平原水網(wǎng)地區(qū)水系連通河道規(guī)模分析與研究

賈 貝， 趙 威， 王志濤

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230088)

安徽省淮北平原地區(qū)作為典型的平原水網(wǎng)地區(qū),伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,現(xiàn)有的水利工程難以滿足當(dāng)前淮北地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)洪澇水調(diào)度、水資源配置、水生態(tài)環(huán)境改善的綜合需求。實(shí)施淮北平原水系連通工程,形成淮河以北地區(qū)縱橫交錯(cuò)的水網(wǎng)新格局,對(duì)完善淮北平原防洪排澇體系,擴(kuò)大排水通道,改善蓄水條件,優(yōu)化水資源調(diào)配,改善水生態(tài)環(huán)境是十分必要的。筆者參與的界宿新河工程,通過(guò)東西向大尺度水系連通,為統(tǒng)籌解決水資源、水生態(tài)、水環(huán)境、水災(zāi)害等問(wèn)題進(jìn)行嘗試與探索。

1 河道功能定位

界宿新河工程地處皖北平原,利用老界洪河開(kāi)挖延伸,自西向東流經(jīng)阜陽(yáng)界首市、太和縣,亳州渦陽(yáng)縣,淮北濉溪縣,宿州埇橋區(qū)4市5縣區(qū),全長(zhǎng)158.2km。連通潁河、渦河等主要支流,繼續(xù)向東跨過(guò)包澮河后,至濉溪縣四鋪鄉(xiāng)在四鋪閘下匯入沱河上段,后經(jīng)由新汴河入洪澤湖?？蓪?shí)現(xiàn)以水資源調(diào)配、水生態(tài)環(huán)境改善為主,結(jié)合排澇與相機(jī)分洪,兼顧航運(yùn)的多重建設(shè)目標(biāo)。

2 河道規(guī)模設(shè)計(jì)思路

河道設(shè)計(jì)思路為由低到高,逐級(jí)滿足設(shè)計(jì)工況要求。相機(jī)分洪工況,設(shè)計(jì)水位的選取既不能影響現(xiàn)有河道防洪除澇,又要能夠滿足相機(jī)分泄洪水的功能,盡量避免新河大量筑堤,減小占地。最低通航水位,與交叉河道現(xiàn)有最低通航水位成果銜接。蓄引水工況,設(shè)計(jì)水位的選擇以主要河道交叉點(diǎn)現(xiàn)有蓄水工程蓄水位綜合確定。排澇工況,考慮沿線地面高程及截引河溝的排澇水位情況綜合確定。

3 河道規(guī)模設(shè)計(jì)及方案分析

3.1 水力計(jì)算

由于本工程的輸水河渠大多利用現(xiàn)有河道,因此設(shè)計(jì)輸水水面線在控制點(diǎn)水位選定的情況下,綜合考慮河道防洪、除澇、航運(yùn)等要求,采用一維明渠恒定均勻流計(jì)算公式。水力計(jì)算采用謝才公式與曼寧公式計(jì)算。其基本計(jì)算公式為:

(1)

(2)

其中，v為斷面平均流速;Q為河段流量;i為底坡;A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e;R為水力半徑;n為糙率(主槽糙率取0.0225,灘地糙率取0.03)。

水面線推算程序采用“HEC-RAS V4.0。根據(jù)分段設(shè)計(jì)流量,利用能量方程由控制水深的一端逐段向另一端推算。其基本計(jì)算公式為:

(3)

其中，Q為河段流量,m3/s;L為兩斷面間距離,m;K1為下斷面流量模數(shù);K2為上斷面流量模數(shù)。

3.2 方案比選分析

初步擬定方案1、方案2,從設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)水位、河道工程規(guī)模等方面進(jìn)行分析比較。

方案1:綜合考慮排澇與相機(jī)分洪,兼顧航運(yùn)等多重目標(biāo)。結(jié)合自然地形、充分銜接交叉跨越河流的設(shè)計(jì)水位情況,規(guī)劃河道設(shè)計(jì)水面線:潁河界首樞紐～渦河小田莊樞紐水面比降為1/24300,渦河小田莊樞紐～戚嶺子水面比降為1/23000;方案1的界宿新河河道斷面采用復(fù)式梯形斷面,保證有足夠的行洪廊道,又開(kāi)挖較深的河道兼顧排澇和枯水期補(bǔ)水、通航,全線平均開(kāi)挖深度9m～10m,河槽邊坡一般土質(zhì)采用1:3,河道沿線大部分段落需要筑堤,堤距根據(jù)河道設(shè)計(jì)底寬與邊坡相應(yīng)確定。新河河道滿足四級(jí)航道通航要求。設(shè)計(jì)水位、河道工程規(guī)模等如表1所列。

表1 界宿新河河道規(guī)模(方案1)

方案2:結(jié)合現(xiàn)有河湖水系、工程的可利用情況,考慮在工程設(shè)計(jì)功能上有所取舍,不考慮相機(jī)分洪與通航,以水資源調(diào)配與水生態(tài)環(huán)境改善及排澇為主。規(guī)劃河道設(shè)計(jì)水面線:潁河界首樞紐～渦河小田莊樞紐水面比降為1/18200,渦河小田莊樞紐～戚嶺子水面比降為1/27300;方案2全線平均開(kāi)挖深度6～7m,邊坡1:3,河道沿線基本不需要筑堤。設(shè)計(jì)水位、河道工程規(guī)模等如表2所列。

表2 界宿新河河道規(guī)模(方案2)

綜合來(lái)看,推薦方案1。方案1不僅可以實(shí)現(xiàn)水資源調(diào)配,又可以結(jié)合排澇與相機(jī)分洪,兼顧航運(yùn)等多重建設(shè)目標(biāo)。雖然前期工程量較大、投資較大,但是從空間布局及地形上來(lái)看,方案1充分利用了當(dāng)?shù)氐乃悼臻g戰(zhàn)略資源,從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度考慮,可達(dá)到一次建設(shè)、多種功能的效果;方案2在工程投資和實(shí)施難度上有優(yōu)勢(shì),但是該方案沒(méi)有達(dá)到等級(jí)航道的斷面規(guī)模,無(wú)法實(shí)現(xiàn)通航,也不能承擔(dān)相機(jī)分洪的任務(wù),僅能起到水資源調(diào)配、水生態(tài)環(huán)境改善及排澇的作用,并且一經(jīng)建成,后期再拓展功能難度較大。因此,從資源充分利用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的角度出發(fā),推薦方案1。

4 結(jié)束語(yǔ)

界宿新河水系連通工程實(shí)施后將有較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益。該工程充分利用當(dāng)?shù)氐乃悼臻g戰(zhàn)略資源,優(yōu)化區(qū)域水量調(diào)配,改善當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境與沿線支流大溝下游的排澇條件,可一定程度上提高潁河、渦河防洪標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)也為流域的防洪調(diào)度增加靈活性,還將減輕沙潁河、渦河等航道的壓力,完善皖北區(qū)域航道網(wǎng)布局。