南淝河流域生態(tài)修復(fù)（水生植物種植）工程防洪分析

劉 燕

（洛陽(yáng)農(nóng)發(fā)投資集團(tuán)有限公司,河南 洛陽(yáng) 471000）

1 工程概況

南淝河,古稱金斗河、施水,是巢湖北岸的一大支流,發(fā)源于安徽省中部大潛山余脈的南部,有南北兩源,兩源頭均在合肥市境內(nèi),于蜀山區(qū)雞鳴山北麓匯合,河型漸顯,流量變大,自此下游始名南淝河。南淝河主干河道全長(zhǎng)約70.0 km,流域面積1464 km2。

南淝河流域生態(tài)修復(fù)（水生植物種植）主要任務(wù)為通過恢復(fù)水生植物、底棲動(dòng)物等措施凈化設(shè)計(jì)河段的水質(zhì),恢復(fù)設(shè)計(jì)河段的生態(tài)環(huán)境功能,并探索南淝河流域河道中水生植物恢復(fù)的適宜性,為下一步開展南淝河全流域生態(tài)修復(fù)提供技術(shù)支撐。工程范圍為南淝河二道壩至懷寧北路,設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為350 m。沉水植物種植面積6285 m2,水生動(dòng)物投放321 kg。

2 防洪分析與計(jì)算

2.1 計(jì)算公式

（1）綜合糙率計(jì)算公式

式中：P為河道整個(gè)斷面面積,以m2計(jì)；Pi為第i分割斷面面積,以m2計(jì)；n為河道整個(gè)斷面綜合糙率；ni為第i分割斷面糙率。

（2）水面線計(jì)算公式

水面線推求根據(jù)能量守恒原理,采用河道斷面水面曲線逐段試算法,其計(jì)算公式為：

式中：z1、z2為上下游斷面水位,m；1、2為動(dòng)能修正系數(shù)；為局部損失系數(shù)；Q為斷面過流量,m3/s；A1、A2為上下斷面的過水?dāng)嗝婷娣e,m2；K為流量模數(shù),R為水力半徑,m；n為河道糙率。

2.2 防洪分析與計(jì)算

南淝河干流河流已經(jīng)過治理,河道為復(fù)試斷面,河底高程9.76 m~9.80 m,河道底寬約18 m,在高程12.5 m~12.6 m處設(shè)親水平臺(tái),親水平臺(tái)寬約2.7 m,親水平臺(tái)以上邊坡約1∶2。下游合作化路蓄水壩壩頂高程為11.8 m。

（1）水生植物選取

由于生態(tài)修復(fù)工程在考慮整體水體生態(tài)凈化功能的時(shí)候,多以植物的景觀性、生態(tài)性為重點(diǎn),一般會(huì)選取一些生態(tài)效應(yīng)良好、體態(tài)壯碩美觀的喬木作為水生植物,以達(dá)到景觀生態(tài)的效果。但從河道行洪安全的角度看,種植喬木會(huì)減小河道原有的設(shè)計(jì)行洪斷面,從而造成阻水,也會(huì)產(chǎn)生掛淤、纏繞漂浮物等現(xiàn)象,進(jìn)一步弱化河道的行洪安全。為確河道保防洪安全,本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí),堅(jiān)持防洪安全為主,生態(tài)景觀其次的原則,在滿足河道最小行洪斷面的基礎(chǔ)上,通過營(yíng)造不同的水生環(huán)境,結(jié)合種植沉水植物、水生動(dòng)物等,營(yíng)造不同的動(dòng)植物群落,凈化水質(zhì)的同時(shí)也為其他生物生長(zhǎng)提供良好的生態(tài)基底。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料,項(xiàng)目區(qū)內(nèi)主要水生植物高度均未超過1.2 m。因此對(duì)河道的行洪影響很小,同時(shí)也兼顧了景觀性和生態(tài)性。

（2）河道綜合糙率

單種水生植物占用過流斷面面積暫用植株高度×單斷面種植寬度×空隙率進(jìn)行估算,同一斷面上各種水生植物占用面積之和即為占用過流總面積。本次涉及河段選取種植初期和生長(zhǎng)成熟期的最不利斷面進(jìn)行計(jì)算,見表1。

表1 南淝河干流種植水生植物參數(shù)表（生長(zhǎng)初期最不利斷面）

表2 南淝河干流種植水生植物參數(shù)表（生長(zhǎng)成熟期最不利斷面）

本次南淝河干流是經(jīng)過治理的河道,河段順直,斷面規(guī)整,水流通暢,參考《水利計(jì)算手冊(cè)》中河道糙率取值表,現(xiàn)狀河道糙率均取0.025。種植水生植物后根據(jù)水生植物品種、單斷面種植寬度、植株高度,斷面綜合糙率為單種水生植物糙率的面積占比加權(quán)平均,經(jīng)計(jì)算：種植初期和生長(zhǎng)成熟期的糙率見表3。

表3 河道不同時(shí)期河道綜合糙率表

（3）洪水水面線

20年一遇工況下,種植水生植物后最大阻水面積占比為3.8%,南淝河干流懷寧路至二道壩壩下現(xiàn)狀20 年一遇洪水位為14.930 m~14.958 m。種植水生植物后,20 年一遇洪水位為14.930 m~14.972 m。種植水生植物后,20 年一遇洪水位壅高了0~0.014 m。

100年一遇工況下,種植水生植物后最大阻水面積占比為2.6%,南淝河干流懷寧路至二道壩壩下現(xiàn)狀100 年一遇洪水位為16.560 m~16.577 m。種植水生植物后,100 年一遇洪水位為16.560 m~16.584 m。種植水生植物后,100 年一遇洪水位壅高了0~0.007 m,種植后100 年一遇洪水位仍低于兩岸地面高程。

表4 南淝河干流20年一遇工況下種植水生植物前后對(duì)比表

續(xù)表4

表5 南淝河干流100年一遇工況下種植水生植物前后對(duì)比表

圖1 南淝河干流100年一遇工況下種植水生植物前后對(duì)比圖

3 防洪評(píng)價(jià)與建議

3.1 防洪評(píng)價(jià)

根據(jù)已批復(fù)的《合肥市城市防洪規(guī)劃報(bào)告》以及《南淝河防洪完善工程（一期）》等,本工程范圍內(nèi)南淝河現(xiàn)狀河道斷面已滿足100 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。本次南淝河干流（二道壩—懷寧路）范圍內(nèi)種植水生植物（沉水植物）,水生植物最大阻水面積4.55 m2,占用100 年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的行洪斷面2.6%,造成最大壅水高度0.014 m。

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和《合肥市城市防洪規(guī)劃報(bào)告》：“中心城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇,排澇標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇。”本次涉河工程河段位于中心城區(qū),現(xiàn)狀南淝河干流已達(dá)100 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)方案,本次南淝河干流涉河的水生植物（沉水植物）防洪標(biāo)準(zhǔn)均采用100 年一遇,滿足與現(xiàn)有防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)的要求。

本項(xiàng)目擬在南淝河干流植沉水植物,水生植物種植后,對(duì)河道水位的抬高有一定影響,本次選取植物在生長(zhǎng)成熟期的最不利斷面進(jìn)行計(jì)算,其中南淝河干流最大壅水高度為0.014 m,造成的河道壅水長(zhǎng)度為280 m。種植水生植物后其洪水位仍低于兩岸地面高程,不影響河道行洪安全。

3.2 建議

建議沉水植物長(zhǎng)出水面影響河道景觀或行洪時(shí),應(yīng)進(jìn)行人工打撈或機(jī)割。對(duì)于浮出河道水面的死株,應(yīng)安排及時(shí)清除。根據(jù)沉水植物種類的不同,具體收割時(shí)間為4月~5 月收割1 次,6 月~8 月收割3 次、9月~12 月收割2 次。

在施工期間,由于底質(zhì)改良預(yù)處理、植物種植等施工工藝,會(huì)產(chǎn)生一些淤泥,建議施工單位及時(shí)將淤泥運(yùn)至河道主管部門指定地點(diǎn),禁止將淤泥堆放在迎水坡或河道行洪區(qū)內(nèi)。

工程施工期及完建初期應(yīng)加強(qiáng)對(duì)南淝河工程段堤防、岸坡及河床進(jìn)行觀測(cè),如有不利情況應(yīng)及時(shí)采取措施并上報(bào)。