燕山水库防洪调度分析

燕山水库防洪调度分析

1建设燕溪防洪工程体系的前提燕山水库位于河南省叶县保安市杨楼村官寨水库下游1公里处，控制面积169km二（占干江流域的91%）。因其所在河流干江河为暴雨中心,河道比降大,下游澧河洪水的60%源自干江河,加上防洪工程有限,导致下游澧河及沙颖河洪涝灾害频发。建国后,干江河及澧河、沙颖河的三次特大洪水破坏极大,损失惨重,故修建燕山水库十分必要。燕山水库是淮河流域规划确定的沙河流域防洪工程体系的重要组成部分,是控制漯河市至周口市河道防洪安全的关键性工程。燕山水库分二期施工,一期工程为大(2)型水利枢纽工程,工程等级为二等,主要建筑物为2级,采用500a一遇洪水设计、5000a一遇洪水校核。枢纽工程主要建筑物有斜墙土石坝、溢洪道、泄洪(导流)洞和输水洞及电站。大坝坝顶高程117.8m,坝长4070m,最大坝高34.7m。以防洪为主,兼顾供水、灌溉、发电等综合利用,总库容9.25亿m3;二期工程为南水北调中线工程的“长藤结瓜”水库,总库容23.8亿m3。兴建燕山水库需搬迁人口约2.05万人,淹没土地2224.5ha和各类房屋539859m2。燕山水库建成后,可使澧河的防洪标准由5a一遇提高到20a一遇;与沙河流域防洪工程体系的其他工程联合运用,可将沙河干流的防洪标准提高到50a一遇;对促进地区社会经济可持续发展、保障下游地区的防洪安全具有重要作用。燕山水库的建设经历了规划选址、审批及兴建等环节。本文探讨了燕山水库建设的必要性及建设历程,可供同类工程参考。2燕山水库建设的必要性2.1干河、黎河及其下游河的洪水特点(1)干河上游洪水特征燕山水库位于淮河流域沙颍河水系澧河右侧干江河上(图1)。干江河为澧河支流,东部与洪河、汝河分水,西南接唐白河流域,全长98.7km,流域面积1280km2(占澧河流域总面积的46%)。干江河上游地形为山区与丘陵过渡带,为澧河上游的暴雨中心且暴雨频发,暴雨强度大,汇流时间短,洪水流量大,来势猛,暴涨暴落,对下游威胁很大,澧河汛期约60%的洪水源于干江河。据干江河官寨水文站资料,1954～2000年的47a间,实测流量大于澧河何口水文站处安全泄洪流量(1900m3/s)的洪水达18次;超过沙河漯河安全泄量(3000m3/s)的洪水达7次(如1975年8月的“75.8”洪水洪峰流量高达12100m3/s,2000年7月洪水洪峰流量达7160m3/s)。(2)hddm3洪水澧河为沙颍河右侧的一级支流,发源于方城县四里店以北的柳树沟,流经叶县、舞阳,全长163km,流域面积2787km2。沙河为颍河最大支流,河长322km,流域面积12580km2;颍河则注入淮河。澧河何口水文站以下段、沙河段及颍河地势低洼,汛期洪水泄流不畅,故在澧河、沙河间留有泥河洼滞洪区以缓解洪水压力。澧河河道弯曲,岸陡无滩,洪水汇流快,一般上游降雨停止至何口水文站处出现洪峰约8～10h;而沙河汇流时间稍长,从降雨停止至马湾水文站出现洪峰约14h:多数情况是澧河洪水先至并抬高下游泥河洼滞洪区及漯河等地的洪水水位,待沙河洪峰流至后下游泥河洼滞洪区及漯河等地才出现洪峰,形成了“澧河垫底,沙河盖顶”的现象。由于澧河下游区域地势较低,洪水期间易出现洪水顶托倒灌现象,亦加重了洪水的危害程度。2.2茶河下游水利工程建国后,根据沙颍河流域洪水情况,提出了“蓄泄兼筹”的治水方针,先后修建了大量水利工程兴利防洪:①水库。大型水库4座(颍河的白沙水库、沙河的昭平台水库及白龟山水库、澧河上游的孤石滩水库),控制面积4000km2,总库容为18.46亿m3,调洪库容为11.84亿m3,兴利库容为6.99亿m3;中型水库23座,总控制面积3170km2,总库容6.4亿m3,调洪库容3.5亿m3,兴利库容3.27亿m3;橡胶坝3座,总库容为1082万m3;小型水库多座。②水闸。流量≥1000m3/s的大型水闸13座,流量介于100～1000m3/s的中型水闸40座。③泥河洼滞洪工程。位于舞阳县境内的沙河、澧河冲洪积平原之间,设计洪水位68.00m,设计滞洪量2.36亿m3,淹没面积103km2,其中耕地12.34万ha,人口6.27万人。多年来,虽建设了众多水利工程,但防洪效果有限。由于多方面原因,仅于澧河干流上游兴建了孤石滩水库,但控制流域面积仅占澧河流域面积的10.6%(286km2),对减轻下游防洪压力作用不大,不能有效解决澧河的防洪问题;干江河流域既无防洪工程亦未治理,防洪体系存在明显缺陷。尽管澧河下游有罗湾分洪闸可向泥河洼滞洪区分洪,但因澧河与沙河干流洪水遭遇较多,故澧河洪水可利用泥河洼滞洪区库容有限。因此,澧河下游每遇汛期,防洪形势十分严峻;特别是姜庄以下地面低洼,河道泄洪断面小,泄洪能力仅有1300～1800m3/s,防洪标准仅有5a一遇,故洪水经常漫决,洪涝灾害相当严重。2.3防洪工程措施据资料,沙河干流漯河—周口段左堤平均2.2a决口1次,右堤平均1.8a决口1次,每次决口成灾惊人。如建国后三次大的洪涝灾害损失惨重:①“75.8”特大洪水。1975年8月沙颍河上游发生特大暴雨,6h降雨830mm,5d降雨量达1631mm,致使多座大中型水库垮坝、多处堤防决口,干江河下游澧河、沙颍河及泥河洼滞洪区壅水,洪涝灾害十分严重。受灾耕地73万ha,受灾人口550万人,死伤牲畜44万头,倒房560万间,损失粮食10亿kg,冲毁京广铁路102km并影响运输48d。②“6.26”特大洪水。2000年6月26日沙颍河洪水淹没平顶山、漯河、周口三市的24个县(市、区)的299个乡镇、60万ha农作物受淹,受灾人口724万人,倒塌房屋7.2万间,直接经济损失高达49×108元。③“7.17”特大洪水。2004年7月17日澧河洪水致使9处堤防决口,数万人无家可归,给平顶山市、漯河市、周口市造成了43×108元的巨大经济损失。对干江河下游漯河市、周口市及京广铁路,当暴雨中心发生于沙河干流上,由于有昭平台水库、白龟山水库与泥河洼滞洪区的联合运用,可控制漯河20a一遇洪水不超过3000m3/s;当暴雨中心发生于澧河上游时,漯河市及京广铁路的防洪安全标准仅达10a一遇,这对防护面积达53万ha的沙河干流亦过低。因此,控制澧河洪水就显得十分迫切。2.4洪水多,生态保护能力根据《国家防洪标准》中乡村防洪标准的规定,对“防护人口150万人、耕地面积≥20万ha的,防洪标准为100～50a一遇”。考虑淮河流域规划与国民经济的实际能力,沙河干流的防洪标准应不低于50a一遇。为提高沙河防洪标准,在淮河流域规划中确定在澧河支流干江河上修建燕山水库,在北汝河上游修建前坪水库和在干流沙河昭平台水库以上修建下汤水库,这样可构成沙河漯河以西完整的防洪系统,无论暴雨中心在干流或支流上均可使沙河干流的防洪标准达到50a一遇。因此,就流域角度,修建燕山水库十分必要。据文献资料,2000年汛期,沙颍河流域发生了3次(6月24～26日、7月3～7日、7月13～15日)强降雨过程(干江河均为暴雨中心或暴雨中心之一),澧河何口站洪峰流量分别为2720、2100、6000m3/s,均迫使澧河向泥河洼滞洪区分洪。7月13～15日洪水标准达50a一遇(仅次于“75.8”洪水的第二大洪水),致使澧河两岸堤防多处漫溢决口,洪水串流,受灾人口136万人,受灾面积8.3万ha(其中绝收6.4万ha),倒塌房屋1.8万间,直接经济损失约15.46×108元。据分析,前两次降雨强度暴雨洪水标准为5～10a一遇;最后一次强降雨过程澧河洪水标准为20a一遇、干江河为50a一遇,远超过澧河现有5a一遇防洪标准,因而损失惨重。根据燕山水库规划设计,采用500a一遇洪水设计、5000a一遇洪水校核,其防洪库容为3.22亿m3。水库建成后,澧河的防洪标准将达到20a一遇。因此,澧河洪水均在燕山水库的防洪保护能力之内,再加上与孤石滩水库联合调度,就可确保澧河堤防不发生漫溢和决口,确保泥河洼滞洪区不因澧河洪水而开闸进洪,因而洪灾损失可减至最低限度,能保护漯河市、周口市和豫皖两省600万人口、53.3万ha耕地及京广铁路、京深国道的安全。因此,就防洪角度,修建燕山水库十分必要。3建设过程3.1规划布局阶段(1)工程地质勘探工程范围1955年5至6月,地质部931地质队对官寨坝址及库区进行了工程地质勘察。1956年4月,河南省治淮总指挥部官寨水库工作队再次进行了工程地质勘察,并编写了《官寨水库设计阶段第一期工程地质勘探报告》,水利部审批后认为官寨坝址区灰岩岩溶发育且处理难度大,二期工程大坝较高且施工难题更多,故难保蓄水效益,需另寻坝址。鉴此,河南省治淮总指挥部拟定了6条新的坝轴线,经工程地质勘察并从多角度论证,最终优化选取了燕山坝址,并将勘察工作范围限制到大、小燕山坝址处。随后几十年又对燕山水库进行了多次的勘测、规划和论证。(2)对构建社会主义和谐社会的努力1957年3月,水利部、河南省会同苏联专家实地查勘后论证了燕山坝址筑坝的可能性,并转入大、小燕山坝址的初步设计第一阶段的勘察工作。经进一步勘察比较后,于1957年12月曾选定大燕山坝址较为理想。随即进行了初步设计第二阶段的勘察,但受“大跃进”影响一再减少勘查工作量,至1958年4月被迫停止。1971年4月,河南省水利勘测设计院组织规划、设计、勘测人员再次对燕山水库进行了查勘,根据已有资料重新论证了大燕山坝线的可行性,并于1972年8月提出了《燕山水库补充勘探工作的初步意见》,但并未最终定案。1987年12月18日,河南省水利勘测设计院编写了《燕山水库可行性研究阶段勘察试验要求》,提出应对燕山水库重新进行可行性研究阶段的勘察。1988～1990年,河南省水利勘测总队、中国地质大学(武汉)水文地质工程地质系对燕山水库进行了补充勘察工作,并于1991年5月完成了《河南省叶县干江河燕山水库可行性研究阶段水文工程地质勘察报告》,认为大燕山坝址水文地质工程地质条件(主要指顺河断层物质组成)虽略优于小燕山坝址,但从工程总量、特别从泄水建筑物布置方面评价,小燕山坝址明显优于大燕山坝址,故最后建议应将坝址移至小燕山处。1991年6月～1992年9月,河南省水利勘测总队、中国地质大学又提交了《河南省燕山水库区域构造稳定性研究》报告,提出该区域地壳稳定,适宜建坝。1991～1994年,河南省水利厅初审认可了选坝方案,并于1994年上报水利部水利水电规划设计总院,但因国家基建程序改革而未审查。之后,河南省水利勘测设计院按照国家新的基建程序要求,重新从项目建议书阶段开始前期工作,因而燕山水库的建设亦步入正轨阶段。3.2项目强化文件审查1997年11月,河南省水利厅委托河南省水利勘测设计院编制完成了《河南省干江河燕山水库项目建议书》并上报水利部,同年12月水利部水利水电规划设计总院受水利部委托审查了该项目建议书。1998年12月,水利部水利水电规划设计总院以水规设60号文件(关于报送河南省干江河燕山水库一期工程项目建议书审查意见的报告)呈报水利部。水利部2001年7月以水规计(2001)270号文件(关于报送河南省干江河燕山水库一期工程项目建议书审查意见的函)将燕山水库项目建议书转报国家发展改革委员会。2002年3月,国家发展改革委员会委托中国国际工程咨询公司对《燕山水库项目建议书》进行了现场评估,2002年中国国际工程咨询公司将审查意见上报国家发展改革委员会。2004年5月,国家发展改革委员会以发改农经(2004)808号文件对燕山水库项目建议书进行了批复。2004年5月,河南省水利勘测设计院根据发改农经(2004)808号文件的要求,重新编写了《河南省干江河燕山水库可行性研究报告》,提出了初步设计方案。2004年6月22～25日,水利部水利水电规划设计总院受水利部委托对该可行性研究报告进行了审查,基本同意该可行性研究报告的设计方案,同时提出了可行性研究报告拟补充和修改的内容。据此,河南省水利勘测设计院修改了《河南省干江河燕山水库可行性研究报告》并再次呈报水利部水利水电规划设计总院,2004年8月,水利部水利水电规划设计总院以水总设72号文件(关于报送河南省干江河燕山水库可研报告审查意见的报告),将《河南省干江河燕山水库可研报告》审查意见报水利部。2004年8月,水利部以水规计(2004)336号文件(关于报送河南省干江河燕山水库可行性研究报告审查意见的函)将燕山水库可研报告转报国家发展改革委员会。2004年9月,国家发展改革委员会委托中国国际工程咨询公司对《河南省干江河燕山水库可行性研究报告》再次进行了评估。2005年11月,国家发展改革委员会以发改农经(2005)2002号文件对《河南省干江河燕山水库可行性研究报告》进行了批复。2004年9月,河南省水利勘测设计院根据发改农经(2005)2002号文件对燕山水库可行性研究报告的审查、评估和批复意见,编写了《河南省干江河燕山水库初步设计报告》。2004年10