關(guān)系，評(píng)價(jià)工程建設(shè)是否符合有關(guān)水利規(guī)劃的總體要求與整治目標(biāo);評(píng)價(jià)其運(yùn)行期和施工期的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)型式及工程布置是否符合工程河段的現(xiàn)狀、規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)防洪標(biāo)準(zhǔn);評(píng)價(jià)其是否符合國(guó)家水利行業(yè)的有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章，是否符合地方水利主管部門(mén)制定的有關(guān)技術(shù)要求和管理規(guī)定;評(píng)價(jià)其所采用的防洪、排澇措施是否適當(dāng);分析工程建設(shè)對(duì)上述規(guī)劃的實(shí)施是否產(chǎn)生不利的影響，是否會(huì)增加規(guī)劃實(shí)施的難度。

4.2 工程建設(shè)對(duì)主汊河道泄洪影響分析

根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案、工期安排、占用河道過(guò)水?dāng)嗝媲闆r，結(jié)合壅水計(jì)算成果，分析工程施工對(duì)河道安全的影響范圍和程度，評(píng)價(jià)工程施工對(duì)主河汊河道泄洪(排水)能力的影響。

4.3 工程建設(shè)對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定影響分析

結(jié)合河道演變分析成果，類(lèi)比類(lèi)似工程，對(duì)工程是否影響河勢(shì)穩(wěn)定進(jìn)行定性分析;分析工程建設(shè)后水流的總體流態(tài)和工程位置局部流態(tài)的變化趨勢(shì)，結(jié)合計(jì)算沖刷線高程，評(píng)價(jià)基礎(chǔ)埋深是否在沖刷線以下，并滿足規(guī)范規(guī)定安全值。評(píng)價(jià)施工臨時(shí)設(shè)施對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定可能產(chǎn)生的影響。

4.4 工程建設(shè)對(duì)堤防、護(hù)岸和其它水利工程及設(shè)施的影響分析

根據(jù)主汊、支汊河道堤防滲透及抗滑穩(wěn)定分析成果，評(píng)價(jià)工程實(shí)施后堤防是否安全;根據(jù)計(jì)算沖刷線高程，分析水流對(duì)堤腳或岸坡沖刷的影響，對(duì)已建護(hù)岸工程穩(wěn)定的影響;根據(jù)滲透穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)安全復(fù)核，評(píng)價(jià)對(duì)工程位置上下游現(xiàn)有防洪工程安全的影響，對(duì)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的橋梁、溢流壩提出解決方案;評(píng)價(jià)對(duì)臨近水文觀測(cè)斷面和觀測(cè)設(shè)施的運(yùn)行影響及觀測(cè)成果的影響。

4.5 工程施工期影響分析

施工組織應(yīng)采取妥善處理施工方案，將影響降低到最低;施工臨時(shí)占用防汛搶險(xiǎn)道路或與防汛搶險(xiǎn)道路交叉的建設(shè)項(xiàng)目，評(píng)價(jià)其是否影響防汛搶險(xiǎn)車(chē)輛、物資及人員的正常通行，其臨時(shí)防汛搶險(xiǎn)通道是否滿足凈空大于4.50 m的要求，路面是否達(dá)到三級(jí)路面要求;根據(jù)施工平面布置、施工交通組織及工期安排情況，分析工程施工期對(duì)防汛搶險(xiǎn)帶來(lái)的其他影響，工程施工將產(chǎn)生一定的廢水造成輕微水污染，評(píng)價(jià)制定的環(huán)境保護(hù)措施是否可以有效的消除不利影響。

4.6 洪水對(duì)工程的影響分析

評(píng)價(jià)堵汊工程位置是否選在河岸順直、岸坡穩(wěn)固、施工場(chǎng)地開(kāi)闊、水流平緩的地帶;評(píng)價(jià)工程運(yùn)行期和施工期自身采用的防洪標(biāo)準(zhǔn)是否滿足相關(guān)規(guī)范的規(guī)定［9］，是否滿足防洪要求;在天然狀態(tài)下，河流存在著自然演變沖刷，當(dāng)人工改變河道現(xiàn)狀時(shí)，將引起一般沖刷與局部沖刷，故應(yīng)評(píng)價(jià)水流沖刷是否影響堤防工程安全。

4.7 其他影響分析

評(píng)價(jià)工程的各項(xiàng)工程措施，如干砌石、C25高密度混凝土預(yù)制塊、格賓網(wǎng)石籠護(hù)坡等措施是否影響岸坡穩(wěn)定、景觀美化、市政設(shè)施安全、航道通行;分析工程施工期和運(yùn)行期是否影響第三人的合法權(quán)益。

5 防治措施與投資估算

5.1 影響防治措施

(1)建議堵汊位置應(yīng)選在河岸平順、岸坡穩(wěn)定、水流平順、施工場(chǎng)地開(kāi)闊的地帶，應(yīng)委托有水利設(shè)計(jì)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位完善主河汊道治理工程設(shè)計(jì)，河道治理設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行清淤筑堤方案、拓寬河道筑堤方案、拓寬河道清淤筑堤方案等三種方案的比對(duì)分析確定;同時(shí)加強(qiáng)對(duì)彎道部位洪水頂沖點(diǎn)的護(hù)砌，確保行洪及堤防安全。

(2)工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到工程工程設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)調(diào)整其設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)滿足規(guī)范要求;工程設(shè)計(jì)采用水文成果低于評(píng)價(jià)計(jì)算成果時(shí)，應(yīng)采用評(píng)價(jià)計(jì)算成果復(fù)核工程設(shè)計(jì)成果是否滿足安全要求;工程位置及上下游影響范圍內(nèi)河段應(yīng)與工程建設(shè)同步實(shí)施，避免將來(lái)實(shí)施規(guī)劃對(duì)工程安全運(yùn)行不利;應(yīng)分析對(duì)規(guī)劃實(shí)施的其他影響采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。工程建設(shè)不滿足水利行業(yè)的有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章;不滿足地方水利主管部門(mén)制定的有關(guān)技術(shù)要求和管理規(guī)定時(shí)應(yīng)予以調(diào)整。

(3)主河汊不滿足泄洪要求的跨河建筑物，建議采取相應(yīng)的保護(hù)措施或者拆除重建;建議主河汊河道按規(guī)劃斷面整理竣工驗(yàn)收后，再對(duì)支汊河道進(jìn)行土地整理，堵汊工程采用粘性土回填，應(yīng)保證壓實(shí)質(zhì)量達(dá)到規(guī)范指標(biāo)［9］;應(yīng)按照設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)對(duì)河道兩岸受影響的范圍進(jìn)行護(hù)砌，坡腳設(shè)置護(hù)腳，應(yīng)采用規(guī)范推薦公式河床計(jì)算可能最大沖刷深，護(hù)砌工程宜與堵汊工程同步實(shí)施。

(4)為了不影響水利工程防洪和建設(shè)項(xiàng)目施工的安全，建議開(kāi)工前建設(shè)單位完善施工組織設(shè)計(jì)報(bào)告，并經(jīng)水利主管部門(mén)同意后方可施工。河道治理施工宜安排在非汛期，汛期施工宜編制切實(shí)可行的度汛方案，并報(bào)主管部門(mén)批準(zhǔn)。

(5)施工過(guò)程縮小了河道行洪斷面，故應(yīng)采取開(kāi)挖導(dǎo)流溝、新建臨時(shí)擋水圍堰等措施最大限度減小對(duì)施工過(guò)程的影響;對(duì)棄土區(qū)土地整平，棄料不應(yīng)侵占河道斷面、阻礙河道泄洪，表層植草皮，施工倉(cāng)庫(kù)、施工加工廠等用工棚遮蓋，臨時(shí)性堆土采用棚布遮蓋，草苫、土埂壓蓋，施工生產(chǎn)、生活區(qū)進(jìn)行地表疏松后覆土還耕。;生產(chǎn)污水建沉淀池、隔油池，集中清理，生活污水設(shè)化糞池;施工場(chǎng)地定期灑水，安裝尾氣排放凈化設(shè)備，多塵材料采取覆蓋措施;選用低噪聲設(shè)備、工藝，合理安排施工時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng);固體垃圾統(tǒng)一收集清運(yùn)，分類(lèi)處理，衛(wèi)生填埋;工程結(jié)束后，拆除施工區(qū)臨建設(shè)施，做好跡地恢復(fù)。

5.2 投資估算

根據(jù)最終的實(shí)施方案，提出詳實(shí)的工程量，嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的投資估算編制辦法，編制投資估算。

［1］謝鑒衡.河床演變及整治［M］.第二版.北京:水利電力出版社出版，2002.

［2］水利部辦公廳.辦建管［2004］109號(hào).河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評(píng)價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則(試行)［S］.2004.

［3］錢(qián)寧，張仁，周志德.河床演變學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，1987.

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［5］冉立山，王隨繼.黃河內(nèi)蒙古河段河道演變及水力幾何形態(tài)研究［J］.泥沙研究，2010，8(4):61 ～66.

［6］SL44—2006.水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1994.

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［9］國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 建設(shè)部.GB50201－94.防洪標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1994.