江西新干縣湄湘河攔河壩防洪分析及評(píng)價(jià)

劉慶安

（新干縣水利局，江西 吉安 331300）

新干縣位于江西省中部、鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍內(nèi)，是吉安市的“北大門(mén)”，是國(guó)家商品糧基地和副食品基地。新干縣城東新區(qū)濕地公園景觀壩工程位于新干縣湄湘河干流下游，是一座以生態(tài)為主，兼顧排洪的抬水工程，等別為Ⅳ等。抬水壩、堤防為4 級(jí)建筑物，按照20 年一遇洪水設(shè)計(jì)，下游消能防沖按10 年一遇洪水設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物為5 級(jí)。

工程建成后，可擴(kuò)大城東新區(qū)濕地公園水域面積，抬升河道水位，減少河灘沙地裸露面積，與即將完成的湄湘河兩岸防洪堤工程一起，共同改善城區(qū)河段的水景觀，形成城區(qū)兩岸湖光山色的濕地地理風(fēng)光，提高市民生活質(zhì)量，提升新干縣城的城市品位。本文圍繞湄湘河攔河壩展開(kāi)防洪分析與評(píng)價(jià)。

1 河道基本情況

1.1 河道概況

湄湘河系贛江一級(jí)支流，發(fā)源于新干縣麥斜鎮(zhèn)的大富坪村，由東南向西北，流經(jīng)新干縣的雞峰、洋湖、桁江、善政、于新干縣金川鎮(zhèn)南部塔下從右岸匯入贛江。河床多為卵石及粗砂，全流域面積19l km2，主河道長(zhǎng)30.4 km，河道縱比降1.49‰，流域多年平均降水量1500.0 mm，流域內(nèi)建有下湖等4 座小（一）型水庫(kù)。

壩址區(qū)屬侵蝕堆積平原地貌，壩址位于湄湘河Ⅰ級(jí)堆積階地，場(chǎng)地地形相對(duì)平坦，河床底標(biāo)高為28 m～30 m。壩址處河面寬枯水期一般在10 m～20 m 左右，洪水期河面寬25 m～35 m。水流不受兩岸約束歸槽，洪水期漫灘嚴(yán)重，河床由細(xì)砂、卵石組成，河岸岸坡為粉質(zhì)粘土，灘地雜草叢生。

1.2 水文氣象特征

（1）泥沙特征

湄湘河屬少沙河流，多年平均含沙量0.09 kg/m3，最大含沙量接近1.62 kg/m3，最小含沙量接近于零。多年平均懸移質(zhì)輸沙量7.5×104t，輸沙量的年內(nèi)分配與徑流量的年內(nèi)分配基本一致，呈現(xiàn)多水多沙，少水少沙的規(guī)律，但汛期輸沙比輸水更為集中，汛期4 月～6 月輸沙約占全年輸沙總量的60%，僅6 月份就占了全年輸沙總量的27%，相當(dāng)于中、枯水期8 個(gè)月的輸沙量，汛后輸沙量顯著減少，河水較清澈。

（2）氣象特征

湄湘河流域?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，具有四季分明，氣候溫和，雨量充沛，光照充足的特點(diǎn)。據(jù)新干縣氣象局降水資料統(tǒng)計(jì)，多年平均降水量1500 mm，降水量年際變化比較大，最大年降水量為1954 年的2585.5 mm，最小年降水量為1963 年1060.7 mm，最大年降水量是最小年降水量的2.44 倍。降水量年內(nèi)分配亦不均勻，降雨主要集中在4 月～6 月，約占全年降水總量的50%左右，11 月～12 月降雨很少，僅占全年降水總量的7%。

2 水文分析計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)洪水

2.1.1 新干水位站設(shè)計(jì)洪水位推求

根據(jù)新干水位站1951 年～2011 年實(shí)測(cè)年最高水位，加上1876 年（40.17 m）和 1915 年（40.03 m）的調(diào)查洪水組成不連序系列，計(jì)算新干水位站頻率洪水位成果見(jiàn)表1。

表1 新干水位站頻率洪水位計(jì)算成果表

由表1 得，新干水位站20 年一遇洪水位37.73 m，10 年一遇洪水位37.0 m。

2.1.2 湄湘河設(shè)計(jì)洪水

（1）流域特征參數(shù)和設(shè)計(jì)暴雨

湄湘河流域集水面積191 km2，河長(zhǎng)29.2 km，河道平均比降J=1.28‰。各時(shí)段暴雨均值及CV值由2010 年《江西省暴雨洪水查算手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《手冊(cè)》）查得，具體見(jiàn)表2。

表2 湄湘水流域設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨成果表

（2）由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水

按《手冊(cè)》要求采用瞬時(shí)單位線法推求設(shè)計(jì)洪水[2]。瞬時(shí)單位線法計(jì)算以1 小時(shí)為一個(gè)時(shí)段進(jìn)行設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配,由瞬時(shí)單位線計(jì)算分區(qū)圖知,該工程在第Ⅳ區(qū)，產(chǎn)流分區(qū)也是Ⅳ區(qū)。經(jīng)計(jì)算,得到流域地表洪水過(guò)程線,加上地下徑流即為設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，各頻率洪水成果見(jiàn)表3。

表3 瞬時(shí)單位線法推求設(shè)計(jì)洪水成果

2.2 水庫(kù)泥沙淤積分析及回水計(jì)算

2.2.1 水庫(kù)泥沙淤積分析

新干縣城東新區(qū)濕地公園景觀壩工程水庫(kù)屬河道型水庫(kù)，無(wú)調(diào)節(jié)性能，對(duì)懸移質(zhì)泥沙的攔蓄作用較小。該工程渠流量大、底板高程低，為減輕汛期防洪壓力，行洪期間放下鋼閘門(mén)泄洪、排沙。洪水期間河道流態(tài)改變小，有利于泄洪排沙，上游來(lái)沙量基本不會(huì)在庫(kù)區(qū)內(nèi)淤積。因此，壩址上游來(lái)沙對(duì)水庫(kù)回水水面線影響很小。

2.2.2 水庫(kù)回水

新干縣城東新區(qū)濕地公園景觀壩工程河段長(zhǎng)度約為5.3 km，其間無(wú)大的支流匯入，因此各斷面流量均采用壩址相應(yīng)各頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量。糙率系數(shù)：采用0.035。起推水位：控制斷面分為兩個(gè)即新干水位站及壩址，新干水位站起推水位為37.73 m，工程建設(shè)前壩址起推水位由20 年一遇設(shè)計(jì)流量查壩址水位流量關(guān)系曲線得到，建庫(kù)后壩址起推水位采用壩前水位（景觀水位或調(diào)洪高水位），水面線計(jì)算成果見(jiàn)圖1和表4。

圖1 湄湘河20 年一遇及多年平均流量水面線圖

表4 湄湘河20 年一遇及多年平均流量水面線成果表 單位：m

2.3 河槽沖刷分析計(jì)算

2.3.1 河槽一般沖刷計(jì)算

湄湘河景觀壩建設(shè)后由于洪水流態(tài)較天然流態(tài)發(fā)生改變，河槽沖刷加劇，河槽下切，依據(jù)《電力工程水文勘測(cè)計(jì)算手冊(cè)》提供的有關(guān)公式計(jì)算河床一般沖刷，壩址斷面采用非粘性土河床一般沖刷計(jì)算公式[3]：

式中：Hp為沖刷后最大水深，m；K' 瞬時(shí)單位線計(jì)算分區(qū)圖單寬流量集中系數(shù)；B、H 瞬時(shí)單位線計(jì)算分區(qū)圖平灘水位時(shí)河槽寬度和河槽平均水深，m；Qs瞬時(shí)單位線計(jì)算分區(qū)圖壩址建設(shè)后河槽通過(guò)的設(shè)計(jì)流量，m3/s；μ 瞬時(shí)單位線計(jì)算分區(qū)圖壩址建設(shè)后水流側(cè)向壓縮系數(shù)，查表采用0.98；Bc瞬時(shí)單位線計(jì)算分區(qū)圖壩址建設(shè)后過(guò)水凈寬，m；D 瞬時(shí)單位線計(jì)算分區(qū)圖河槽泥沙平均粒徑，mm；E 瞬時(shí)單位線計(jì)算分區(qū)圖汛期洪水含沙量系數(shù)，采用0.46；Hmax為河槽最大水深，m；Hc為河槽平均水深，m。

由上式計(jì)算建湄湘河景觀壩后一般沖刷深度為1.95 m～2.82 m，局部沖刷主要發(fā)生湄湘河景觀壩前沿周?chē)?，一般沖刷深度見(jiàn)表5。

表5 不同頻率一般沖刷成果表

2.3.2 河槽局部沖刷分析計(jì)算

景觀壩建成后由于改變了洪水的流態(tài)和流速,對(duì)壩址上下游岸坡會(huì)產(chǎn)生較明顯的沖刷[4]，一般計(jì)算公式為：

式中：α 為水流方向與岸邊夾角，°；m 為岸坡邊坡系數(shù)，m 取2.5；d 為河床土壤粒徑，m；Vb為斷面壓縮后的斷面平均流速；g為重力加速度。

表6 不同頻率旁側(cè)局部沖刷成果表

3 防洪綜合評(píng)價(jià)

（1）根據(jù)回水分析計(jì)算，景觀壩建成后，在遭遇20 年一遇洪水時(shí)，壩址斷面相對(duì)天然情況下最大壅高為0.03 m，影響范圍為壩址上游湄湘河1000 m 范圍內(nèi)。對(duì)新干縣城防工程影響輕微。

（2）景觀壩建設(shè)后，回水長(zhǎng)度范圍內(nèi)無(wú)排澇站，而對(duì)壩址下游湄湘河出口的城南排澇站沒(méi)有影響。

（3）項(xiàng)目建設(shè)后水流影響僅僅發(fā)生在壩址附近，主流線走向與原河道基本一致，工程建設(shè)前后水流動(dòng)力軸線無(wú)明顯變化，河勢(shì)基本穩(wěn)定。湄湘河景觀壩建設(shè)后，河段深槽沖刷，斷面形態(tài)變化較小，對(duì)行洪無(wú)不利影響。

項(xiàng)目建設(shè)后河段內(nèi)大部分流速無(wú)明顯變化，只在壩址附近局部河段流速增加，但影響范圍僅在湄湘河景觀壩下游的很短距離內(nèi)，其他區(qū)域流態(tài)平順，流向沒(méi)有變化，對(duì)于河勢(shì)穩(wěn)定基本沒(méi)有影響，不會(huì)對(duì)河道沿岸護(hù)岸和湄湘河圩堤安全造成影響。

（4）工程項(xiàng)目建設(shè)施工場(chǎng)所不占用防汛道路和圩堤，只要按照防汛預(yù)案及聽(tīng)從防汛指揮部門(mén)的調(diào)度，不會(huì)給防汛搶險(xiǎn)帶來(lái)影響，同時(shí)，工程項(xiàng)目建成后，也不會(huì)給防汛搶險(xiǎn)帶來(lái)不利因素。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）項(xiàng)目實(shí)施后，由于行洪斷面面積減小很，河槽流速加大甚小，所以對(duì)河道安全行洪有輕微影響。

（2）景觀壩建成后，在遭遇20 年一遇洪水時(shí)，壩址斷面相對(duì)天然情況下最大壅高為0.03 m，影響范圍為壩址上游1080 m內(nèi)，對(duì)新干縣城防工程影響輕微。

（3）本項(xiàng)目實(shí)施期間和建成后，不占用防汛搶險(xiǎn)交通道路，不會(huì)對(duì)防汛搶險(xiǎn)產(chǎn)生不利影響。

（4）本工程實(shí)施后不改變河道原有徑流分配過(guò)程，不改變項(xiàng)目上下游河段洪水的沿程水位。

4.2 建議

由于景觀壩建設(shè)過(guò)程中破壞了河道兩岸的岸坡，在建設(shè)完景觀壩后，應(yīng)該對(duì)上下游100 m 堤基或岸坡進(jìn)行固腳和塊石護(hù)坡，初步估算漿砌塊石的工程量為600 m3，恢復(fù)到原設(shè)計(jì)達(dá)到的要求，避免由于建景觀壩后下游產(chǎn)生漩渦水流，導(dǎo)致河岸或堤防沖刷。特別在施工期要注意堤防安全，不得隨意開(kāi)挖堤防。如在施工期遇到較大洪水，應(yīng)停止施工，以免防礙整體防洪部署。