河滩地整治工程对颍河阜阳闸水文站影响分析

陈阿朋

(安徽省阜阳水文水资源局，安徽 阜阳 236000)

城市河流是城市生态平衡的重要因素，是城市的绿色生命线，具有防洪排涝、水路运输、供应水源、娱乐、美化环境、保持自然生态等多项功能，对城市生态建设具有重要意义[1]。安徽省阜阳市颍河北京路桥至阜阳闸段位于城市中心区域，该段颍河左堤是淮北大堤的组成部分，同时也是阜阳城市防洪堤，属于Ⅰ级堤防，目前按颍河20年一遇、淮河干流100年一遇洪水设防。该段堤防2003年进行了应急加固，因居住群众多，为保护群众安全，将防洪墙向西调整约50m。目前防洪墙留有多处缺口，达不到规定的防洪要求，存在安全隐患。该段左岸滩地有废弃建筑及油罐等阻水设施，河滩区杂草丛生，不仅影响了城市形象，且缩窄了河道行洪断面，也对下游阜阳闸等跨河建筑物形成安全隐患。因此，亟须实施该段堤防建设和河滩区环境整治工程，修复区域水生态环境，保障城市防洪安全，实现阜阳市区颍河优质水资源、健康水生态、宜居水环境、人水和谐的城市河流治理目标[2]。

1 基本情况

阜阳闸水文站建成于1958年6月，位于阜阳市三里湾，为颍河下游控制站，集水面积35246km2，多年平均径流量40.06亿m3。该站属于国家重要站，一类精度站，主要测验项目有：水位、流量、输沙量、降水量、蒸发量和水质等。设站目的是为防洪、航运、灌溉、供水、水生态等服务。

颖河左岸河滩地整治工程范围为北京路桥至阜阳闸段，长约1360m，宽约80～150m，工程内容包括河滩地整治施工绿化和防洪堤加固，开工时间为2021年10月，计划2023年5月完工。在此区间内，对岸有阜阳闸水文站闸上自记井，自记井距北京路桥1110m，距阜阳闸250m，工程区域与对岸水位井之间的水面宽约186m。阜阳闸下游有水文站管理房、观测场、测流测沙断面等。工程区域与阜阳闸水文站的位置关系见图1。

图1 工程区域与阜阳闸水文站的位置关系

2 评价范围及对象

2.1 评价范围

根据《水文监测环境和设施保护办法》，在水文测站上下游各20km(平原河网区上下游各10km)河道管理范围内，新建、改建、扩建工程影响水文监测的，建设单位应当采取相应措施，在征得对该水文测站有管理权限的流域管理机构或者水行政主管部门同意后方可建设[5]。该工程范围较为明确，区间并无其他工程及设施，且施工期间及建成后由于行洪能力的改变，可能也会对闸下游水文监测产生一定影响，因此选择颍河北京路桥—阜阳闸下缆道测流断面区间作为本次评价范围。

2.2 评价对象

根据现有站网分布情况，评价范围内涉及的站点仅有阜阳闸水文站。工程建设及运行后，阜阳闸水文站闸上游水位、水质等水文测验项目可能会受到较大影响，因此确定本次评价对象为阜阳闸水文站。

3 洪水影响分析

3.1 断面流速、含沙量分布分析

颍河经不断的治理疏浚，河流断面发生了较大变化，特别是流经阜阳城区的颍河两岸，堤防坚固，大部分河滩地得到美化绿化，水清岸绿，变成了人水和谐的美丽风景带，是市民休闲锻炼的好去处。阜阳站上水尺断面右岸，由原来的居民区变成了三角洲公园，本次河滩地整治工程位于阜阳站上水尺断面的左岸，横断面属于窄深河道，闸上水位常年保持在29.00m左右，一是满足颍河通航的需要，二是为了水生态的需要。闸上水尺断面工程位置见图2。

图2 闸上水尺断面工程位置

2021年，受颍河上游郑州等地暴雨洪水影响，颍河发生较大洪水，阜阳闸上最高洪水位31.98m，闸下游最高洪水位31.77m，是中华人民共和国成立后颍河继1975年和1965年之后的第三位洪水位。根据2021年最大实测流量、输沙率成果，分析断面流速和含沙量的分布情况，见图3。分析表明：当颍河发生大洪水时，阜阳闸闸门提出水面，断面最大的流速和含沙量出现在左岸侧，与工程同一侧，施工范围边界与流量、沙量监测断面距离为0.63～1.99km，距离较近，施工期间和施工后对河道断面的流速和含沙量分布有一定的影响，需要加大流量和输沙率测次，分析影响的情况。

图3 断面流量、含沙量分布

3.2 壅水分析

堤防内滩区面积14.94万m2，设计绿化面积10.78万m2，其中灌木种植面积5.12万m2，地被植物(草坪、花、草等)面积5.66万m2，另有乔木33株，稀疏种植于靠近堤防处。河滩区种植草坪、花、草等，在高水时对河道壅水会产生一定影响。地被植物对河道壅水产生的影响主要考虑其对滩区糙率的改变。景观设计对该段滩区地形进行了处理，与填方区域相比，挖方区域更加靠近河道侧。

洪水影响分析中，充分考虑地形变化及绿植占用滩区后对河道横断面的影响，对计算横断面进行了修正。对颍河北京路桥至阜阳闸段设计工况下河道泄洪能力进行计算，下边界水位、河道流量与工程措施实施前保持一致。河道糙率考虑景观措施对左岸滩区糙率的影响，安徽省境内沙颍河阜阳闸以上滩区糙率取值为0.0275，本次计算考虑到灌木、地被植物等种植后，会增加该段滩地糙率值，因此参考天然河道洪水期有长草滩区糙率选取推荐值，该段滩地糙率取值为0.0335。100年一遇工况下工程实施前、后颖河北京路桥至阜阳闸水位对比见表1。

表1 100年一遇工况下工程实施前、后颍河北京路桥至阜阳闸水位对比 单位：m

经计算，该工程实施后，100年一遇工况下河道设计洪水位降低0.002m，未抬高河道水位,对防洪基本没有影响。

3.3 冲刷与淤积分析

河滩地工程包括阻水高滩切除、平台整治工程，工程位于颍河左岸滩面上。该段河流顺直，河床由砂土构成，易冲淤，考虑到河槽底部形态及河道流态基本未发生变化，仅对位于滩面的切滩、整治平台临水侧边坡进行抗冲刷分析。

根据《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》(SL/T 808—2021)，平顺护岸冲刷深度计算公式如下:

(1)

(2)

式中：Hs为局部冲刷深度,m；H0为冲刷处的水深,m；U为近岸垂线平均流速,m/s；Ucp为近岸垂线平均流速,m/s；UC为泥沙起动流速，m/s；n与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4～1/6，本次取0.20；η为水流流速分配不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α查表取1.0。

依据《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)，顺坝及平顺护岸冲刷深度计算结果如下：局部冲刷深度为0.35～0.52m。阻水高滩地切滩后，坡面裸露，据地质勘探报告揭露，切滩面分布有轻粉质壤土层，受水流冲刷，易坍塌滑坡；整治平台迎水侧河势开阔，风浪较大，易对整治平台外坡面产生淘刷破坏。工程设计已考虑30.00m高程(常水位)以下坡面的生态混凝土预制块防护措施，建议结合台(坡)面排水对30.00m高程以上的外坡面进行必要的防护。

4 水文监测影响分析

4.1 对测验环境的影响

根据《水文监测环境和设施保护办法》，水文监测河段周围环境保护范围为：沿河纵向以水文基本监测断面上下游各一定距离为边界，不少于500m，不大于1000m；沿河横向以水文监测过河索两岸固定建筑物外20m为边界，或者根据河道管理范围确定；水文监测设施周围环境保护范围，以监测场地周围30m、其他监测设施周围20m为界。

滩区整治工程不在阜阳闸水文站水文测验河段保护范围内。但由于滩区整治对颍河左岸滩地进行挖方、填方施工等，势必会对颍河水流产生扰动，同时致使河道含沙量增加，可能会进一步加剧了颍河两岸冲淤变化，对阜阳闸水文站闸上水位井安全产生一定影响。工程建设后增大了闸上游河段的行洪能力，会对阜阳闸水文站闸上水位井测验等产生一定影响，导致已率定的水位-流量关系发生变化。

4.2 对测验设施的影响

阜阳闸水文站水文监测设施，包括水文站站房、观测场、通信设施、水位自记井、缆道房、观测道路等，均分布于颍河南北三角洲公园内。

工程实施过程中，由于水流扰动，对闸上自记水位井进水口结构安全可能造成一定影响。同时，现状附近河段两岸冲刷较为明显，工程建成后，进一步扩大了闸上游河段行洪能力及水流流态的变化，进一步加剧了两岸冲淤变化，使河道含沙量增加，可能会对自记井的安全产生一定影响，导致进水口淤积。

站房位于阜阳闸下约260m处，工程建设和施工仅在阜阳闸上段，不会对其产生直接影响。观测场紧邻站房布置，目前有降水、蒸发观测，工程施工也不会对其产生影响。

4.3 对水文要素监测的影响分析

4.3.1 对水位监测的影响

由壅水计算结果可知，工程建设后，会引起局部河段水位变化，在遭遇100年一遇设计洪水时，工程区间河道设计洪水位降低0～0.002m。因此，本工程建成后对闸上水位观测会产生一定影响。另外，工程施工会造成自记井进水口附近含沙量增加，导致进水口淤积，施工完成后，河道含沙量恢复正常，这种影响不再存在。

4.3.2 对流量监测的影响

现状流量测验采用走航式声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)和缆道流速仪测流，以流速仪为主。阜阳闸水文站深孔淹孔、浅孔由孔、浅孔深孔、浅孔由堰均用系数线推流，每年按系数线相关因素的高、中、低部各校测2～3次。一般枯水年测流20次左右，丰水年测流80次左右，出现没有定线的流态测次则更多。

工程全部集中在阜阳闸上区间，现状阜阳闸水文站测流断面位于闸下627m处，工程建设期间和建成后，对流量监测断面的垂线流速有一定影响，破坏了已率定好的部分流态的流量系数关系。

4.3.3 对降水量、蒸发量观测的影响

工程位于阜阳闸上，不在水文监测设施环境保护范围内，不会对降水量、蒸发量观测产生影响。

4.3.4 对悬移质泥沙测验的影响

阜阳闸水文站历年单断沙关系为1 ∶1，一般每年测单沙120次左右，输沙频次为6次左右。工程建设期间以及建成后，对泥沙监测断面的含沙量分布有一定影响，需要重新率定单沙断沙关系，泥沙测验需要增加测次。

4.3.5 对水质监测的影响

阜阳闸水文站所在的水功能区为颍河阜阳排污控制区，目前承担1个监测断面(每月一次)的监测任务，位于阜阳颍河闸桥上。项目实施过程中，需要进行局部的开挖、填方等施工，大型机器施工会产生临时性的废油、废土、废渣以及生活污水，可能会对河段水质产生影响。工程施工期和完工后，均应增加水质监测频次。

5 水文监测补救措施及工程设计建议

5.1 水文监测补救措施

工程建设期间及建成后，会对阜阳闸水文站现有的观测项目产生一定影响，需要针对其影响实施补救措施。水文监测补救措施分为工程措施和非工程措施。

a.工程措施主要有河道两岸护坡、护岸，闸上水位井进水口清淤，新增走航式ADCP及配套设施等。

b.非工程措施主要有分析测站来水、来沙条件和特性变化，预报方案修订，资料分析等。

5.2 河滩地工程设计建议

鉴于传统的河流景观设计仅停留在景观的一般美学意义上，而忽略了河流的自然性、生态性，使得河流的生态环境质量下降[3]。在进行河滩地整治设计时，应当重新审视河流这一宝贵资源，勇于探索，敢于创新，以新的理念规划和设计城市河流景观[4]。满足安全性、自然性、生态性、观赏性、亲水性、文化性六个方面的功能[5]。工程设计和建设单位应与水利和园林规划部门加强联系和沟通，使颍河左岸河滩地整治工程与三角洲公园整体设计相融合，保证阜阳闸水文站资料的连续性以及防汛工作的正常开展。

6 结 语

通过颍河滩区整治工程对阜阳闸水文站水文监测的影响分析，提出了水文监测的影响及补救方案，充实了工程建设可行性论证中的水文部分内容；工程建设对水文站现有的观测方案影响较小；建设期间会造成自记井进水口附近含沙量增加，导致进水口淤积，需增加清淤频次；建议增加1套走航式ADCP进行流量测验，加强单断沙关系线和流量系数线的率定工作；实时监视河段水质变化。同时，提出了河滩地整治工程在保证城市防洪安全的同时，要借鉴发达地区河流生态建设先进经验，用新的理念规划和设计城市河流景观，给人们提供舒适的休闲娱乐空间，以满足人们精神、文化等多方面的需求。