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        山東海河流域防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)研究必要性分析

        2022-06-02 03:45:42朱愛(ài)華戴光鑫鄭永杰
        山東水利 2022年3期
        關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)

        朱愛(ài)華,戴光鑫,鄭永杰

        (山東省海河淮河小清河流域水利管理服務(wù)中心,山東 濟(jì)南 250100)

        山東省海河流域位于海河流域南部,該流域南依黃河,西、北以衛(wèi)運(yùn)河、漳衛(wèi)新河為界[1],東靠渤海,地理坐標(biāo)北緯35°50′~38°15′,東經(jīng)115°15′~119°13′,行政區(qū)域包括聊城、德州兩市全部以及濟(jì)南市、濱州市、東營(yíng)市黃河以北的區(qū)域,總流域面積30 945 km2,涉及29 個(gè)縣(市、區(qū)),人口1 469 萬(wàn)。

        本流域水系包括馬頰河、德惠新河、徒駭河3 條省級(jí)骨干河道及其所對(duì)應(yīng)支流309 條,其中,流域面積30~100 km2的191 條,100~300 km2的84 條,300 km2以上的34 條。流域河道水系以“61 雨型”防洪、“64 雨型”除澇為設(shè)計(jì)防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)。

        1 “61”“64”雨型防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)的由來(lái)

        徒駭、馬頰河流域歷史上就是重要的糧棉產(chǎn)區(qū),由于受地理、土壤、氣候條件的影響,解放前自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低,旱澇不穩(wěn)。1950 年開(kāi)始,國(guó)家高度重視該流域的問(wèn)題,在三年恢復(fù)時(shí)期,對(duì)徒駭河下游壩上閘至垛圈段、中段小運(yùn)河至禹城段,按三日降雨兩日排完的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了疏浚治理,對(duì)問(wèn)題較多的較大支流倪倫河、土馬河、葦河、郝家溝、單寺干溝等也進(jìn)行了疏浚。自1951 年,徒駭河和馬頰河開(kāi)始陸續(xù)設(shè)立水文站點(diǎn),洪水測(cè)報(bào)由此開(kāi)始,水文資料的積累工作也展開(kāi)。

        20 世紀(jì)60 年代初,海河流域連續(xù)幾年遭遇了洪水侵害。1963 年,毛主席向全國(guó)發(fā)出了“一定要根治海河”的號(hào)召[2]。自此,山東海河流域排水系統(tǒng)進(jìn)入了大規(guī)模治理階段,治理標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始為三年一遇標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過(guò)1964 年大雨之后,認(rèn)為三年一遇標(biāo)準(zhǔn)偏低,因當(dāng)時(shí)暴雨、徑流資料較少,如果僅用連續(xù)幾年大水作頻率分析,系列太短,代表性較差,為了使治理標(biāo)準(zhǔn)具有一個(gè)明確的形象概念,采用典型年法,由山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司(原山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院)、魯北工程局會(huì)同有關(guān)地區(qū)水利局按典型年“64 雨型”“45 d面降雨400 mm”除澇、“61 雨型”“45 d 面降雨600 mm”防洪這一形象標(biāo)準(zhǔn)共同編制了徒駭河、馬頰河干流治理工程擴(kuò)大初步設(shè)計(jì),該標(biāo)準(zhǔn)1965年經(jīng)原水電部批準(zhǔn)。

        “64 雨型”排澇、“61 雨型”防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),利用排水模數(shù)與流域面積的關(guān)系推求設(shè)計(jì)排水流量,即

        式中:Q排、Q防分別為設(shè)計(jì)排澇、設(shè)計(jì)防洪流量,m3/s;F 為控制斷面以上流域面積,km2;M排、M防為排澇、防洪排水模數(shù),(m3/s·km2)。

        2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用中存在的問(wèn)題

        2.1 不能說(shuō)明其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的高低

        該設(shè)計(jì)防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)原水電部批復(fù)的排澇模數(shù)確定的,以流域面積乘以對(duì)應(yīng)的“61雨型”排澇模數(shù)即為防洪設(shè)計(jì)流量,以流域面積乘以“64 雨型”排澇模數(shù)對(duì)應(yīng)的即為排澇設(shè)計(jì)流量。由于原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用的是典型年法,其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有重現(xiàn)期的概念,難以說(shuō)明其標(biāo)準(zhǔn)的高低。

        2.2 原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在不適應(yīng)問(wèn)題

        1)產(chǎn)流過(guò)程發(fā)生變化。由于大規(guī)模的工程治理及農(nóng)田基本建設(shè),流域下墊面較20 世紀(jì)六七十年代變化很大,產(chǎn)流過(guò)程已經(jīng)發(fā)生變化。經(jīng)初步水文分析,對(duì)平原河道排水模數(shù)M=KRF-n中系數(shù)n、k,n 仍為0.25 左右,變化不大;k 值原采用0.017 2,經(jīng)分析,徒駭河為0.035,馬頰河為0.033,德惠新河為0.025 2,均大于原值。說(shuō)明經(jīng)過(guò)治理及多年變化,暴雨匯流快、河道峰量大。因此,河道的防洪除澇能力應(yīng)相應(yīng)調(diào)整,原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在與現(xiàn)狀不適應(yīng)問(wèn)題。

        2)原標(biāo)準(zhǔn)未考慮流域地形坡度問(wèn)題。山東海河流域地面坡降上游大約1/5 000~1/8 000,中游1/8 000~1/10 000,下游1/12 000~1/20 000[3],地勢(shì)東北低、西南高;橫向地勢(shì)是南高北低,橫向的地面比降更趨于平緩。不同的地面坡降,在同等降雨情況下,暴雨匯流時(shí)間明顯不同。

        3)原標(biāo)準(zhǔn)未考慮流域降雨分布情況。從多年汛期降雨情況來(lái)看,流域汛期降雨存在兩個(gè)明顯的高值區(qū)域:趙牛新河流域、德惠新河流域,該區(qū)域歷年降雨均明顯高于流域均值。因此,原標(biāo)準(zhǔn)山東海河流域采用的排水模數(shù)明顯存在不盡合理問(wèn)題。

        2.3 流域面積調(diào)整問(wèn)題

        漳衛(wèi)河、漳衛(wèi)新河右岸的排水面積,屬于山東省的有2 934 km2,僅中、下游就有1 860 km2的澇水因排泄困難,已將這部分澇水調(diào)入了馬頰河。經(jīng)計(jì)算,這部分澇水的調(diào)入,將使馬頰河任橋以下增加排澇流量135 m3/s,比原設(shè)計(jì)增大20%流量,排澇水位將抬高0.5~0.65 m。

        2.4 德惠新河的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、排水模數(shù)偏小

        德惠新河是20 世紀(jì)60 年代為解決徒駭河中下游低洼地帶排水困難而開(kāi)挖的河道,是馬頰河、徒駭河之間的一條骨干排水河道。該河道于1968 年冬開(kāi)工,1970 年春完工。工程建成后,為該區(qū)域的排水灌溉發(fā)揮了顯著作用,但與徒駭河、馬頰河流域相比,德惠新河流域洪澇比較嚴(yán)重,主要表現(xiàn)在以下幾方面:

        1)河身淺,排澇水位高,排水能力低。德惠新河深度一般為4.5~5 m,比徒駭河、馬頰河河底高2 m 左右;排澇水位在地面以下0.5 m,個(gè)別平地面,比徒駭河、馬頰河高0.5~1 m 左右,加之河道淤積,排水能力更低。

        2)德惠新河是馬頰河和徒駭河兩條高水河道之間的低水河道,并穿越60 多個(gè)洼地,且85%以上的排水面積集中在商?hào)|河以上78 km 的河段,又是歷史上的暴雨區(qū),洪水洪峰高、洪水集流快且洪量大。根據(jù)鄭店閘水文資料顯示,1974 年汛期降雨大于“64 雨型”、低于“61 雨型”,而閘上水位超過(guò)設(shè)計(jì)防洪水位0.65 m,流量大于設(shè)計(jì)防洪流量28%;1976 年汛期降雨量低于“64 雨型”,閘上水位、流量均超過(guò)了設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn);2010 年8 月23 日23 時(shí),鄭店閘閘前最高水位10.45 m,最大洪峰流量126 m3/s,流量為設(shè)計(jì)排澇流量的50%,而水位比設(shè)計(jì)排澇水位高0.18 m。這充分說(shuō)明德惠新河的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低,采用的排水模數(shù)偏小。然而,德惠新河上游的洪溝河、趙王河和下游任橋以下部分近20%流域面積是原馬頰河流域外,其他近80%以上的流域面積屬原徒駭河流域,其地形、地貌、水文地質(zhì)條件及暴雨徑流匯集快等流域特征與徒駭河流域相似,但在河道設(shè)計(jì)時(shí),由于受投資規(guī)模的限制,采用了馬頰河的排水模數(shù),馬頰河與徒駭河相比,排水模數(shù)偏小13%以上。

        3)與馬頰河匯合口以上、胡道口閘以下的尾閭段淤積嚴(yán)重、流域泄水不暢,主要是匯合口以上馬頰河河道深、坡度陡、流量大,而德惠新河河底高、流量小、流速緩造成的。

        2.5 水文復(fù)核分析成果差異較大

        1984 年編制《海灤河流域補(bǔ)充規(guī)劃〈徒駭、馬頰河系規(guī)劃綜合報(bào)告〉》、1999 年編制《徒駭、馬頰河系防洪規(guī)劃報(bào)告》時(shí),均已對(duì)徒駭河、馬頰河、德惠新河的設(shè)計(jì)防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)采用頻率法按新的水文資料進(jìn)行了復(fù)核,但兩次復(fù)核成果的差異較大。

        1)“84 規(guī)劃”的復(fù)核結(jié)論。根據(jù)1951—1979年28 年的降雨資料,進(jìn)行頻率分析,徒駭河滿足20 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn),5 年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn);馬頰河津浦鐵路以上符合20 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)、5 年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn),津浦鐵路以下只相當(dāng)于3~4 年一遇排澇、16~20 年一遇防洪(未考慮漳衛(wèi)新河1 860 km2面積的澇水調(diào)入馬頰河的因素)標(biāo)準(zhǔn);德惠新河除澇標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于3~4 年一遇,防洪標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于15~18 年一遇。

        2)“防洪規(guī)劃”的復(fù)核結(jié)論。復(fù)核防洪規(guī)劃時(shí),3 條骨干河道的降雨資料的系列均延長(zhǎng)到1997 年。分析評(píng)價(jià)結(jié)論:

        徒駭河流域“61 雨型”防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)流域面積不同差異較大,在下游,“61 雨型”防洪標(biāo)準(zhǔn)略高于50 年一遇;在中游,防洪標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于30~50年一遇;在上游,防洪標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于20~30 年一遇。全河“64 雨型”排澇標(biāo)準(zhǔn)高于5 年一遇,而低于20 年一遇。馬頰河與徒駭河相似,在下游,“61 雨型”防洪標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于30~50 年一遇;在中游,防洪標(biāo)準(zhǔn)約相當(dāng)于20~30 年一遇;在上游,防洪標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于5~20 年一遇?!?4 雨型”排澇標(biāo)準(zhǔn)在中下游,高于5 年一遇;在上游,低于5 年一遇。德惠新河流域原“61 雨型”“64 雨型”標(biāo)準(zhǔn)的重現(xiàn)期與馬頰河、徒駭河情況差異較大,“61 雨型”防洪標(biāo)準(zhǔn)在德惠新河全流域只高于5 年一遇而不足20 年一遇,“64 雨型”排澇標(biāo)準(zhǔn)更是不足5年一遇。

        3 標(biāo)準(zhǔn)研究的必要性分析

        1)開(kāi)展“61”“64”雨型防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)研究,是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。為適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,水利工程對(duì)自身的防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求,進(jìn)行“61”“64”雨型防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)研究,判明其標(biāo)準(zhǔn)的高低,確定其是否與當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需求相適應(yīng),為今后的工程治理標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)支撐,從而更好地發(fā)揮水利工程防洪保安的作用。

        2)開(kāi)展“61”“64”雨型防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)研究,是完善流域防洪除澇工程體系的需要。山東海河流域?qū)亵敱秉S泛平原,3 條骨干河道通過(guò)支流河道彼此聯(lián)通,馬頰河與德惠新河匯流入海,流域各河系防洪工程體系中的上下游、左右岸的防洪標(biāo)準(zhǔn)和除澇標(biāo)準(zhǔn)宜協(xié)調(diào)、統(tǒng)一。根據(jù)水文復(fù)核成果,3 條骨干河道的防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)明顯存在上下游之間、河系流域之間不統(tǒng)一的問(wèn)題。開(kāi)展“61”“64”雨型防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)研究,合理確定骨干河道上下游、左右岸的治理標(biāo)準(zhǔn),從而使流域骨干河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一、支流河道標(biāo)準(zhǔn)與干流河道相適應(yīng)、田間排水標(biāo)準(zhǔn)與支流河道相匹配,對(duì)完善流域防洪和除澇體系、充分發(fā)揮水利工程效益具有重要意義。

        3)開(kāi)展“61”“64”雨型防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)研究,是水文事業(yè)發(fā)展的需要。在當(dāng)時(shí)水文資料短缺的歷史背景下,“61”“64”雨型防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)的提出,體現(xiàn)了現(xiàn)代水利人的智慧,從而解決了水利工程統(tǒng)一治理標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。1970 年前后流域河道大規(guī)模治理后,流域下墊面條件發(fā)生了很大變化,由于土壤鹽漬化狀況的改善、地表植被覆蓋率的增加、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的變化以及灌排體系的完善,在發(fā)生相同降水情況下,地表徑流量減少,但匯流時(shí)間縮短,同時(shí)由于河道多處建閘蓄水,河道的洪水狀況已發(fā)生了很大變化。在水文事業(yè)高度發(fā)展的今天,開(kāi)展“61”“64”雨型防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)研究,證明其合理性、前瞻性,既是對(duì)前人的褒揚(yáng),也是水文成果的展現(xiàn),對(duì)推動(dòng)水文事業(yè)發(fā)展具有積極意義。

        4 建 議

        1)利用水文資料和先進(jìn)的技術(shù)手段,對(duì)徒駭河、馬頰河、德惠新河的設(shè)計(jì)防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)核,分析“84 規(guī)劃”“防洪規(guī)劃”水文復(fù)核成果差異原因,以重現(xiàn)期概念對(duì)“61”“64”雨型防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

        2)根據(jù)流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求,以防洪保安、減輕洪澇災(zāi)害損失為目標(biāo),以水文分析成果為依據(jù),結(jié)合流域防洪除澇工程實(shí)際情況,以重現(xiàn)期概念提出骨干河道、支流河道、田間工程的防洪除澇標(biāo)準(zhǔn),重新構(gòu)筑協(xié)調(diào)統(tǒng)一、適應(yīng)匹配的流域防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)體系。

        3)結(jié)合現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)仿真模擬手段,根據(jù)海河流域洪水特征和水系構(gòu)成,分析水文學(xué)與水力學(xué)模型在洪水過(guò)程、洪水要素和空間范圍方面的集成方式,通過(guò)數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)不同量級(jí)洪水可能形成的淹沒(méi)范圍、水深、流速以及淹沒(méi)持續(xù)時(shí)間,根據(jù)不同頻率洪水的淹沒(méi)情況繪制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖,確定風(fēng)險(xiǎn)范圍,查明徒駭河、馬頰河、德惠新河3 條骨干河道現(xiàn)狀防洪除澇工程體系存在的問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié),確定治理目標(biāo)和治理重點(diǎn),按重新確定的流域防洪除澇標(biāo)準(zhǔn),實(shí)施綜合治理,進(jìn)一步完善流域防洪除澇工程體系,提高流域防洪保安能力。

        4)加強(qiáng)信息化建設(shè)力度,建設(shè)全流域性的洪水管理預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)信息體系,形成有效的信息采集體系、信息傳輸體系、決策支持體系等。在發(fā)生洪水時(shí),可以迅速的采集和傳輸雨情、工情、災(zāi)情信息并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào),最大限度地減小流域?yàn)?zāi)害損失。

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