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淮河干流與城西湖蓄洪區洪水資源化利用研究

時間:2020年12月01日 分類:農業論文 次數:

[摘要]安徽省沿淮淮北地區水資源緊缺,為充分利用流域洪水資源,以淮河干流與城西湖蓄洪區洪水資源化利用研究科研項目成果為基礎,研究分析臨淮崗蓄水、城西湖和蚌埠閘上提高正常蓄水位的必要性及可行性,分析工程蓄水方案、城西湖引水方案、水資源調度方案。

  [摘要]安徽省沿淮淮北地區水資源緊缺,為充分利用流域洪水資源,以淮河干流與城西湖蓄洪區洪水資源化利用研究科研項目成果為基礎,研究分析臨淮崗蓄水、城西湖和蚌埠閘上提高正常蓄水位的必要性及可行性,分析工程蓄水方案、城西湖引水方案、水資源調度方案。在做好蓄水影響處理工程的同時,優化水利工程調度,科學利用當地雨洪資源,緩解區域干旱缺水壓力,對增強淮河流域水資源調配能力,支撐流域經濟社會發展和生態環境改善有重要意義。

  [關鍵詞]淮河;臨淮崗工程;城西湖;蓄洪區;蚌埠閘;洪水資源;利用

水資源研究

  1研究背景安徽省沿淮淮北地區水資源緊缺,為利用流域洪水資源,2014年安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局和合肥工業大學合作完成“淮干與城西湖蓄洪區洪水資源化利用研究”項目。在做好蓄水影響處理工程的同時,優化水利工程調度,科學利用當地雨洪資源,緩解區域干旱缺水壓力,對增強淮河流域水資源調配能力,支撐安徽淮河流域經濟社會發展和生態環境改善有重要意義。

  2洪水資源化利用的必要性及可行性

  2.1臨淮崗工程與城西湖蓄洪區洪水資源利用

  臨淮崗工程是防控淮河特大洪水的關鍵性工程,城西湖是沿淮的最大蓄洪區,兩者既緊密聯系又相對獨立。臨淮崗工程啟用時,城西湖則成為臨淮崗工程的一部分;臨淮崗工程未啟用時,城西湖則以蓄洪區形式相對獨立。先期試驗性蓄水研究表明,利用臨淮崗以上淮河河槽灘地蓄水2.5億~3億m3,2010、2012、2013年干旱期分別為蚌埠閘補水約1.5億、1.2億、0.45億m3,效益顯著。

  2019年淮河流域降水普遍偏少,在綜合研判雨情、水情、旱情、工情的基礎上,及時向上級建議臨淮崗工程的深孔閘由敞泄調節為適度控泄,以抬高上游水位。由于閘上水位長時間維持在21.0m以上,上游河道蓄水量約2億m3,直接解決了霍邱縣13萬人、2.7萬hm2耕地、潁上縣4萬hm2耕地及阜南縣10萬人、1萬hm2耕地的生活生產用水需求。城西湖蓄洪庫容約29億m3,自建國以來,共有3個年份蓄洪,分別為1954、1968、1991年,其后一直沒有運用過。臨淮崗工程位居淮河中游,該壩連接淮河兩岸,地理位置優越,近期可通過控制臨淮崗壩上和抬高城西湖蓄水位,增加蓄水調節庫容6億~8億m3,年均可增加供水量4億~5億m3。

  2.2蚌埠閘洪水資源利用

  蚌埠閘以上流域面積12.1萬km2,多年平均實測來水量261億m3,來水年際間豐枯變化很大,且年內分布嚴重不均,多集中在汛期6~9月份,以洪水形式出現,枯水期則流量很小。隨著沿淮經濟社會的快速發展,城市工業用水和生活用水逐年增長,水資源供需矛盾日益加劇。蚌埠閘擴建工程完成后,退水能力顯著增強,已具備將閘上正常蓄水位由17.5~18m提高到18.5m的條件。一旦上游發生洪水,增加的庫容僅需幾個小時即可全部排出,不會對防洪帶來影響,若遇干旱年份,增加的庫容將會明顯緩解水資源供需矛盾。

  3蓄水方案研究

  3.1臨淮崗工程蓄水方案

  從地形條件和工程現狀,綜合考慮灘地淹沒、洼地排澇影響和河道通航、灌溉提水等因素,擬定臨淮崗壩上主汛期、非主汛期、非汛期不同時段動態蓄水位,制定臨淮崗工程蓄水調度方案如下:①主汛期按水位20.5m~21.0m控制,蓄水量1.7億~2.0億m3;②汛初(5月1日~6月15日)、汛末(8月15日~9月30日)蓄水位按21.5~22.0m控制,蓄水量2.3億~2.6億m3;③非汛期正常蓄水位按22.5~23.0m控制,蓄水量3.0億~3.4億m3。3.2城西湖蓄水方案考慮到城西湖原正常蓄水位偏低,且城西湖緊鄰淮河具備引淮補源條件,為了增加供水,利用城西湖退水閘抬高沿崗河、城西湖蓄水位及相機引淮補水兩項措施。

  (1)適當抬高沿崗河與城西湖蓄水位。

  從近幾年情況看,城西湖蓄水位與沿崗河水位接近,絕大部分月份在19.5~20m之間。沿崗河堤頂高程26.5m,城西湖深水區水位受滾水壩控制,目前壩頂高程為19.5m,深水區四周堤防加固后具備抬高水位的條件。利用城西湖退水閘適當抬高沿崗河、城西湖蓄水位,當沿崗河內水位超過19.5m時,沿崗河水便經滾水壩進入城西湖湖心區,增加湖區蓄水量。在符合《城西湖退水閘調度運用辦法(暫行)》前提下,省臨淮崗洪水控制工程管理局根據霍邱縣水務局《關于試驗性提高城西湖蓄水位的請示》,非汛期試驗性提高城西湖退水閘上游水位,暫按不超過20.7m控制,幾年來為霍邱境內近4萬hm2畝農田提供灌溉水源,效益顯著。

  (2)相機引淮補水。

  根據城西湖蓄洪區現狀和規劃擬建工程情況,從供水保證率、日均最大引洪量、工程投資、風險大小等方面進行比較,推薦相機引淮濟湖方案為在城西湖排澇站處新建進水閘,引淮河水入沿崗河補充城西湖水源。由于此處淮河河底高程約為15m,臨淮崗工程淺孔閘底板高程為20.5m,根據臨淮崗工程蓄水情況,結合現場勘查,計算新建進水閘不同底板高程和引流量組合方案。

  在進水閘底板高程相同的情況下,進水閘過流能力越大,其供水保證率越高;在相同的過流能力情況下,進水閘的底板高程越低,可引淮水量越多,在汛期可引的天數也增加。通過各方案的比選,選擇底板高程19m,最大過流量為100m3/s的進水閘建設方案,使得洪水資源的利用率最優化。在現狀年2015年和規劃年2020、2030年的供水保證率均為90.38%,興利庫容分別為1.44億、1.70億、1.86億m3,相應的蓄水總庫容分別為3.31億、3.57億、3.73億m3,對應的蓄水位分別為20.13、20.22、20.28m。

  3.3蚌埠閘及沿淮湖泊蓄水方案

  蚌埠閘上正常蓄水位由17.5~18m提高到18.5m,興利庫容由1.29億~1.81億m3提高到2.47億m3。蚌埠閘上正常蓄水位調整后,沿淮湖泊的正常蓄水位也應根據實際情況做相應的調整。如每個湖泊按現狀正常蓄水位提高0.5m,蓄水量十分可觀。城東湖可多蓄1.2億m3,瓦埠湖可增加0.8億m3,高塘湖可增加0.4億m3,其他主要湖泊也都可增加千萬立方以上的調節庫容。對眾多采煤沉陷區,若打通與淮河的疏通水系,充分利用沉陷區調蓄淮干水資源,對提高水資源的配置能力具有重要意義[1]。

  4水資源調度方案

  4.1臨淮崗工程水資源調度方案

  當壩前水位低于正常蓄水位時,淺孔閘關閉,開啟深孔閘按河道內最小生態需水流量26.8m3/s要求控制下泄水量;當壩前水位高于正常蓄水位且上游來水流量不大于深孔閘泄流能力時,開啟深孔閘按正常蓄水位控制下泄水量;當壩前水位高于正常蓄水位且上游來水流量大于深孔閘泄流能力時,從深孔閘側開始逐孔開啟淺孔閘,加大臨淮崗泄量,按正常蓄水位控制壩前水位。

  4.2城西湖蓄洪區水資源調度方案

  根據2016年7月13日國家防總批準新修訂的《淮河洪水調度方案》,當潤河集水位超過27.7m,或正陽關水位已達26.5m時,視淮北大堤等重要工程情況,適時運用城西湖蓄洪。臨淮崗工程質量高,滯洪庫容大,退水能力強,調度靈活。城西湖正常蓄水位遠低于蓄洪區運用條件,若遇洪水,可通過城西湖退水閘提前快速預泄,不妨礙蓄洪區的啟用,對防洪不構成影響。在滿足防洪要求的前提下,經科學論證和嚴格審批后,城西湖可適當抬高正常蓄水位,合理利用洪水資源。

  4.3蚌埠閘水資源調度方案

  要根據安徽省淮河干流洪水特點,完善蚌埠閘調度運用方案,針對不同月份和不同來水制定靈活的調度原則,實行動態管理,精細調度,做到有放有蓄,實現洪水資源的綜合利用。主汛期發生洪水的機率較大,這一時期以防御洪水為主;非主汛期發生洪水的機率較低,這一時期以蓄水為主防洪為輔;非汛期除保證正常的河道生態流量和下游用水外,以保水蓄水為主。

  4.4水資源聯合調度方案

  (1)在蚌埠閘不缺水的時段,臨淮崗工程按照蓄水方案,在保證生態流量26.8m3/s下泄的基礎上盡量攔蓄來水。(2)在蚌埠閘不缺水的時段,臨淮崗工程在保證生態流量26.8m3/s下泄的基礎上攔蓄來水,閘上水位超過蓄水控制方案時,通過新建城西湖進水閘向城西湖補水。

  (3)在蚌埠閘缺水時段,臨淮崗工程加大下泄以緩解下游旱情,臨淮崗閘上蓄水位按不低于生態保證水位20m控制。(4)當臨淮崗工程蓄水位低于20m,蚌埠閘上旱情仍未緩解,啟用城西湖蓄水資源,通過新建進水閘或城西湖退水閘向臨淮崗閘下淮河干流補水。淮河干流水利工程與城西湖蓄洪區水資源聯合調度,要通過準確及時的水文、氣象預報,應用科學手段,實施工程的“搶蓄巧泄”,合理地減小防洪與興利要求的矛盾,發揮綜合效益。

  5蓄水影響處理

  臨淮崗工程、蚌埠閘與城西湖按照蓄水方案,主要的影響有淹沒河灘地及魚塘、影響部分排澇工程,低洼區域出現浸水現象。由于蓄水方案遠低于防洪設計水位,因此,抬高蓄水位不會影響工程防洪安全,也不會給生產環境造成根本性改變,只要適當進行影響處理措施,是可以消除其不利影響的。通過對抬高蓄水位的影響分析,提出以下幾點處理建議:

  (1)河灘地及魚塘被淹。蓄水使淮河干流河灘地及城西湖區魚塘等被淹沒,使相關縣河道管理單位及承包耕種、魚塘的農民造成了一定的經濟損失,建議政府盡可能給予適當補償,并引導當地群眾調整產業結構降低損失,以爭取當地政府和民眾對工程適度蓄水給予支持。

  (2)影響排澇能力。因臨淮崗工程蓄水使邱家湖進退洪閘、南潤段進退洪閘、曹臺子閘及部分保莊圩自排涵閘等不能自排,蚌埠閘蓄水影響天河、茨河等少數洼地自排,建議對已建的排澇站進行改造、擴建,恢復或提高排澇能力[2]。(3)工程設施處理。對蓄水影響處理范圍內的橋涵、道路、碼頭等建筑物工程,有關部門要從防洪角度統籌安排,以使永久性建筑物工程拆除、改建、新建、擴建有序進行。

  (4)開展退田還湖,移民建鎮等工作。結合新一輪治淮工程和新型城鎮化,開展退田還湖,退讓灘地,移民建鎮等工作。沿城西湖周邊做一些增加蓄水的影響處理工程,安排局部堤壩加高加固、湖泊控制建筑物改造擴建、部分湖泊洼地退田還湖。依托臨淮崗工程和周邊集鎮,實施移民建鎮,由農業轉向水產業。蓄水影響處理工程是一項復雜的系統工程,在具體實施時,要根據當地的實際情況,因地制宜,合理布置和規劃,避免給水資源利用工作帶來不利影響[1]。

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  6展望

  本文研究的淮河干流與城西湖蓄洪區洪水資源化,僅從蓄水必要性和可行性、洪水資源化利用率、供水保證率、蓄水方案與調度方案等方面進行考慮。未考慮蓄水風險、蓄水效益及蓄水經濟損失等。下一步需要繼續開展的研究工作,一要從防洪、水資源利用、蓄水經濟損失、影響處理、生態恢復、運用風險評價等方面,加大淮河干流與蓄洪區洪水資源化多目標綜合利用最優化調度的研究,實現洪水資源利用效益的最大化;二要建立水利工程水質水量聯合調度機制,實行水資源調度工作聯席會議制度,協調水利工程調度,實現淮河洪水資源優化配置。

  7結語

  在安徽省淮河干流與蓄洪區實施洪水資源化工程,符合新時期治水思路,解決經濟社會發展水資源短缺的迫切需求。在保障防洪安全前提下,通過水文氣象預報,優化工程調度,在大洪水時期,保證安全泄洪;在中小洪水時期,不失時機地充分蓄水。通過淮河干流水利工程與城西湖蓄洪區聯合調度,充分利用洪水資源,是解決淮河防洪安全與洪水資源利用的一條途徑。

  參考文獻

  [1]安徽省水利水電勘測設計院.城西湖及周邊地區水資源配置規劃[R],合肥:安徽省水利水電勘測設計院,2010.

  [2]陳富川.臨淮崗工程河槽蓄水及淮河洪水資源利用調度試驗研究[J].江淮水利科技,2013(1):14-15.

  作者:陳富川