郭家嘴調(diào)水工程風(fēng)險(xiǎn)分析

劉文博，石 林，宋文杰，趙麗子

（湖南省水利水電科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

調(diào)水工程可以有效解決地區(qū)干旱性缺水問(wèn)題，但是調(diào)水工程由于工程線路長(zhǎng)，沿線水文、地質(zhì)情況各異，在建設(shè)實(shí)施過(guò)程中存在著諸多風(fēng)險(xiǎn)[1～4]。吳險(xiǎn)峰[5]根據(jù)中國(guó)西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境的特性，提出河道枯水流量計(jì)算方法，并采用Tennant 進(jìn)行檢驗(yàn)，利用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、整體損失性測(cè)度、恢復(fù)性測(cè)度3 個(gè)參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)黃河上游南水北調(diào)工程風(fēng)險(xiǎn)。陳進(jìn)[6]從水文、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等5 個(gè)方面對(duì)跨流域調(diào)水工程風(fēng)險(xiǎn)建立綜合評(píng)價(jià)體系，并提出增加工程安全性的措施。張永[7]在識(shí)別諸多風(fēng)險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)上，通過(guò)深入探討調(diào)水量、調(diào)水區(qū)當(dāng)?shù)厮Y源利用的規(guī)律與反應(yīng)機(jī)制，以及缺水風(fēng)險(xiǎn)行為和狀態(tài)，建立了包括供水風(fēng)險(xiǎn)率、供水可靠性、供水恢復(fù)性以及事故周期等指標(biāo)在內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。顧文權(quán)[8]利用Monte-Carlo 隨機(jī)模擬技術(shù)對(duì)南水北調(diào)中線水源區(qū)進(jìn)行論證，分析了不同調(diào)水流量下供水風(fēng)險(xiǎn)變化規(guī)律。

1 工程概況

祁東縣城區(qū)面積約為12 km2，常住人口17.9 萬(wàn)人，地處衡邵干旱走廊，人均地表水資源量?jī)H985 m3（不含湘江過(guò)境客水）。近年來(lái)，縣城基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。但祁東縣城水資源重度缺乏，資源性缺水已成為縣城經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要制約因素，初步預(yù)測(cè)縣城所在地的白河流域2020 年的需水量將達(dá)到1.98億m3，而在90%保證率下，本地水可供水量?jī)H為1.06億m3，遠(yuǎn)不能滿足區(qū)域遠(yuǎn)期需水要求。

通過(guò)多次調(diào)研、分析發(fā)現(xiàn)，郭家嘴調(diào)水工程可有效解決祁東縣缺水問(wèn)題，即在縣域西部楊家臺(tái)水庫(kù)庫(kù)尾郭家嘴附近興建一座中型水庫(kù)，通過(guò)50 多公里的輸水渠道將水輸送至縣城各用水單位，計(jì)劃引水5 000 萬(wàn)m3，其中郭家嘴水庫(kù)供水2 000 萬(wàn)m3，沿線截流3 000萬(wàn)m3。祁東縣郭家嘴調(diào)水工程以農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)園區(qū)用水為主，兼顧部分居民生活用水，是一項(xiàng)解決祁東縣長(zhǎng)期缺水問(wèn)題的綜合性水利工程（見(jiàn)圖1）。

2 風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

2.1 對(duì)河道泄洪影響分析

祁東縣調(diào)水工程與羅田縣引水工程在地質(zhì)和水文條件上較為相似，周研來(lái)[9]以最高洪水位及泄流量對(duì)羅田縣引水工程泄洪情況進(jìn)行評(píng)估，提出降低洪澇風(fēng)險(xiǎn)的調(diào)度規(guī)則，本工程對(duì)行洪影響較大的是楊家臺(tái)水庫(kù)和上福沖、里雅塘管橋，下面分別從運(yùn)行期和施工期對(duì)行洪安全進(jìn)行影響分析：

圖1 祁東縣主要中型水庫(kù)分布圖

1）運(yùn)行期對(duì)行洪安全的影響分析。楊家臺(tái)水庫(kù)擴(kuò)建后，將使庫(kù)區(qū)河道較現(xiàn)狀水位壅高，一定程度上改變了原來(lái)天然河道的行洪條件。針對(duì)水庫(kù)正常蓄水位的提升，各水庫(kù)對(duì)各自泄洪建筑物進(jìn)行了改建，增大或維持了原水庫(kù)的泄洪能力，所以對(duì)河道行洪安全無(wú)影響。

上福沖、里雅塘管橋建成后，對(duì)河道的水流流態(tài)均有一定的影響，從壅水分析計(jì)算成果可知：上福沖管橋10 年一遇洪水壅水長(zhǎng)度為243 m，最大壅水高度為0.118 m；里雅塘管橋10 年一遇洪水壅水長(zhǎng)度為121 m，最大壅水高度為0.013 m。南元沖管橋?qū)拥佬泻闊o(wú)影響。

上福沖、里雅塘管橋建成后，使河道過(guò)流面積減少，上福沖管橋10 年一遇占用河道行洪面積3.19%，里雅塘管橋10 年一遇占用河道行洪面積6.65%。由此可見(jiàn)，大橋建成后對(duì)河道行洪能力有一定影響。

2）施工期對(duì)行洪安全的影響分析

①楊家臺(tái)水庫(kù)擴(kuò)建無(wú)水下施工項(xiàng)目，溢洪道加建泄洪閘施工工期較短，施工時(shí)選擇在枯水期，只需將庫(kù)水位預(yù)降至死水位便可解決施工問(wèn)題，無(wú)需施工導(dǎo)流，對(duì)行洪安全無(wú)影響。

②上福沖水庫(kù)擴(kuò)建無(wú)水下施工項(xiàng)目，高涵封堵、新開(kāi)灌溉輸水隧洞、溢洪道加建泄洪閘等項(xiàng)目施工工期較短，施工時(shí)選擇在枯水期，只需將庫(kù)水位預(yù)降至死水位便可解決施工問(wèn)題，無(wú)需施工導(dǎo)流，不會(huì)產(chǎn)生施工期壅水，對(duì)行洪安全無(wú)影響。

③橋梁工程施工時(shí)橋身采用在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制后，利用架橋機(jī)施工的施工方案，大橋施工對(duì)相應(yīng)河段的防洪影響較小。

2.2 對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定影響分析

本工程阻水壅高計(jì)算主要采用水面曲線法（即通過(guò)工程前后水面曲線的比較，計(jì)算壅水高度和壅水長(zhǎng)度）和經(jīng)驗(yàn)公式法。

1）上福沖水庫(kù)擴(kuò)建后擴(kuò)建溢流堰及閘門整體抬高以增加正常蓄水位，水庫(kù)閘門尺寸及泄流能力不變。因此不會(huì)增加頻率洪水的下泄流量，30 年一遇及以下標(biāo)準(zhǔn)洪水下泄流量維持不變，設(shè)計(jì)洪水（P=1.0%）及校核洪水（P=0.1%）下泄流量略有減少，因此不會(huì)對(duì)河道下游河勢(shì)產(chǎn)生不利影響。

2）楊家臺(tái)水庫(kù)建成后，河道水流流態(tài)和河相關(guān)系受工程建設(shè)的影響，可能有一定程度的改變，可能造成河床再造過(guò)程，從河流動(dòng)力學(xué)與河床演變學(xué)來(lái)看，河床穩(wěn)定性應(yīng)由縱向穩(wěn)定程度和橫向穩(wěn)定程度來(lái)確定。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，楊家臺(tái)水庫(kù)壩址河段河床沖淤變幅較小，屬縱向穩(wěn)定、橫向較穩(wěn)定河床，不會(huì)對(duì)近岸產(chǎn)生較大影響。楊家臺(tái)水庫(kù)壩址河段穩(wěn)定性較好，不會(huì)發(fā)生河型轉(zhuǎn)化和河道變遷的情況。

3）南元沖管橋?yàn)橐豢邕^(guò)河，10 年一遇洪水均未淹至橋墩處，里雅塘管橋處于里雅塘水庫(kù)庫(kù)區(qū)，水流流速緩慢，上述兩座橋梁對(duì)河道河勢(shì)影響甚微。

4）上福沖管橋工程修建后，上游河段平均流速有一定的變化，橋位上游河段相應(yīng)的流態(tài)也會(huì)發(fā)生一定的變化，對(duì)該河段有一定的影響。由于工程壅水作用，工程修建后，橋位上游流速較建橋前有一定的減小，橋位以上相比天然狀態(tài)下將產(chǎn)生一定的淤積，但上游河段水沙特性不會(huì)因工程修建而發(fā)生較大的變化，但是，由于流向偏角的存在，將對(duì)河道右岸增加一定的沖刷，不利于堤防安全，故對(duì)河道兩岸需采取一定的工程措施，降低工程對(duì)河岸的影響。河道內(nèi)橋墩之間水流流向變化較紊亂，流向變化頻繁，受橋孔壓迫性影響，流速較建橋前明顯偏大，且引起河道主流向左岸發(fā)生一定的位移，并對(duì)河槽及兩岸均將產(chǎn)生一定的沖刷，至下游150 m 處影響基本消失。工程修建后，由于水流的產(chǎn)生以及流速的增加，建橋后將會(huì)對(duì)河岸產(chǎn)生一定的沖刷。根據(jù)計(jì)算成果，10 年一遇邊坡沖刷深度為0.87 m，對(duì)河岸穩(wěn)定性造成影響。

2.3 對(duì)生態(tài)環(huán)境影響分析

高永年[10]利用綜合加權(quán)求和計(jì)算法，通過(guò)合理分配不同評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，對(duì)南水北調(diào)中線工程對(duì)漢江中下游流域生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為調(diào)水工程生態(tài)環(huán)境影響分析提供了一套有效的評(píng)價(jià)方法。

楊家臺(tái)、上福沖水庫(kù)為已建水庫(kù)，建設(shè)時(shí)間較早，當(dāng)時(shí)并未考慮生態(tài)用水需求，本次水庫(kù)擴(kuò)建后，下游環(huán)境用水按壩址90%保證率最枯月的月均流量下放。楊家臺(tái)及上福沖水庫(kù)90%保證率最枯月（12 月）平均徑流量分別為18.0 萬(wàn)m3、8.3 萬(wàn)m3，換算成年值分別為212.3 萬(wàn)m3、97.5 萬(wàn)m3，利用綜合加權(quán)求和法對(duì)郭家嘴調(diào)水工程進(jìn)行生態(tài)環(huán)境影響分析，結(jié)果表明對(duì)下游生態(tài)環(huán)境基本不會(huì)產(chǎn)生影響。

3 結(jié) 論

1）楊家臺(tái)、郭家嘴水庫(kù)各橋梁建設(shè)后，產(chǎn)生了不同程度的壅水作用。楊家臺(tái)水庫(kù)回水長(zhǎng)度4 485 m；上福沖水庫(kù)回水長(zhǎng)度5 507 m；上福沖管橋10 年一遇洪水壅水長(zhǎng)度為243 m，最大壅水高度為0.118 m；里雅塘管橋10 年一遇洪水壅水長(zhǎng)度為121 m，最大壅水高度為0.013 m。南元沖管橋?qū)拥佬泻闊o(wú)影響。

2）楊家臺(tái)水庫(kù)擴(kuò)建后，將使庫(kù)區(qū)河道較現(xiàn)狀水位壅高，一定程度上改變了原來(lái)天然河道的行洪條件。針對(duì)水庫(kù)正常蓄水位的提升，各水庫(kù)對(duì)各自泄洪建筑物進(jìn)行了改建，增大或維持了原水庫(kù)的泄洪能力，所以對(duì)河道行洪安全無(wú)影響。

上福沖、里雅塘管橋建成后，使河道過(guò)流面積減少，上福沖管橋10 年一遇占用河道行洪面積3.19%，10 年一遇占用河道行洪面積6.65%，由此可見(jiàn)，大橋建成后對(duì)河道行洪能力有一定影響。

3）郭家嘴調(diào)水工程建成后對(duì)下游生態(tài)環(huán)境基本不會(huì)產(chǎn)生影響。