封丘倒灌區(qū)貫孟堤擴(kuò)建工程對黃河下游防洪影響及消減措施研究

胡笑妍，崔振華，李榮容

（1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，鄭州 450003；2.水利部黃河流域水治理與水安全重點(diǎn)實驗室（籌）, 鄭州 450003）

貫孟堤位于黃河下游左岸河南省新鄉(xiāng)市境內(nèi)，黃河干流測淤斷面辛莊和王高寨之間，長21.12 km，是封丘倒灌區(qū)的控制性工程。封丘倒灌區(qū)位于黃河下游左岸河南省新鄉(xiāng)市封丘縣和長垣縣境內(nèi)。貫孟堤設(shè)防段末端姜堂至黃河大堤之間有長約8 km 的缺口，形成封丘倒灌區(qū)的倒灌口門，威脅封丘倒灌區(qū)群眾防洪安全。通過擴(kuò)建貫孟堤，沿貫孟堤設(shè)防段末端姜堂至臨黃堤石頭莊封堵倒灌區(qū)缺口，可基本消除設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)黃河洪水對封丘倒灌區(qū)的淹沒威脅及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的負(fù)面影響，促進(jìn)倒灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展。

但是，貫孟堤擴(kuò)建工程勢必對黃河下游防洪產(chǎn)生一定影響，因此，在保持小浪底水庫長期有效庫容、保證水庫及下游大洪水防洪安全條件下，如何突破水庫現(xiàn)狀調(diào)度運(yùn)用方式，研究利用小浪底水庫消減貫孟堤擴(kuò)建工程防洪影響的可行性十分必要。本文結(jié)合黃河下游河道過流能力和灘區(qū)防洪需求，分析計算河段洪水演進(jìn)、沿程水位變化及東平湖運(yùn)用情況，提出貫孟堤擴(kuò)建工程主要防洪影響及防治對策，以期為支撐貫孟堤擴(kuò)建工程建設(shè)及黃河下游防洪安全提供參考。貫孟堤位置及擴(kuò)建工程示意圖如圖1。

圖1 貫孟堤位置及擴(kuò)建工程示意圖

1 貫孟堤擴(kuò)建工程對黃河防洪影響分析

黃河中下游暴雨洪水多發(fā)生在7—10 月，洪水主要來自河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間、龍門至三門峽區(qū)間（簡稱龍三間）和三門峽至花園口區(qū)間（簡稱三花間），其中三門峽以上的“上大洪水”洪峰高、洪量大、含沙量高，如1933 年洪水；三花間的“下大洪水”洪峰高、漲勢猛、預(yù)見期短，如1954，1958，1982 年洪水［1］。

根據(jù)貫孟堤擴(kuò)建工程規(guī)模設(shè)置兩種計算方案，分別為不考慮無貫孟堤擴(kuò)建工程［2］、考慮貫孟堤擴(kuò)建工程按照百年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。兩個方案分別選取1933，1954，1958，1982 型百年一遇設(shè)計洪水過程，采用RSS 河流數(shù)值模擬系統(tǒng)計算研究河段的洪水演進(jìn)、沿程水位變化及對東平湖運(yùn)用的影響。

1.1 貫孟堤擴(kuò)建工程對河道行洪影響分析

高村、孫口站各典型百年一遇洪水條件下，方案1 及方案2 對洪水演進(jìn)影響計算結(jié)果如表1?？梢?，考慮孟堤擴(kuò)建工程按照百年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，當(dāng)發(fā)生百年一遇洪水時，方案2 相較于方案1 高村站洪峰流量增加62.7～566.1m3/s，峰現(xiàn)時間提前2.1～4.4 h，最高水位升高0.01～0.06 m；孫口站洪峰流量增加58.3～495.8 m3/s，峰現(xiàn)時間提前2.8～5.4 h，最高水位升高0.01～0.10 m。當(dāng)發(fā)生百年以上洪水時，貫孟堤擴(kuò)建工程按潰堤考慮，封丘倒灌區(qū)在洪峰時分洪，對下游洪水演進(jìn)影響減小。

表1 各典型百年一遇洪水條件下貫孟堤擴(kuò)建方案對洪水演進(jìn)的影響

1.2 貫孟堤擴(kuò)建工程對東平湖影響分析

1.2.1 東平湖現(xiàn)狀運(yùn)用方式

根據(jù)2009 年國務(wù)院批復(fù)的 《黃河蓄滯洪區(qū)建設(shè)與管理規(guī)劃》，東平湖滯洪區(qū)分滯黃河洪水時的運(yùn)用原則為：當(dāng)孫口站實測洪峰流量達(dá)10000 m3/s，且有繼續(xù)上漲趨勢，首先運(yùn)用老湖區(qū)；當(dāng)老湖區(qū)分洪能力小于黃河要求分洪流量或洪量時，新湖區(qū)投入運(yùn)用。

1.2.2 東平湖分洪幾率及新湖運(yùn)用幾率分析［3］

經(jīng)分析，小浪底水庫正常運(yùn)用后，東平湖滯洪區(qū)蓄滯黃河洪水的分洪幾率為近30 年一遇，老湖防御大汶河洪水標(biāo)準(zhǔn)為近10 年一遇。新湖的運(yùn)用幾率視黃河和汶河來水情況定：二級湖堤的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是防御大清河10 年一遇洪水，因此新湖區(qū)滯蓄大清河洪水的運(yùn)用幾率為10 年一遇；滯蓄黃河洪水時，當(dāng)黃河、大清河洪水遭遇，如遭遇汶河10 年一遇洪水，則需要新湖區(qū)滯蓄黃河洪水的運(yùn)用幾率為近30 年一遇；如遭遇汶河5 年一遇洪水，則需要新湖區(qū)滯蓄黃河洪水的運(yùn)用幾率約為80 年一遇。

1.2.3 貫孟堤擴(kuò)建工程對東平湖運(yùn)用影響分析

各典型百年一遇洪水條件下，孟堤擴(kuò)建工程對東平湖運(yùn)用影響計算結(jié)果如表2。可見，不考慮汶河來水，貫孟堤擴(kuò)建工程實施后，東平湖滯洪區(qū)分洪幾率略有提前，百年一遇洪水東平湖最大分洪量增加0.89 億～1.22 億m3，分洪時機(jī)提前1～3 h。

表2 各典型百年一遇洪水條件下貫孟堤擴(kuò)建方案對東平湖運(yùn)用影響

根據(jù)現(xiàn)有東平湖運(yùn)用方式，不考慮汶河來水，孫口流量超過13500 m3/s 時啟用新湖區(qū)，對應(yīng)洪水量級略超百年一遇洪水。貫孟堤擴(kuò)建方案按百年一遇標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，發(fā)生百年一遇洪水時，孫口最大流量為13354.3 m3/s，不考慮汶河來水情況下，不啟用新湖區(qū)。

2 貫孟堤擴(kuò)建工程防洪影響消減措施分析

從防洪影響分析結(jié)果來看，貫孟堤擴(kuò)建工程主要影響百年一遇“下大洪水”的演進(jìn)過程。本研究考慮通過壓減小浪底水庫洪峰段下泄最小流量，從而減小高村～孫口河段洪峰流量和東平湖分洪量的方式，消除貫孟堤擴(kuò)建工程帶來的防洪影響。

選取1954，1958，1982 年典型百年一遇設(shè)計洪水過程進(jìn)行調(diào)洪演算，外包值結(jié)果如表3。

表3 小浪底水庫不同最小下泄流量方案下游洪水特征值統(tǒng)計

經(jīng)計算，對于千年、萬年一遇洪水，洪峰段小浪底最小下泄流量0 m3/s 時，水庫庫水位分別為271.76，274.89 m，不超設(shè)計、校核洪水位，不影響水庫自身防洪安全。

當(dāng)發(fā)生百年一遇洪水，小浪底水庫洪峰段最小下泄400～200 m3/s 流量時，與小浪底現(xiàn)狀運(yùn)用方式相比，小浪底水庫多攔蓄0.95 億～1.27 億m3，水位抬升0.44～0.58 m，高村～孫口河段洪峰流量減小783 ～938 m3/s，孫口超萬洪量減少1.29 億～1.49 億m3。

綜合上述分析，當(dāng)發(fā)生百年一遇洪水時，通過將小浪底洪峰段下泄流量從1000 m3/s 調(diào)整至200 ～400 m3/s，即可消除貫孟堤改擴(kuò)建工程防洪影響，同時不影響小浪底水庫自身防洪安全。

3 結(jié)語

（1）現(xiàn)狀設(shè)計洪水條件下，貫孟堤擴(kuò)建工程的建設(shè)將在一定程度增加工程下游至孫口段洪峰流量和洪峰水位。

（2）現(xiàn)狀設(shè)計洪水條件下，貫孟堤擴(kuò)建工程的建設(shè)對東平湖運(yùn)用有一定影響，表現(xiàn)在分洪幾率略有提前，同量級洪水淹沒東平湖淹沒水深加大。

（3）可通過將小浪底洪峰段下泄流量從1000 m3/s調(diào)整至200～400 m3/s 的方式消除貫孟堤擴(kuò)建工程防洪影響，且不影響水庫自身防洪安全。

（4）總體來看，貫孟堤擴(kuò)建工程按百年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，當(dāng)發(fā)生百年一遇洪水時，對防洪影響最大，主要表現(xiàn)在增大下游洪峰流量，工程出險幾率增加，同量級洪水淹沒東平湖淹沒水深加大，總體上工程對黃河防洪影響較小且可控，可通過相應(yīng)非工程措施消除因工程建設(shè)對黃河下游排洪能力的不利影響。