巢湖流域防洪新格局方案構(gòu)建研究

馬玉峰 田 娟

(安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司,安徽 合肥 230000)

1 概 述

巢湖流域面積13545km2,其中巢湖閘上流域面積9186km2,主要入湖支流有南淝河、派河、豐樂河、杭埠河、白石天河、兆河、柘皋河等,均呈放射狀匯入巢湖,經(jīng)湖泊調(diào)蓄后由裕溪河和牛屯河等注入長江;巢湖閘下流域面積4359km2,主要河流有西兆河(西河、兆河)裕溪河、牛屯河等[1-2]。

巢湖流域歷史上水旱災(zāi)害頻繁,治水任務(wù)極為艱巨。新中國成立以來,為治理水旱災(zāi)害開展了多輪流域防洪規(guī)劃。1954年大水后,根據(jù)《巢滁皖流域規(guī)劃》,陸續(xù)建成了巢湖閘、裕溪閘和董鋪水庫、龍河口水庫,開挖了牛屯河分洪道等;1991年大水后,根據(jù)1994版防洪規(guī)劃,陸續(xù)興建了鳳凰頸排灌站、大房郢水庫,拓寬了牛屯河分洪道和西河、兆河,加固了無為大堤和巢湖閘、裕溪閘等;2016年大水后,根據(jù)《巢湖流域治理規(guī)劃》,加固了環(huán)巢湖大堤和南淝河堤防,繼續(xù)拓寬牛屯河分洪道,實(shí)施杭埠河防洪治理,開工建設(shè)神塘河站、鳳凰頸新站等[3],形成了目前的防洪工程布局。

2 現(xiàn)狀存在問題

巢湖流域現(xiàn)狀防洪體系及規(guī)模主要由1994版防洪規(guī)劃確定,根據(jù)大水年1991年的洪水特征調(diào)算確定蓄洪圩口大小、進(jìn)洪水位及排江通道規(guī)模。其中巢湖閘上洪水通過巢湖、圩口調(diào)蓄,裕溪河、牛屯河自排;西兆河洪水通過東大圩蓄洪,神塘河站和鳳凰頸新、老閘站對(duì)江自排抽排相結(jié)合方式外排;流域內(nèi)萬畝以上圩口進(jìn)洪水位巢湖閘上為12.50m,巢湖閘下為12.00m;萬畝以下圩口進(jìn)洪水位巢湖閘上為12.00m,巢湖閘下為11.70m,小圩均為自然潰破?；谝陨瞎こ?1994版防洪規(guī)劃確定了巢湖流域設(shè)計(jì)洪水位,即巢湖閘上20年一遇水位為12.50m,50年一遇水位為12.75m,100年一遇水位為13.36m[4]。

2020年,受持續(xù)強(qiáng)降雨影響,巢湖發(fā)生流域性大洪水,同期遭遇長江高水位,7月2—19日,長江水位高于裕溪河閘上水位,巢湖流域洪水不能自排,關(guān)門淹長達(dá)17天。巢湖忠廟站最高水位13.43m[5](2020年7月22日),突破歷史實(shí)測記錄,超100年一遇洪水位(13.36m)0.07m。巢湖流域潰(漫)破及主動(dòng)分洪圩口共215個(gè),其中千畝以上圩口90個(gè),包括石大圩、蔣口河聯(lián)圩、濱湖聯(lián)圩、牛廣圩等萬畝以上圩口11個(gè),千畝以下圩口125個(gè)[6-7],根據(jù)2020年7月15日和27日Sentinel-1A SAR災(zāi)前和災(zāi)中影像、安徽省高程和巢湖流域邊界地理信息數(shù)據(jù)分析結(jié)果,巢湖流域內(nèi)淹沒面積為524.8km2,洪澇災(zāi)害損失嚴(yán)重[8]。

隨著流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市人口的快速增長,巢湖流域經(jīng)濟(jì)總量已約占安徽省30%,省會(huì)合肥市的GDP已突破1.2萬億元,伴隨迅猛發(fā)展的經(jīng)濟(jì),人與水爭地的矛盾越發(fā)強(qiáng)烈,有效蓄洪圩口減小,洪水被逼在外河及湖泊中,導(dǎo)致洪水位居高不下,如遭遇長江高洪水位頂托、入江泄洪通道不暢甚至關(guān)閉,巨大超額洪量積滯將導(dǎo)致巢湖、支流水位高漲及大面積破圩,威脅人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全,現(xiàn)狀防洪體系亟須完善。

3 典型年洪水分析

3.1 巢湖洪量分析

巢湖洪量按巢湖閘上、閘下、巢湖流域選取3d、7d、30d、90d四個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)段,其中7～30d為巢湖洪水控制時(shí)段,巢湖最高洪水位就出現(xiàn)在此時(shí)段。通過分析,各分區(qū)最大30d洪量均以1991年為首,巢湖閘上、閘下,巢湖流域最大7d洪量分別以1991年、2016年及1969年最大,2020年洪量排第四。由于2020年出現(xiàn)了惡劣的江湖遭遇,導(dǎo)致長達(dá)17天的洪水無法外排,形成了比1991年、2016年及1969年更多的超額洪量[9],見表1。

表1 巢湖最大洪量分析成果 單位:億m3

3.2 自排水位分析

根據(jù)大水年巢湖閘上水位與裕溪閘下長江水位實(shí)測資料,分析巢湖的自排條件。建閘前巢湖水位易受江水倒灌影響,水位不具有參考意義,如大水年1954年的高水位為江水倒灌所導(dǎo)致。以建閘后的大水年進(jìn)行分析,巢湖最高水位以2020年、1991年、2016年較為突出。

1962年巢湖閘建成后,內(nèi)外水分隔,巢湖閘上歷年最高水位為2020年的13.3m(7月22日忠廟水位13.43m),其次為1991年的12.71m(7月13日忠廟水位12.8m)[10];長江最高水位為12.63m,出現(xiàn)在2020年,其次是1998年,為12.51m。長江汛期洪水位的高低,影響著巢湖流域洪水對(duì)江下泄。通過分析,9個(gè)大水年中,長江水位低,能完全自排的有3個(gè);長江水位偏高,有機(jī)會(huì)錯(cuò)峰自排的有4個(gè);長江水位高,形成“關(guān)門淹”無法自排的有2個(gè)[11],其中以2020年最為典型,見表2。

表2 巢湖閘上水位與長江水位對(duì)比分析 單位:m

3.3 洪水下泄影響因素分析

導(dǎo)致巢湖出現(xiàn)高水位和形成巢湖流域大面積洪災(zāi)的影響變量較多,主要取決于流域暴雨量級(jí)、對(duì)江排洪能力、超額洪水滯蓄條件及江水位頂托程度等。通過對(duì)歷年受災(zāi)年份的分析,發(fā)現(xiàn)主要影響因素為巢湖流域暴雨量級(jí)及相應(yīng)的長江水位,當(dāng)巢湖流域暴雨量級(jí)(頻率)一定時(shí),則江水位起決定性作用,江水位的高低決定了內(nèi)部來水能否排出,江水位越低,排洪越暢快,否則就易形成洪水關(guān)門淹。相比1991年、2016年、1998等大水年,2020年洪水江湖遭遇更為惡劣,在相同來水條件下,100年一遇2020年型超額洪量為19.8億m3,1991年型超額洪量為14.5億m3,2016年型超額洪量最小,為10.8億m3,2020年型巢湖下泄洪量較1991年、2016年少5億～9億m3左右[12],在巢湖閘上形成了更多的超額洪量,造成了更大的洪澇損失。

4 防洪新格局方案構(gòu)建

巢湖流域現(xiàn)狀防洪體系以巢湖湖區(qū)及周邊圩口蓄洪,結(jié)合排洪通道排洪為主,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,圩口有效蓄洪量正在逐漸減小,而自排量又取決于復(fù)雜的江湖遭遇過程,防洪體系存在很大的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)性。對(duì)于1991年型巢湖流域洪水,長江水位較低,巢湖流域自排條件較好,造成洪澇災(zāi)害的主要原因是裕溪河和牛屯河對(duì)江排洪河道的泄洪規(guī)模較低,通過完善圩口蓄洪設(shè)施,擴(kuò)大泄洪通道可滿足防洪要求。對(duì)于2020年型巢湖流域洪水,長江水位漲得快,長時(shí)間處于高水位,來水受到長江洪水位頂托難以下泄形成關(guān)門淹,為化解2020年型洪水龐大的超額洪量,除了依靠蓄洪容積調(diào)蓄和擴(kuò)大泄洪通道外,還需新建大型對(duì)江排洪泵站,構(gòu)建巢湖流域“蓄洪、自排、抽排”相結(jié)合的綜合防洪新格局,共同保障流域防洪安全,見圖1。

圖1 巢湖流域防洪方案布局示意圖

4.1 蓄洪容積

根據(jù)實(shí)地調(diào)查分析現(xiàn)狀蓄洪容積,巢湖閘上可進(jìn)洪的圩口以小圩為主,可進(jìn)洪面積為82.0km2,最大進(jìn)洪量為3.6億m3(13.36m水位);已落實(shí)的蓄洪區(qū)有8個(gè),合計(jì)面積127.6km2,實(shí)際測量庫容為4.1億m3(13.36m水位);可進(jìn)洪圩口及蓄洪區(qū)合計(jì)蓄洪容積為7.7億m3。蓄洪區(qū)設(shè)置進(jìn)、退洪閘,使進(jìn)洪過程可控且分洪能力顯著提高[13]。

4.2 自排通道

巢湖閘上洪水主要泄洪通道為裕溪河、牛屯河,考慮牛屯河對(duì)江自排條件更好[14],重點(diǎn)拓寬裕溪河上段(蟹子口以上計(jì)19.0km)及牛屯河通道,擴(kuò)建沿線巢湖閘等節(jié)制閘。根據(jù)1991年型洪水完全自排確定泄洪通道規(guī)模,根據(jù)調(diào)算,在閘上蓄洪容積為7.7億m3時(shí),基礎(chǔ)方案裕溪河上段河道底寬需從現(xiàn)狀的80～190m拓寬至265m,巢湖閘需從16孔擴(kuò)至23孔,后河及牛屯河底寬從現(xiàn)狀的80m拓寬至175m,銅城閘需從11孔擴(kuò)至12孔,新橋閘需從9孔擴(kuò)至12孔。

牛屯河在2016年大水之后,按照1000m3/s規(guī)模進(jìn)行擴(kuò)建,再繼續(xù)擴(kuò)建征地面積及工程量巨大,得勝河為牛屯河擴(kuò)建的替代方案。得勝河河口位于牛屯河口下游20km處,大水年份得勝河口水位一般低于牛屯河口水位0.5m,排江條件優(yōu)于牛屯河。通過連通清溪河、得勝河,能起到相同的排洪效果,通過調(diào)節(jié)計(jì)算,得勝河及連通河道設(shè)計(jì)底寬80m,清溪河現(xiàn)狀河底寬30～70m,得勝河20～40m,需拓寬10～60m,規(guī)模較牛屯河方案更小。

自排通道將形成巢湖、裕溪河、德勝河、牛屯河等多條排洪通道的布局,安全系數(shù)更高,進(jìn)一步保障了洪量的下泄。

4.3 對(duì)江排洪泵站

在防洪體系自排通道確定之后,需要進(jìn)一步解決流域因江水位高而無法自排的超額洪量出路問題。根據(jù)2020年的江湖遭遇關(guān)系進(jìn)行調(diào)算,在巢湖水位達(dá)到10.5m而不能自排時(shí)開機(jī),需要在裕溪河河口新增800m3/s規(guī)模的排洪泵站,如此對(duì)2020年型洪水可抽排洪量達(dá)12.1億m3,提升巢湖流域主動(dòng)排洪的能力[15]。

巢湖常水位為8.5～9.0m,水位太低開機(jī),頻率高,減少了自排概率,原本可以自排的洪量通過抽排排出,造成巨大浪費(fèi)。通過對(duì)巢湖閘上和裕溪閘下江水位實(shí)測資料的分析,在裕溪閘關(guān)閘期間,水位高于10.5m的年份有8個(gè),在巢湖水位繼續(xù)上漲的過程中開機(jī)抽排,能有效控制巢湖高水位,在防洪的關(guān)鍵時(shí)刻確保巢湖流域的防洪安全。

4.4 效果評(píng)價(jià)

巢湖流域洪水通過蓄洪區(qū)蓄洪、排洪通道擴(kuò)建及新建排江泵站,2020年型巢湖100年一遇以下頻率的水位能維持原有水位不變,2020年型200年一遇水位為14.29m,見表3。

表3 2020年典型年巢湖水量平衡

工程建成后對(duì)2020年型洪水減少淹沒面積11.1萬畝,減災(zāi)效益41.4億元。1954年以來計(jì),多年平均減免洪災(zāi)面積5萬畝,多年平均減災(zāi)效益18.7億元。工程措施實(shí)施后將提高對(duì)江外排能力,減少圩口潰破所造成的洪澇災(zāi)害,提高河道防洪能力,有利于減輕由洪澇災(zāi)害造成的人民生命財(cái)產(chǎn)損失。

5 結(jié) 論

巢湖流域2020年型洪水受長江高水位頂托影響,在巢湖閘上形成了更多的超額洪量,較1991年型洪水更為惡劣,洪災(zāi)影響范圍及經(jīng)濟(jì)損失大。通過對(duì)2020年典型年洪水的分析,超額洪量主要通過蓄洪區(qū)滯蓄,裕溪河、牛屯河泄洪通道下泄,并提出得勝河分洪道替代牛屯河擴(kuò)建方案,新建裕溪河排洪泵站共同分泄洪水。得勝河排江條件優(yōu)于牛屯河,實(shí)施方案更為經(jīng)濟(jì)。