河道水系生態(tài)控制線確定方法研究

陳曉燕，鞏振茂，陳振軍

(1.濟(jì)南市邢家渡引黃灌溉管理處，山東 濟(jì)南 250100；2.濟(jì)南市城鄉(xiāng)水務(wù)局，山東 濟(jì)南 250099)

河流生態(tài)一直是近幾年研究的熱點(diǎn)[1- 3]，為保障生態(tài)安全，維護(hù)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和科學(xué)合理性，在維持合理環(huán)境承載力的前提下，根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況，劃定合理的生態(tài)保護(hù)范圍界限，即為生態(tài)控制線[4- 6]。合理地繪制生態(tài)控制線，可有效控制經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一[7- 8]。通過綜合分析不同區(qū)域高程、植被覆蓋情況、水資源等情況，得出生態(tài)敏感性分區(qū)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化生態(tài)保護(hù)格局，是生態(tài)控制線劃分的主要工作[9]。目前，針對(duì)生態(tài)控制線的劃分多集中在城市生態(tài)治理當(dāng)中，而對(duì)河道生態(tài)控制線劃分方法的研究較少，河道生態(tài)保護(hù)控制線的劃分，主要包括上口線劃分、管理線劃分和保護(hù)線劃分。上口線的劃分是制定管理線與保護(hù)線的前提，合理的管理線和保護(hù)線劃分有利于方便對(duì)河道水質(zhì)的監(jiān)測(cè)與管理。確定河道生態(tài)保護(hù)控制線劃分方法對(duì)河道水質(zhì)保護(hù)，維持河道生態(tài)系統(tǒng)平衡意義重大。

1 研究方法

將河道水資源開發(fā)與生態(tài)保護(hù)看作兩個(gè)相互制約的整體，最終可達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)[10]。對(duì)于生態(tài)控制線劃分，采用生態(tài)控制線自動(dòng)劃分模型，結(jié)果精度較高。根據(jù)河道生態(tài)保護(hù)控制線劃分標(biāo)準(zhǔn)，在地理空間上劃分出滿足生態(tài)控制線約束條件的一片區(qū)域，而劃分出區(qū)域的邊線就自動(dòng)形成生態(tài)控制線。在生態(tài)控制線自動(dòng)劃定模型中，主要考慮生態(tài)保護(hù)區(qū)適宜性和緊湊性兩個(gè)基本原則。其目標(biāo)函數(shù)公式如下：

f(x)=ws×S+wc×C=1

(1)

式中，f(x)—目標(biāo)函數(shù)；S—生態(tài)保護(hù)區(qū)適宜性；C—保護(hù)區(qū)的緊湊性；ωs和ωc—每一項(xiàng)所占權(quán)重。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)，求得河道生態(tài)控制線范圍。

由式1可得出，河道上口線、管理線和保護(hù)線的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：

(1)上口線

①上口線寬度不小于按洪峰流量計(jì)算的河道溝頂寬度；②盡量利用河道自然線型。上口線包含現(xiàn)狀主河槽，并對(duì)現(xiàn)狀溝槽岸線進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整；③注意河道兩側(cè)等高線變化程度，標(biāo)定過程中盡可能使兩岸標(biāo)高持平；④盡可能避開現(xiàn)狀構(gòu)筑物及建筑物。

(2)管理線

①河道管理?xiàng)l例：管理范圍為兩岸堤防之間及堤腳外側(cè)5～10m的護(hù)堤地。無堤防的河道其管理范圍根據(jù)歷史最高洪水位或者設(shè)計(jì)洪水位劃定；②河道管理線一般平行于河道上口線，按50年一遇設(shè)計(jì)水位線劃定進(jìn)行標(biāo)定。

(3)保護(hù)線

①河道管理?xiàng)l例：河道管理范圍的相連地域劃定50～200m的保護(hù)范圍，一般情況下按每側(cè)200m劃定;②河道保護(hù)線一般平行于管理線，分為以下三種情況：a.一般情況下按200m劃定；b.遇到工礦企業(yè)、村莊時(shí)，每側(cè)保護(hù)帶寬度按50m控制；c.鎮(zhèn)區(qū)建設(shè)用地內(nèi)范圍內(nèi)為利于土地集約節(jié)約利用，河道管理線與河道保護(hù)線為一條線。

2 工程實(shí)例分析

本研究以濟(jì)南城區(qū)河道生態(tài)保護(hù)控制線劃分為例，主要研究了玉符河及其支流上口線、管理線和保護(hù)線的劃分，結(jié)果可為濟(jì)南城區(qū)其余河流劃分生態(tài)控制線提供參考。

2.1 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

2.1.1 設(shè)計(jì)雨期的確定

由于河道支流流域面積普遍較小，依據(jù)《山東省中小河流治理工程初步設(shè)計(jì)洪水計(jì)算指導(dǎo)意見》，從類似河道洪水調(diào)查情況來看，洪水過程一般不超過24h，設(shè)計(jì)雨期一般取24h即可滿足設(shè)計(jì)要求，故本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算設(shè)計(jì)雨期確定為24h。

2.1.2 設(shè)計(jì)面雨量計(jì)算

(1)雨量資料統(tǒng)計(jì)選樣

采用年最大值法計(jì)算統(tǒng)計(jì)崮山站1985～2014年以來實(shí)測(cè)年最大24h降水量組成長(zhǎng)系列降水資料。

(2)統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析及設(shè)計(jì)面雨量分析推求

設(shè)計(jì)雨量計(jì)算采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法。參數(shù)估計(jì)采用矩法計(jì)算出一組初值，用經(jīng)驗(yàn)適線法擬定曲線，確定參數(shù)。

①經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算采用公式

(2)

式中，Pm—實(shí)測(cè)系列第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率；m—實(shí)測(cè)雨量的序位；n—實(shí)測(cè)雨量系列項(xiàng)數(shù)。

②均值、變差系數(shù)Cv計(jì)算公式：

(3)

(4)

根據(jù)上述頻率計(jì)算公式，采用P～Ⅲ型頻率曲線，取Cs=3.5Cv，經(jīng)適線后求得各流域年最大24h點(diǎn)雨量系列均值和Cv值，然后根據(jù)流域面積查取點(diǎn)面換算系數(shù)經(jīng)點(diǎn)面換算后即求得設(shè)計(jì)流域面雨量，成果表見表1。

表1 玉符河設(shè)計(jì)頻率24h面雨量成果表

(3)匯流計(jì)算

采用山東省綜合瞬時(shí)單位線法推求不同頻率設(shè)計(jì)洪水。一般山丘地區(qū)、山丘平原混合區(qū)瞬時(shí)單位線參數(shù)M1計(jì)算公式為：

M1=AF0.33J-0.27R-0.20Tc0.17

(5)

式中，M1—瞬時(shí)單位線參數(shù)；A—地區(qū)綜合系數(shù)，黃河流域各支流取值0.24；F—流域面積,km2；J—河道干流平均坡度,m/m；R—凈雨深,mm；Tc—凈雨歷時(shí)，h。

經(jīng)計(jì)算，各河道流域設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表2。

表2 各河道設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

2.2 河道生態(tài)控制線劃分

玉符河的上口線、管理線按照玉符河綜合整治綜合整治方案劃定。上口線按照河道上口寬劃定，管理線按照50年一遇設(shè)計(jì)水位線劃定。河道保護(hù)線原則按管理線外200m劃定，沿線遇有西董家莊村、寨而頭村、東西渴馬村等村莊時(shí)避讓，保護(hù)帶按最小寬度50m劃定。

玉符河支流一劃定長(zhǎng)度2.885km，河道保護(hù)控制線總寬度132m。其中上口線寬度12m，該段河道管理線原則按上口線外10m劃定，管理范圍32m；河道保護(hù)線原則按管理線外50m劃定。

玉符河支流二劃定長(zhǎng)度3.206km，河道保護(hù)控制線總寬度132m。其中上口線寬度12m，河道管理線原則按上口線外10m劃定，管理范圍32m；河道保護(hù)線原則按管理線外50m劃定。

玉符河支流三劃定長(zhǎng)度7.835km。西泉瀘村南～侯家莊，河道保護(hù)控制線總寬度30m，其中上口線寬度10m，管理范圍30m。管理線原則為上口線向外側(cè)偏移10m，遇距離道路紅線小于20m，以道路紅線為管理線。

侯家莊～103省道，河道保護(hù)控制線總寬度50m，其中上口線寬度20m，管理范圍50m。管理線原則為上口線向外側(cè)偏移15m，遇距離道路紅線小于20m，以道路紅線為管理線。

103省道～臥虎山水庫，河道保護(hù)控制線總寬度160m，其中上口線寬度30m，河道管理線原則按上口線外15m劃定，管理范圍60m；每側(cè)保護(hù)帶寬度50m。具體結(jié)果見表3。

表3 河道生態(tài)控制線劃分表

3 結(jié)語

本文通過計(jì)算濟(jì)南城區(qū)玉符河各支流、干流的設(shè)計(jì)洪峰流量，得出設(shè)計(jì)洪水線，以此為依據(jù)，結(jié)合生態(tài)控制線自動(dòng)劃分模型，對(duì)濟(jì)南城區(qū)玉符河干流和支流上口線、管理線和保護(hù)線進(jìn)行了劃分，指出保護(hù)帶寬度為50m，提出了管理線在上口線基礎(chǔ)上平行擴(kuò)展20～30m的劃分標(biāo)準(zhǔn)，該設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可為今后生態(tài)控制線劃分工作提供參考。

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