引漢濟(jì)渭輸配水工程涉河防洪評(píng)價(jià)研究

李宏偉，宋曉峰，王 飛，劉 剛

(1.陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司，陜西 西安 710010；2.黃河水利委員會(huì)黃河上中游管理局，陜西 西安 710021)

洪澇災(zāi)害頻繁歷來是中華民族的心腹大患，防洪安全事關(guān)人類生存、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步，我國在大力發(fā)展防洪工程措施的基礎(chǔ)上，施行了一系列涉水法律法規(guī)政策，進(jìn)一步完善了防洪減災(zāi)體系[1]。隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，河流岸線開發(fā)利用速度加快，大量涉河項(xiàng)目的興建勢(shì)必對(duì)河流河勢(shì)穩(wěn)定和防洪安全帶來影響[2- 4]。涉河建設(shè)項(xiàng)目主要是指在河道管理范圍內(nèi)修建的跨河、穿河、渡口、取水等非水工程設(shè)施。不同類型的建筑物，對(duì)河道和行洪的影響程度和影響形式也各不相同，在進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)針對(duì)河道特點(diǎn)，考慮各類建筑物影響情況，采取側(cè)重點(diǎn)不同的方式進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)[5- 6]。

陜西省引漢濟(jì)渭工程是從陜南漢江流域調(diào)水至關(guān)中渭河流域的省內(nèi)大型調(diào)水工程，主要任務(wù)是向關(guān)中渭河沿岸的重要城市、縣城、工業(yè)園區(qū)供水，逐步退還擠占的農(nóng)業(yè)與生態(tài)用水，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善。引漢濟(jì)渭二期工程是連接水源與用水戶的橋梁和紐帶，是引漢濟(jì)渭工程發(fā)揮效益的必要條件，與引漢濟(jì)渭主體工程具有同等重要地位。目前，國內(nèi)關(guān)于不同涉河項(xiàng)目防洪評(píng)價(jià)，及各種評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)的研究頗多[7- 9]，而針對(duì)不同河道防洪評(píng)價(jià)的研究卻很少[10]。本文以引漢濟(jì)渭二期工程為例，針對(duì)不同河道演變及管理現(xiàn)狀，在總結(jié)大量涉河項(xiàng)目防洪評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，評(píng)價(jià)過河建筑物對(duì)擬建、在建和已成工程，以及對(duì)穿越河段河勢(shì)、行洪、防汛搶險(xiǎn)等方面的影響，提出了相應(yīng)的防治措施和建議。

1 不同河道特征

引漢濟(jì)渭二期輸配水工程中涉及河道主要包括滈河、潏河、浐河、灞河和黑河。各河道特征分述如下，過河建筑物特性見表1。

1.1 潏河、滈河

潏河為灃河右岸一級(jí)支流，發(fā)源于秦嶺北麓終南山甘花溪，呈南北走向。潏河倒虹所在河段河道比降較陡，河段主槽輕微向左岸擺動(dòng)，水流對(duì)左岸有輕微側(cè)蝕，凹岸有崩退現(xiàn)象，河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定。河床主要為砂卵石，汛期水流較急，河道沖刷嚴(yán)重。滈河是潏河左岸的一級(jí)支流，發(fā)源于西安市長安區(qū)石砭峪。在滈河倒虹處，河床質(zhì)為沙卵石，主流擺幅小，平面較穩(wěn)定，河道兩岸建有堤防，河道順直。

1.2 浐河、灞河

灞河發(fā)源于藍(lán)田縣南九道溝，上游洪水陡漲陡落，水流湍急，中下游河道為平原彎曲型河道，河床為寬淺式斷面。灞河橋倒斷面河漫灘由砂卵石，局部河床基巖裸露河床寬淺，兩岸修有堤防。浐河是灞河的最大一級(jí)支流，流程短，縱坡變化明顯。峪口以上坡度陡，水流沖刷切割顯著，基巖出露，均為礫石河段。多年來渡槽斷面處河段平面變化不大，河道基本順直，河床略有淤積。河道沖淤變化的規(guī)律為漲水沖刷、落水淤積，大斷面總的趨勢(shì)有沖有淤，形態(tài)沒有大的變化，河道基本處于相對(duì)沖淤平衡狀態(tài)。

1.3 黑河

黑河發(fā)源于秦嶺北麓太白山二爺海，黑河峪口以上為山區(qū)段，黑河峪口以下至入渭口為平原段，比降為5/1000，比降上陡下緩。黑河兩岸建有規(guī)整的堤防，邊灘發(fā)育，灘槽高差約5～10m。平原段河谷開闊，比降變緩，常有大量推移質(zhì)中的砂、石呈扇形堆積河床，沖淤變化頻繁。在黑河倒虹處，主槽擺動(dòng)相對(duì)明顯，但均在堤防內(nèi)，平面趨于穩(wěn)定。黑河水庫下游建有很多座潛壩，能有效調(diào)整水面比降及限制河底沖刷，因此黑河倒虹所在河段河床相對(duì)穩(wěn)定，沖刷很小。

表1 引漢濟(jì)渭二期工程過河建筑物特性統(tǒng)計(jì)表

2 水文計(jì)算

2.1 計(jì)算方法選取

滈河、潏河均為灃河支流，灃河流域20世紀(jì)

30年代起設(shè)有秦渡鎮(zhèn)、潏河高橋、大峪三個(gè)水文站，三站均有較長系列的水文資料。滈河、潏河流域無實(shí)測(cè)水文資料，參證站選擇灃河秦渡鎮(zhèn)站。工程斷面設(shè)計(jì)洪水?dāng)M采用推理公式法、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式、水文比擬法等多種方法分析計(jì)算，綜合比較、合理選定，見表2。三種方法中，經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算結(jié)果最小，其他兩種方法計(jì)算結(jié)果差異不大，結(jié)合以往分析成果及流域洪水特性并考慮安全起見，采用推理公式法。

灞河橋倒斷面位于馬渡王站下游3km，其洪水計(jì)算以馬渡王站為參證采用水文比擬法進(jìn)行計(jì)算。黑河流域在金盆水庫建成前僅有黑峪口1個(gè)水文站，水庫建成后設(shè)立了陳河水文站。當(dāng)有水文站資料時(shí)其洪水計(jì)算采用水文比擬法進(jìn)行計(jì)算。

2.2 過河建筑物設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算參數(shù)選取

在本文中利用謝才-曼寧公式法，計(jì)算倒虹穿河斷面處的水位～流量關(guān)系曲線，根據(jù)該曲線查得相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)下的洪峰流量下的洪水位。在計(jì)算過程中需要根據(jù)各河流的河道和河床現(xiàn)狀選取糙率，依據(jù)水邊線及深泓點(diǎn)推算水面比降，見表3。滈河、潏河、浐河、灞河和黑河百年一遇斷面洪水位分別為480.97、465.60、459.70、419.48、450.90m。

2.3 沖刷計(jì)算

河床沖刷由河床自然演變沖刷、一般沖刷和局部沖刷三部分組成。本研究中河道河段沖淤均基本平衡，河床自然演變沖刷均為零。由于建筑物穿河形式的不同，沖刷計(jì)算方法也不同，對(duì)于滈河、潏河、黑河倒虹工程，建筑物不與河床接觸，因此不考慮局部沖刷。對(duì)于浐河渡槽、灞河橋倒，在考慮一般沖刷的同時(shí)，還要考慮橋墩墩臺(tái)的局部沖刷，取三者最不利組合作為該斷面處的沖刷深，見表4。

表2 過河斷面設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法統(tǒng)計(jì)表

表3 過河建筑物設(shè)計(jì)洪水位參數(shù)選取

表4 不同河道過河建筑物斷面沖刷深度成果對(duì)比 單位：m

結(jié)合滈河、潏河和黑河倒虹段地質(zhì)情況，倒虹工程場(chǎng)地地層巖性主要由第四系全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土、砂礫卵石組成。故倒虹穿河斷面的最大沖刷深度采用非黏性土河床的一般沖刷經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，確定河道斷面的最大沖刷深度。計(jì)算過程中，河槽泥沙平均粒徑根據(jù)不同河槽河床組成，采用相關(guān)規(guī)程計(jì)算顆粒平均粒徑。由于在設(shè)計(jì)洪水下，河水不出主槽，因此只需計(jì)算河槽部分沖刷。

3 防洪綜合評(píng)價(jià)

3.1 對(duì)河道泄洪影響分析

滈河、潏河、黑河3座倒虹施工期設(shè)計(jì)洪水位均低于分期圍堰高程，施工期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下，滿足河道行洪安全。各河道倒虹及退水設(shè)施均采用大開挖方式，箱涵埋設(shè)在河床的穩(wěn)定層內(nèi)，在河道內(nèi)不建設(shè)構(gòu)筑物及其他設(shè)施，不擠占河道的行洪斷面，在施工完畢后恢復(fù)河道原貌，所以工程建成后對(duì)河道的行洪不會(huì)產(chǎn)生影響。但由于采用大開挖埋管方式施工，采取圍堰、導(dǎo)流、開挖等臨時(shí)施工措施時(shí)，工程機(jī)械、物料、棄渣及臨時(shí)工程將會(huì)擠占河道行洪斷面，會(huì)對(duì)河道行洪產(chǎn)生一定的影響。

3.2 對(duì)現(xiàn)有水利工程及設(shè)施的影響分析

滈河倒虹及退水設(shè)施由西向東依次穿越滈河左右岸堤防，其中：右岸為堤路結(jié)合形式，左岸堤防現(xiàn)狀損毀較為嚴(yán)重，工程施工采用大開挖方式，會(huì)對(duì)兩岸堤防產(chǎn)生一定程度的損毀。浐河渡槽、灞河橋倒工程槽墩、橋墩均布置于在建堤防兩側(cè)，項(xiàng)目建設(shè)不會(huì)對(duì)河流兩岸堤防產(chǎn)生影響。浐河渡槽及灞河橋倒兩工程進(jìn)口退水設(shè)施均由西向東進(jìn)入浐河、灞河河道，施工采用大開挖方式，會(huì)對(duì)左岸堤防產(chǎn)生一定程度的損毀。黑河倒虹及退水設(shè)施由東向西依次穿越黑河右岸堤防、左岸堤防及引石過渭工程供水管線，會(huì)對(duì)兩岸堤防產(chǎn)生損毀。

3.3 對(duì)防汛搶險(xiǎn)的影響分析

滈河等3座倒虹穿河采用大開挖方式，兩岸埋深在5.0m以下，建設(shè)施工后，將恢復(fù)河道自然狀態(tài)，并采用一定的生態(tài)保護(hù)措施，不會(huì)對(duì)防汛搶險(xiǎn)產(chǎn)生影響。擬建浐河渡槽、灞河橋倒工程項(xiàng)目建成后，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)30年一遇洪水產(chǎn)生的壅水高度分別為0.06、0.08m，不會(huì)對(duì)防汛搶險(xiǎn)產(chǎn)生影響。

3.4 項(xiàng)目施工對(duì)防洪的影響

項(xiàng)目施工期選擇在11月—翌年4月，施工圍堰等工程會(huì)對(duì)河道行洪帶來一定影響，施工期內(nèi)在邊坡堆積的一些施工物料等，會(huì)影響洪水、流冰的順利下泄。穿河工程均在汛期來臨之前完工，各種施工設(shè)備均在安全度汛水位之上，所以倒虹施工對(duì)河道行洪無較大影響。浐河渡槽、灞河橋倒下部基礎(chǔ)設(shè)施承臺(tái)及灌注樁施工采用鉆機(jī)鉆孔，埋設(shè)護(hù)筒，膨潤土拌制泥漿護(hù)壁，人工綁扎、焊接鋼筋骨架，汽車式起重機(jī)吊裝，占用河道斷面較小，且施工期選在枯水期，對(duì)防汛搶險(xiǎn)幾無影響。

4 結(jié)論和建議

不同河道水文計(jì)算及防洪評(píng)價(jià)應(yīng)根據(jù)河道演變特征、河床、河勢(shì)等因素綜合考慮，當(dāng)有水文站資料時(shí)，其洪水計(jì)算宜采用水文比擬法，無水文站時(shí)，可參照相鄰或相似流域水文資料，利用不同方法對(duì)比分析，在本文中采用推理公式法。滈河、潏河、黑河3處倒虹、浐河渡槽、灞河橋倒等跨河建筑物的建設(shè)對(duì)5條河流河床演變、河勢(shì)變化有較小影響。但會(huì)對(duì)已成黑河、滈河兩岸堤防、在建浐河、灞河左岸堤防局部造成一定損毀。

擬建的黑河、倒虹、倒虹上游峪口以上均有多座水庫，倒虹施工期應(yīng)選擇在枯水期(11月—翌年4月)，此時(shí)河流來水少、上游水庫處于存蓄水狀態(tài)，河道下泄水量較小。工程施工過程中，應(yīng)注意對(duì)工程的管護(hù)，工程附近嚴(yán)禁違法采石、采砂活動(dòng)，以保證河道順利行洪，也確保工程自身安全。施工結(jié)束后，應(yīng)對(duì)損毀部分進(jìn)行恢復(fù)，盡快恢復(fù)河道、河灘地原貌，避免對(duì)防汛搶險(xiǎn)影響。穿河位置上下游河段，設(shè)置保護(hù)標(biāo)志，保證穿越工程的安全。對(duì)河道穿越段輸水設(shè)施在洪水期加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，確保工程安全運(yùn)行。