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关于黄河桃花峪水库建设为河道型滞洪区的探索

2022-12-27苏茂林李荣容

人民黄河 2022年11期
关键词:小浪底滩区库区

苏茂林,李荣容,谢 强

(1.黄河水利委员会,河南 郑州 450003;2.黄河勘测规划设计研究院有限公司,河南 郑州 450003;3.黄河水利委员会 河湖保护与建设运行安全中心,河南 郑州 450003)

滞洪区一般是在河道外临时贮存洪水的低洼地区或湖泊,如黄河“上拦下排,两岸分滞”处理洪水措施中,“两岸分滞”就是在黄河下游两岸设立分滞洪区,建立分洪、滞洪工程,用以削减洪峰、分流洪水,保证堤防的安全和洪峰的顺利通过。能否在河道上直接建设滞洪区,通过工程措施利用河道更多滞蓄洪水,达到既削减洪峰又减少大量永久占用耕地的效果呢?本文以黄河桃花峪水库为例,探索建设河道型滞洪区的问题。

1 黄河桃花峪水库规划建设的历史背景

桃花峪水库是《黄河流域综合规划(2012—2030年)》明确的黄河干流梯级枢纽之一,规划坝址距小浪底水库约120 km,位于黄河中下游分界点桃花峪附近,处于控制进入黄河下游洪水的最有利位置,区位优势独特[1]。

新中国成立以来,为削减黄河下游洪峰,国家先后九次对桃花峪水库进行规划,经历了初期设计设想、小浪底水库与桃花峪水库方案并存、桃花峪水库被明确为防洪枢纽工程3个阶段。在初期设计设想阶段,1952—1953年国家第一次提出在黄河干流修建桃花峪水库;1954年《黄河综合利用规划技术经济报告》和1958年“黄河水土保持、河道整治及干支流开发三大规划”,明确了桃花峪水库以防洪灌溉为主、注重综合利用的功能定位,并开展了初步设计。但是,由于白马泉管涌、沁河改道及水库淤积对伊洛河影响等问题,因此规划被暂时搁置。在小浪底水库与桃花峪水库方案并存阶段,1976年黄委向国务院提出采取“上拦下排、两岸分滞”的方式解决黄河下游防洪问题,提供了小浪底和桃花峪两座大型水库作为建设选项;1980年,经各方综合分析论证,一致推荐优先建设小浪底水库,桃花峪水库方案再度搁置。在桃花峪水库被明确为防洪枢纽工程阶段,1990年《黄河治理开发规划报告》提出,桃花峪水库是远期进一步削减黄河下游洪水和南水北调中线穿黄的枢纽工程;1993年经综合研究桃花峪水库与南水北调中线穿黄工程结合方案,黄委进一步明确了桃花峪水库“控制小浪底以下无控区间发生的特大洪水”的功能定位;1997年《黄河治理开发规划纲要》提出,规划桃花峪水库作为进一步削减黄河下游洪水的枢纽工程。2013年,国务院批复的《黄河流域综合规划(2012—2030年)》保留了桃花峪水利枢纽项目。

2 新形势下黄河下游防洪存在的主要问题

2019年9月18日,习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上指出:“洪水风险依然是流域的最大威胁……下游防洪短板突出,洪水预见期短、威胁大……下游滩区既是黄河滞洪沉沙的场所,也是190万群众赖以生存的家园,防洪运用和经济发展矛盾长期存在。河南、山东居民迁建规划实施后,仍有近百万人生活在洪水威胁中。”[2]目前,黄河下游防洪存在的主要问题:一是小浪底水库大坝至花园口区间(以下简称小花间)1.8万km2无工程控制区(以下简称无控区)洪水尚未得到有效控制,该区间百年一遇洪水洪峰流量为12 000 m3/s,千年一遇洪水洪峰流量为19 800 m3/s,洪水预见期短,对下游威胁较大。二是泥沙问题在相当长时期内依然存在,冲淤变化异常复杂,历史上形成的地上悬河局面将长期存在,下游水患威胁依然严峻。三是滩区洪水漫滩概率高,滩区居民受洪水威胁大,花园口水文站流量超过5 000 m3/s的洪水在下游滩区即开始漫滩淹没,这一量级洪水发生频次较高,外加“二级悬河”所形成的滩区槽高、滩低、堤根洼的影响,洪水漫滩后滩区村庄和黄河大堤偎水较深。现在下游滩区居民迁建和安全建设规划实施后仍有100多万人生活在漫滩洪水威胁中。近年来,受气候变化影响,黄河流域及周边极端暴雨频发,如延安“13·7”暴雨洪水、新乡“16·7”暴雨洪水、郑州“21·7”特大暴雨洪水等,均超出了区域工程防御洪水的能力,造成了重大危害。若极端暴雨发生在小花间,则形成的洪水将给黄河下游带来巨大威胁。

3 黄河桃花峪水库功能定位及开发任务

桃花峪水库在历次规划中的主要任务是防洪,早期也曾提出灌溉等综合利用任务。现阶段通过小浪底水库调节、黄河下游引黄涵闸改建,下游引水能力和引水量已达到和超过“八七”分水方案分配给下游的引水指标。因此,桃花峪水库功能定位目前主要还是防洪。

利用桃花峪库区滞蓄小花间洪水,与小浪底等水库联合运用,同时结合滩区居民迁建、“二级悬河”治理、生态保护修复等综合治理措施,不仅可以降低黄河大堤安全风险,也能有效提高下游滩区群众生产生活安全保障水平。据分析,桃花峪水库如近期建设,与小浪底水库尚未淤积的拦沙库容配合使用,可将花园口水文站流量控制在5 000 m3/s以下,下游漫滩频率将从2~3 a一遇降低到5~10 a一遇,桃花峪库区只需要多拦蓄洪水4 d,即可避免下游约12.7万hm2耕地、55万人受淹;如将漫滩流量提高到6 000 m3/s,漫滩频率可降低到10~20 a一遇。

修建桃花峪水库淹没范围涉及郑州、洛阳、焦作3个省辖市7个县(市),草亭坝址防洪运用水位110.0 m时淹没影响3.68万hm2土地、1.73万人,淹没范围广,征地移民多。

桃花峪水库具有平原水库性质,防洪作用显著,但水库淹没耕地多,可改变传统的按水库建设的功能定位,创新思维,按照滞洪区方式设计,即把库区建设成河道型滞洪区,滞洪运用水位和移民水位仍为110.0 m,库区性质转变为滞洪区,按照滞洪区进行管理。这样也完全能满足桃花峪水库防洪的开发任务,即防御小花间无控区洪水、降低黄河大堤安全风险、减小淮区漫滩概率。综合考虑新形势下黄河下游防洪面临的问题和库区滩区经济社会高质量发展要求,建议桃花峪水库按照河道型滞洪区模式开发建设。

4 黄河桃花峪河道型蓄滞洪区建设初步设想[3-4]

4.1 坝址选择

历史上桃花峪水库坝址选择主要集中在沁河口附近,有解封、草亭、姚旗营三处,其中解封、草亭坝址分别在沁河口以上4 km和2 km处,姚旗营坝址在沁河口以下4 km处。桃花峪水库库区主要依靠黄河宽河道蓄水,坝址越靠下,库容越大。综合考虑防洪、库容、地质等多方面因素,草亭坝址最为适宜,该坝址110.0 m高程相应原始库容为22.02亿m3。

4.2 工程规模和运用方式

4.2.1 工程规模

综合防洪需求及桃花峪库区淹没影响,桃花峪水库防洪高水位110.0 m,相应库容22.02亿m3。工程按千年一遇洪水设计,万年一遇洪水校核,设计、校核水位均为110.0 m,坝顶高程114.5 m。

桃花峪水库主要由拦河坝和北岸围堤组成,其中拦河坝为河床泄洪闸和左右岸均质土坝组成的混合坝,北岸围堤利用现有温孟滩区防洪堤改建而成,从左坝肩一直延伸至温县附近,总长度约为77.27 km。

4.2.2 运用方式

最高滞洪水位110.0 m,滞洪量22.02亿m3,滞洪区范围即是110.0 m库区回水淹没范围。考虑工程开发任务及淤积影响,拟定初期运用方式。

(1)汛期平水期和非汛期:闸门敞泄,库区保持天然河道状态。

(2)汛期洪水期:一是预报花园口发生10~20 a一遇以下洪水,若洪水来源于小花间,则按控制花园口水文站流量小于5 000 m3/s运用;若洪水来源于潼关以上,则与小浪底等水库联合调节水沙。二是预报花园口流量超过20 a一遇量级,与小浪底等水库联合调度,降低黄河大堤安全风险,延长滩区居民迁移安置时间,减小东平湖、北金堤滞洪区运用概率。

4.3 工程建设影响及其对策

(1)移民征地影响及其处理措施。桃花峪水库淹没影响农村人口1.73万人;淹没影响土地总面积3.68万hm2,其中耕(园)地面积2.05万hm2,涉及生产安置人口29万;淹没影响企事业单位43家,影响交通、电力、通信等多个专项设施。工程按照河道型滞洪区模式开发建设,库区不再征地,对滞洪高水位110.0 m回水影响范围内1.73万人采取搬迁安置措施。

(2)生态环境影响及其对策。桃花峪滞洪区主要影响国家级、省级的黄河湿地自然保护区,黄河郑州段黄河鲤国家级水产种质资源保护区,黄河国家级地质公园等区域,需提前做好相关准备,应组织编制专题报告,及时报请国家相关部门审批。

(3)对南水北调中线穿黄工程影响及其处理措施。南水北调中线穿黄工程主要有隧洞穿黄河段、河滩明渠、新老蟒河倒虹吸。工程设计时考虑了桃花峪水库的建设,设计最高外水水位为104.47 m,最大外水压力水头为41.82 m,本次提出桃花峪滞洪区最高设计水位110.0 m,可能会影响隧洞的结构安全、明渠和新老蟒河倒虹吸运行,需要开展专项安全评价并采取相应措施。

(4)库区淤积影响及其处理措施。桃花峪河段属于堆积性河道,泥沙淤积和库容保持问题不容忽视,淤积主要集中在库区滩地,依靠工程调度难以排沙出库,拟采取人工清淤的方式在滞洪运用后进行清淤。

(5)浸没影响及其处理措施。桃花峪滞洪区滞洪运行时间短,增加的入渗量少,可采取截渗等措施予以解决。

4.4 投资估算

桃花峪水库按滞洪区建设,只有工程部分和少量的移民征地、环境补偿费用,总投资为水库建设模式的1/4。

5 结论与建议

(1)按照一般水库的功能定位开发建设桃花峪水库,需要的永久占地和移民安置数量多、投资大,也涉及耕地指标占补平衡问题。若将功能定位调整为滞洪区,修建桃花峪河道型滞洪区,不但可以防御小花间无控区洪水、降低黄河大堤安全风险、减小滩区漫滩概率,还能有效解决库区占地移民量大的现实问题,实际淹没损失可按《黄河下游滩区运用财政补偿资金管理办法》给予补偿。按照此种模式平时不蓄水,只有在库区漫滩的情况下发挥拦洪滞洪作用。通过改变功能定位,可在不降低其防洪作用的同时,避免库区2.05万hm2耕地征地长期占用,总投资减少3/4。据初步测算,10 a一遇的洪水只需桃花峪滞洪区多拦蓄4 d,就可以避免下游约12.7万hm2耕地、55万人受淹,仅此一项的效益便超过了桃花峪滞洪工程的建设费用(实际上,10 a一遇洪水桃花峪滞洪区范围内已经发生自然淹没)。

(2)提前开展桃花峪滞洪区关键技术指标研究。桃花峪水库是黄河流域综合规划批复的36座梯级工程之一,与中游三门峡、小浪底、陆浑、故县、河口村水库联合运用,共同保障黄河下游防洪安澜。结合桃花峪滞洪区功能定位及运用模式,建议提前组织专家研究桃花峪滞洪区与现有防洪工程体系的联合调度方案,积极论证滞洪区与黄河下游综合治理体系的协同运用,综合分析滞洪区初期的滞洪运用和中长期的蓄水可能性等关键技术问题,并及时提出可行方案。

(3)积极推动桃花峪滞洪区尽早立项。当前,随着黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的深入实施,桃花峪滞洪区建设迎来了重大契机。建议加快推动桃花峪滞洪区工程建设。

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