蕪湖航空產(chǎn)業(yè)園對(duì)東門(mén)渡河的防洪影響分析

孫 翔

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230088）

0 引言

根據(jù)《關(guān)于建設(shè)通用航空產(chǎn)業(yè)綜合示范區(qū)的實(shí)施意見(jiàn)》，到2020年我國(guó)將建設(shè)50個(gè)通用航空產(chǎn)業(yè)綜合示范區(qū)，國(guó)家重點(diǎn)選擇產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好、綜合實(shí)力強(qiáng)、體制機(jī)制活、短期能突破、示范有帶動(dòng)的區(qū)域，統(tǒng)籌有序推進(jìn)通用航空產(chǎn)業(yè)綜合示范區(qū)建設(shè)。蕪湖市是全國(guó)首批26個(gè)試點(diǎn)城市之一、安徽省唯一入選城市。航空產(chǎn)業(yè)綜合示范區(qū)一般占地范圍較大，建設(shè)后必會(huì)改變區(qū)域內(nèi)原有的自然水系及地形地貌，導(dǎo)致流域匯水范圍發(fā)生變化，流域徑流系數(shù)及洪水也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)調(diào)整，可能對(duì)附近河段及下游堤防、水工建筑物及第三人合法水事權(quán)益帶來(lái)影響。蕪湖航空產(chǎn)業(yè)園（以下簡(jiǎn)稱(chēng)園區(qū)）位于蕪湖市東南部蕪湖縣境內(nèi)，東門(mén)渡河流域上游，為了更直觀(guān)、準(zhǔn)確地為地方政府管理和審批建設(shè)提供依據(jù)，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型量化工程建設(shè)對(duì)東門(mén)渡河進(jìn)行防洪影響分析是十分必要的。

1 園區(qū)概況分析

園區(qū)規(guī)劃面積約為 56.06 km2，東門(mén)渡河全長(zhǎng)約24.9 km，最大支流西大河長(zhǎng)約 18.2 km，內(nèi)部支叉河道長(zhǎng)約 67.5 km。東門(mén)渡河上段為自新圩、長(zhǎng)興圩堤段，下段為寶圩堤段；西大河上段為養(yǎng)賢聯(lián)圩堤段，下段為前進(jìn)圩、寶圩堤段；東門(mén)渡河口建有東門(mén)渡節(jié)制閘。東門(mén)渡河流域水系簡(jiǎn)圖如圖1所示。

園區(qū)將于2035年全面建成，東門(mén)渡節(jié)制閘上游匯水面積將增加 3.60 km2；東門(mén)渡河流域有 26.37 km2的匯水面積由自然山丘區(qū)規(guī)劃為航空產(chǎn)業(yè)區(qū)，下墊面發(fā)生變化；因園區(qū)建設(shè)需要占用流域內(nèi)可調(diào)蓄湖泊面積 0.62 km2，導(dǎo)致流域內(nèi)洪水可調(diào)蓄庫(kù)容發(fā)生變化[1]。目前，東門(mén)渡河出口在建仙人橋站（東門(mén)渡排洪站），抽排東門(mén)渡河關(guān)閘期洪水，設(shè)計(jì)流量為40.0 m3/s[2]。西大河段控制工程黃牛橋閘、范灣閘已基本建成，徐山東南部、養(yǎng)賢鄉(xiāng)西北側(cè)崗?fù)萏幰岩?guī)劃新開(kāi)渠道，使得西大河的洪水通過(guò)新開(kāi)挖渠道在寶圩南端直接匯入東門(mén)渡河。

2 技術(shù)路線(xiàn)分析

從園區(qū)總體及排水規(guī)劃方案的分析、評(píng)估展開(kāi)，在收集整理東門(mén)渡河流域水文、地形等資料的基礎(chǔ)上，分析園區(qū)建設(shè)可能造成的流域范圍變化，園區(qū)下墊面條件改變而帶來(lái)的設(shè)計(jì)洪水的變化，并建立一維數(shù)學(xué)模型，分析園區(qū)建設(shè)對(duì)東門(mén)渡河流域下游河段水位的影響；結(jié)合水文分析、數(shù)模成果，綜合評(píng)價(jià)工程建設(shè)對(duì)流域防洪的影響；對(duì)于工程建成后可能產(chǎn)生的影響，分析影響程度，提出補(bǔ)償措施；提出工程的綜合評(píng)價(jià)意見(jiàn)和建議，為地方政府管理和審批提供依據(jù)[3]。

圖1 東門(mén)渡河流域水系簡(jiǎn)圖

3 水文分析

現(xiàn)狀東門(mén)渡節(jié)制閘上游匯水面積為 148.00 km2，根據(jù)工程設(shè)計(jì)需要，將流域劃分山丘區(qū)和圩區(qū)，其中山丘區(qū)面積為 127.00 km2，劃為自新圩-邵村片、蕪宣機(jī)場(chǎng)片和西大河片進(jìn)行分析，圩區(qū)面積為 21.00 km2。園區(qū)建成后，東門(mén)渡河流域匯水面積為 151.60 km2，其中山丘區(qū)來(lái)水面積為 104.23 km2，圩區(qū)來(lái)水面積為 21.00 km2，城區(qū)來(lái)水面積為 26.37 km2。

汛期，當(dāng)東門(mén)渡節(jié)制閘下裘公河水位頂托，節(jié)制閘無(wú)法開(kāi)閘泄洪，流域暴雨洪水全部蓄積在東門(mén)渡河槽和湖泊內(nèi)，對(duì)沿岸圩區(qū)堤防守護(hù)及圩內(nèi)排澇造成很大壓力；當(dāng)閘下水位較低時(shí)，東門(mén)渡節(jié)制閘開(kāi)閘泄洪，因此，各典型年?yáng)|門(mén)渡河沿線(xiàn)水位與洪峰、洪量（累計(jì)降雨總量）及外河水位均有關(guān)系。根據(jù)新河莊雨量站 1963—2016 年實(shí)測(cè)最大24h 降雨資料和東門(mén)渡節(jié)制閘閘下1970年以來(lái)的實(shí)測(cè)水位（通過(guò)新河莊、水陽(yáng)2個(gè)水位站內(nèi)插計(jì)算得到）組合分析及相關(guān)設(shè)計(jì)報(bào)告成果，認(rèn)為在內(nèi)外水遭遇問(wèn)題上，1983，1984，1991，1996，1999 和2016年具有典型性[4]。在1983，1984，1991，1996，1999及2016年典型年洪水下，主要通過(guò)對(duì)比園區(qū)建成前、后2種工況分析園區(qū)建設(shè)對(duì)東門(mén)渡河流域的防洪影響變化及程度。

根據(jù)歷年實(shí)測(cè)資料分析，東門(mén)渡河最高水位出現(xiàn)在關(guān)閘期，當(dāng)東門(mén)渡河關(guān)閘時(shí)，東門(mén)渡河最高水位主要與流域洪量有關(guān)，各典型年?yáng)|門(mén)渡河洪水位分析時(shí)段取為1d，采用徑流系數(shù)法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。

東門(mén)渡河開(kāi)閘期最大日降雨出現(xiàn)在1984年6月13 日，最大日降雨量為 226.9 mm，為有資料以來(lái)最大降雨。為分析園區(qū)的建設(shè)對(duì)開(kāi)閘期間東門(mén)渡節(jié)制閘規(guī)模的影響，計(jì)算園區(qū)建設(shè)前后最大過(guò)閘流量的變化，采用3h 分析時(shí)段，按瞬時(shí)單位線(xiàn)綜合法計(jì)算1984年6月 12—14 日降雨產(chǎn)生的洪水過(guò)程。考慮到前期雨量影響，1984 年6月 12—14 日的凈雨采用水陽(yáng)江上游片次降雨徑流關(guān)系分析，水陽(yáng)江上游片汛期土壤飽和含水量為60mm，前期雨量消退系數(shù)為 0.82，最大1d 凈雨時(shí)程分配采用“84 年辦法”[5]的雨型分配，山丘區(qū)匯流計(jì)算采用瞬時(shí)單位線(xiàn)綜合法，單位線(xiàn)參數(shù)由安徽省山丘區(qū)瞬時(shí)單位線(xiàn)參數(shù)查算圖[6]查得。

確定圩區(qū)逐時(shí)段入河水量時(shí)，需對(duì)圩區(qū)逐時(shí)段產(chǎn)水量同圩區(qū)排澇站規(guī)模進(jìn)行比較，如圩區(qū)時(shí)段產(chǎn)水量小于排澇站時(shí)段內(nèi)能排的最大入河水量，時(shí)段入河水量即為時(shí)段產(chǎn)水量；反之，時(shí)段入河水量為圩區(qū)排澇站時(shí)段內(nèi)能排的最大入河水量，直至排完。

確定城區(qū)逐時(shí)段入河水量時(shí)，需要對(duì)城區(qū)逐時(shí)段產(chǎn)水量與規(guī)劃管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)模進(jìn)行比較，如城區(qū)時(shí)段產(chǎn)水量小于管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)模下時(shí)段最大入河水量，時(shí)段入河水量即為時(shí)段產(chǎn)水量；反之，時(shí)段入河水量為管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)模下時(shí)段內(nèi)能排的最大入河水量，直至排完。

4 軟件建模

本研究采用 MIKE11 軟件一維水動(dòng)力學(xué)模型[7]對(duì)東門(mén)渡河流域洪水進(jìn)行模擬計(jì)算。東門(mén)渡河建模范圍：上自皖贛鐵路（樁號(hào)0+ 000），下至東門(mén)渡節(jié)制閘（樁號(hào)13+ 320），左納航空產(chǎn)業(yè)園8條排澇溝來(lái)水。調(diào)洪演算采用 MIKE11一維水動(dòng)力學(xué)模型，東門(mén)渡河河道每500m 左右輸入1個(gè)斷面，共24個(gè)斷面?？鐤|門(mén)渡河6座橋和東門(mén)渡節(jié)制閘以 Control Structure 功能采用橋梁和閘的結(jié)構(gòu)進(jìn)行概化，東門(mén)渡河排洪站以 Pump 功能采用泵站結(jié)構(gòu)進(jìn)行概化。各典型年以自新圩-邵村片山丘區(qū)洪水位為上邊界計(jì)算條件，圩區(qū)及城區(qū)各分片洪水過(guò)程為旁側(cè)入流條件，相應(yīng)年份閘下水位過(guò)程為計(jì)算下邊界。

在模型開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用1983年實(shí)測(cè)洪水對(duì)河道糙率進(jìn)行率定，并采用 1983，1996 和1999年主汛期實(shí)測(cè)洪水對(duì)模型及其參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，東門(mén)渡節(jié)制閘上檢驗(yàn)成果如表1所示。計(jì)算結(jié)果表明，本模型計(jì)算的節(jié)制閘閘上最高洪水位與實(shí)測(cè)最高洪水位吻合較好，計(jì)算差值不超過(guò)20cm，精度可滿(mǎn)足防洪規(guī)劃要求。東門(mén)渡河一維模型主河槽、灘地的糙率值分別取 0.025，0.033。

表1 東門(mén)渡節(jié)制閘上洪水檢驗(yàn)成果m

東門(mén)渡節(jié)制閘和排洪站的調(diào)度原則如下：東門(mén)渡河起調(diào)水位為 9.00 m；當(dāng)東門(mén)渡節(jié)制閘下水位低于閘上水位時(shí)，開(kāi)閘放水，水位不低于 9.00 m；當(dāng)東門(mén)渡節(jié)制閘下水位高于閘上水位時(shí)，若東門(mén)渡河水位低于 10.50 m，洪水蓄在東門(mén)渡河，否則啟用泵站排水；當(dāng)東門(mén)渡河水位降至 10.50 m 以下時(shí)，泵站停用。園區(qū)建設(shè)前后，在東門(mén)渡河口設(shè)計(jì)流量為40.0 m3/s 排洪站工況下，東門(mén)渡河各節(jié)點(diǎn)最高洪水位分析成果如表2所示。

考慮到流域內(nèi)大部分圩口已加固，方案調(diào)洪中不考慮7hm2以上圩口破圩，因此計(jì)算結(jié)果比參數(shù)率定值要高。經(jīng)調(diào)洪演算分析，園區(qū)建設(shè)后，東門(mén)渡河各典型年沿線(xiàn)洪水位均有小幅提升，為消除園區(qū)建設(shè)影響，需要增加排洪站的設(shè)計(jì)流量規(guī)模。東門(mén)渡河典型年主汛期排洪泵站調(diào)洪演算不同設(shè)計(jì)流量下閘上最高水位匯總分析如表3所示。

5 防洪影響分析評(píng)估

防洪影響分析評(píng)估結(jié)果如下：

表2 園區(qū)建設(shè)前后東門(mén)渡河各節(jié)點(diǎn)最高洪水位比較成果表

表3 東門(mén)渡河典型年主汛期排洪泵站調(diào)洪演算不同設(shè)計(jì)流量下閘上最高水位匯總表

1）對(duì)流域防洪及水位影響。經(jīng)各典型年調(diào)洪計(jì)算分析，園區(qū)建設(shè)后，在排洪站已建情況下，東門(mén)渡河沿線(xiàn)最高防洪水位均有所提高，東門(mén)渡節(jié)制閘附近水位抬升幅度為 0～21.00 cm，寶圩以上段水位抬升幅度為 0～5.00 cm。園區(qū)建設(shè)抬升了東門(mén)渡河的洪水位，對(duì)東門(mén)渡河的行洪安全產(chǎn)生了一定影響。

東門(mén)渡排洪站建成后，東門(mén)渡河流域防洪形勢(shì)發(fā)生變化，防洪設(shè)計(jì)水位由東門(mén)渡泵站規(guī)?？刂?。經(jīng)調(diào)洪演算分析，園區(qū)建設(shè)后，1991 和1996年的東門(mén)渡河閘上水位與園區(qū)建設(shè)前保持一致，維持在泵站起排水位 10.50 m 左右，其余典型年均有所抬高。排洪站設(shè)計(jì)流量擴(kuò)建 1.0 m3/s 時(shí)，1983 和1984年型洪水在園區(qū)建設(shè)前后水位可保持一致；排洪站設(shè)計(jì)流量擴(kuò)建 2.5 m3/s 時(shí)，1999 年型洪水在園區(qū)建設(shè)前后水位可保持一致；排洪站設(shè)計(jì)流量擴(kuò)建 3.0 m3/s時(shí)，2016 年型洪水在園區(qū)建設(shè)前后水位可保持一致。因此，東門(mén)渡排洪站設(shè)計(jì)流量規(guī)模由 40.0 m3/s增加到 43.0 m3/s，可消除園區(qū)建設(shè)的水位影響。

2）對(duì)東門(mén)渡節(jié)制閘影響。由于園區(qū)建設(shè)，東門(mén)渡河流域匯水面積增大 3.60 km2，區(qū)內(nèi)地面硬化，產(chǎn)匯流速度加快，但由于東門(mén)渡河沿程有幾個(gè)較大湖面，調(diào)蓄庫(kù)容較大，至東門(mén)渡節(jié)制閘過(guò)閘流量相差不大。在園區(qū)建設(shè)后，東門(mén)渡節(jié)制閘最大過(guò)閘流量較園區(qū)建設(shè)前僅增加 17.0 m3/s，且均沒(méi)有達(dá)到節(jié)制閘20年一遇的設(shè)計(jì)流量，因此，認(rèn)為園區(qū)建成后對(duì)東門(mén)渡閘影響不大。

3）對(duì)跨河橋梁影響。經(jīng)過(guò)計(jì)算，樁號(hào)7+ 810，8 + 880，9 +745和12+615等4座橋梁過(guò)橋落差較大，園區(qū)建設(shè)前后，雍水高度都在25cm 以上。同時(shí)考慮到開(kāi)閘期各橋涵對(duì)洪水下泄的影響，建議跨東門(mén)渡河的6座橋梁未來(lái)實(shí)施改擴(kuò)建，以滿(mǎn)足過(guò)水要求。

4）對(duì)東門(mén)渡河閘下游裘公河影響。由于東門(mén)渡河流域沿程有較大的湖泊調(diào)蓄，可大大削減東門(mén)渡河入裘公河的洪峰，從東門(mén)渡節(jié)制閘運(yùn)行調(diào)度原則及歷年實(shí)際運(yùn)行情況看，東門(mén)渡節(jié)制閘只有在裘公河水位低時(shí)才有可能開(kāi)閘，因此，可以認(rèn)為園區(qū)建設(shè)在開(kāi)閘期對(duì)裘公河的設(shè)計(jì)水位沒(méi)有影響。雖然東門(mén)渡流域來(lái)水面積加大，但入裘公河流量受東門(mén)渡節(jié)制閘控制，出口流量受泵站規(guī)?？刂?，考慮園區(qū)對(duì)東門(mén)渡河的影響，泵站設(shè)計(jì)流量需要擴(kuò)建 3.0 m3/s，僅占裘公河設(shè)計(jì)流量 750.0 m3/s 的 0.4%，占比很小；同時(shí)，汪溪壩撇洪溝流域面積減少，帶來(lái)的洪峰流量減少遠(yuǎn)大于 3.0 m3/s，因此園區(qū)建設(shè)在關(guān)閘期對(duì)裘公河洪水位影響也很小。

5）城市建設(shè)對(duì)流域洪水影響。園區(qū)規(guī)劃面積為56.06 km2，建設(shè)前50年一遇洪峰流量為 202.0 m3/s；園區(qū)建設(shè)完成后洪峰流量增大至 271.0 m3/s；但流域內(nèi)百年一遇洪水洪峰流量為 310.0 m3/s，園區(qū)建設(shè)完成后洪峰流量降為 280.0 m3/s。

6 結(jié)語(yǔ)

蕪湖航空產(chǎn)業(yè)園位于東門(mén)渡河上游崗地，園區(qū)建設(shè)沒(méi)有改變流域防洪的總體規(guī)劃布局，對(duì)干流河道河勢(shì)無(wú)不利影響；園區(qū)建設(shè)抬升了東門(mén)渡河的洪水位，對(duì)東門(mén)渡河的行洪安全產(chǎn)生了一定影響，但可將東門(mén)渡河出口排洪站設(shè)計(jì)流量規(guī)模由 40.0 m3/s增加至 43.0 m3/s，以消除園區(qū)建設(shè)帶來(lái)的洪水影響。

從分析結(jié)果看，丘陵區(qū)城市開(kāi)發(fā)對(duì)流域的洪水影響，與降雨、管網(wǎng)和流域特征相關(guān)，由管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)確定，城市建設(shè)在某個(gè)降雨強(qiáng)度以下會(huì)增大流域洪水，反之在降雨強(qiáng)度以上，會(huì)減小流域洪水。主要原因是城市建設(shè)水系末端以管網(wǎng)代替自然溝渠，產(chǎn)匯流速度加快，且在丘陵區(qū)，降雨自流入下游河道，在某個(gè)降雨強(qiáng)度以下會(huì)導(dǎo)致流域洪峰流量增大；因管網(wǎng)規(guī)模限制，隨著下游水位上升，導(dǎo)致管網(wǎng)出流反而下降，就會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)降雨強(qiáng)度以上，流域洪峰流量反而減小的情況。蕪湖市及宣城市兩市依據(jù)本研究分析的結(jié)果和數(shù)據(jù)，通過(guò)協(xié)商解決了因園區(qū)建設(shè)造成的水事權(quán)益糾紛，為其順利建設(shè)鋪平了道路。本研究分析思路也可為以后地方因工程建設(shè)而出現(xiàn)的水事權(quán)益糾紛提供解決方案，為地方政府管理和審批建設(shè)提供決策依據(jù)。