芜湖航空产业园对东门渡河的防洪影响分析

孙 翔

（安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088）

0 引言

根据《关于建设通用航空产业综合示范区的实施意见》，到2020年我国将建设50个通用航空产业综合示范区，国家重点选择产业基础好、综合实力强、体制机制活、短期能突破、示范有带动的区域，统筹有序推进通用航空产业综合示范区建设。芜湖市是全国首批26个试点城市之一、安徽省唯一入选城市。航空产业综合示范区一般占地范围较大，建设后必会改变区域内原有的自然水系及地形地貌，导致流域汇水范围发生变化，流域径流系数及洪水也会产生相应调整，可能对附近河段及下游堤防、水工建筑物及第三人合法水事权益带来影响。芜湖航空产业园（以下简称园区）位于芜湖市东南部芜湖县境内，东门渡河流域上游，为了更直观、准确地为地方政府管理和审批建设提供依据，通过建立数学模型量化工程建设对东门渡河进行防洪影响分析是十分必要的。

1 园区概况分析

园区规划面积约为 56.06 km2，东门渡河全长约24.9 km，最大支流西大河长约 18.2 km，内部支叉河道长约 67.5 km。东门渡河上段为自新圩、长兴圩堤段，下段为宝圩堤段；西大河上段为养贤联圩堤段，下段为前进圩、宝圩堤段；东门渡河口建有东门渡节制闸。东门渡河流域水系简图如图1所示。

园区将于2035年全面建成，东门渡节制闸上游汇水面积将增加 3.60 km2；东门渡河流域有 26.37 km2的汇水面积由自然山丘区规划为航空产业区，下垫面发生变化；因园区建设需要占用流域内可调蓄湖泊面积 0.62 km2，导致流域内洪水可调蓄库容发生变化[1]。目前，东门渡河出口在建仙人桥站（东门渡排洪站），抽排东门渡河关闸期洪水，设计流量为40.0 m3/s[2]。西大河段控制工程黄牛桥闸、范湾闸已基本建成，徐山东南部、养贤乡西北侧岗洼处已规划新开渠道，使得西大河的洪水通过新开挖渠道在宝圩南端直接汇入东门渡河。

2 技术路线分析

从园区总体及排水规划方案的分析、评估展开，在收集整理东门渡河流域水文、地形等资料的基础上，分析园区建设可能造成的流域范围变化，园区下垫面条件改变而带来的设计洪水的变化，并建立一维数学模型，分析园区建设对东门渡河流域下游河段水位的影响；结合水文分析、数模成果，综合评价工程建设对流域防洪的影响；对于工程建成后可能产生的影响，分析影响程度，提出补偿措施；提出工程的综合评价意见和建议，为地方政府管理和审批提供依据[3]。

图1 东门渡河流域水系简图

3 水文分析

现状东门渡节制闸上游汇水面积为 148.00 km2，根据工程设计需要，将流域划分山丘区和圩区，其中山丘区面积为 127.00 km2，划为自新圩-邵村片、芜宣机场片和西大河片进行分析，圩区面积为 21.00 km2。园区建成后，东门渡河流域汇水面积为 151.60 km2，其中山丘区来水面积为 104.23 km2，圩区来水面积为 21.00 km2，城区来水面积为 26.37 km2。

汛期，当东门渡节制闸下裘公河水位顶托，节制闸无法开闸泄洪，流域暴雨洪水全部蓄积在东门渡河槽和湖泊内，对沿岸圩区堤防守护及圩内排涝造成很大压力；当闸下水位较低时，东门渡节制闸开闸泄洪，因此，各典型年东门渡河沿线水位与洪峰、洪量（累计降雨总量）及外河水位均有关系。根据新河庄雨量站 1963—2016 年实测最大24h 降雨资料和东门渡节制闸闸下1970年以来的实测水位（通过新河庄、水阳2个水位站内插计算得到）组合分析及相关设计报告成果，认为在内外水遭遇问题上，1983，1984，1991，1996，1999 和2016年具有典型性[4]。在1983，1984，1991，1996，1999及2016年典型年洪水下，主要通过对比园区建成前、后2种工况分析园区建设对东门渡河流域的防洪影响变化及程度。

根据历年实测资料分析，东门渡河最高水位出现在关闸期，当东门渡河关闸时，东门渡河最高水位主要与流域洪量有关，各典型年东门渡河洪水位分析时段取为1d，采用径流系数法计算设计洪水。

东门渡河开闸期最大日降雨出现在1984年6月13 日，最大日降雨量为 226.9 mm，为有资料以来最大降雨。为分析园区的建设对开闸期间东门渡节制闸规模的影响，计算园区建设前后最大过闸流量的变化，采用3h 分析时段，按瞬时单位线综合法计算1984年6月 12—14 日降雨产生的洪水过程。考虑到前期雨量影响，1984 年6月 12—14 日的净雨采用水阳江上游片次降雨径流关系分析，水阳江上游片汛期土壤饱和含水量为60mm，前期雨量消退系数为 0.82，最大1d 净雨时程分配采用“84 年办法”[5]的雨型分配，山丘区汇流计算采用瞬时单位线综合法，单位线参数由安徽省山丘区瞬时单位线参数查算图[6]查得。

确定圩区逐时段入河水量时，需对圩区逐时段产水量同圩区排涝站规模进行比较，如圩区时段产水量小于排涝站时段内能排的最大入河水量，时段入河水量即为时段产水量；反之，时段入河水量为圩区排涝站时段内能排的最大入河水量，直至排完。

确定城区逐时段入河水量时，需要对城区逐时段产水量与规划管网设计规模进行比较，如城区时段产水量小于管网设计规模下时段最大入河水量，时段入河水量即为时段产水量；反之，时段入河水量为管网设计规模下时段内能排的最大入河水量，直至排完。

4 软件建模

本研究采用 MIKE11 软件一维水动力学模型[7]对东门渡河流域洪水进行模拟计算。东门渡河建模范围：上自皖赣铁路（桩号0+ 000），下至东门渡节制闸（桩号13+ 320），左纳航空产业园8条排涝沟来水。调洪演算采用 MIKE11一维水动力学模型，东门渡河河道每500m 左右输入1个断面，共24个断面。跨东门渡河6座桥和东门渡节制闸以 Control Structure 功能采用桥梁和闸的结构进行概化，东门渡河排洪站以 Pump 功能采用泵站结构进行概化。各典型年以自新圩-邵村片山丘区洪水位为上边界计算条件，圩区及城区各分片洪水过程为旁侧入流条件，相应年份闸下水位过程为计算下边界。

在模型开发过程中，采用1983年实测洪水对河道糙率进行率定，并采用 1983，1996 和1999年主汛期实测洪水对模型及其参数进行检验，东门渡节制闸上检验成果如表1所示。计算结果表明，本模型计算的节制闸闸上最高洪水位与实测最高洪水位吻合较好，计算差值不超过20cm，精度可满足防洪规划要求。东门渡河一维模型主河槽、滩地的糙率值分别取 0.025，0.033。

表1 东门渡节制闸上洪水检验成果m

东门渡节制闸和排洪站的调度原则如下：东门渡河起调水位为 9.00 m；当东门渡节制闸下水位低于闸上水位时，开闸放水，水位不低于 9.00 m；当东门渡节制闸下水位高于闸上水位时，若东门渡河水位低于 10.50 m，洪水蓄在东门渡河，否则启用泵站排水；当东门渡河水位降至 10.50 m 以下时，泵站停用。园区建设前后，在东门渡河口设计流量为40.0 m3/s 排洪站工况下，东门渡河各节点最高洪水位分析成果如表2所示。

考虑到流域内大部分圩口已加固，方案调洪中不考虑7hm2以上圩口破圩，因此计算结果比参数率定值要高。经调洪演算分析，园区建设后，东门渡河各典型年沿线洪水位均有小幅提升，为消除园区建设影响，需要增加排洪站的设计流量规模。东门渡河典型年主汛期排洪泵站调洪演算不同设计流量下闸上最高水位汇总分析如表3所示。

5 防洪影响分析评估

防洪影响分析评估结果如下：

表2 园区建设前后东门渡河各节点最高洪水位比较成果表

表3 东门渡河典型年主汛期排洪泵站调洪演算不同设计流量下闸上最高水位汇总表

1）对流域防洪及水位影响。经各典型年调洪计算分析，园区建设后，在排洪站已建情况下，东门渡河沿线最高防洪水位均有所提高，东门渡节制闸附近水位抬升幅度为 0～21.00 cm，宝圩以上段水位抬升幅度为 0～5.00 cm。园区建设抬升了东门渡河的洪水位，对东门渡河的行洪安全产生了一定影响。

东门渡排洪站建成后，东门渡河流域防洪形势发生变化，防洪设计水位由东门渡泵站规模控制。经调洪演算分析，园区建设后，1991 和1996年的东门渡河闸上水位与园区建设前保持一致，维持在泵站起排水位 10.50 m 左右，其余典型年均有所抬高。排洪站设计流量扩建 1.0 m3/s 时，1983 和1984年型洪水在园区建设前后水位可保持一致；排洪站设计流量扩建 2.5 m3/s 时，1999 年型洪水在园区建设前后水位可保持一致；排洪站设计流量扩建 3.0 m3/s时，2016 年型洪水在园区建设前后水位可保持一致。因此，东门渡排洪站设计流量规模由 40.0 m3/s增加到 43.0 m3/s，可消除园区建设的水位影响。

2）对东门渡节制闸影响。由于园区建设，东门渡河流域汇水面积增大 3.60 km2，区内地面硬化，产汇流速度加快，但由于东门渡河沿程有几个较大湖面，调蓄库容较大，至东门渡节制闸过闸流量相差不大。在园区建设后，东门渡节制闸最大过闸流量较园区建设前仅增加 17.0 m3/s，且均没有达到节制闸20年一遇的设计流量，因此，认为园区建成后对东门渡闸影响不大。

3）对跨河桥梁影响。经过计算，桩号7+ 810，8 + 880，9 +745和12+615等4座桥梁过桥落差较大，园区建设前后，雍水高度都在25cm 以上。同时考虑到开闸期各桥涵对洪水下泄的影响，建议跨东门渡河的6座桥梁未来实施改扩建，以满足过水要求。

4）对东门渡河闸下游裘公河影响。由于东门渡河流域沿程有较大的湖泊调蓄，可大大削减东门渡河入裘公河的洪峰，从东门渡节制闸运行调度原则及历年实际运行情况看，东门渡节制闸只有在裘公河水位低时才有可能开闸，因此，可以认为园区建设在开闸期对裘公河的设计水位没有影响。虽然东门渡流域来水面积加大，但入裘公河流量受东门渡节制闸控制，出口流量受泵站规模控制，考虑园区对东门渡河的影响，泵站设计流量需要扩建 3.0 m3/s，仅占裘公河设计流量 750.0 m3/s 的 0.4%，占比很小；同时，汪溪坝撇洪沟流域面积减少，带来的洪峰流量减少远大于 3.0 m3/s，因此园区建设在关闸期对裘公河洪水位影响也很小。

5）城市建设对流域洪水影响。园区规划面积为56.06 km2，建设前50年一遇洪峰流量为 202.0 m3/s；园区建设完成后洪峰流量增大至 271.0 m3/s；但流域内百年一遇洪水洪峰流量为 310.0 m3/s，园区建设完成后洪峰流量降为 280.0 m3/s。

6 结语

芜湖航空产业园位于东门渡河上游岗地，园区建设没有改变流域防洪的总体规划布局，对干流河道河势无不利影响；园区建设抬升了东门渡河的洪水位，对东门渡河的行洪安全产生了一定影响，但可将东门渡河出口排洪站设计流量规模由 40.0 m3/s增加至 43.0 m3/s，以消除园区建设带来的洪水影响。

从分析结果看，丘陵区城市开发对流域的洪水影响，与降雨、管网和流域特征相关，由管网标准确定，城市建设在某个降雨强度以下会增大流域洪水，反之在降雨强度以上，会减小流域洪水。主要原因是城市建设水系末端以管网代替自然沟渠，产汇流速度加快，且在丘陵区，降雨自流入下游河道，在某个降雨强度以下会导致流域洪峰流量增大；因管网规模限制，随着下游水位上升，导致管网出流反而下降，就会出现在某个降雨强度以上，流域洪峰流量反而减小的情况。芜湖市及宣城市两市依据本研究分析的结果和数据，通过协商解决了因园区建设造成的水事权益纠纷，为其顺利建设铺平了道路。本研究分析思路也可为以后地方因工程建设而出现的水事权益纠纷提供解决方案，为地方政府管理和审批建设提供决策依据。