洛河湿地建设的防洪影响分析

2022-08-31李城涵宫雪亮公绪英

陕西水利 2022年8期

李城涵,孙晨,宫雪亮,公绪英

(1.山东水文水环境科技有限公司，山东济南 250014;2.山东省水利勘测设计院有限公司，山东济南 250013)

莒县洛河人工湿地水质净化工程位于洛河右岸滩地，对水质进行深度净化，降低了排入洛河的各项污染物浓度，改善水体水质，改善河道和沿岸的生态坏境，促进洛河流域的生态恢复。由于湿地工程建于河道滩地上，需要进行防洪评价，对工程进行壅水、冲刷计算和基础深度复核，并从相关规划、防洪标准适应性、河道泄洪、河势稳定、防汛抢险、第三方影响等方面对防洪的影响综合分析[1]。

1 工程概况

1.1 项目概况

本工程在建湿地位于莒县洛河镇政府驻地洛河右岸滩地，桩号范围10+120～10+850，总占地面积约69 亩，其中人工湿地占地面积22.35 亩。

本工程主要由湿地公园、新建沉砂池、集水池、人工湿地、生物指示池、检测用房等部分组成，大部分位于洛河右岸滩地，只有洛河护岸位于河道左岸。整个工程布置包括河道工程、水处理工程(人工湿地)和生态景观工程3 部分。

河道工程包括左岸400 m 洛河护岸，原橡胶坝处加设3跨18 m 的翻板闸。水处理工程包括主要构建筑物有进水渠、一级配水渠、一级潜流湿地床、一级集水渠/二级配水渠、二级潜流湿地床、二级集水渠、集水池、生物指示池、在线监测站房，布置在洛河右堤内堤角外缘东侧，宽约70 m。生态景观工程主要是在人工湿地入口处，布置湿地公园。生态景观工程主要构建筑物有排水沟、人行卵石道、木栈道、挡土墙等。

图1 工程总平面布置示意图

1.2 河道断面情况

项目区范围内(桩号10+120～10+850)的河道河底高程为128.34 m～129.91 m，设计堤顶高程为135.08 m～136.63 m，主河槽宽度54 m～84 m，左岸滩地宽度20 m 左右，高程133 m左右，右岸滩地宽度44 m～95 m，滩地高程132 m～134.8 m。

2 防洪评价计算

2.1 设计洪水

洛河湿地工程的防洪标准同所在河道的设计标准，为20 年一遇。洛河人工湿地水质净化工程位于唐家河口下，桩号为10+120～10+850，采用入沭河口的设计洪水成果，P=5%设计洪水流量为1100 m3/s。

2.2 壅水分析计算

为准确反映莒县洛河人工湿地水质净化工程建设前后河道的水面流动，本次对工程建成前和工程建成后遭遇20 年一遇洪水情况下的水面线分别进行推求，对比分析工程对河道行洪的影响。

河道水面线按天然河道恒定非均匀流基本方程式计算:

式中:Z1、Z2分别为上、下断面水位，m;V1、V2分别为上、下断面流速，m;△hW为水头损失，m;△hf为沿程水头损失，m;△hj为局部水头损失，m。

工程建设前，洛河入沭河口处采用20 年一遇设计流量1100 m3/s，设计水位为119.5 m，本次以该水位作为起始水位。洛河没有实测资料，根据历次治理采用的糙率和河床滩地的实际情况分析采用糙率的合理性。确定洛河主河槽糙率取0.03，滩地糙率为0.07。

根据工程设计相关图纸，湿地工程对原有河滩地进行了下挖，据此对湿地工程范围内的河道横断面数据进行修改和概化。

工程建设前后20 年一遇洪水标准下各典型断面水位对比情况见表1。

表1 20 年一遇洪水工程建设前后水位对比表

通过天然河道水面线计算，工程建设不会产生壅水。

2.3 河道冲刷计算

检测室近似单个桥墩，经地质勘察，工程范围内土壤类型为中粗砂，故冲刷计算采用《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30-2015)中的非黏性土河滩一般冲刷和局部冲刷计算公式，墩形系数为1，计算宽度取检测室占行洪断面宽度4 m。

根据有关工程地质资料，及其它洛河有关河床质粒径资料、洪水资料及水文、地质条件，综合分析确定冲刷计算参数，成果见表2。

表2 检测室冲刷计算成果表单位:m

经计算，发生20年一遇洪水时，检测室处冲刷深度为1.51 m。

2.4 基础冲刷深度复核

护岸工程建于左岸主河槽边坡上，护岸设计基础深度1.0m。挡墙工程建于左岸主河槽边坡上，位于人工湿地与原河滩之间，浆砌块石结构，埋在滩地以下基础深度为3 m。翻板闸位于右岸主河槽，铺盖基础深度为1.6 m。应对这3 处基础深度进行复核。

坡脚处冲刷深度计算采用《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)中的顺坝及平顺护岸冲刷深度公式(D.2.2-1)进行计算[2]。

式中:hs为局部冲刷深度，m;H0为冲刷处的水深，m;Ucp为近岸垂线平均流速，m/s;n为与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4～1/6;η为水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角查算;U为行近流速，m/s;Uc为泥沙起动流速，m/s，采用张瑞瑾公式计算。

根据上述公式，发生20 年一遇洪水时基础冲刷深度的计算成果见表3、表4。

表3 护岸处基础冲刷深成果表

表4 挡墙处基础冲刷深成果表

通过计算，护岸处(河槽)基础冲刷深度为1.43 m，现状设计基础埋深为1.0 m，不满足要求，建议将基础埋深加大到1.5 m 以下或增加抛石等防护措施，以确保护岸安全;挡墙处(右滩地)基础冲刷深度为0.89 m，小于其的基础埋深3 m，无需再采取措施;翻板闸处基础冲刷深度为1.26 m，小于其铺盖基础深度1.6 m，无需再采取措施。

2.5 洪水对湿地的冲淤影响

由于本工程项目选址地处洛河河道的滩地上，河道发生20 年一遇设计标准洪水时，设计洪水位在133.88 m～134.38 m之间，右岸湿地设计高程在132 m 左右，挡墙设计高程为132.4 m，湿地被洪水淹没1.48 m～1.98 m。根据洛河流域洪水特性，自然湿地处洪水停留时间较短，虽然不会对湿地工程产生巨大影响，但淹没会对湿地产生一定的泥沙淤积影响。洪水过后，通过清除湿地表层淤积物、对部分淤积较重的区域换填填料、补植水生植物等措施，可有效恢复湿地功能。

3 防洪影响评价

3.1 与相关规划的关系与影响分析

洛河治理工程于2018 年已施工完毕，使洛河下游段达到20 年一遇防洪标准。洛河目前无其他治理规划，故湿地的建设对河道的规划无影响。

根据洛河岸线利用管理规划，湿地工程所在河段岸线功能区划分为岸线保留区。在岸线保留区现状开发程度不高，因此允许湿地建设、控制开发性绿地建设。湿地工程的建设符合岸线规划的要求。

3.2 与现有防洪标准的适应性分析

检测室位于湿地东南角，紧邻洛河大堤，检测室底高程同洛河滩地高程为133 m，挡墙顶高程132.4 m，当发生20 年一遇洪水时附近河道断面设计洪水位为133.88 m，淹没水深0.88 m。工程建筑物设计防洪标准低于现有防洪标准。同时湿地公园及潜流湿地布置在滩地上，设计高程在132 m 左右，右岸挡墙设计高程为132.4 m，均低于设计洪水位。当发生20 年一遇洪水时，洛河利用滩地行洪，洪水会短暂淹没湿地公园及潜流湿地。

3.3 对河道泄洪的影响分析

根据工程设计中高程设计内容，工程在设计各湿地单元高程时，遵循不减少洛河行洪断面，不抬高现状滩地地面高程的原则，对滩地进行少量下挖，不会产生阻水影响。另外河滩地本身种植苗木，湿地建成后改种景观树木及水生植物，糙率变化也不大，同样不会影响行洪;检测室位于湿地东南角，紧邻洛河大堤，尺寸为3 m×4 m，规模小，阻水影响在水面线推算更改河道断面时已考虑。

工程后湿地底高程为132 m，工程前滩地高程为132 m～133.22 m，滩地整体进行了下挖，增大了河道过流能力。河道内遭遇20 年一遇洪水时，通过天然河道水面线计算，工程建设不会对河道泄洪产生影响[3]。

3.4 对河势稳定的影响分析

挡墙建成后将改变河道断面的原有状况，发生20 年一遇洪水时，使水流的流态流势发生变化，影响天然河道已形成的动力平衡状态，有可能使下游段发生河道冲刷现象。

检测室建于右侧滩地，加重对下游河滩的冲刷，对河势稳定有一定的影响。

3.5 对堤防的影响分析

莒县洛河人工湿地水质净化工程建设满足防渗、防堵塞等方面要求，洛河右堤堤防临水侧与湿地工程间距基本保持5m 的距离，满足护堤地宽度要求，只有检测室在护堤地5m范围内，由于检测室所在位置并未对滩地进行下挖，所以不会对堤防产生不利影响。

3.6 对防汛抢险的影响分析

因工程需在滩地施工，为了不影响行洪安全，应选择在非汛期施工，达到不影响防汛抢险的目的，建设单位应与河道主管部门加强联系，制定应急方案，防范可能发生的汛情。工程运行期不会占用堤顶管理道路，不会对防汛交通及管理道路造成影响。

3.7 对第三人合法水事权益的影响分析

根据洛河岸线利用管理规划，项目区上游300 m 处有1处洛河崖交通桥、有3 处涵管和1 口大口井，根据水面线推算成果，湿地建设使得附近水位略有下降，不会对桥梁、管涵及大口井造成不利影响。湿地工程的建设可以保持原有水量不变的前提下，优化水质，有效提高水资源可利用量。湿地建设不会对第三人合法水事权益造成影响。