南淝河流域生態(tài)修復(fù)（水生植物種植）工程防洪分析

張安慶 盧 慧

一、工程概況

南淝河是巢湖北岸的一大支流，發(fā)源于安徽省中部大潛山余脈的南部，主干河道全長約70.0km，流域面積1464km2。南淝河流域生態(tài)修復(fù)（水生植物種植）主要任務(wù)為通過恢復(fù)水生植物、底棲動物等措施凈化設(shè)計河段的水質(zhì)，恢復(fù)設(shè)計河段的生態(tài)環(huán)境功能，并探索南淝河流域河道中水生植物恢復(fù)的適宜性，為下一步開展南淝河全流域生態(tài)修復(fù)提供技術(shù)支撐。工程范圍為南淝河二道壩至懷寧北路，設(shè)計長度為350m。沉水植物種植面積6285m2，水生動物投放321kg。

二、防洪分析與計算

（一）計算公式

1.綜合糙率計算公式

式中：P—河道整個斷面面積，以m2計；

Pi—第i 分割斷面面積，以m2計；

n—河道整個斷面綜合糙率；

ni—第i 分割斷面糙率。

2.水面線計算公式

水面線推求根據(jù)能量守恒原理，采用河道斷面水面曲線逐段試算法，其計算公式為：

式中：

z1、z2—上下游斷面水位，m；

α1、α2—動能修正系數(shù)；

ξ—局部損失系數(shù)；

Q—斷面過流量，m3/s；

A1、A2—上下斷面的過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

R—水力半徑，m；

n—河道糙率。

（二）防洪分析與計算

南淝河干流河流已經(jīng)過治理，河道為復(fù)試斷面，河底高程9.76～9.80m，河道底寬約18m，在高程12.5～12.6m 處設(shè)親水平臺，親水平臺寬約2.7m，親水平臺以上邊坡約1 ∶2。下游合作化路蓄水壩壩頂高程為11.8m。

1.水生植物選取

由于生態(tài)修復(fù)工程在考慮整體水體生態(tài)凈化功能的時候，多以植物的景觀性、生態(tài)性為重點(diǎn)，一般會選取一些生態(tài)效應(yīng)良好、體態(tài)壯碩美觀的喬木作為水生植物，以達(dá)到景觀生態(tài)的效果。但從河道行洪安全的角度看，種植喬木會減小了河道原有的設(shè)計行洪斷面，從而造成阻水，也會產(chǎn)生掛淤、纏繞漂浮物等現(xiàn)象，進(jìn)一步弱化了河道的行洪安全。為確保河道防洪安全，本項(xiàng)目在設(shè)計時，堅持防洪安全為主，生態(tài)景觀其次的原則，在滿足河道最小行洪斷面的基礎(chǔ)上，通過營造不同的水生環(huán)境，結(jié)合種植沉水植物、水生動物等，營造不同的動植物群落，凈化水質(zhì)的同時也為其他生物生長提供良好的生態(tài)基底。

根據(jù)設(shè)計資料，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)主要水生植物高度均未超過1.2m。因此對河道的行洪影響很小，同時也兼顧了景觀性和生態(tài)性。

2.河道綜合糙率

單種水生植物占用過流斷面面積暫用植株高度×單斷面種植寬度×空隙率進(jìn)行估算，同一斷面上各種水生植物占用面積之和即為占用過流總面積。本次涉及河段選取種植初期和生長成熟期的最不利斷面進(jìn)行計算，詳見表1、表2。

表1 南淝河干流種植水生植物參數(shù)表（生長初期最不利斷面）

表2 南淝河干流種植水生植物參數(shù)表（生長成熟期最不利斷面）

本次南淝河干流是經(jīng)過治理的河道，河段順直，斷面規(guī)整，水流通暢，參考《水利計算手冊》中河道糙率取值表，現(xiàn)狀河道糙率均取0.025。種植水生植物后根據(jù)水生植物品種、單斷面種植寬度、植株高度，斷面綜合糙率為單種水生植物糙率的面積占比加權(quán)平均，經(jīng)計算：種植初期河道綜合糙率為0.0267，生長成熟期為0.0288。

3.洪水水面線

20年一遇工況下，種植水生植物后最大阻水面積占比為3.8%，南淝河干流懷寧路至二道壩壩下現(xiàn)狀20年一遇洪水位為14.930～14.958m。種植水生植物后，20年一遇洪水位為14.930～14.972m；種植水生植物后，20年一遇洪水位壅高了0～0.014m，見表3。

表3 南淝河干流20年一遇工況下種植水生植物前后對比表

100年一遇工況下，種植水生植物后最大阻水面積占比為2.6%，南淝河干流懷寧路至二道壩壩下現(xiàn)狀100年一遇洪水位為16.560～16.577m。種植水生植物后，100年一遇洪水位為16.560～16.584m；種植水生植物后，100年一遇洪水位壅高了0～0.007m；種植后100年一遇洪水位仍低于兩岸地面高程，見表4。

表4 南淝河干流100年一遇工況下種植水生植物前后對比表

三、防洪評價與建議

（一）防洪評價

根據(jù)已批復(fù)的《合肥市城市防洪規(guī)劃報告》以及《南淝河防洪完善工程（一期）》等，本工程范圍內(nèi)南淝河現(xiàn)狀河道斷面已滿足100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。本次南淝河干流（二道壩—懷寧路）范圍內(nèi)種植水生植物（沉水植物），水生植物最大阻水面積4.55m2，占用百年一遇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的行洪斷面2.6%，造成最大壅水高度0.014m。

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和《合肥市城市防洪規(guī)劃報告》，中心城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。本次涉河工程河段位于中心城區(qū)，現(xiàn)狀南淝河干流已達(dá)100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)方案，本次南淝河干流涉河的水生植物（沉水植物）防洪標(biāo)準(zhǔn)均采用100年一遇，滿足與現(xiàn)有防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)的要求。

本項(xiàng)目擬在南淝河干流植沉水植物，水生植物種植后，對河道水位的抬高有一定影響，本次選取植物在生長成熟期的最不利斷面進(jìn)行計算，其中南淝河干流最大壅水高度為0.014m，造成的河道壅水長度為280 m。種植水生植物后其洪水位仍低于兩岸地面高程，不影響河道行洪安全。

（二）建議

項(xiàng)目實(shí)施前應(yīng)根據(jù)前期研究成果并確定合理的水生植物間距及植株高度，建議種植水生植物株高較低、遇洪水易倒伏的品種，且種植株距應(yīng)較大，對洪水過流影響較小。

建議沉水植物長出水面影響河道景觀或行洪時，應(yīng)進(jìn)行人工打撈或機(jī)割。對于浮出河道水面的死株，應(yīng)安排及時清除。根據(jù)沉水植物種類的不同，具體收割時間為4—5月收割1 次，6—8月收割3 次、9—12月收割2 次。

在施工期間，由于底質(zhì)改良預(yù)處理、植物種植等施工工藝，會產(chǎn)生一些淤泥，建議施工單位及時將淤泥運(yùn)至河道主管部門指定地點(diǎn)，禁止將淤泥堆放在迎水坡或河道行洪區(qū)內(nèi)。

工程施工期及完建初期應(yīng)加強(qiáng)對南淝河工程段堤防、岸坡及河床進(jìn)行觀測，如有不利情況應(yīng)及時采取措施并上報■