鄭州市賈魯河綜合治理工程對(duì)下游河道影響評(píng)價(jià)

【摘要】鄭州市賈魯河綜合治理工程實(shí)施后，賈魯河鄭州段河道泄洪能力將增大，發(fā)生同頻率洪水時(shí)，經(jīng)賈魯河鄭州段下泄洪水的洪峰流量將比綜合治理前有所增大，從而使下游段洪峰流量有所增大，水位有所提高，將對(duì)下游段河道產(chǎn)生一定的不利影響。文章采用馬斯京根法對(duì)工程實(shí)施前后賈魯河50年一遇洪水進(jìn)行演進(jìn)，對(duì)比分析后評(píng)價(jià)工程對(duì)下游河道的影響，并提出了補(bǔ)救措施建議。

【關(guān)鍵詞】河道綜合治理；洪水演進(jìn)；馬斯京根法；影響評(píng)價(jià)

1、項(xiàng)目概況

由于賈魯河現(xiàn)狀防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)較低，不滿足鄭州市城市防洪的要求，兩岸生態(tài)環(huán)境效果差，不滿足全國(guó)水生態(tài)文明城市建設(shè)的要求，鄭州市實(shí)施開(kāi)展了鄭州市賈魯河綜合治理工程，主要建設(shè)任務(wù)：一是按照50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)對(duì)賈魯河尖崗水庫(kù)至中牟隴海鐵路橋段進(jìn)行綜合治理，綜合治理長(zhǎng)度49.67km；二是為了減輕下游防洪壓力，開(kāi)挖賈魯濕地、祥云濕地、圃田澤濕地等3處濕地湖泊；三是為使汛期洪水平穩(wěn)下泄，對(duì)隴海鐵路橋至大王莊彎道段河槽進(jìn)行疏挖，長(zhǎng)13.1km。

2、對(duì)下游河道的影響分析

鄭州市賈魯河綜合治理工程實(shí)施后，賈魯河鄭州段河道泄洪能力將增大，發(fā)生同頻率洪水時(shí)，經(jīng)賈魯河鄭州段下泄洪水的洪峰流量將比綜合治理前有所增大，從而使賈魯河下游段洪峰流量有所增大，水位有所提高，將對(duì)下游段河道將產(chǎn)生一定的不利影響。

根據(jù)工程實(shí)際情況，選取農(nóng)科所橋、隴海鐵路橋、大王莊彎道及開(kāi)封界作為典型斷面，采用洪水演進(jìn)方法分別計(jì)算工程實(shí)施前后典型斷面的洪峰流量，以評(píng)價(jià)鄭州市賈魯河綜合治理工程對(duì)賈魯河下游河道的影響程度。

2.1 河道洪水演進(jìn)

河道洪水演進(jìn)可從水量和流量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行分析，相應(yīng)的計(jì)算方法為水量平衡法和馬斯京根法。

2.1.1 水量平衡法

水量平衡法是進(jìn)行河道洪水演進(jìn)的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法，對(duì)任一河段、任一時(shí)段Δt的水量平衡方程為：

河段槽蓄方程可簡(jiǎn)化為：

河段上、下斷面流量與過(guò)水面積關(guān)系為：

A上= f（Q上）

A下= f（Q下）

式中：

Q上，1、Q上，2、Q下，1、Q下，2——時(shí)段初、末上、下斷面流量，m3/s；

A上，1、A上，2、A下，1、A下，2——時(shí)段初、末上、下斷面過(guò)水面積，m2；

ΔL——河段長(zhǎng)度。

聯(lián)立以上各式，通過(guò)逐時(shí)段遞推，可將上游斷面的入流過(guò)程演算至下游斷面。

采用水量平衡法進(jìn)行河道洪水演進(jìn)，簡(jiǎn)單易行，但需事先確定各斷面流量與相應(yīng)面積之間的關(guān)系，對(duì)于長(zhǎng)河段且斷面變化較大時(shí)，需要選取多個(gè)斷面，并且計(jì)算每個(gè)斷面流量—面積關(guān)系，然后進(jìn)行河道洪水演進(jìn)，計(jì)算工作量較大。本次評(píng)價(jià)中，河道洪水演進(jìn)采用水量平衡法和馬斯京根流量演算法相結(jié)合，首先選取市區(qū)整治過(guò)的代表性河段（南陽(yáng)壩—皋村閘段）以及未治理的代表性河道（隴海鐵路橋～大王莊段），采用水量平衡法分別進(jìn)行洪水演進(jìn)，依據(jù)推流結(jié)果試算馬斯京根流量演算法中的流量比重因子，然后用用馬斯京根法對(duì)賈魯河全段進(jìn)行洪水演進(jìn)。

2.1.2 流量演算法

流量演算法是通過(guò)聯(lián)立求解河段水量平衡方程和槽蓄方程，用馬斯京根法將河段的入流過(guò)程演算為出流過(guò)程的方法，演算方程為：

式中：

Q上，1，Q上，2—時(shí)段初、末上斷面流量（m3/s）；

Q下，1，Q下，2—時(shí)段初、末下斷面流量（m3/s）；

K—穩(wěn)定流情況下的河段傳播時(shí)間（h），與流量成反比；

x—流量比重因素，與河道調(diào)蓄能力成反比。

參數(shù)C0、C1、C2都是K、x和Δt的函數(shù)，對(duì)于某一河段而言，只要確定了K、x值，即可求得C0、C1、C2，從而由入流過(guò)程和初始條件，通過(guò)逐時(shí)段演算，求得出流過(guò)程。

K值反映河道穩(wěn)定流時(shí)河段的傳播時(shí)間，根據(jù)河段長(zhǎng)度、洪水大小及斷面情況等近似選取。

流量比重因素x除反映楔蓄對(duì)流量的作用外，還反映河段的調(diào)蓄能力，與河道調(diào)蓄能力成反比，一般從上游向下游逐漸減小，介于0.2～0.45之間，本次評(píng)價(jià)，結(jié)合《鄭州市城市防洪規(guī)劃》的相關(guān)成果，綜合治理前x取0.4，治理后x取0.35，同時(shí)考慮沿河湖泊濕地（西流湖、象湖、賈魯湖、祥云湖和蒲田澤湖）的削峰、延時(shí)作用，位于湖區(qū)濕地段，x取0.3～0.35。

計(jì)算時(shí)段Δt選取涉及到馬斯京根法演算的精度，本次評(píng)價(jià)選取的Δt等于河段洪水傳播時(shí)間，當(dāng)河段較長(zhǎng)時(shí)，可把河段劃分為許多子河段，使Δt等于子河段的傳播時(shí)間。

經(jīng)演算，農(nóng)科所橋、隴海鐵路橋、大王莊彎道和開(kāi)封界斷面在鄭州市賈魯河綜合治理工程實(shí)施前后50年一遇洪峰流量詳見(jiàn)表1所示。

從表1可知，工程實(shí)施前后，經(jīng)馬斯京根法洪水演進(jìn)后，農(nóng)科所橋斷面50年一遇洪峰流量基本一致，相差僅為5%，隴海鐵路橋斷面和大王莊彎道斷面50年一遇洪峰流量相差較大，而開(kāi)封界斷面50年一遇洪峰流量一致，下面分別論述。

（1）由于賈魯河農(nóng)科所橋斷面以上河道中除去科學(xué)大道至象湖段未經(jīng)系統(tǒng)治理外，其余河段均按照50年一遇的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)了系統(tǒng)治理。其中最大支流七里河與農(nóng)科所橋斷面相距較近，七里河入賈魯河口斷面至農(nóng)科所橋斷面距離僅為7km，是該斷面洪水的主要來(lái)源之一，因此賈魯河綜合治理工程實(shí)施前后，農(nóng)科所橋斷面50年一遇洪峰流量基本一致。

（2）賈魯河農(nóng)科所橋至隴海鐵路橋段，長(zhǎng)11.4km，現(xiàn)狀未治理，過(guò)流能力僅為631m3/s，工程實(shí)施前，50年一遇洪水不能順利下泄，洪水漫堤行洪，延時(shí)下泄，隴海鐵路橋斷面在工程實(shí)施前50年一遇洪峰流量只能按照河道現(xiàn)狀過(guò)流能力確定為631 m3/s，工程實(shí)施后，洪水可順暢下泄，經(jīng)洪水演進(jìn)計(jì)算，50年一遇洪峰流量為1151m3/s。

（3）賈魯河隴海鐵路橋至大王莊彎道段，長(zhǎng)13.1km，現(xiàn)狀未治理，過(guò)流能力僅為752m3/s，綜合治理工程對(duì)該段河道按照3年一遇除澇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行疏挖，疏挖后過(guò)流能力為847m3/s，仍小于上游斷面50年一遇的洪峰流量，工程實(shí)施前后，50年一遇洪水仍不能順利下泄，洪水漫流，因此，工程實(shí)施前大王莊彎道斷面50年一遇洪峰流量按照農(nóng)科所橋斷面的過(guò)流能力確定為631m3/s，而工程實(shí)施后該斷面50年一遇洪峰流量按照該段河道疏挖后的過(guò)流能力確定為847m3/s。

（4）賈魯河大王莊彎道至開(kāi)封界斷面段，長(zhǎng)3.7km，現(xiàn)狀未治理，過(guò)流能僅為248m3/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上游斷面50年一遇的洪峰流量，洪水不能順利下泄，漫堤行洪，因此，工程實(shí)施前后，開(kāi)封界斷面50年一遇洪峰流量均應(yīng)按照該段河道的過(guò)流能力確定為248 m3/s。

另外，依據(jù)《賈魯河干流重點(diǎn)河段治理工程可行性研究報(bào)告》規(guī)劃成果，賈魯河干流防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為IV級(jí)，賈魯河干流隴海鐵路橋至開(kāi)封界范圍內(nèi)，20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為446m3/s，對(duì)比表1可知，當(dāng)隴海鐵路橋以上賈魯河按照50年一遇綜合治理后，而隴海鐵路橋至開(kāi)封界段未治理時(shí)，當(dāng)上游發(fā)生50年一遇洪水時(shí)，洪水漫堤行洪，經(jīng)計(jì)算，淹沒(méi)范圍為9.92km2；而當(dāng)隴海鐵路橋至開(kāi)封界段按照規(guī)劃的20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行治理后，當(dāng)上游發(fā)生50年一遇洪水時(shí)，洪水依然漫堤行洪，但淹沒(méi)范圍相對(duì)較少，經(jīng)計(jì)算，淹沒(méi)范圍為7.56km2。

3、綜合評(píng)價(jià)

賈魯河隴海鐵路橋以上河段，經(jīng)綜合治理后，河道泄流能力增大，但由于隴海鐵路橋以下河段，特別是大王莊彎道至開(kāi)封界段，河道河流能力較小，工程實(shí)施前后，50年一遇洪水均漫堤行洪，若賈魯河隴海鐵路橋至開(kāi)封界段按照規(guī)劃的20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)治理，淹沒(méi)范圍為7.56km2，該淹沒(méi)范圍是由于賈魯河不同河段因保護(hù)對(duì)象不同而防洪標(biāo)準(zhǔn)不同造成的，是允許的，若下游河道維持現(xiàn)狀，則淹沒(méi)范圍為9.92km2，這是由于賈魯河上游進(jìn)行綜合治理而下游河道斷面未達(dá)到規(guī)劃的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)造成的，兩則淹沒(méi)范圍之差2.36km2，即鄭州市賈魯河綜合治理工程使下游增加淹沒(méi)面積2.36km2。

同時(shí)由于賈魯河農(nóng)科所橋與隴海鐵路橋段經(jīng)綜合治理后，洪水下泄速度增大，洪水提前，經(jīng)計(jì)算，工程治理后，50年一遇洪水提前約1.13h，提前時(shí)間有限，基本不影響下游河道的防汛搶險(xiǎn)。

4、評(píng)價(jià)結(jié)論及建議

鄭州市賈魯河綜合治理工程實(shí)施后，增大了下游沿河洼地的防洪、排澇負(fù)擔(dān)，增加淹沒(méi)面積2.36km2，對(duì)下游河道有一定的不利影響，但影響相對(duì)較小。

建議按照規(guī)劃20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，適時(shí)對(duì)賈魯河隴海鐵路橋至開(kāi)封界段進(jìn)行綜合治理，以消除鄭州賈魯河綜合治理工程對(duì)下游賈魯河的影響。