清水河防洪現(xiàn)狀及對策分析

張 宏

(張家口市清水河河務(wù)管理處，河北張家口 075000)

1 清水河基本情況

清水河是海河流域永定河水系上游洋河的一條主要支流，發(fā)源于崇禮縣樺皮嶺南簏，上游在崇禮縣，分東溝、正溝和西溝，匯合后貫穿張家口市區(qū)，于宣化縣姚家房鄉(xiāng)清水河村西南2.5km處匯入洋河。清水河是一條多泥沙的季節(jié)性河流，流域面積2300km2，河道全長109km，河道坡降為4‰～10‰，流域內(nèi)多年平均降水量為409.4mm，6～9月降水量占全年的80%以上。冬春季節(jié)河道內(nèi)流量很小，汛期則經(jīng)常山洪暴發(fā)威脅市區(qū)。

清水河綜合治理工程主要對市區(qū)段23.5km河道進行襯砌防滲，建壩蓄水。共建成橡膠壩31座，其中1座攔沙、30座蓄水，設(shè)計蓄水總量為533萬m3，形成水面250萬m2。清水河市區(qū)段河道上有橫跨兩岸交通橋梁20座，正在建設(shè)鐵路橋梁2座。兩岸建設(shè)了景觀工程、亮化工程，建成了各類親河公園，多塊景觀綠地及下游地域文化長廊。

清水河上游未建較大的控制性防洪工程，只有支溝上的花豹崖、大溝和賈麻溝三座小型水庫和各類防洪壩、小壩引水渠道、谷坊壩、魚鱗坑、梯田、水平溝等水保工程。

2 清水河歷史洪水及洪水特性分析

2.1 歷史洪水

根據(jù)張家口水文站統(tǒng)計資料顯示，1953～2011年這59年中，洪峰流量超過200m3/s的年份有40個，超過500m3/s的洪水每隔10年左右發(fā)生一次，給人民生命財產(chǎn)造成了巨大損害。1924年清水河歷史調(diào)查洪水2590m3/s，沖毀通橋，淹沒怡安街、福壽街、寶豐街、花園街一帶，橋東一片汪洋，市區(qū)死亡近3000人，倒塌房屋建筑11000余間;1943年，永豐堡降暴雨，洪水順西沙河沖入美人溝、白家溝、新華街、武城街、小河套，毀壞房屋4281間，死400多人，財產(chǎn)損失嚴重;1975年8月12日，清水河山洪暴發(fā)，洪峰流量2330m3/s，來勢兇猛，洪水漫過解放橋和建設(shè)橋，沖毀河堤2000余米，沙壓耕地130多公傾，沖毀民房100多間，部分企業(yè)停工停產(chǎn);1984年6月30日，清水河上游東溝暴雨，張家口水文站實測洪峰為1280m3/s，市區(qū)局部受災(zāi)。

2.2 洪水特性

清水河流域多局部暴雨，暴雨的特性是籠罩面積小、強度大、歷時短，一次暴雨歷時一般在幾個小時以內(nèi)。清水河洪水多由局部暴雨形成，在壩上與壩下交界的壩頭一帶降雨頻繁，常形成多個不連續(xù)的暴雨中心。由于降雨集中、河道坡陡、洪水匯流速度快，洪峰均為瘦尖形，峰值大都出現(xiàn)在洪水過程的前幾個小時，反映出峰大量小的特點。因此，清水河的洪水特性為峰大量小，洪峰陡漲陡落，洪水歷時短，一次洪水過程一般只有幾個～十幾個小時。一旦清水河上游降暴雨，短時間內(nèi)即可形成較大的洪峰，對市區(qū)構(gòu)成較大威脅。

3 清水河不同頻率設(shè)計洪水及現(xiàn)狀行洪能力分析

3.1 不同頻率設(shè)計洪水

在海河流域防洪規(guī)劃中，清水河近期防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，遠期防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。清水河各重現(xiàn)期設(shè)計洪峰流量成果見下表:

清水河設(shè)計洪峰流量表

3.2 現(xiàn)狀河道行洪能力

截至2010年，市區(qū)段23.5km河道全部治理，防洪標(biāo)準(zhǔn)為40年一遇。近年來，由于河道蓄水造成的淤積和工程實施時部分堤防未按設(shè)計防洪要求實施及清水河本身的一些卡口、橋梁等，使得清水河整體的行洪能力無法達到2200m3/s治理標(biāo)準(zhǔn)。

4 清水河防洪存在的問題

清水河全部30座橡膠壩在行洪主河道上蓄水，如同在清水河上修建了30座串聯(lián)的水庫，如何調(diào)度這些橡膠壩將對市區(qū)的防洪安全、橡膠壩自身的安全和下游防洪的安全產(chǎn)生影響，同時洪水預(yù)警時間又決定橡膠壩的汛期調(diào)度方案。因此，清水河橡膠壩的防洪調(diào)度存在四方面矛盾。

4.1 河道景觀蓄水與市區(qū)防洪安全的矛盾

清水河橡膠壩的建設(shè)主要是為了營造蓄水景觀。要維持河道的蓄水景觀，就需要橡膠壩保持一定的高度，盡可能多地攔蓄河道徑流來蓄水，這樣就降低了河道的行洪能力。如果在上游洪水到來之前塌壩不及時，洪水就可能上岸，形成災(zāi)害;為了河道行洪安全，就要求橡膠壩的高度盡量降低，可是如果橡膠壩壩高降得太低，又不能保證河道蓄水景觀，有違河道綜合治理的初衷。這樣就產(chǎn)生了河道景觀蓄水與市區(qū)防洪安全之間的矛盾。

4.2 主城區(qū)防洪安全與下游防洪安全的矛盾

經(jīng)設(shè)計單位初步計算分析，當(dāng)清水河上游發(fā)生較大洪水時，30座橡膠壩在滿蓄情況下同時塌壩放空庫容所需時間約為120min，即使不考慮上游洪水的疊加，也將在下游末端形成約1600m3/s的人造洪峰。若塌壩不及時可能造成洪水上岸，在主城區(qū)形成災(zāi)害。因此，從主城區(qū)防洪角度看，橡膠壩塌壩時間越短，洪水下泄越快，主城區(qū)防洪壓力越小;從下游農(nóng)田及農(nóng)村防洪角度出發(fā)，橡膠壩塌壩時間越短，橡膠壩形成的人造洪峰越大，下游防洪壓力越大。

4.3 河道防洪安全與橡膠壩自身安全的矛盾

橡膠壩是用高分子合成材料建造的一種新型水工建筑物，其壩體是柔性薄殼結(jié)構(gòu)，富有彈性，具有適應(yīng)基礎(chǔ)底板變形和抗震的特性。但是在溢流時由于水流的不穩(wěn)定性，受水流脈動壓力的影響，壩體易產(chǎn)生振動。壩體振動會影響橡膠壩工程的自身安全，當(dāng)振動應(yīng)力大于壩袋膠布的抗撕裂強度，壩袋會破損而造成事故。另外，隨著橡膠壩運行年限的增加，也增加了橡膠壩振動破壞的因素，尤其是長度在100m以上的橡膠壩更容易產(chǎn)生振動破壞。清水河橡膠壩的安全溢流水深尚無實際經(jīng)驗，這也為橡膠壩汛期蓄水，利用壩頂溢流泄洪造成決策困難。一旦某一壩袋因壩頂溢流水深過大發(fā)生爆裂，就可能造成下游其他壩袋的連鎖反應(yīng)，形成較大危害。

4.4 洪水預(yù)警時間與橡膠壩塌壩時間的矛盾

5 結(jié)語

通過上述分析，解決清水河市區(qū)段防洪的主要對策分為兩個方面。近期:在清水河上游河道增加洪水流量監(jiān)測站，汛期派人值守，及時傳達洪水信息，延長預(yù)警時間，為橡膠壩安全調(diào)度和市區(qū)防洪安全爭取時間;遠期:在清水河上游增加自動雨量測報站，建設(shè)降雨洪水預(yù)報系統(tǒng);在清水河上游修建控制性水利工程，徹底解決清水河市區(qū)段防洪安全的問題。

1 高本虎.橡膠壩工程技術(shù)指南［M］.第二版.北京:中國水利水電出版社，2006.

2 王溥文，韓昌海，童中山.橡膠壩技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國水利水電出版社，2008.

3 蔡士強，張宏.張家口市清水河橡膠壩群安全調(diào)度方案初探［J］.城市住宅.2008(8).