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福建省发展和改革委员会关于莆田市木兰溪霞林段防洪工程
可行性研究报告的批复
【法规类别】价格综合规定
【发文字号】闽发改农业[2006]799号
【发布部门】福建省发展和改革委员会
【发布日期】2006.09.14
【实施日期】2006.09.14
【时效性】现行有效
【效力级别】XP11
福建省发展和改革委员会关于莆田市木兰溪霞林段防洪工程可行性研究报告的批复
（闽发改农业〔2006〕799号）
莆田市发展和改革委员会：
你委《关于上报莆田市木兰溪霞林段防洪工程可行性研究报告的请示》（莆发改[2006]229号）和省水利厅闽水[2006]计财17号、水保10号、省国土资源厅闽国土资规[2006]预073号、省环保局闽环保监[2006]51号、省文物局闽文物字[2006]142号、省政府投资项目评审中心的闽投审业[2006]35号评估报告等均悉。
为充分发挥木兰溪郑坂段和一期工程的防洪效益，保障木兰溪下游平原地区的防洪安全，加快木兰溪防洪体系建设是十分必要的。
目前，木兰溪霞林段防洪工程项目可行性研究报告已经水利部太湖流域管理局审查通过。
经研究，现将该项目可行性研究报告有关内容批复如下：
一、项目业主：莆田市木兰溪防洪工程建设管理。
木兰溪下游防洪一期工程河道施工中软体排的应用魏香满【摘要】Mulanxi downstream flood control stage I river project is one of the important projects in southern coastal area . The project site is characterized by complicated topography and large construction technical difficulty .Foundation work , river slip resistance work and river scour protection work become more critical contents in the governance process of downstream flood control stage I river project .Mulanxi downstream flood control stage I river project soft mattress protection technique is discussed and analyzed in the paper , thereby providing reference for other similar projects in coastal areas .%木兰溪下游防洪一期河道工程是南方滨海地段重要的工程之一，工程现场地貌复杂，施工技术难度较大。
在下游防洪一期河道工程的治理过程中，基础工程、河道阻滑工程及河道防冲工程成为较关键的内容。
本文就木兰溪下游防洪一期河道工程软体排防护技术应用进行探讨和分析，以供沿海地区其他类似工程借鉴。
【期刊名称】《水利建设与管理》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P9-12)【关键词】防洪工程;软体排;防护;施工【作者】魏香满【作者单位】福建省宁德市水利电力工程局，福建宁德 352100【正文语种】中文【中图分类】TV651 工程概况莆田市木兰溪位于福建东南沿海，流域面积1732km2，干河长105km，平均比降1.5‰，系闽中最大河流。
木兰溪流域水生态治理和发展的思考水是宜居莆田的点睛之笔，水是文化莆田的典型元素，水是美丽莆田的不竭源泉，莆田的发展史是一部治水兴水史。
笔者通过到城厢区木兰陂、仙游木兰溪上游等地进行实地调研，并参阅相关部门资料，对木兰溪流域的水生态治理发展提出了几点思考。
标签：木兰溪流域；水生态治理；发展一、木兰溪治理概况及水生态现状（一）木兰溪综合治理概况木兰溪是莆田人民的母亲河，是我省重要河流“五江一溪”之一，发源于仙游县西苑乡，自西北向东流经仙游、城厢、荔城和涵江4个县区，至三江口注入兴化湾，流域面积1732平方公里，干流总长105公里。
1957年，我市就开始规划整体治理木兰溪，前后进行五次规划，两次可研，三度上马。
1998年11月正式动工建设下游防洪工程，近二十年的努力，共筹资20多亿元建成了木兰溪防洪一期、二期郑坂段和霞林段、三期荔涵段工程，共整治河道15.34公里、新建堤防28.03公里、21座水闸（涵洞）以及2座旱闸。
实现了木兰陂下游河段防洪堤闭合，洪水归槽，结束了莆田市主城区不设堤防的历史。
2012年，水利部将木兰溪列入国家“三位一体”规划，开启了木兰溪全流域治理的新征程，工程总投资规模19.36亿元，新建堤防104.62公里，护坡91.23公里，新建堤顶沥青混凝土防汛道路97.77公里，新建水闸等穿堤建筑物共109座。
分为六段分期建设。
建成后木兰溪防洪工程将发挥整体效益，實现干流全线防洪安全。
规划建设河口宁海闸，实施木兰溪水环境改造和生态景观建设、滨江水景绿带，打造更具生态文明的莆田“外滩”。
目前，万达、万科、正荣、联创等全国著名地产商聚首木兰溪，莆田城市建设步入木兰溪时代。
（二）木兰溪水生态现状从市环保局提供的6个断面的监测数据可以看出，上半年木兰溪干流水质与去年相比基本持平，基本上达到省政府与我市签订的《水污染防治目标责任书（2016-2020）》和《2017年党政领导生态环境保护目标责任书》中的水质目标要求。
福建省木兰溪下游水生态修复与治理实施方案（2019年9月）1、基本概况木兰溪是莆田市境内最大溪流，流域面积1732平方公里。
因南北洋平原地区受自然条件影响，洪涝潮旱等灾害频繁；受社会因素制约，人口集中，水资源水环境承载力严重不足，随着城镇化的快速发展，经济发展与生态保护之间的矛盾日益凸显，水生态系统功能退化，亟需开展水生态修复与治理工作。
木兰溪下游水生态修复与治理项目主要位于莆田市中心区南北洋流域，总面积425平方公里，涉及涵江区、荔城区、城厢区、秀屿区四个区。
方案深入剖析木兰溪下游水生态现状与形势，按照莆田市发展定位，统筹协调山、水、林、田、湖、城多要素，科学规划水生态空间，提出了“涵养的山、流动的水、美丽的林、生态的田、生动的湖、宜居的城、丰饶的海”的美好愿景，谋划“一环、一心、一轴、两网、一陂、一系统”的水生态修复与治理总体布局，恢复水生态系统健康。
方案实施年限为2020-2025年，投资估算275406.55万元（表5-2）。
2、主要问题（1）水生态系统功能退化①水生态空间管控薄弱大部分河湖岸线管理范围不明确，水生态空间与城镇空间、农业空间及其他生态空间普遍存在边界模糊、使用权交叉重叠等问题，争议较大，不利于水利行业主管部门发挥监管职能。
①河湖生态功能退化南北洋河网截污难度大，实际截污率不高，城市面源和农业面源汇入河道，水质较差，导致水生态系统被破坏，植被种类相对单一，植物多样性较低，植被种类属于广适性种类。
水生生物生境受破坏，鱼类生物多样性锐减，生态环境用水缺口大。
（2）水环境超载严重城市人口密度大，单位面积污染负荷高；截污难度大，污水处理厂处理效能低；水动力不足，水体自净能力弱；区内天然清水来量少，内河水环境容量低；污染物大量淤积，内源污染潜在风险大；部分农村地区污染治理水平落后，个别工业企业仍存在偷排、乱排现象。
（3）水资源供需矛盾突出水资源相对贫乏，开发利用程度较高；水资源分布与经济发展布局不匹配；城镇用水挤占生态环境用水和农业灌溉较为严重；水资源保障能力整体不足，应对特枯水年水资源保障能力有待提高。
第 5 期2023年 10 月NO.5Oct .2023水利信息化Water Resources Informatization0 引言兰溪地处钱塘江中游，位于衢江、金华江、兰江交汇处，具有集雨面积大、流域分布广、洪水来势快的特点。
钱塘江流域内汛期分为梅汛期和台汛期：梅汛期降水持续时间长，主要影响中上游衢江流域；台汛期台风雨降水历时短，强度大，主要影响金华江流域及河口区域。
兰溪历史上洪水频发[1]，自1969 年富春江水库建成蓄水后，兰江水文情势发生了较大变化[2]，向着小流量高水位趋势发展。
此外，上游衢江、金华江堤防建设使洪水归槽，加快了兰溪站洪水上涨速度。
闵惠学[3]分析钱塘江流域 2011 年“6·20”洪水的暴雨时空分布，指出兰溪站高水位的主要原因是雨赶峰，二次洪峰起涨水位高，洪水归槽等。
张中顺等[4]分析钱塘江 2017 年“6·25”洪水量级与 2011 年相当，通过精准预报、多级联动、错峰泄洪的应对措施可有效减少洪水损失。
上述洪水分析是基于历史数据的经验性分析，符合当时的流域水文特性，然而随着水利工程的逐步完善，影响洪水的因素也发生变化，以往的经验可能失效。
近年来，测绘遥感、计算机技术发展迅猛，可以获取更高精度的地形、更全面的实时水情及更强大的算力，采用机理模型的洪水分析方法日渐成熟。
浙江省水文勘测局[5]基于姜湾径流模型建立衢州站洪水预报方案，选取分布较均匀的 7 个雨量站，用算术平均法计算流域面雨量，该模型适用于南方湿润地区。
为分析流域的产流特性，获得不同控制断面的洪水流量过程，采用水文模型模拟产流过程可以达到较高精度，但对汇流计算而言，单一的水文模型往往偏差较大，难以预报河道的水位过程。
丁伯阳等[6]根据历史水文数据，指出造成近年来洪水频发的主要原因是兰江流域沿途小流域城市下垫面硬化，流域产流增大增快，以及下游富春江大坝蓄泄回水影响。
吴森清等[7]通过分析兰江流域历史面雨量构成，提出乌溪江、新安江、富春江大型水库调度是除流域降雨以外洪涝成因的重要因素。
【防洪・治河】木兰溪下游防洪系统水动力学模型研究刘 蕊,董增川,李 乔,李大勇,秦旭宝(河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210098)摘 要:以木兰溪下游木兰陂至三江口干流河道及北洋地区水系构成的河网为主要研究对象,构建了木兰溪下游防洪系统水动力学模型。
在对河网水系及水工建筑物概化的基础上,着重对建模过程中边界及初始边界的处理、闸门及桥梁过流衔接模拟等关键问题进行了探讨。
结果表明,各断面的计算水位和流量与实测值拟合较好,验证了所建模型的合理性。
关 键 词:河网;边界处理;水动力学模型;防洪系统;木兰溪下游中图分类号:T V131 文献标识码:A 文章编号:1000-1379(2009)01-0016-02 木兰溪是福建省主要河流之一,干流长105k m,流域面积1732k m2。
木兰溪干流于三江口注入兴化湾,水面开阔,受非正规半日潮影响较大,下游木兰陂至三江口河段为感潮河段。
北洋地区河道水系复杂,且布设了多个桥梁、进洪闸门及分水闸门等,构成了复杂的感潮河网。
笔者对下游地区河网进行了概化,建立了感潮河网的水动力学模型,以期为解决莆田下游的防洪问题提供参考。
1 防洪系统概化及特点木兰溪下游木兰陂至三江口河段为木兰溪防洪工程建设的主要河段。
工程将原有天然河道裁弯取直,将木兰溪下游的防洪标准由不足2年一遇提高到左岸50年一遇、右岸20年一遇,大大降低了干流洪水对两岸堤防的威胁。
治理后下游河道长25.7k m,旧河道蓄水量约为200万m3。
根据实际情况,笔者对木兰陂下游河道进行了概化:将旧河道作为重要的调蓄体,在交汇闸门处设置调蓄节点,用零维水流方程进行模拟。
木兰溪下游干流河道水流控制满足一维非恒定流圣维南方程组,北洋地区河道众多,交叉分布,作为一维河网处理。
北洋河网分两条水流汇入木兰溪干流,在进行河网计算后,可把计算后的两条水流流量过程作为旁侧入流并入一维河道计算。
概化后木兰陂以下干流设有12个闸门,其中引水闸2座,进洪闸2座,排涝闸8座;北洋河网地区4座闸均为排涝闸。
概化时按照以下原则进行节点布设[1]:①作为调蓄体的湖泊与干流汇合处及集中入流点分别设置节点;②分别在闸门、桥梁控制建筑物的上下游设置节点;③在集中建筑物及旧河道于干流河道连接处设置节点。
为了尽量与实际干流河道的水流特性保持一致,在已有断面资料的基础上,根据河道走向变化,在河道突变处相应设置了较多的断面。
如果河段比较顺直,而所给资料过于详尽,则可适当考虑删减断面个数。
在河网水系的概化中,对干流入流影响不大的次要小河道亦作为陆域上的调蓄水面处理。
空间步长依河道实际情况取100～300m,为满足计算稳定性和迭代收敛性的要求,计算中取Δt=10m in。
2 模型构建与求解2.1 水流控制方程组2.1.1 零维水流模拟研究区中的湖泊、水塘、蓄洪区等具有较大水面,可把这些水面归结到某些节点上作为可调蓄节点[2]。
根据水量平衡原理建立如下方程:∑Q=A s(Z)9Z9t(1)式中:Z为水位(相对于基准面);As(Z)为调蓄水面面积,通常是水位的函数;Q为流入零维调蓄节点的流量;t为时间步长。
2.1.2 一维水流模拟(1)控制方程。
将河网非恒定流问题归结为一维圣维南方程组的求解问题[3],该方程组可以表示为9Q9x+9A f9t=q lat(2)9Q9t+99x(αQ2A f)+gAf9Z9x+gA fQ|Q|k2=q latυx(3)式中:Af为过水断面面积;qlat为单位长度河道上的侧向入流;α为动能校正系数;k为流量模数。
(2)汊点衔接条件。
汊点衔接条件通常考虑水流连续和能量守恒两个条件[4],表示为 收稿日期:2008-08-10 基金项目:教育部科学技术研究基金资助项目(104197)。
作者简介:刘蕊(1982—),女,河南郑州人,硕士研究生,研究方向为水资源规划与管理。
E2mail:rebekah@第31卷第1期 人 民 黄 河 Vol.31,No.1 2009年1月 YE LLOW R I V ER Jan.,2009 ∑n i=1Q m i=9Ωm9t(4)Z n+1i+δn+1i |u n+1i|22g=Z n+1k+|u n+1k|22g+δn+1k|u n+1k|2g(5)式中:n、m分别表示与某一汊点相连的河段号和汊点号;Ωm表示汊点m的蓄水量;u为流速;δ为校正系数。
式(5)为考虑流速水头的影响及断面能量损失情况下的能量衔接方程,可作一般线性化处理,计算时也可进行简化,表示成流量和水位校正值的形式。
在假设汇合区很小、水位变化引起的汇合区水面面积变化不大的情况下,式(4)可简化为∑n i=1Q mi=0(6)2.1.3 过闸流量模拟模型中的闸采用宽顶堰平板闸门处理。
在闸门开启情况下,过闸流量Q的计算式为[5]Q=mB2gH3/20(7)Q=φB2gH s Z u-Z d(8)式中:Q为过闸流量;m为自由出流系数,一般取0.32～0.385;φ为淹没出流系数,一般取1.0～1.18;B为闸门开启总宽度; H0为闸底高程;Z u为闸上游水位;Z d为闸下游水位。
在模拟过程中,可以把式(7)和式(8)合并为Q=φH s B2g(Z u-Z d)(9)当δ≤σ时,φ=mσ1-δ,H′s=σH0;当δ>σ时,φ′=φ,H′s=H s,δ=H sH0=Z d-Z0Z u-Z0。
σ可根据m与φ求得。
2.2 模型的求解通常采用隐式差分法求解河网方程组,该法可分为直接解法和分级解法两大类。
直接解法的基本思路是直接求解由内断面方程和边界方程组成的方程组[6];分级解法的基本思路是先将未知数集中到汊点上,待汊点未知数求出后,再将各河段作为单一河段求解。
笔者对干流河道的计算主要采用Preiss2 mann格式[7]进行差分,河网计算主要采用分级解法中的三级解法求解[4]。
用Preiss mann格式得到的每一节点流量和水位值的递推公式为ΔQi=E iΔz i+F iΔzi =H iΔz i+1+K iΔQ i+1+M i(10) 三级解法的基本思路是由二级连接方程组的河段方程自相消元,得到一对以水位或流量为隐函数的方程组[4,8]。
二级连接河段方程组可表示为ΔQ2n-1=E2n-1Δz2n-1+F2n-1Δz2n-1=H2nΔz2n+K2nΔQ2n+M2n(11)当水位改正值为隐函数时,转化为ΔQ2n-1=E2n-1Δz2n-1+F2n-1ΔQ2n =1K2n(Δz2n-1-H2nΔz2n-M2n)(12) 方程组(12)可直接代入相应的汊点和边点方程,消去其中的流量改正值,则剩余的2N个方程就只含有2N个未知的水位改正值变量,求解连接矩阵得到各汊点上各断面的水位改正值,回代河段方程(11)得到汊点各断面的流量改正值,再回代方程(10),得到所有各断面上的水位和流量改正值,从而得出各断面的水位和流量值。
闸门的处理可采用迭代求解的方法,把进洪闸和排涝闸作为支流处理[1]。
为了避免直接将过闸流量公式线性化带来的误差偏大、计算结果不合理、计算工作量大和计算时间过长的弊端,采用双消元法形成节点水位方程组,对方程组中的非线性方程过闸流量Qg采用解析式处理。
将闸作为特殊河段,N1为闸上节点,N2为闸下节点,则N1、N2的节点方程为K N1,1N1+K N1,2Z N=K N1,R+Q g(13)K N2,1Z N2+K N2,2Z N3=K N2,R-Q g(14)Q g=μ″e B2gH(15) 3 建模关键问题的处理3.1 边界条件及初始条件该模型建立在木兰溪上游洪水预报模型的基础上,模型上边界为濑溪站流量过程,采用马斯京根法演算到木兰陂,下边界为三江口潮位。
由于木兰溪东甲潮位站只有逐日高潮潮位,因此移用临近站(秀屿潮位站)整点高低潮潮位资料,根据平均潮差,采用拉格朗日插值法获得三江口入海整点潮位资料[9]。
在节点控制线上,有闸控制且常年关闭的按零流量边界条件处理。
计算过程中初始条件引起的误差会在计算中逐渐消除,为了使模型较快地达到计算稳定,节点、断面的初始水位和流量选用计算稳定后某一时段的输出结果。
3.2 闸出流、入流情况木兰溪下游干流河道中,霞林闸和新下黄闸为进洪闸,其入流过程采用产汇流模型的计算结果;北洋四闸及港利以下诸闸为排涝闸,它们的出流根据闸上下水位控制模拟。
4 模拟结果及分析河网计算中,干流河槽为一期、二期工程整治后的二级梯形复式断面。
根据工程段河道分部位糙率数值,取其上下限经主槽、边滩及堤坡各部分湿周加权平均,得出全断面综合糙率,可按式(16)计算[10]:n=∑Ni=1n iχi∑ki=1χi(16)式中:ni为第i部分的糙率;χi为第i部分的湿周;k为河道断面部分数;n为全断面综合糙率。
模型计算中,闸门计算包括了关闸、自由出流和淹没出流3种情况的模拟。
关闸时,闸上、闸下可作为两条单一河道来处理,对于上游河道来说,Qi为下边界流量已知条件,可单独求解;对于下游河道,Qi+1已知,可按流量已知边界条件单独求解。
同理可求解自由出流和淹没出流的情况。
(下转第19页)・71・ 第1期 刘蕊等:木兰溪下游防洪系统水动力学模型研究与占体轴线垂直。
然后,在船上根据占体大小编织矩形网片,网片的一边用桩固定在进占起点的坝岸上,其他3条边分别固定在3艘船体上。
最后,将半成品埽体用机械投放到河面上的网片内。
四周固定的网片因中心受压下沉,形成一个向上开口的大网墙,形同一个四周封闭的大网围墙。
3.3 操作过程在“饺子厢”和河面网箱围墙制作完成后,用自卸汽车将“饺子厢”沿占体边岸抛成两排,人工把“饺子厢”预留绳索前后左右进行连接,“饺子厢”之间形成前后左右相互连接的软沉排体,并将剩余绳索接长后拉向3艘船龙骨并固定。
然后,用推土机推后排“饺子埽”,挤压前排埽体移动至河面网箱围墙内,后排埽变成前排埽。
再在前排埽的后侧用自卸汽车将“饺子埽”再卸成一排,又组成两排新的埽体沉排。
往复推抛作业至埽体出水到一定高度,并将部分预留绳固定到占面上,再将上、下游网墙的网边固定在新占体上,完成水中进占的一占。
如此反复,完成机械化做埽的水中进占作业。
4 机械化做埽的优势(1)工艺简单、易学易用。
2004年兰考蔡集54坝水中进占50m,由技术人员操作演示“饺子厢”网片编织、成箱、车上网内装料、网箱封口、运输、抛投、人工连接成排、推土机推投过程后,抢险民工即可熟练操作。
(2)“饺子厢”最适合抢大险、抢恶险及堵口。
机械化做“饺子厢”,充分利用了埽体适应性强、可减少冲刷及首先抢护河底等特点,利用大型机械迅捷、灵活、连续地工作,能够快速遏制险情的发展。
根据2004年兰考蔡集54坝实际操作经验,在抢险现场500m以内的开阔地上,1台挖掘机、1台推土机、6辆自卸汽车、25个民工、3名指挥人员,就能持续不停地向河中推抛“饺子厢”沉排,直至完成抢险任务。
