新建河道對現(xiàn)狀防洪體系的影響分析及應(yīng)對策略

解培強

（深圳市廣匯源環(huán)境水務(wù)有限公司,廣東 深圳 518001）

1 引言

隨著國家對環(huán)境保護的日趨嚴格,對于供水水庫,其入庫支流的水質(zhì)優(yōu)劣直接影響水庫供水安全。為減少流域污染對水庫水質(zhì)的影響,對于一些特殊的依靠外來水源的供水水庫,通過采用新建河道,將一定標準下的流域洪水截排至水庫下游,以保障供水安全。與此同時,新建河道的防洪設(shè)計標準及對上下游河道、水庫的防洪影響,需通過詳細的水文計算分析進行反復(fù)試算,為工程方案的制定提供可靠依據(jù)。本文在對現(xiàn)狀防洪體系各邊界條件充分考慮后,通過新建調(diào)蓄庫、對下游河道的防洪治理、優(yōu)化運行調(diào)度等工程措施和運行管理手段,減少了項目實施對已有防洪體系的影響,同時,通過對工程實施前后各邊界條件的水文計算分析,論證了工程目標能有效實現(xiàn)。

2 現(xiàn)狀防洪體系

本項目位于深圳觀瀾河流域,項目實施涉及木古河、鵝公嶺河、雁田水庫排洪渠三條河道和雁田水庫,其中木古河與鵝公嶺河位于深圳市境內(nèi),雁田水庫排洪渠和雁田水庫位于東莞市境內(nèi)。木古河為雁田水庫的入庫河流,現(xiàn)狀木古河洪水通過河口位置前置庫泄洪到雁田水庫主庫區(qū),雁田水庫通過溢洪道將洪水下泄到下游河道雁田水庫排洪渠,鵝公嶺河道位于水庫下游,其河口匯入到雁田水庫排洪渠,且匯入位置處于深莞交匯位置,其流域水系分布平面布置見圖1。

圖1 木古河現(xiàn)狀防洪體系

3 新建河道對已有防洪體系的影響

為保證供水水庫的入庫水質(zhì),通過市政府層面在制定技術(shù)路線及規(guī)模時,確定將水庫流域范圍內(nèi)50 年一遇以下的的洪水截排至下游河道,不再入庫。50 年一遇以上的洪水,因水質(zhì)已能滿足入庫水質(zhì)要求,可直接流入水庫。

木古河河道現(xiàn)狀防洪標準為50 年一遇,其洪峰流量為110 m3/s,鵝公嶺河道現(xiàn)狀防洪標準為50 年一遇,其洪峰流量為88 m3/s。為保證入庫來水的水質(zhì),將木古河河道50 年一遇的洪峰流量通過新建河道進行截排至下游,其河道規(guī)模將會較大,且鵝公嶺河下游即為東莞市范圍,其轄區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀河道雁田水庫排洪渠防洪標準不足20 年一遇,將110 個流量洪水全部截排至下游對其防洪影響也是巨大的,雖同屬于一個流域范圍內(nèi),但其實施卻面臨兩個地級市之間的眾多協(xié)調(diào)事宜,因此,新建河道防洪規(guī)模、深圳市境內(nèi)的河道用地、深圳市境內(nèi)下游河道增加的防洪壓力、下游東莞市河道增加的防洪問題等亟需統(tǒng)籌解決,也便于后續(xù)設(shè)計方案的落地實施。

木古河集雨面積為7.2 km2,其下游雁田水庫集雨面積為18.9 km2,木古河流域面積占雁田水庫總集雨面積的38%。雁田水庫總庫容為1390萬m3,設(shè)計洪水標準為100 年一遇,校核洪水標準為2000 年一遇,因其承擔著往深圳及香港供水的重要任務(wù),其工程等別為Ⅱ等,主要水工建筑物級別為2 級。將木古河流域50 年一遇以下的洪水通過新建河道截排至水庫下游河道,對于水庫的防洪將是有利的,雖會造成一定水量的流失,但截排的水量多為水質(zhì)不能滿足水庫標準的,且雁田水庫為東深供水的重要渠道,其供水水量多為外來水,本地水只占其中的一小部分,因此截排的水量對于水庫的供水安全及防洪安全是有利的。

4 工程實施方案

為解決新建河道對于現(xiàn)狀防洪體系的影響分析,本項目主要從以下幾點考慮,制定工程設(shè)計方案,消除新建河道對現(xiàn)狀防洪的影響分析。

（1）水利工程應(yīng)充分利用水庫防洪調(diào)蓄的功能,解決防洪體系中的問題。本項目新建河道將木古河流域不滿足入庫水質(zhì)要求的洪水截排至水庫下游河道,對于水庫防洪是有利的,對于水庫下游河道防洪是不利的,根本原因在于減少了水庫對于洪水的調(diào)蓄,減少了水庫對于洪峰流量的削峰作用。

（2）在充分調(diào)研水庫現(xiàn)狀及周邊地形的前提下,雁田水庫庫尾與木古河河口之間存在一20 萬m2的前置庫,現(xiàn)狀庫容約10 萬m3,且該前置庫與主庫通過一溢流口進行聯(lián)通。為減少防洪對下游河道的影響,在現(xiàn)狀前置庫位置通過下挖,新建一處調(diào)蓄庫[1],在不滿足入庫的水質(zhì)入庫之前,利用調(diào)蓄庫增大對上游來水的調(diào)蓄作用。

（3）本工程實施前,應(yīng)下游東莞市三防部門要求,50 年一遇雁田水庫往下游下泄的最大流量不超過60 m3/s,本項目50 年一遇標準下,截排至下游河道的流量和雁田水庫的下泄流量之和不得大于60 m3/s。

（4）以木古河河口現(xiàn)狀50年一遇水位為調(diào)蓄庫的最高水位,假定新建河道的截排流量,通過水文調(diào)洪演算,計算得出,在不影響木古河防洪要求的前提下,前置庫調(diào)蓄規(guī)模應(yīng)不小于100 萬m3,根據(jù)實際占地面積,其前置庫水深約5 m,技術(shù)上可行,同時,根據(jù)反復(fù)試算,50 年一遇標準下,雁田水庫下泄流量為10 m3/s,本項目新建河道下泄流量為50 m3/s。

（5）在規(guī)模確定以后,通過對水庫及下游河道的調(diào)洪演算,本項目50 年一遇洪水不再進入雁田水庫進行調(diào)蓄,在前置庫進行調(diào)蓄后進行下泄,因前置庫庫容與雁田水庫主庫擴容差距較大,增加了下游河道的防洪流量和防洪壓力。對于深圳市境內(nèi)的鵝公嶺河道,結(jié)合現(xiàn)狀地形,對鵝公嶺河河道進行拓寬,以消除新建河道對鵝公嶺河的防洪壓力。

（6）根據(jù)東莞市片區(qū)防洪排澇規(guī)劃,下游河道雁田水庫排洪渠防洪整治標準為50 年一遇,但由于河道整治工程未實施,河道現(xiàn)狀標準不足20 年一遇。經(jīng)計算,本工程新建河道對下游河道50 年一遇標準的防洪壓力幾乎沒有,但對現(xiàn)狀河道的水面線有所提升,為妥善解決東莞市河道規(guī)劃與現(xiàn)狀的矛盾,本項目在實現(xiàn)工程建設(shè)目標、保障入庫水質(zhì)的前提下,工程建設(shè)完成后的實際運行調(diào)度分為近期調(diào)度和遠期調(diào)度[2]。當下游河道未達到50 年一遇的標準以前,本工程新建河道采取控制下泄10 m3/s進行調(diào)度,當下游河道實現(xiàn)50 年一遇防洪標準時,新建河道實行下泄50 m3/s的調(diào)度方案,通過運行調(diào)度方法,徹底解決了下游河道規(guī)劃與現(xiàn)狀的矛盾問題。

（7）綜上所述,本項目主要在各邊界條件的制約下,通過反復(fù)水文調(diào)洪演算,采用在木古河河口新建100 萬m3庫容調(diào)蓄池,拓寬鵝公嶺河道,對工程運行調(diào)度優(yōu)化調(diào)整,合理的解決了新建河道對于現(xiàn)狀防洪體系的影響。因深圳境內(nèi)的主要建設(shè)內(nèi)容規(guī)模是在不影響現(xiàn)狀防洪體系的前置條件下進行計算確定的,以下主要通過洪水水文計算,在各建設(shè)內(nèi)容的設(shè)計規(guī)模下,驗證本項目新建河道對下游防洪體系的影響分析。

5 水文計算對比分析

（1）模型基本原理

本次研究采用DHI公司的MIKE11水動力學模塊進行計算,MIKE11[3]采用一維明渠非恒定流Saint-Venant方程來解,包括連續(xù)方程（1）和動量方程（2）：

對于Saint-Venant方程的求解方法有許多種,MIKE11的HD模塊是采用六點中心隱式差分格式（AbbottScheme）求解Saint-Venant方程組,數(shù)值計算采用傳統(tǒng)的“追趕法”,即“雙掃”算法。

（2）模型求解

利用Abbott六點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,這樣n個方程左邊有n個未知數(shù),可以使用標準消元技術(shù)進行求解。而且,任意節(jié)點的變量Z（水位或流量）可以表達成為上下游水位節(jié)點的函數(shù)（3）：

（3）邊界條件

通常非恒定流數(shù)值計算采用的邊界條件為：水位過程、流量過程或水位流量關(guān)系三種形式。給定水位過程時,邊界點n+1時刻的水位已知；若邊界給定流量過程時,對圖所示區(qū)域建立的質(zhì)量守恒方程,變成式（4）：

（4）計算范圍

為了兼顧水面線計算的準確性和連續(xù)性,模型上游邊界設(shè)立在雁田水庫泄洪通道排洪渠,中部充分考慮河流沿線水閘、橋梁等建筑物過流能力及其運行調(diào)度對水面線帶來的影響,根據(jù)實際情況將建筑物概化至模型中,下游邊界為東江,建立了整體性較強的石馬河流域一維數(shù)學模型。

（5）計算成果對比分析

1）近期調(diào)度工況

工程實施完成后,生態(tài)調(diào)蓄庫往控泄10 m3/s,鵝公嶺河拓寬后,行洪能力較現(xiàn)狀大大增強,同時雁田水庫下泄流量也比現(xiàn)狀要小,下游雁田水庫排洪渠對鵝公嶺河的水位頂托也會減弱。遭遇50 年一遇洪水條件下鵝公嶺河匯入斷面水位下降0.06 m,圍嶺支流匯入斷面水位下降0.06 m,雁田水庫排洪渠比現(xiàn)狀平均下降0.05 m,雁田水鳳崗鎮(zhèn)河段比現(xiàn)狀平均下降0.04 m,雁田水塘廈鎮(zhèn)河段比現(xiàn)狀平均下降0.05 m,石馬河塘廈鎮(zhèn)河段比現(xiàn)狀平均下降0.04 m,清溪鎮(zhèn)河段比現(xiàn)狀平均下降0.04 m,樟木頭鎮(zhèn)河段比現(xiàn)狀平均下降0.04 m,常平謝崗鎮(zhèn)河段的水位比現(xiàn)狀平均下降0.02 m,橋頭鎮(zhèn)河段的水位與現(xiàn)狀持平,工程實施對現(xiàn)狀防洪體系有益。

2）遠期調(diào)度工況

由于雁田水庫和生態(tài)調(diào)蓄庫前期的預(yù)泄和后期的驟泄,對于遭遇20 年及以上洪水時,洪峰相較現(xiàn)狀減小,下游河道水面線較現(xiàn)狀更低,對于10 年一遇工況,調(diào)洪后基本與現(xiàn)狀一致。主要影響范圍同樣是雁田水庫排洪渠和雁田水河段。推薦遠期工況調(diào)度下,雁田水庫排洪渠上游最大下降0.13 m,雁田水最大下降0.10 m。

6 結(jié)論

（1）通過在木古河河口新建生態(tài)調(diào)蓄庫,對水庫上游洪水進行調(diào)蓄后再通過新建河道進行下泄,有效地減緩了對下游河道防洪的沖擊。

（2）針對下游東莞市現(xiàn)狀河道還未按排澇規(guī)劃實施完成河道整治,現(xiàn)狀防洪標準較低的情況,本工程通過實施近遠期運行調(diào)度方案,在確保工程目標的情況下,合理解決了兩市之間的防洪體系的差距,也為后續(xù)河道綜合整治爭取了時間。

（3）針對新建河道對防洪體系產(chǎn)生的影響,通過水文計算分析反算各工程措施實施條件及標準,通過對工程設(shè)施優(yōu)化調(diào)整后,再對現(xiàn)狀防洪體系進行復(fù)核驗算,有效地減少了新建河道對片區(qū)防洪的影響。