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蓄滞洪区的建设及其在南四湖流域洪水资源利用中的应用研究

2020-03-10尹建部刘江颖梁晨璟刘春彤

陕西水利 2020年11期
关键词:滞洪区堤防防洪

尹建部,刘江颖,郑 鑫,梁晨璟,刘春彤

(1.山东省海河淮河小清河流域水利管理服务中心,山东 济南 250199;2.水发规划设计有限公司,山东 济南 250013)

1 引言

我国传统防汛工作以疏导为主,引导洪雨入海,然而此方法解决洪水风险的同时,却导致部分地区缺水问题进一步加剧。由此,洪水资源利用作为一种有效的减害增利手段得到了大力推广,其强调的是将部分洪水转化为可利用的水资源,在保证区域防洪效果的同时,可适时提供生活、生产以及生态所需水量[1],本文主要围绕洪水资源利用中蓄滞洪区的作用与规划建设展开详细分析。

2 蓄滞洪区的概念

蓄滞洪区,指的是河堤背水面以外临时蓄存洪水的湖泊、沼泽、常积水地区等,多建于中下游河道[2]。蓄滞洪区在部分汛期流域水位较高而需防洪排涝的情况下可自然蓄存、滞留洪水,待洪涝风险解除后,江河水位下降,可开闸使洪水自然归槽,为洪水资源化利用奠定了一定的基础。

我国蓄滞洪区的设置具有一定的特殊性,不同于美国、日本等国严格禁止居民居住的要求,人多地少的现实条件使得我国大部分蓄滞洪区兼具防洪、人居和生产基地的双重任务。对此,在蓄洪区必须合理修建堤防、撤退道路/桥梁、安全区、避水楼房等,有效控制淹没或行洪范围,以最小的代价蓄纳超额洪水。

3 蓄滞洪区在洪水资源利用中的作用分析

3.1 蓄滞洪区作用分析

蓄滞洪区是我国防洪体系的重要组成部分,具体作用分析如下:

(1)保证重点区域防洪安全:我国江河洪水峰高量大,中下游河道泄洪能力存在不足,利用蓄滞洪区可分蓄超额洪水,保证重点区域防洪安全,减轻洪灾损失。根据最新防汛抗洪报道,截止2020 年8 月11 日,长江流域以三峡为核心进行水库群联合调度,拦洪300 余亿m3,结合限排、部分洲滩民垸行蓄洪等措施,大大缓解了长江中下游干流堤防压力;淮河流域针对王家坝水位超29.3 m 保证水位并预报继续上涨的严峻形势,科学权衡利弊,启用蒙洼蓄滞洪区开闸分洪,保证重要堤防、城市防洪安全。

(2)提高洪水资源的利用程度:自古以来,我国治水一直坚持“入海为安”理念,虽可有效缓解洪涝灾害,但也会导致部分地区非汛期出现水资源短缺的问题,由此“洪水资源利用”概念被提出。通过蓄滞洪区的建设与运用,可在保证流域防洪安全的同时,提高洪水利用程度,有利于缓解区域水资源供需矛盾、改善生态环境。

3.2 蓄滞洪区在我国运用情况

建国以来,我国水库、堤防、蓄滞洪区等工程建设规模持续扩大,在洪水防御、利用方面均取得了一定的成果,以蓄滞洪区为例,在我国建设情况如下:

(1)政策层面:我国颁布了《中华人民共和国防洪法》《蓄滞洪区安全与建设指导纲要》《蓄滞洪区运用补偿暂行办法》等政策法规,各个地区在此基础上结合自身实际逐步建立起蓄滞洪区建设和管理的制度体系以及分工明确的蓄滞洪区管理模式[3]。

(2)工程层面:我国蓄滞洪区98 处,经过多年建设,截止2018 年底蓄洪容积已经达到了1089 亿m3,建成5 级及以上堤防31.2 万km,为调控洪水、抵御灾害提供了坚强屏障。

4 实例探析南四湖流域蓄滞洪区工程的建设情况

4.1 项目背景

根据《淮河流域防洪规划》,近期规划建设南四湖湖东滞洪区,包括泗河~青山、界河~城漷河、新薛河~郗山三处,总面积232 km2,耕地1.86 万km2,人口27.3 万人,设计滞洪库容容量3.68 亿m3,由此进一步提升山东全省防洪减灾水平、增强雨洪资源利用能力。2017 年6 月19 日,根据可行性研究报告批复情况,工程总工期30 个月,总投资55064 万元。

4.2 蓄滞洪区洪水风险计算

此次工程任务是根据规划落实防洪工程、安全工程建设,科学的洪水风险计算是湖东滞洪区安全建设的重要前提。

4.2.1 洪水风险因子

南四湖湖东滞洪区洪水风险因子选用情况如下:

(1)运用标准(Ty):50 a 一遇;

(2)启用几率(Tq):50 a 一遇;

(3)淹没水深(H):滞洪区范围分别是泗河~青山、界河~城漷河段34.99 m 等高线以下以及新薛河~郗山段36.49 m 等高线以下,地面高程31.50 m~36.79 m,取0~5 m;

(4)淹没历时(t):据估算,淹没水深1 m、2 m、3 m~5 m时,取16.0 d、22.0 d、27.5 d。

4.2.2 淹没风险度计算

本工程结合《全国蓄滞洪区建设与管理规划》、风险计算案例,选择经验公式法、数值计算法进行计算,为规划安全建设方案提供重要依据。

(1)经验公式法

式中:R 为风险度;H 为淹没水深,m;Ty为运用标准,a;φ 为淹没历时修正系数,取值1.0~1.3。

湖东滞洪区淹没水深分别取1 m、2 m、3 m、4 m、5 m,由此计算得到值,并根据《全国蓄滞洪区建设与管理规划》规定的评判标准划分风险区,见表1。

表1 湖东滞洪区洪水风险度计算结果

(2)数值计算法

此种计算方法以上述提出的四大洪水风险因子为自变量,建立淹没风险度与自变量函数关系,具体如下:

①基本风险度(Rj)计算公式如下:

式中:C1、C2、C3为Rj1、Rj2、Rj3修正系数,取值1/100、20.0、10.0;为淹没水深,m;H 为运用标准,a;Tq为启用重现期,a。

湖东滞洪区淹没水深分别取1 m、2 m、3 m、4 m、5 m,由此计算得到Rj=1、2、3、4、5。

②风险度(R)的计算公式如下:

式中:φ 为淹没历时修正系数;t 为淹没历时,d;a、b、c 为常数,取值1/8000、1/80、69/80。

计算结果见表2。

表2 湖东滞洪区洪水风险度计算结果

上述两种方法计算所得结果基本一致,主要分歧集中在H=5 m 的情况下,从效益最优原则出发,决定将其归为中度风险区。

4.3 洪水风险区划

根据上一小节计算分析结果,开展湖东滞洪区洪水风险区划,具体见图1(总滞洪面积252.69 km2):泗河~青山、界河~城漷河段34.99 m 等高线以下、新薛河~郗山段34.49 m 等高线以下为中度风险区,其余为轻度风险区。

图1 湖东滞洪区洪水风险区划

4.4 蓄滞洪区工程建设方案

4.4.1 建设标准

(1)堤防级别(两城四村航道堤防、解放沟左岸堤防):2级。

(2)穿堤涵闸级别:与堤防级别相同。

(3)桥梁荷载等级:公路-Ⅱ级。

(4)工程区地震基本烈度:6 度、7 度。

4.4.2 主要建设内容及规模

本项目涉及防洪与安全工程两大部分,具体建设情况如下:

(1)防洪工程

两城四村航道堤防加固1.4 km,新建排涝涵闸1 座,拆除改建渔业局排涝涵洞1 座。

解放沟筑堤0.666 km,新建排涝涵闸1 座,灌溉渠道恢复长度400 m。

(2)安全工程

新建峦谷堆安全台,避洪面积11449 m2;安全楼4 处,总避洪安全层面积41735 m2,总建筑面积114789 m2;新建道路84.7 km,改建道路118.08 km;桥梁45 座,新建3 座、重建41 座、维修1 座;排水涵洞128 座,新建18 座、改建109 座、维修1 座;过路涵185 座。工程规模为大(二)型。

实施情况:南四湖湖东滞洪区项目于2019 年8 月28 日开工建设。

5 结语

综上所述,蓄滞洪区是我国防洪工程体系的重要一环,一方面此工程在缓解河道防洪压力方面发挥着重要作用;另一方面,通过将洪水滞留在流域内,还可为非汛期提供必要的水资源,改善生态环境、缓解水资源供需矛盾,真正实现洪水资源的有效利用。由于我国蓄滞洪区兼具防洪、人居以及生产等功能,必须要科学开展洪水风险计算与区划工作,合理规划建设相关防洪、安全工程,实现蓄滞洪区的可持续发展。

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