鄭州市賈魯河綜合治理工程對下游河道影響評價

【摘要】鄭州市賈魯河綜合治理工程實施后，賈魯河鄭州段河道泄洪能力將增大，發生同頻率洪水時，經賈魯河鄭州段下泄洪水的洪峰流量將比綜合治理前有所增大，從而使下游段洪峰流量有所增大，水位有所提高，將對下游段河道產生一定的不利影響。文章采用馬斯京根法對工程實施前后賈魯河50年一遇洪水進行演進，對比分析后評價工程對下游河道的影響，并提出了補救措施建議。

【關鍵詞】河道綜合治理；洪水演進；馬斯京根法；影響評價

1、項目概況

由于賈魯河現狀防洪除澇標準較低，不滿足鄭州市城市防洪的要求，兩岸生態環境效果差，不滿足全國水生態文明城市建設的要求，鄭州市實施開展了鄭州市賈魯河綜合治理工程，主要建設任務：一是按照50年一遇防洪標準對賈魯河尖崗水庫至中牟隴海鐵路橋段進行綜合治理，綜合治理長度49.67km；二是為了減輕下游防洪壓力，開挖賈魯濕地、祥云濕地、圃田澤濕地等3處濕地湖泊；三是為使汛期洪水平穩下泄，對隴海鐵路橋至大王莊彎道段河槽進行疏挖，長13.1km。

2、對下游河道的影響分析

鄭州市賈魯河綜合治理工程實施后，賈魯河鄭州段河道泄洪能力將增大，發生同頻率洪水時，經賈魯河鄭州段下泄洪水的洪峰流量將比綜合治理前有所增大，從而使賈魯河下游段洪峰流量有所增大，水位有所提高，將對下游段河道將產生一定的不利影響。

根據工程實際情況，選取農科所橋、隴海鐵路橋、大王莊彎道及開封界作為典型斷面，采用洪水演進方法分別計算工程實施前后典型斷面的洪峰流量，以評價鄭州市賈魯河綜合治理工程對賈魯河下游河道的影響程度。

2.1 河道洪水演進

河道洪水演進可從水量和流量兩個方面進行分析，相應的計算方法為水量平衡法和馬斯京根法。

2.1.1 水量平衡法

水量平衡法是進行河道洪水演進的一種簡化計算方法，對任一河段、任一時段Δt的水量平衡方程為：

河段槽蓄方程可簡化為：

河段上、下斷面流量與過水面積關系為：

A上= f（Q上）

A下= f（Q下）

式中：

Q上，1、Q上，2、Q下，1、Q下，2——時段初、末上、下斷面流量，m3/s；

A上，1、A上，2、A下，1、A下，2——時段初、末上、下斷面過水面積，m2；

ΔL——河段長度。

聯立以上各式，通過逐時段遞推，可將上游斷面的入流過程演算至下游斷面。

采用水量平衡法進行河道洪水演進，簡單易行，但需事先確定各斷面流量與相應面積之間的關系，對于長河段且斷面變化較大時，需要選取多個斷面，并且計算每個斷面流量—面積關系，然后進行河道洪水演進，計算工作量較大。本次評價中，河道洪水演進采用水量平衡法和馬斯京根流量演算法相結合，首先選取市區整治過的代表性河段（南陽壩—皋村閘段）以及未治理的代表性河道（隴海鐵路橋～大王莊段），采用水量平衡法分別進行洪水演進，依據推流結果試算馬斯京根流量演算法中的流量比重因子，然后用用馬斯京根法對賈魯河全段進行洪水演進。

2.1.2 流量演算法

流量演算法是通過聯立求解河段水量平衡方程和槽蓄方程，用馬斯京根法將河段的入流過程演算為出流過程的方法，演算方程為：

式中：

Q上，1，Q上，2—時段初、末上斷面流量（m3/s）；

Q下，1，Q下，2—時段初、末下斷面流量（m3/s）；

K—穩定流情況下的河段傳播時間（h），與流量成反比；

x—流量比重因素，與河道調蓄能力成反比。

參數C0、C1、C2都是K、x和Δt的函數，對于某一河段而言，只要確定了K、x值，即可求得C0、C1、C2，從而由入流過程和初始條件，通過逐時段演算，求得出流過程。

K值反映河道穩定流時河段的傳播時間，根據河段長度、洪水大小及斷面情況等近似選取。

流量比重因素x除反映楔蓄對流量的作用外，還反映河段的調蓄能力，與河道調蓄能力成反比，一般從上游向下游逐漸減小，介于0.2～0.45之間，本次評價，結合《鄭州市城市防洪規劃》的相關成果，綜合治理前x取0.4，治理后x取0.35，同時考慮沿河湖泊濕地（西流湖、象湖、賈魯湖、祥云湖和蒲田澤湖）的削峰、延時作用，位于湖區濕地段，x取0.3～0.35。

計算時段Δt選取涉及到馬斯京根法演算的精度，本次評價選取的Δt等于河段洪水傳播時間，當河段較長時，可把河段劃分為許多子河段，使Δt等于子河段的傳播時間。

經演算，農科所橋、隴海鐵路橋、大王莊彎道和開封界斷面在鄭州市賈魯河綜合治理工程實施前后50年一遇洪峰流量詳見表1所示。

從表1可知，工程實施前后，經馬斯京根法洪水演進后，農科所橋斷面50年一遇洪峰流量基本一致，相差僅為5%，隴海鐵路橋斷面和大王莊彎道斷面50年一遇洪峰流量相差較大，而開封界斷面50年一遇洪峰流量一致，下面分別論述。

（1）由于賈魯河農科所橋斷面以上河道中除去科學大道至象湖段未經系統治理外，其余河段均按照50年一遇的標準經過了系統治理。其中最大支流七里河與農科所橋斷面相距較近，七里河入賈魯河口斷面至農科所橋斷面距離僅為7km，是該斷面洪水的主要來源之一，因此賈魯河綜合治理工程實施前后，農科所橋斷面50年一遇洪峰流量基本一致。

（2）賈魯河農科所橋至隴海鐵路橋段，長11.4km，現狀未治理，過流能力僅為631m3/s，工程實施前，50年一遇洪水不能順利下泄，洪水漫堤行洪，延時下泄，隴海鐵路橋斷面在工程實施前50年一遇洪峰流量只能按照河道現狀過流能力確定為631 m3/s，工程實施后，洪水可順暢下泄，經洪水演進計算，50年一遇洪峰流量為1151m3/s。

（3）賈魯河隴海鐵路橋至大王莊彎道段，長13.1km，現狀未治理，過流能力僅為752m3/s，綜合治理工程對該段河道按照3年一遇除澇標準進行疏挖，疏挖后過流能力為847m3/s，仍小于上游斷面50年一遇的洪峰流量，工程實施前后，50年一遇洪水仍不能順利下泄，洪水漫流，因此，工程實施前大王莊彎道斷面50年一遇洪峰流量按照農科所橋斷面的過流能力確定為631m3/s，而工程實施后該斷面50年一遇洪峰流量按照該段河道疏挖后的過流能力確定為847m3/s。

（4）賈魯河大王莊彎道至開封界斷面段，長3.7km，現狀未治理，過流能僅為248m3/s，遠遠小于上游斷面50年一遇的洪峰流量，洪水不能順利下泄，漫堤行洪，因此，工程實施前后，開封界斷面50年一遇洪峰流量均應按照該段河道的過流能力確定為248 m3/s。

另外，依據《賈魯河干流重點河段治理工程可行性研究報告》規劃成果，賈魯河干流防洪標準為20年一遇，堤防設計標準為IV級，賈魯河干流隴海鐵路橋至開封界范圍內，20年一遇設計洪峰流量為446m3/s，對比表1可知，當隴海鐵路橋以上賈魯河按照50年一遇綜合治理后，而隴海鐵路橋至開封界段未治理時，當上游發生50年一遇洪水時，洪水漫堤行洪，經計算，淹沒范圍為9.92km2；而當隴海鐵路橋至開封界段按照規劃的20年一遇防洪標準進行治理后，當上游發生50年一遇洪水時，洪水依然漫堤行洪，但淹沒范圍相對較少，經計算，淹沒范圍為7.56km2。

3、綜合評價

賈魯河隴海鐵路橋以上河段，經綜合治理后，河道泄流能力增大，但由于隴海鐵路橋以下河段，特別是大王莊彎道至開封界段，河道河流能力較小，工程實施前后，50年一遇洪水均漫堤行洪，若賈魯河隴海鐵路橋至開封界段按照規劃的20年一遇防洪標準進行系統治理，淹沒范圍為7.56km2，該淹沒范圍是由于賈魯河不同河段因保護對象不同而防洪標準不同造成的，是允許的，若下游河道維持現狀，則淹沒范圍為9.92km2，這是由于賈魯河上游進行綜合治理而下游河道斷面未達到規劃的設計標準造成的，兩則淹沒范圍之差2.36km2，即鄭州市賈魯河綜合治理工程使下游增加淹沒面積2.36km2。

同時由于賈魯河農科所橋與隴海鐵路橋段經綜合治理后，洪水下泄速度增大，洪水提前，經計算，工程治理后，50年一遇洪水提前約1.13h，提前時間有限，基本不影響下游河道的防汛搶險。

4、評價結論及建議

鄭州市賈魯河綜合治理工程實施后，增大了下游沿河洼地的防洪、排澇負擔，增加淹沒面積2.36km2，對下游河道有一定的不利影響，但影響相對較小。

建議按照規劃20年一遇防洪標準，適時對賈魯河隴海鐵路橋至開封界段進行綜合治理，以消除鄭州賈魯河綜合治理工程對下游賈魯河的影響。