石 佳

（撫順市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 撫順 113000）

1 概 述

工程位于伊旗政府所在地阿騰席熱鎮(zhèn)西1km處地理坐標(biāo)E109° 41' 22"，N39° 33' 56"。近年來(lái)，伊旗經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，為滿足伊旗不斷發(fā)展的城市規(guī)劃要求，提高掌崗圖河城區(qū)段的防洪標(biāo)準(zhǔn)、完善伊旗城市交通體系、解決疏干水排放再利用，打造臨河生態(tài)景觀工程。伊金霍洛旗年疏干水排水量為3 785.05 萬(wàn)m3，由于沒有綜合性控制利用工程，疏干水得不到合理的利用，造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

該區(qū)域涉及范圍主要為東部礦區(qū)的疏干水。東部礦區(qū)疏干水量較大的煤礦有：轉(zhuǎn)龍灣、賽蒙特爾、安源、轉(zhuǎn)龍灣、蒙泰滿來(lái)梁、大地精、敬老院、東博、昊達(dá)、三星、朝陽(yáng)煤礦，合計(jì)11 座煤礦，年疏干水排水量為3 785.05 萬(wàn)m3。

城鎮(zhèn)應(yīng)急供水有兩處，分別是什拉烏素城鎮(zhèn)應(yīng)急供水工程及查干淖城鎮(zhèn)應(yīng)急供水工程，日供水量為4 萬(wàn)m3，距離工程建設(shè)地約100km。甘珠廟水源地距離工程建設(shè)地約30km，日供水量為1 萬(wàn)m3。由于開元路工程距城鎮(zhèn)應(yīng)急供水工程及水源地距離較遠(yuǎn)，因此工程的修建對(duì)城鎮(zhèn)應(yīng)急供水及水源地影響較小。開元路工程的修建可以提高下游河道防洪標(biāo)準(zhǔn)，且下流河道中沒有公共設(shè)施，因此不會(huì)對(duì)下游河道產(chǎn)生不利影響。

2 工程建設(shè)要求

2.1 河道景觀要求

由于工程項(xiàng)目所在地距伊金霍洛旗政府僅有1km，旗政府決定采用開元路的路基與水利工程相結(jié)合的方式，打造一個(gè)面積達(dá)100萬(wàn)m2的景觀水面，是集旅游、休閑、娛樂于一體的城市生態(tài)景觀區(qū)。

2.2 交通要求

按照城市交通規(guī)劃要求，工程是開元路工程的基礎(chǔ)工程，它既是公路工程的基礎(chǔ)，又是景觀水面工程的擋水建筑物。工程建成后，為連接掌崗圖河左右岸的開元路建設(shè)提供必要的建設(shè)條件。公路景觀工程建成后，掌崗圖河上將建成寬45m 公路，連接河道兩岸公路，緩解了區(qū)域交通壓力，使伊旗形成完整的交通體系[1-3]。

2.3 城鎮(zhèn)規(guī)劃及工業(yè)發(fā)展要求

伊金霍洛旗年疏干水排水量為3 785.05萬(wàn)m3，由于沒有綜合性控制利用工程，疏干水得不到合理的利用，造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[4]。由于疏干水中含有一定量的煤灰，造成下游河道的污染，急需有一控制性工程滯蓄疏干水，沉降煤灰，減少下游河道污染，凈化疏干水，使這部分水源得以利用。經(jīng)調(diào)查，煤礦疏干水雖經(jīng)處理達(dá)標(biāo)排放，但仍不能用于生活和灌溉，只能用于城市綠化及下游河道生態(tài)。因此，煤礦的疏干水近期通過開元路景觀工程進(jìn)行滯蓄，形成景觀水面，滿足景觀水面，蒸發(fā)滲漏要求，余水用于城市綠化和下游河道生態(tài)，遠(yuǎn)期根據(jù)城市規(guī)劃及工業(yè)發(fā)展需要，逐步利用好煤礦疏干水。

3 工程任務(wù)

3.1 景觀生態(tài)

由于本工程距伊旗政府所在地阿鎮(zhèn)僅有1km，因此工程第一個(gè)任務(wù)是形成一個(gè)有100 萬(wàn)m2水面的景觀生態(tài)園，為貫徹落實(shí)市政府全城旅游的政策落實(shí)提供了支持，同時(shí)也為當(dāng)?shù)匕傩仗峁┝藠蕵?、休閑的場(chǎng)所。

3.2 滯、蓄疏干水

根據(jù)實(shí)地調(diào)研，伊金霍洛旗煤礦較多，礦井疏干水量大小不一，設(shè)計(jì)對(duì)象主要為東部礦區(qū)的疏干水。東部礦區(qū)疏干水量較大的煤礦有：轉(zhuǎn)龍灣、賽蒙特爾、安源、轉(zhuǎn)龍灣、蒙泰滿來(lái)梁、大地精、敬老院、東博、昊達(dá)、三星、朝陽(yáng)煤礦，合計(jì)11 座煤礦，年疏干水排水量為3 785.05 萬(wàn)m3。

掌崗圖河屬于季節(jié)型河流，屬于第Ⅴ類地表水水質(zhì)（一般景觀要求水域）。根據(jù)鄂爾多斯市清藍(lán)環(huán)保有限公司于2019 年01 月30 日對(duì)掌崗圖河水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，項(xiàng)目監(jiān)測(cè)斷面為壩址上游500m（N39° 33′ 51.8″ E109° 41′ 14.47″）及壩址下游1 000m（N39° 33′ 52.37″ E109° 41′ 39.82″）實(shí)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 攔沙

工程建成后，可有效攔蓄流域上游的泥沙近500 萬(wàn)m3，可以有效減少下游河道泥沙淤積及水庫(kù)的淤積，確保下游河道行洪安全。

3.4 綜合利用

3.4.1 交通

工程建成后，作為開元路的路基工程，為開元路的建設(shè)提供必要的基礎(chǔ)條件。

3.4.2 調(diào)節(jié)中水

擬建開元路擋水路基將煤礦疏干水和礦區(qū)的生活用水通過滯蓄后，實(shí)現(xiàn)清水下泄，滿足城市景觀用水及下游河道生態(tài)用水，符合區(qū)域水資源規(guī)劃、配置和管理要求，實(shí)施國(guó)家關(guān)于節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保的方針政策具有重要意義[5-7]。

4 泥沙淤積分析預(yù)測(cè)

4.1 現(xiàn)狀庫(kù)容曲線

根據(jù)建設(shè)管理單位2019 年3 月提供的實(shí)測(cè)現(xiàn)狀地形圖，經(jīng)庫(kù)區(qū)1∶1 000 地形圖計(jì)算得現(xiàn)狀庫(kù)容曲線見表1。

表1 擋水路基現(xiàn)狀庫(kù)容曲線表

4.2 淤積預(yù)測(cè)

采用西烏蘭木倫河阿騰席熱站1985—2000 年共15a 泥沙資料，由于此系列中1985、1992 年兩年中為實(shí)測(cè)系列中大水大沙年，系列代表性較差。因此，將資料延長(zhǎng)到2005 年，而后又收集了阿騰席熱站2005 年撤消后上移至馬王廟站后2011—2018 年的泥沙資料，泥沙資料共有28a，且系列中包含了大水大沙年，又有2010 年后枯水枯沙年，系列具有豐、枯變化過程，系列代表性較好。

經(jīng)1985—2018 年（1997、2006—2010 年缺測(cè)）28a 系列分析，輸沙量的與徑流的年際變化基本一致，大都集中在6 ～ 9 月，占全年的90%以上。由于馬王廟站與阿騰席熱站面積相差較大，通過年徑流量、含沙量、輸沙量等關(guān)系，按面積比的一次方關(guān)系，轉(zhuǎn)換到阿騰席熱站。經(jīng)計(jì)算，多年平均質(zhì)輸沙量及含沙量分別為159 萬(wàn)t 和 0.127t/m3。

據(jù)調(diào)查掌崗圖河流域內(nèi)坡式梯田與植被覆蓋率已達(dá)70%，尤其是近10 多年更加大水保治理的步伐，流域的植被覆蓋率又有所加強(qiáng)，另外從馬王廟站近10a 多年平均輸沙量看僅為3.3 萬(wàn)t，僅是159 萬(wàn)t 的2%，由此可說(shuō)明流域的泥沙含量正在減少，且減少的幅度較大。根據(jù)以上分析開元路景觀工程多年平均年輸沙量采用阿騰席熱站侵蝕模數(shù)70%計(jì)算，即14 萬(wàn)t，推懸比采用15%，推移質(zhì)和懸移質(zhì)輸沙量分別為2.1 和16.1 萬(wàn)t，折合12.3 萬(wàn)m3。

工程參照山區(qū)丘陵區(qū)?。?）型水庫(kù)進(jìn)行淤砂分析，設(shè)計(jì)綜合考慮來(lái)水來(lái)沙特性、庫(kù)區(qū)地形特點(diǎn)及水庫(kù)的實(shí)際情況，并根據(jù)國(guó)家規(guī)范的規(guī)定，為了解水庫(kù)庫(kù)容，沖淤計(jì)算周期一般為30～50a。經(jīng)計(jì)算，工程30a 的總輸沙量為369 萬(wàn)m3，50a 的總輸沙量為615 萬(wàn)m3。 根據(jù)該推薦方案，正常水位為1 350.50m，對(duì)應(yīng)的蓄水量為607.91 萬(wàn)m3，年含沙量為12.3 萬(wàn)m3，正常蓄水位高程以下淤滿需50a。

由于該流域內(nèi)的泥沙特性是泥沙含量大（多年平均含沙量0.127t/m3），來(lái)沙多集中在汛期6～9 月（6～9 月占全年的90%），尤其是集中在一、二次洪水中。泥沙的年際間變化亦較大，大水大沙，小水小沙，如1992 年大水，年輸沙量就達(dá)到1 500 多萬(wàn)t，因此，工程建成后，如遇大水大沙年，可能一次洪水所攜帶沙量就能將庫(kù)容淤滿，故建議在工程運(yùn)行中，如遇大水大沙年，應(yīng)采取必要的措施（如排沙、清淤等）減少工程淤積。

4.3 正常蓄水位的確定

根據(jù)工程的綜合利用要求，本工程的主要作用是滯蓄疏干水、攔沙、生態(tài)景觀等，由于煤礦疏干水來(lái)量比較均勻，每天約10 萬(wàn)t，主要是通過本工程滯蓄，煤灰沉降轉(zhuǎn)化為清水后，按城市景觀及下游河道生態(tài)用水量1m3/s，通過輸水涵放出。目前由于庫(kù)容較小，冬季不考慮將11 月至翌年3 月共5 個(gè)月的疏干水存在庫(kù)內(nèi)，全部放入河道，滿足下游河道生態(tài)用水要求，因此近期內(nèi)疏干水只是滯蓄，不占用正常庫(kù)容。由于工程建成后，將攔蓄上游的來(lái)沙，每年約16 萬(wàn)t，根據(jù)規(guī)范的規(guī)定并考慮本工程的特點(diǎn)，淤積年限按30a 考慮，約淤積369 萬(wàn)m3；本工程建成后，庫(kù)區(qū)內(nèi)的蒸發(fā)、滲漏通過河道徑流經(jīng)本工程調(diào)節(jié)后可滿足要求；經(jīng)分析，本工程泥沙淤積量較大。為了保證百萬(wàn)平米景觀水面的可持續(xù)性，需要有較大的庫(kù)容來(lái)滿足泥沙淤積的要求，并考慮為庫(kù)區(qū)內(nèi)蒸發(fā)、滲漏的調(diào)節(jié)留有余地，因此確定正常蓄水位為1 350.5m，相應(yīng)庫(kù)容為607.91 萬(wàn)m3。根據(jù)工程特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)不設(shè)死水位。

5 調(diào)洪方案及調(diào)洪成果

5.1 調(diào)洪原則

1）調(diào)洪起調(diào)水位為排洪渠堰頂高程1347.0m。

2）輸水涵不參加泄洪。

3）排洪渠設(shè)有閘門，泄洪時(shí)閘門放倒，洪水超過排洪渠堰頂后自由泄流。

4）下泄流量在設(shè)計(jì)條件下要小于下游河道安全泄量[8-10]。

5）煤礦疏干水流量?jī)H為1m3/s 左右，在調(diào)洪中不予考慮。

5.2 調(diào)洪成果

工程泄流設(shè)施為有閘門控制式排洪渠，溢流時(shí)閘門放倒，堰頂高程為汛限水位，排洪渠的泄流計(jì)算公式為：排洪渠控制段長(zhǎng)度較長(zhǎng)，根據(jù)判別條件10 ＜δ/H，為短渠水流，泄流能力按渠道過流計(jì)算，采用曼寧公式：

式中：Q為流量（m3/s）；A為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑，m；n為渠道糙率，取0.015；i為渠道比降，取i=0.0005。

設(shè)計(jì)擬定不同的堰頂高程及堰寬進(jìn)行調(diào)洪演算，選用1 350.5m、1 348m、1 347m 三個(gè)堰頂高程及57m、37、30m 三個(gè)堰寬進(jìn)行組合。從表2 中的調(diào)洪結(jié)果可以看出，堰寬57m 雖然能夠有效增加排洪渠泄量，有利于行洪安全，但由于排洪渠上游具有交通要求，渠頂交通橋需要2 跨才能跨越排洪渠，排洪渠中部需增設(shè)橋墩。該方案不僅增加了施工難度，還增大了橋梁工程造價(jià)。堰頂高程1 350.5m、1 348m 方案，調(diào)洪后的設(shè)計(jì)水位和校核水位均較高，工程建成后對(duì)上游村莊影響較大（村莊高程1 351.4m）。

表2 開元路擋水路基各方案調(diào)洪成果表

綜合考慮水庫(kù)運(yùn)行、工程設(shè)計(jì)及投資概算，采用堰頂高程1 347m，堰寬30m 的組合，推薦采用方案5 作為首選方案。

5.3 特征指標(biāo)

經(jīng)調(diào)洪計(jì)算后主要特征指標(biāo)為：

1）開元路擋水路基總庫(kù)容為727.85 萬(wàn)m3。

2）正常蓄水位為1 350.50m，現(xiàn)狀庫(kù)容為607.91 萬(wàn)m3。

3）設(shè)計(jì)洪水位（P=3.33%）為1 350.06m，相應(yīng)蓄水量為542.50萬(wàn)m3，最大下泄流量為257.1m3/s。

4）校核洪水位（P=0.33%）為1 351.94m，相應(yīng)蓄水量為727.85 萬(wàn)m3，下泄最大流量為527.62m3/s。

2019 年4 月專家論證會(huì)后收集阿騰席熱站1992 年洪水過程線，并對(duì)1992 年洪水過程線的不合理點(diǎn)位進(jìn)行修正做為此次調(diào)洪的典型洪水過程線。

設(shè)計(jì)的洪水過程線采用典型的洪水過程線，采用同頻放大的方法[6-7]，對(duì)30a、300a 一遇洪水進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算。調(diào)洪原則不變，起調(diào)水位仍采用1 347m[11]。調(diào)洪成果及對(duì)比見表3。

表3 開元路擋水路基選定方案調(diào)洪成果對(duì)比表

從表3 中可以看出，由于典型洪水過程變化后，其調(diào)洪后的成果相差較小，其設(shè)計(jì)、校核水位和庫(kù)容均小于上次調(diào)洪成果，從工程安全性和一致性考慮[8-11]，調(diào)洪成果仍采用原成果。

6 結(jié) 語(yǔ)

伊金霍洛旗掌崗圖景觀水系開元路工程是以擋水為主，兼顧交通、防洪、生態(tài)的綜合性工程。工程建成后可解決伊金霍洛旗水資源缺乏問題，能夠完善伊旗交通路網(wǎng)，減少疏干水資源的浪費(fèi)，提高下游城區(qū)段的防洪標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)泥沙預(yù)測(cè)及調(diào)洪分析成果，其蓄水工程總蓄水量為727.85 萬(wàn)m3，屬于?。?）型工程。伊金霍洛旗掌崗圖景觀水系開元路工程的任務(wù)是攔蓄城市中水形成景觀湖，通過對(duì)城市中水的攔蓄，為湖區(qū)周圍及下游綠化提供灌溉用水。