庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)排洪澇工程布局及規(guī)模研究

鄧秋良，彭習(xí)淵，常景坤

（湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，430064，武漢）

庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)排洪澇工程布局及規(guī)模研究

鄧秋良，彭習(xí)淵，常景坤

（湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，430064，武漢）

針對(duì)不同防護(hù)區(qū)的位置、耕地和房屋高程以及防護(hù)區(qū)內(nèi)現(xiàn)有水系、水利工程情況，擬定不同防護(hù)區(qū)工程布局方案，經(jīng)過(guò)方案比較，確定推薦方案。根據(jù)各防護(hù)區(qū)地形特點(diǎn)，綜合考慮水利工程，分別采用不同方法確定防護(hù)區(qū)排洪澇工程規(guī)模，可供類似工程設(shè)計(jì)參考。

庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)；排洪澇工程；工程布局；蓄澇演算；設(shè)計(jì)流量

為減少水庫(kù)淹沒(méi)損失，在庫(kù)區(qū)受淹沒(méi)影響耕地、村莊集中地區(qū)修建防洪工程，形成庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)，尤其是平原區(qū)、山丘區(qū)向平原過(guò)渡地區(qū)修建水庫(kù)的情況。由于水庫(kù)庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)防洪工程的修建，打亂了防護(hù)區(qū)內(nèi)原有的排水格局，阻斷了防護(hù)區(qū)內(nèi)洪澇水排泄通道，防護(hù)區(qū)內(nèi)部洪澇水如何外排、規(guī)模如何確定是庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文以漢江新集電站庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)工程為例，對(duì)不同類型防護(hù)區(qū)的排洪澇工程布局、工程規(guī)模進(jìn)行分析。

一、工程布局及規(guī)模研究

1.基本情況

漢江新集水電站位于漢江中游湖北省襄陽(yáng)市境內(nèi)，壩址位于白馬洞，上距王甫洲樞紐47.5 km，下距崔家營(yíng)樞紐63.5 km。壩址控制流域面積10.32萬(wàn) km2，水庫(kù)正常蓄水位76.23 m，總裝機(jī)容量120 MW。新集電站庫(kù)區(qū)比較大，且居民較為集中的淹沒(méi)影響區(qū)為右岸的永安港、廟灘和左岸的邵樓、小樊洲（見(jiàn)圖1）。根據(jù)各防護(hù)區(qū)位置、高程、水利工程基本情況，將防護(hù)區(qū)分四類進(jìn)行研究：

①距離壩址較近，可以排水至壩下，大部分耕地位于水庫(kù)正常蓄水位以下，內(nèi)部水系相對(duì)簡(jiǎn)單，以邵樓防護(hù)區(qū)為代表；

②距離壩址較近，可以排水至壩下，大部分耕地位于水庫(kù)正常蓄水位以下，內(nèi)部水系復(fù)雜，以永安港防護(hù)區(qū)為代表；

③距離壩址較遠(yuǎn)，大部分耕地位于水庫(kù)正常蓄水位以下，內(nèi)部水系相對(duì)復(fù)雜，以小樊洲防護(hù)區(qū)為代表；

④距離壩址較遠(yuǎn)，大部分耕地位于水庫(kù)正常蓄水位以上，內(nèi)部水系相對(duì)簡(jiǎn)單，以廟灘防護(hù)區(qū)為代表。

新集電站庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)種類較多，且具有較好的代表性，可以新集電站庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)為典型，進(jìn)行庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)排洪澇工程布局及規(guī)模研究。各防護(hù)區(qū)位置見(jiàn)圖1。

2.防護(hù)區(qū)排洪澇工程布局原則

在滿足排洪澇要求的前提下，因地制宜、選擇合適的排水方式，合理確定工程規(guī)模，盡量減少提排，減少工程運(yùn)行費(fèi)用。擬定工程布局原則如下：

①保護(hù)區(qū)距水庫(kù)壩址較近,優(yōu)先選擇排至壩下，有效降低防護(hù)區(qū)地下水水位，盡量減小水庫(kù)水位對(duì)防護(hù)區(qū)的影響；②優(yōu)先考慮自排方案，結(jié)合高水高排，實(shí)現(xiàn)分區(qū)排水，盡量減少新建泵站，降低工程運(yùn)行費(fèi)用；③因地制宜，根據(jù)地形地勢(shì)特點(diǎn)，合理利用原有水系，調(diào)整種植比例，選擇合適的排洪澇工程，減少工程投入；④在滿足防洪排澇要求的前提下，科學(xué)論證工程合理規(guī)模。

3.防護(hù)區(qū)排洪澇工程布局及規(guī)模

（1）邵樓防護(hù)區(qū)

邵樓防護(hù)區(qū)排水面積10.26 km2，原有洪澇水主要是通過(guò)沿江分布的幾條排水溝排入漢江，該防護(hù)區(qū)緊鄰新集電站壩址上游，可將原有水系疏通改道，排水至壩下。工程布置為：開(kāi)挖、疏導(dǎo)部分排水溝，將防護(hù)區(qū)洪澇水自排入壩下（見(jiàn)圖2）。

邵樓防護(hù)區(qū)地勢(shì)平坦，區(qū)內(nèi)主要種植水稻，排澇標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇，排水溝設(shè)計(jì)排澇流量根據(jù)下式計(jì)算：

式中，q為設(shè)計(jì)排澇流量，m3/s；K為反映溝網(wǎng)密度、排水溝坡度、降雨歷時(shí)及流域形狀等因素的綜合系數(shù)；R為設(shè)計(jì)暴雨的徑流水深，由降雨計(jì)算，mm；A為設(shè)計(jì)控制的排澇面積，km2；m為峰量指數(shù),洪峰/洪量；n為排澇面積遞減指數(shù)。

根據(jù)上式計(jì)算，出口斷面設(shè)計(jì)流量為 11.1 m3/s。

（2）永安港防護(hù)區(qū)

永安港防護(hù)區(qū)保護(hù)白龍廟、回龍灣、劉家臺(tái)和永安港等村鎮(zhèn)，該防護(hù)區(qū)距離壩址較近，內(nèi)部水系復(fù)雜，大部分耕地位于水庫(kù)正常蓄水位以下?，F(xiàn)狀自然排水通道由兩條支流組成，上游各建有一個(gè)中型水庫(kù)，分別為回龍河水庫(kù)和獅子巖水庫(kù)。在距離漢江約400 m處匯合后流入漢江，入漢江口距離新集電站壩址約0.95 km，由于新集水庫(kù)的建設(shè)，阻斷了該防護(hù)區(qū)澇水進(jìn)入漢江的通道，須采取工程措施解決其排水問(wèn)題。

根據(jù)現(xiàn)狀排水系統(tǒng)的特點(diǎn)，初擬兩個(gè)排洪澇水方案：

方案一：基于現(xiàn)有水系，加高防護(hù)區(qū)內(nèi)獅子巖河、回龍河兩岸堤防，實(shí)現(xiàn)兩條河上游來(lái)水自排入漢江。

方案二：考慮到該保護(hù)區(qū)距離新集水庫(kù)壩址距離較近，在防護(hù)區(qū)下游新建泄洪洞將洪澇水排入壩下。

比較兩方案可知：方案一由于兩條河將保護(hù)區(qū)分成了三塊，故另需建3個(gè)排澇泵站分別排除澇水。新建堤防較長(zhǎng)，加大防洪壓力。3個(gè)排澇泵站運(yùn)行管理亦不便。方案二建泄洪洞方案占地少，自流排洪澇，運(yùn)行管理方便，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，更能有效降低地下水水位。故推薦新建泄洪洞方案（見(jiàn)圖 3）。

綜合考慮上游水庫(kù)的削峰作用和下游低洼區(qū)河流、水田短時(shí)間調(diào)蓄作用，泄洪洞規(guī)模需進(jìn)行蓄泄演算確定。防護(hù)區(qū)排水面積146.4 km2，主要防護(hù)對(duì)象為村莊及居民點(diǎn)，防內(nèi)澇標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇。先根據(jù)《湖北省暴雨徑流查算圖表》的瞬時(shí)單位線方法推求回龍河、獅子巖水庫(kù)及水庫(kù)下游區(qū)間設(shè)計(jì)洪水，將上游兩個(gè)水庫(kù)洪水分別經(jīng)水庫(kù)調(diào)洪演算后，考慮洪水傳播時(shí)間，與下游區(qū)間洪水進(jìn)行疊加求得防護(hù)區(qū)總?cè)肓鬟^(guò)程。

圖1 新集電站庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)位置示意圖

圖2 邵樓防護(hù)區(qū)工程布局示意圖

圖3 永安港防護(hù)區(qū)工程布局示意圖

圖4 小樊洲防護(hù)區(qū)工程布局示意圖

永安港防護(hù)區(qū)耕地高程一般為71～90 m，房屋高程在73 m以上。泄洪洞規(guī)模確定以不淹房屋為原則，進(jìn)行洪水調(diào)蓄演算，確定泄洪洞斷面尺寸為 6.5 m×9 m，設(shè)計(jì)流量 235 m3/s。

（3）小樊洲防護(hù)區(qū)

小樊洲防護(hù)區(qū)位于漢江左岸，距離壩址較遠(yuǎn)，大部分耕地位于水庫(kù)正常蓄水位以下，內(nèi)部水系相對(duì)復(fù)雜。防護(hù)區(qū)內(nèi)有重要集鎮(zhèn)太平店鎮(zhèn)，現(xiàn)有人口10.38萬(wàn)人，耕地2萬(wàn)畝（15畝=1 hm2，下同），防護(hù)區(qū)石河畈河上游建有石河畈水庫(kù)，防護(hù)區(qū)上游小樊河地勢(shì)較高，可自流入新集水庫(kù)。初擬兩種布局方案：

方案一：加高石河畈河兩岸10.7 km堤防，由于石河畈河將保護(hù)區(qū)分成兩部分，需分別新建泵站排除澇水，并完善保護(hù)區(qū)內(nèi)排水水系；

方案二：根據(jù)高水高排的原則，在石河畈水庫(kù)下游開(kāi)挖一條3.6 km的撇洪溝與小樊河連接，將石河畈水庫(kù)下泄洪水撇入小樊河，由小樊河自排入新集水庫(kù)，在石河畈河入漢江處新建泵站，排除防護(hù)區(qū)內(nèi)澇水。

比較兩方案可知：方案二可充分利用自然有利條件，工程布置比較簡(jiǎn)單，只需開(kāi)挖3.6 km長(zhǎng)的渠道，新建一個(gè)排澇泵站；而方案一要沿石河畈水庫(kù)泄水渠兩岸分別修筑堤防進(jìn)行防護(hù)，防洪壓力加大，石河畈河左右兩岸須分別建泵站提排澇水。方案二工程量和占地都較少，工程及運(yùn)行管理相對(duì)簡(jiǎn)單，因此推薦方案二，見(jiàn)圖4。

將上游水庫(kù)洪水撇走后，排水面積為50.046 km2。保護(hù)區(qū)農(nóng)作物以水稻為主，內(nèi)有太平店集鎮(zhèn)，排澇標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇1日暴雨3日排至作物耐淹深度。按照平均排除法推求泵站設(shè)計(jì)流量，求得小樊洲排澇泵站設(shè)計(jì)流量24 m3/s。

新建撇洪渠道，其規(guī)模按滿足石河畈水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水下泄流量要求考慮。石河畈水庫(kù)為中型水庫(kù)，按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，其下泄流量為220 m3/s。

（4）廟灘防護(hù)區(qū)

廟灘防護(hù)區(qū)位于漢江右岸襄陽(yáng)至谷城公路以東區(qū)域，排水面積6.99 km2。距離壩址較遠(yuǎn)，大部分耕地位于水庫(kù)正常蓄水位以上，內(nèi)部水系相對(duì)簡(jiǎn)單。工程布局可采取新建自排閘、調(diào)整低洼地區(qū)種植結(jié)構(gòu)、適當(dāng)增加調(diào)蓄容積等方式進(jìn)行。保護(hù)區(qū)房屋高程均在78.5 m以上，大部分耕地高程分布在77～79 m之間，局部耕地位于水庫(kù)正常蓄水位76.23 m以下，面積約0.19 km2。考慮到該保護(hù)區(qū)地勢(shì)相對(duì)較高，一般年份防護(hù)區(qū)澇水可通過(guò)涵閘外排。同時(shí)漢江洪水歷時(shí)較短，一般為1～3天，處在農(nóng)作物可承受的耐淹時(shí)間范圍內(nèi)。綜合考慮，該防護(hù)區(qū)新建汪家洲閘和李家洼兩座排水閘排除內(nèi)部澇水，在局部低洼地區(qū)調(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，部分耕地改為魚塘，增加排區(qū)調(diào)蓄容積。

二、結(jié) 論

由于庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)排洪澇工程布局與防護(hù)區(qū)的位置、防護(hù)對(duì)象高程以及防護(hù)區(qū)內(nèi)現(xiàn)有水系、水利工程位置關(guān)系密切，進(jìn)行防護(hù)區(qū)排洪澇工程設(shè)計(jì)必須因地制宜，同時(shí)考慮運(yùn)行管理方便等多方面要求，科學(xué)確定工程總體布局。

本文以新集電站庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)為例，選取了邵樓防護(hù)區(qū)、永安港防護(hù)區(qū)、小樊洲防護(hù)區(qū)和廟灘防護(hù)區(qū)為代表進(jìn)行研究。對(duì)有條件將洪澇水排至大壩下游的邵樓、永安港防護(hù)區(qū)的，通過(guò)新建撇洪通道將洪水自流排至壩下；對(duì)于離水庫(kù)壩址較遠(yuǎn)的小樊洲防護(hù)區(qū)，一方面新建撇洪溝撇走上游水庫(kù)洪水，另一方面對(duì)地勢(shì)較低的部分地區(qū)，新建排澇泵站排除內(nèi)部澇水；對(duì)于離水庫(kù)壩址較遠(yuǎn)的廟灘防護(hù)區(qū)，針對(duì)地面高程相對(duì)較高的特點(diǎn)，采取新建外排閘，同時(shí)對(duì)局部低洼地帶采取調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、增加調(diào)整蓄容積等措施。新集電站庫(kù)區(qū)防護(hù)區(qū)排洪澇工程涉及多種類型，本文針對(duì)不同防護(hù)區(qū)提出了相應(yīng)的工程布局，并對(duì)各排洪澇工程規(guī)模的確定提出合適的計(jì)算方法，可供類似工程參考?！?/p>

[1]何本善.三峽庫(kù)區(qū)茅坪溪防護(hù)[J].中國(guó)水利，1992(3).

[2]曾新民.低水頭大流量水利樞紐特性與設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].中國(guó)水利，2010(20).

[3]劉洪潭，等.淺議水庫(kù)防護(hù)工程方案設(shè)計(jì)[J].人民長(zhǎng)江，2013(17).

[4]謝華賢，等.優(yōu)化水庫(kù)淹沒(méi)處理設(shè)計(jì)促進(jìn)電站建設(shè)[J].人民珠江，1993(3).

責(zé)任編輯 軒 瑋

Studies on layout and scale of flood drainage projects in reservoir area

Deng Qiuliang,Peng Xiyuan,Chang Jingkun

The alternatives for layout of protective areas are proposed on the basis of location,altitudes of farmland and house as well as water system and project within different protective areas.The proposed option is finalized through comparison.Various methods are adopted for defining the scale of flood drainage system in line with the feature of landscape of each protective area and taking waterworks into consideration.It can be of good reference for the design of similar project.

protective area of reservoir;flood drainage projects;projects layout;flood storage calculation;designed flow

鄧秋良，高級(jí)工程師。

TV872

B

1000-1123（2014）08-0020-03

2013-12-17