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        青州市彌河閘重建必要性及規(guī)模分析論證

        2022-10-17 05:24:34姬偉光輝張凱尹心悅
        小水電 2022年5期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        姬偉,光輝,張凱,尹心悅

        (1.中國水利水電第十二工程局有限公司,浙江 杭州 310004;2.中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司,安徽 合肥 230601;3.南昌工程學(xué)院,江西 南昌 330099)

        1 工程概況

        青州市地處山東半島中部,為山東省濰坊市代管縣級市,是古“九州”之一。全市總面積1 564 km2,分屬彌河、小清河兩大水系,過境河流有彌河、淄河兩條。

        彌河位于山東半島中部,東鄰白浪河、西靠小清河,發(fā)源于沂山北麓,自南向北流經(jīng)濰坊市的臨朐、青州、壽光、濱海開發(fā)區(qū)4個縣(市、區(qū)),于壽光和濱海開發(fā)區(qū)分別注入渤海萊州灣[1]。彌河流域面積4 008 km2,其中干流長度193 km,流域面積3 319 km2。彌河流域南高北低,地形較為復(fù)雜,膠濟鐵路以南多為山丘區(qū),坡度較大;以北為平原洼地,坡度較緩。流域內(nèi)建有大型水庫1座(冶源水庫)、中型水庫5座、小型水庫157座,大中型攔河閘壩12座[2]。冶源水庫位于彌河干流,控制流域面積786 km2,總庫容1.69億m3,興利庫容8 371萬m3,是1座結(jié)合防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大(2)型水庫。

        青州市彌河閘位于彌河鎮(zhèn)東南河村北側(cè)的彌河干流上,控制流域面積1 662.2 km2,該閘主要作用是蓄水灌溉,1971年建成蓄水,2013年進(jìn)行重建。原設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)20年一遇,設(shè)計泄洪流量2 990 m3/s,相應(yīng)閘上水位80.08 m、閘下水位74.83 m;閘上正常蓄水位79.0 m。閘上游左岸建有灌溉引水閘及引水干渠,引水閘為3孔,單孔1.5 m×3.0 m(寬×高),閘底板高程76.7 m,設(shè)計引水流量5 m3/s;引水干渠長27.1 km,設(shè)計灌溉面積5.4萬畝(1畝=1/15 hm2)。據(jù)統(tǒng)計,青州市彌河閘自1971年建成蓄水以來,閘上游灌溉引水閘多年平均自流引彌河水量達(dá)2 000萬m3。

        2019年8 月,受9號臺風(fēng)“利奇馬”影響,8月10—12日,濰坊市普降暴雨、大暴雨,局部特大暴雨,彌河流域平均降雨量達(dá)392.6 mm,暴雨洪水期間青州市彌河閘垮塌,彌河下游多處決口[3]。據(jù)齊魯網(wǎng)報道,至2019年8月11日12時,經(jīng)測算,青州市彌河閘過閘流量超過3 500 m3/s,大于該閘設(shè)計泄洪能力;受超標(biāo)準(zhǔn)洪水影響,彌河閘于8月11日16時被沖毀,現(xiàn)場未發(fā)生人員傷亡。

        2 流域治理規(guī)劃

        自中華人民共和國成立以來,濰坊市多渠道籌集資金對彌河進(jìn)行治理,通過水庫、攔蓄水建筑物、險工段岸坡防護(hù)以及堤防等工程建設(shè),已初步形成庫堤結(jié)合、下泄與調(diào)控統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的綜合防洪減災(zāi)體系,流域防洪能力得到較大提高;加上科學(xué)合理調(diào)度,能夠較好地防御一般性洪水。

        2019年大洪災(zāi),彌河的分流河道和丹河部分堤段決口,全流域農(nóng)田受災(zāi)面積13萬畝,9.3萬名群眾撤離,1.8萬畝大棚進(jìn)水,直接經(jīng)濟損失約10億元。此次大洪災(zāi),彌河沿線各縣區(qū)部分建筑物、堤防等工程被沖毀,其中青州市境內(nèi)彌河堤防、護(hù)岸護(hù)坡及道路的水毀總長度為25.54 km(堤防水毀2.6 km,護(hù)岸護(hù)坡水毀16.24 km,道路水毀6.7 km),建筑物水毀包括彌河閘、攔河壩、交通橋、漫水橋、排水涵閘等。

        針對彌河在2019年洪水中出現(xiàn)的問題,為進(jìn)一步提升彌河防洪能力,濰坊市水利局組織編制了《濰坊市彌河流域防洪規(guī)劃(修編)》,并通過濰坊市人民政府批復(fù)(濰政復(fù)〔2020〕28)。該規(guī)劃提出:彌河干流近期冶源水庫以上段達(dá)到20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn),冶源水庫以下段近期達(dá)到50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn);遠(yuǎn)期壽光市城區(qū)段和濱海經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)段達(dá)到100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)劃建設(shè)內(nèi)容主要包括冶源水庫增容工程、防洪體系完善工程、2019年水毀工程等,其中明確提出重建青州市彌河閘,建筑物級別為2級,按50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。

        3 工程重建必要性分析

        彌河徑流是青州市主要的地表水資源,但徑流量年際豐枯變化大、年內(nèi)隨季節(jié)變化劇烈。經(jīng)分析計算,彌河閘上多年平均來水量為1.22億m3,頻率25%的豐水年來水量為1.69億m3,頻率50%的平水年來水量為0.8億m3,頻率75%的枯水年來水量為0.3億m3。可以看出,頻率75%的枯水年來水量占多年平均來水量的24.6%,僅是頻率25%的豐水年來水量的17.8%。全年徑流量的70%~80%又集中在汛期,一般汛期來水量大、下泄快、持續(xù)時間短,非汛期則來水量少、水位低、持續(xù)時間長,枯水季節(jié)甚至經(jīng)常斷流。彌河閘自建成以來,通過調(diào)蓄彌河徑流和抬高枯水期閘上河道水位,產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)環(huán)境效益。2019年由于受第9號臺風(fēng)“利奇馬”影響,彌河閘被超標(biāo)準(zhǔn)洪水沖毀,重建是很有必要的。

        3.1 是利用彌河水資源和促進(jìn)經(jīng)濟社會發(fā)展的需要

        青州市多年平均降水量650 mm,降水年際變化大、年內(nèi)分配極不均勻,且境內(nèi)大部分土地為低山丘陵崗地,保水性差、蒸發(fā)量大,旱災(zāi)較頻繁,春旱最為常見,一般1~2年一遇,短期的伏旱一般3~5年一遇,秋旱2~3年一遇。據(jù)不完全統(tǒng)計,青州市在2010—2011年、2013—2015年、2016年均發(fā)生了較嚴(yán)重旱情。例如,據(jù)經(jīng)濟日報2011年2月25日報道,自2010年10月份以來,青州市降水量僅為47 mm,抗旱形勢十分嚴(yán)峻;目前整個青州市45%的小麥都受到了影響,截至2月10日,青州農(nóng)信社已累計發(fā)放抗旱救災(zāi)貸款1.8億元。自2013年8月到2015年5月共22個月降水量660 mm,僅相當(dāng)于常年1年的降水量,青州市部分麥田和彌河河底因干旱開裂。據(jù)濰坊市民政局2016年統(tǒng)計,截至2016年6月30日,2016年旱災(zāi)造成青州市、昌邑市、昌樂縣等3縣(市)49.91萬人受災(zāi),農(nóng)作物受災(zāi)面積3.6萬hm2,其中絕收面積1萬hm2,直接經(jīng)濟損失2.65億元。

        目前,青州市多年平均可利用水資源量為2.4億m3,其中地表水0.9億m3,地下水1.5億m3。隨著全市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全面快速發(fā)展,水資源短缺的問題日益突出,每年超采地下水近0.4億m3,水資源短缺成為制約青州市經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展的重要因素。彌河閘自1971年建成蓄水以來,通過調(diào)蓄彌河徑流和抬高枯水期閘上河道水位,閘上游灌溉引水多年平均自流引彌河水量達(dá)0.2億m3,占青州市多年平均可利用地表水量0.9億m3的近1/4,對水資源短缺日益問題突出和地表水資源較少的青州市尤為重要。重建該閘,將為青州市利用彌河水資源創(chuàng)造有利條件,對抗旱灌溉、糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收以及經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

        3.2 是有效涵養(yǎng)地下水源和改善生態(tài)環(huán)境的需要

        彌河屬山溪性雨洪河道,徑流量年際豐枯變化大、年內(nèi)隨季節(jié)變化劇烈,汛期集中了全年徑流量的70%~80%,而汛期來水量又主要集中在8~9月,加之河道比降大,源短流急,河道內(nèi)水位、流量過程線隨降水變化而迅速漲落;所以一般汛期來水量大、下泄快、持續(xù)時間短;而非汛期則來水量少、水位低、持續(xù)時間長,枯水季節(jié)甚至經(jīng)常斷流。受制于地形地貌特點,如不建蓄水工程進(jìn)行調(diào)蓄,不但河道內(nèi)來水量難以得到有效利用,而且彌河青州段枯水期水位低、水面小,甚至經(jīng)常干涸斷流,造成大量河床裸露,水生態(tài)環(huán)境較差,水生態(tài)系統(tǒng)也遭受嚴(yán)重破壞。經(jīng)分析計算,彌河閘斷面多年平均年徑流量為1.22億m3,頻率75%的枯水年來水量占多年平均來水量的24.6%,僅是頻率25%的豐水年來水量的17.8%。2015年干旱,彌河青州段部分河段干涸、河底開裂,水生態(tài)環(huán)境和水生態(tài)系統(tǒng)均遭受嚴(yán)重破壞(見圖1)。

        圖1 青州市干裂的彌河河床(中國日報2015年6月)

        彌河閘重建后,通過合理調(diào)度,對彌河徑流進(jìn)行豐枯調(diào)濟;同時抬高枯水期閘上河道水位,在閘上游形成一個蓄水面積132萬m2、庫容460萬m3的河道型水庫。不僅為當(dāng)?shù)爻浞掷脧浐铀Y源創(chuàng)造了有利條件,也可減少地下水的開采量。同時,對蓄水回水范圍內(nèi)河道沿岸、引水干渠沿線及灌區(qū)的地下水源也起到一定的回補作用,可有效涵養(yǎng)地下水源,顯著改善河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境。另外,根據(jù)《濰坊市鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃》,彌河閘也是濰坊市規(guī)劃打造彌河生態(tài)廊道的重要節(jié)點控制性工程。因此,為有效涵養(yǎng)地下水源和改善生態(tài)環(huán)境,迫切需要盡快重建彌河閘。

        綜上所述,彌河閘自建成以來,通過調(diào)蓄彌河徑流和抬高枯水期閘上河道水位,產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)環(huán)境效益。該閘作為區(qū)域水資源配置體系和彌河生態(tài)廊道建設(shè)的重要控制性工程,對青州市利用彌河水資源、有效涵養(yǎng)地下水源、改善生態(tài)環(huán)境以及經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要而深遠(yuǎn)的意義。重建彌河閘,不僅是《濰坊市彌河防洪規(guī)劃報告(修編)》的明確要求,也是當(dāng)?shù)卣腿罕姷膹娏以竿?/p>

        4 工程規(guī)模分析

        4.1 設(shè)計及校核洪水標(biāo)準(zhǔn)

        本次擬重建的彌河閘位于彌河干流冶源水庫以下河段,其設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與所在河段規(guī)劃治理標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)和協(xié)調(diào),即按50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。同時,考慮該閘作為彌河干流的控制性工程,具有特殊的重要性,為保證工程泄洪安全,初步擬定以100年一遇洪水作為校核條件。根據(jù)彌河閘的重要性和兩岸防洪標(biāo)準(zhǔn),按照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2017)進(jìn)行復(fù)核,確定彌河閘的永久性主要筑物級別為2級,設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)采用100年一遇,與《濰坊市彌河流域防洪規(guī)劃(修編)》的要求也是一致的。

        4.2 設(shè)計及校核流量與水位

        被2019年超標(biāo)準(zhǔn)洪水沖毀的彌河閘,原設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇,設(shè)計泄洪流量2 990 m3/s,相應(yīng)閘上水位80.08 m、閘下水位74.83 m,兩岸堤防設(shè)計堤頂高程超20年一遇設(shè)計洪水位2 m。由于該閘歷史上是由溢流壩逐步改建而成的,閘上和閘下防洪水位差較大,設(shè)計泄洪流量下過閘水位差達(dá)5.25 m,也給工程安全帶來諸多不利影響。

        本次擬重建的彌河閘,設(shè)計和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別采用50年一遇、100年一遇。通過水文分析計算,該閘50年一遇設(shè)計流量為5 380 m3/s,100年一遇校核流量為7 500 m3/s。鑒于彌河閘位于丘陵區(qū),結(jié)合河道規(guī)劃斷面和推算的水面線,從保證工程防洪安全以及盡量減小閘孔規(guī)模、工程投資等方面綜合考慮,過閘水位差可比平原區(qū)適當(dāng)加大,閘下50年一遇設(shè)計洪水位為74.29 m,過閘水位差采用0.6 m,即閘上設(shè)計洪水位為74.89 m;閘下100年一遇校核洪水位為75.38 m,過閘水位差采用0.8 m,即閘上校核洪水位為76.18 m??梢钥闯觯瑢τ谠摱我?guī)劃達(dá)到50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的河道而言,閘下本次設(shè)計洪水位比原設(shè)計洪水位低0.54 m;閘上本次設(shè)計洪水位比原設(shè)計洪水位低5.19 m,設(shè)計過閘水位差本次設(shè)計比原設(shè)計降低4.65m,對兩岸堤防防洪安全和水閘自身安全都是十分有利的。

        4.3 正常蓄水位

        彌河閘主要作用是蓄水灌溉,原閘上正常蓄水位為79.0 m,閘上游灌溉引水閘底板高程為76.7 m,設(shè)計引水流量5 m3/s,設(shè)計灌溉面積5.4萬畝。

        本次重建,閘址初選在原閘軸線下游約0.5 km處,距上游榆林店橡膠壩4.2 km。該段河道設(shè)計河底寬195~260 m,設(shè)計河底高程66.6~75.4 m,兩岸地面高程基本在79.5 m以上。

        綜合考慮閘上游灌溉引水要求、兩岸地面高程等因素,為充分?jǐn)r蓄彌河徑流,并在閘前形成較大的水面,仍維持原正常蓄水位79.0 m不變,蓄水回水至上游榆林店橡膠壩處,回水長度4.2 km,蓄水水面132萬m2,蓄水庫容460萬m3。

        閘上正常蓄水位79.0 m,比閘上游堤防原20年一遇設(shè)計洪水位80.08 m低1.08 m,故蓄水期間不會降低閘上游兩岸已建成堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)。但為了確保汛期該閘和河道的泄洪安全,結(jié)合本次閘上50年一遇設(shè)計洪水位為74.89 m,考慮在汛前適當(dāng)降低閘上蓄水位,擬定閘上汛限水位為74.0 m。

        5 結(jié)語

        彌河閘作為區(qū)域水資源配置體系和彌河生態(tài)廊道建設(shè)的重要控制性工程,對青州市利用彌河水資源、有效涵養(yǎng)地下水源、改善生態(tài)環(huán)境以及經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要而深遠(yuǎn)的意義,重建是十分必要的。重建后,該閘50年一遇設(shè)計流量為5 380 m3/s,100年一遇校核流量為7 500 m3/s,正常蓄水位為79.0 m,相應(yīng)蓄水庫容460萬m3。

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