唐崖土司城世界文化旅游區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的洪水影響分析

鄒 潤(rùn)，陳好山，王作濤

湖北省恩施州水文水資源勘測(cè)局，湖北恩施 445000

咸豐縣唐崖土司城世界文化旅游區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱土司城項(xiàng)目）位于唐崖鎮(zhèn)大石溝村唐崖河畔，西臨唐崖河，北至唐崖大道，距唐崖土司城址約1.5 km。項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容有博物館、游客服務(wù)中心、綜合樓、宿舍樓、配套服務(wù)設(shè)施、游步道改造、沿河游步道、滾水壩及水上旅游設(shè)施、配套智慧系統(tǒng)等。

項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域內(nèi)有大石溝河，西鄰唐崖河朝陽(yáng)寺水庫(kù)，依據(jù)《中華人民共和國(guó)防洪法》規(guī)定，在洪泛區(qū)、蓄滯洪區(qū)內(nèi)建設(shè)非防洪建設(shè)項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)就洪水對(duì)建設(shè)項(xiàng)目可能產(chǎn)生的影響和建設(shè)項(xiàng)目對(duì)防洪可能產(chǎn)生的影響作出評(píng)價(jià)，編制洪水影響評(píng)價(jià)報(bào)告，提出防御措施。洪水影響評(píng)價(jià)報(bào)告未經(jīng)有關(guān)水行政主管部門審查批準(zhǔn)的，建設(shè)單位不得開工建設(shè)。本研究來源于《咸豐縣唐崖土司城世界文化旅游區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目洪水影響評(píng)價(jià)報(bào)告》[1]。

1 基本情況

1.1 項(xiàng)目情況

評(píng)價(jià)范圍為大石溝河出口至唐崖土司城世界文化旅游區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大石溝上邊界，河段全長(zhǎng)300 m左右。遺址博物館、游客服務(wù)（咨詢）中心與旅游公廁，建筑設(shè)計(jì)年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)均為混凝土結(jié)構(gòu)，地基基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，耐火等級(jí)為2級(jí)，抗震等級(jí)為6度。項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)施沿小石溝建設(shè)，不改變河道走向。部分停車場(chǎng)采用框架結(jié)構(gòu)建于石溝上，主河溝內(nèi)無(wú)支墩，現(xiàn)狀及建設(shè)方案見圖1。

圖1 唐崖土司城設(shè)施建設(shè)規(guī)劃圖

1.2 河流

唐巖河又名濯河，屬烏江上游支流。源頭分東西兩支，西支長(zhǎng)為干流，源出利川市元堡鄉(xiāng)浮塘坪，南流毛壩鎮(zhèn)至成豐縣黃金洞鄉(xiāng)、清坪鎮(zhèn)、高樂山鎮(zhèn)、唐崖鎮(zhèn)、朝陽(yáng)寺鎮(zhèn)孫家壩進(jìn)入重慶市黔江區(qū)，于西陽(yáng)縣龔灘入烏江，全長(zhǎng)249 km，集水面積5 585 km2。唐巖河在湖北省內(nèi)長(zhǎng)115 km，集水面積2 512 km2，河道坡度2.6%，流域平均高程海拔976 m，河流彎曲系數(shù)1.7，河網(wǎng)密度0.3 km/km2。河長(zhǎng)5 km以上的支流43條，其中20 km以上支流5條，50 km以上支流1條。

南河為唐巖河一級(jí)支流，發(fā)源于咸豐縣小村鄉(xiāng)雷音山，全流域集水面積712 km2，主河長(zhǎng)度64.1 km，主河縱坡4.5×10-3，流域平均坡度0.32，流域平均高程922 m，流域形狀系數(shù)0.16，河網(wǎng)密度0.3，流域平均寬度23.6 km。

1.3 氣象

工程所在區(qū)域?qū)賮啛釒Т箨懶约撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，時(shí)空分布不均，蒸發(fā)量小，濕度大。由于山高谷深，主體氣候顯著，降雨量與氣溫均隨高程變化而變化。年平均氣溫零下13.5 ℃，極端最高氣溫37.6 ℃，極端最低氣溫零下13.0 ℃，年平均降水量1 500 mm。形成暴雨天氣系統(tǒng)主要是梅雨鋒系，加上區(qū)域地形對(duì)偏東氣流抬升作用，易造成強(qiáng)度較大的暴雨，短時(shí)間強(qiáng)降雨為主要災(zāi)害天氣。

1.4 水文

區(qū)域徑流來自降雨，徑流年內(nèi)分配與降水基本一致。降水主要集中在4—10月，占全年的84.8%，尤以7月最多。流域內(nèi)單站最大年降水量為2 363.0 mm，多年平均徑流深為9 20.2 mm。3—5月河水漲落比較頻繁，洪水量級(jí)不高，6、7月多出現(xiàn)歷時(shí)長(zhǎng)、強(qiáng)度大的暴雨（出現(xiàn)年最大洪水次數(shù)也最多），8、9月洪水多因局部暴雨形成，洪水過程一般比較“尖瘦”。

1.5 水利工程

工程下游26 km處建有朝陽(yáng)寺水庫(kù)電站，屬二等（Ⅱ）大型工程，以發(fā)電為主，兼有防洪、旅游、水產(chǎn)等綜合效益。水庫(kù)承雨面積2 452 km2，正常蓄水位509.50 m，總庫(kù)容1.334億 m3。流域內(nèi)已建小型水庫(kù)12座，控制集水面積10.06 km2，總庫(kù)容573萬(wàn) m3。

1.6 洪水調(diào)度

根據(jù)《咸豐縣朝陽(yáng)寺水庫(kù)大壩安全管理（防汛）應(yīng)急預(yù)案》《咸豐朝陽(yáng)寺水庫(kù)汛期調(diào)度運(yùn)用方案》，該水庫(kù)主要任務(wù)是發(fā)電且水庫(kù)下游無(wú)防洪要求，故水庫(kù)調(diào)度主要考慮以自身防洪安全為原則。水庫(kù)洪水調(diào)度原則為：洪水期庫(kù)水位在汛限水位509.50 m以下運(yùn)行，由閘門控制泄量使其等于來水量，維持509.50 m不變，當(dāng)來水量大于閘門全開的泄流能力時(shí)，采用閘門全開敞泄放方式，以確保大壩安全度汛。

2 洪水影響分析

2.1 水文站網(wǎng)

唐崖河流域在湖北境內(nèi)設(shè)有紅椿溝、毛壩、石欄、盛家壩（大吉）、清坪、大河邊、小村、白果壩、忠塘、甲馬池、朝陽(yáng)寺共11個(gè)雨量站，分布較均勻，除毛壩和石欄為1975年設(shè)站外，其余均為20世紀(jì)60年代初設(shè)站，1962年后有完整的降水資料。

唐巖河干流有朝陽(yáng)寺水文站，于1958年9月設(shè)立，控制集水面積2 452 km2，觀測(cè)水位和流量，1993年1月因朝陽(yáng)寺水庫(kù)下閘蓄水而撤銷，自1959—1992年共有徑流系列資料34年。

大河邊水文站是朝陽(yáng)寺水文站撤銷后上遷新建水文站，控制集水面積1 321 km2，自1993年起收集徑流系列資料。

尖山水文站，1998年1月設(shè)立，集水面積692 km2，測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目水位、流量。

2.2 資料來源

朝陽(yáng)寺、大河邊水文站均為國(guó)家基本水文站，尖山水文站為工程水文站，測(cè)流斷面穩(wěn)定，測(cè)量精度高，其水位、流量等項(xiàng)目觀測(cè)資料完整，整編規(guī)范，逐年審查編制刊布，資料具有代表性。

2.3 設(shè)計(jì)洪水

2.3.1 南河設(shè)計(jì)洪水 采用尖山水文站1997—2010年實(shí)測(cè)洪水資料進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，對(duì)洪峰流量實(shí)測(cè)系列進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算并通過P-Ⅲ型曲線適線，其適線成果如下：Qm=933 m3/s，Cv=1.25，Cs=5.09Cv，50年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為4 676 m3/s，20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量2 632 m3/s。尖山水文站年最大洪峰流量頻率曲線見圖2[2]。

圖2 尖山水文站最大設(shè)計(jì)洪峰流量頻率曲線圖

2.3.2 大石溝河設(shè)計(jì)洪水 大石溝流域面積1.99 km2，河長(zhǎng)2.11 km，河道坡降7.2%，無(wú)實(shí)測(cè)洪水及暴雨資料，采用《湖北省暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)查算圖集》綜合分析設(shè)計(jì)流域的有關(guān)暴雨參數(shù)，依據(jù)《湖北省暴雨徑流查算圖表》中的瞬時(shí)單位線法進(jìn)行推算。

（1）設(shè)計(jì)暴雨。通過《湖北省暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)查算圖集》，得到1、6、24 h設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨，設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量乘以面深系數(shù)即得設(shè)計(jì)面暴雨量。

（2）設(shè)計(jì)凈雨過程。初損和平均后損率按初損（mm）、后損率（mm/h）公式計(jì)算。由于分析斷面控制面積小于20 km2計(jì)算凈雨過程時(shí)不扣初損。

（3）綜合瞬時(shí)單位線的推求。流域匯流計(jì)算采用《查算圖表》提供的綜合瞬時(shí)單位線方法。

（4）地面徑流匯流計(jì)算。由設(shè)計(jì)地面凈雨過程和單位線計(jì)算地表徑流：

（5）地下徑流計(jì)算。地下徑流過程計(jì)算式如下：

式中：Q0=0.021fc1.14F；地下徑流與同時(shí)段的地表徑流相加即得設(shè)計(jì)洪水過程。

通過計(jì)算，大石溝河50年一遇洪峰流量為26.2 m3/s，20年一遇為23.1 m3/s，10年一遇為19.3 m3/s。

2.4 設(shè)計(jì)洪水淹沒線

2.4.1 南河設(shè)計(jì)洪水位 朝陽(yáng)寺水庫(kù)壩址相距尖山水文站26 km，采用《咸豐縣朝陽(yáng)電站擴(kuò)機(jī)增容初步設(shè)計(jì)報(bào)》中P=5%的回水計(jì)算成果（表1）。

表1 朝陽(yáng)寺水庫(kù)擴(kuò)建后回水成果表

2.4.2 大石溝設(shè)計(jì)洪水位 以河口（位于尖山大橋下游300 m）的設(shè)計(jì)回水位512.50 m，根據(jù)大石溝相應(yīng)設(shè)計(jì)洪峰流量23.1 m3/s及實(shí)測(cè)河道斷面資料進(jìn)行計(jì)算，采用天然氣河道恒定非均勻流漸變流水位沿程變化微分方程[3]。

在求解過程中，下斷面的水力要素為已知，通過迭代依次求解上斷面水位（表2）。

2.5 占用庫(kù)容積計(jì)算

按停車場(chǎng)基礎(chǔ)支柱數(shù)量及每根支柱所占體積，分別計(jì)算出占用朝陽(yáng)寺水庫(kù)調(diào)節(jié)及調(diào)洪庫(kù)容，通過計(jì)算，正常蓄水位及設(shè)計(jì)洪水位下占用朝陽(yáng)寺水庫(kù)34.6 m3，校核洪水位時(shí)占用38.0 m3。

2.6 設(shè)防水位計(jì)算

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201—2014）規(guī)定，該項(xiàng)目為旅游附屬設(shè)施，根據(jù)保護(hù)規(guī)模，防洪標(biāo)準(zhǔn)取20年一遇的標(biāo)準(zhǔn)。安全超高計(jì)算公式如下：

風(fēng)浪高按官?gòu)d公式計(jì)算。經(jīng)過計(jì)算，建設(shè)河段設(shè)計(jì)洪水位為512.50 m，設(shè)防水位為不應(yīng)低于513.00 m。

2.7 沖刷計(jì)算分析

工程建設(shè)河段位于水庫(kù)庫(kù)尾，洪水進(jìn)入建設(shè)河段時(shí)水流流速變緩，水流夾沙能力變?nèi)酰佣慰傮w處于泥沙淤積段，不存在洪水沖刷對(duì)項(xiàng)目穩(wěn)定安全影響。

3 洪水影響評(píng)價(jià)結(jié)論

（1）項(xiàng)目按審批的《咸豐縣唐崖鎮(zhèn)總體規(guī)劃（2014—2030）》及《唐崖土司城遺址游客服務(wù)中心修建性詳細(xì)規(guī)劃》相關(guān)規(guī)劃實(shí)施，符合區(qū)域發(fā)展規(guī)劃。

（2）對(duì)建設(shè)裸露區(qū)進(jìn)行生態(tài)綠化防護(hù)，對(duì)河段河勢(shì)及庫(kù)岸穩(wěn)定無(wú)影響。

（3）不占用河道行洪斷面，對(duì)河道行洪安全無(wú)影響。

（4）項(xiàng)目部分工程雖然位于朝陽(yáng)寺庫(kù)區(qū)尾部，在朝陽(yáng)寺水庫(kù)正常蓄水位509.50 m時(shí)僅占用水庫(kù)滯洪庫(kù)容約36.0 m3，所占用庫(kù)容基本可忽略不計(jì)，對(duì)調(diào)洪運(yùn)用無(wú)影響。

（5）項(xiàng)目建設(shè)范圍無(wú)防洪工程，不存在對(duì)防洪工程的影響。

（6）工程建設(shè)對(duì)朝陽(yáng)寺水庫(kù)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、防洪調(diào)度無(wú)影響，河道無(wú)航運(yùn)要求，不存在對(duì)其他設(shè)施影響。

（7）項(xiàng)目設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，滿足《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201—2014）相應(yīng)工程規(guī)模及工程等級(jí)防洪標(biāo)準(zhǔn)要求。

（8）工程擬建地下停車場(chǎng)、配電房設(shè)防高程為512.50 m，地面停車場(chǎng)設(shè)防高程521.80 m，廣場(chǎng)入口設(shè)防高程520.00 m，游客服務(wù)中心設(shè)防高程521.80 m。因工程建設(shè)處20年一遇設(shè)計(jì)洪水位為512.50 m，建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防高程為應(yīng)不低于513.00 m，故地下停車場(chǎng)、配電房設(shè)防高程未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防高程要求。建議調(diào)整設(shè)計(jì)方案，提高負(fù)一層設(shè)防高度，讓設(shè)防高程不低于513.00 m。