通肯河北安段治理方案研究

孟 華

( 北安市水務(wù)局，黑龍江 北安164000)

1 流域概況

通肯河是呼蘭河的一級(jí)支流，也是北安市與海輪市的界河，發(fā)源于北安東南邊界的?？h通肯河林場(chǎng)，河流自東向西流經(jīng)北安主星鄉(xiāng)、通北鎮(zhèn)、石泉鎮(zhèn)和興東良種場(chǎng)，出境后南折流經(jīng)海倫、拜泉、望奎、明水、青岡，在蘭西縣入呼蘭河。北安市位于通肯河右岸，境內(nèi)河段長(zhǎng)104 km，有4－11 道溝子匯流，流域面積1 700 km2。河道平均坡降1∶1 250，出境斷面年平均流量13.1 m3/s，年徑流量4.12 億m3，通肯河北安段流域內(nèi)有46個(gè)村屯，總?cè)丝?0.15 萬(wàn)人，耕地面積7.2 萬(wàn)hm2，是北安市南部主要商品糧生產(chǎn)基地。

2 洪澇災(zāi)害及成因分析

2.1 洪澇災(zāi)害

北安段流域內(nèi)洪澇災(zāi)害頻繁，發(fā)生機(jī)率為33.3%，平均3 a發(fā)生一次洪澇災(zāi)害，較大的洪澇當(dāng)年受災(zāi)，第二年即發(fā)生春澇，影響第二年春種，造成部分農(nóng)田棄耕，往往需要2 ～3 a恢復(fù)，使沿河村屯農(nóng)戶生產(chǎn)、生活遭受嚴(yán)重?fù)p失。

1972年7月的洪水，沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)有6個(gè)村屯被水包圍，部分農(nóng)戶房屋進(jìn)水，受災(zāi)人口3.5 萬(wàn)人，農(nóng)田洪澇成災(zāi)面積9 667 hm2，損失糧食2.1 萬(wàn)t。2009年6月流域內(nèi)降雨量達(dá)到407 mm，是我市有資料記載以來(lái)最大值，通肯河及其支流全部出槽漫灘，堤防潰堤決口6 處，排水閘水毀3 處，沿河農(nóng)田受淹面積1.8 萬(wàn)hm2，受災(zāi)人口4.5 萬(wàn)人，主星攔河壩上游和石泉鎮(zhèn)下游河段村屯全部進(jìn)水。

2.2 洪澇災(zāi)害成因

通肯河流域受當(dāng)?shù)貧庀?、地形、水文地質(zhì)、土壤、人類活動(dòng)因素影響、形成洪澇災(zāi)害。其主要原因?yàn)? ①流域內(nèi)年均降雨量為555 mm左右，時(shí)空分配變差大，6—9月這4個(gè)月降雨占全年降雨量的80%，此期間常有短歷時(shí)高強(qiáng)度暴雨和長(zhǎng)歷時(shí)持續(xù)降雨過(guò)程，干、支流同時(shí)發(fā)生洪水，支流洪水受干流洪水頂托，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。同時(shí)受地形起伏影響，徑流峰高流急，坡耕地大量水土流失，沿河平原外水倒灌，內(nèi)水無(wú)法排除，造成洪澇面積大。②防洪治理滯后，防洪基礎(chǔ)設(shè)施薄弱。流域內(nèi)控制性工程少，6 座小(1) 型水庫(kù)均位于支流上，病險(xiǎn)水庫(kù)占70%，防洪調(diào)節(jié)能力小。通肯河現(xiàn)有防洪堤標(biāo)準(zhǔn)低，年久失修，一些河段還處于不設(shè)防狀態(tài)，穿堤建筑物不配套并大部分毀壞嚴(yán)重。堤防始建于1964年，逐年整修堤防長(zhǎng)度41.2 km，尚未設(shè)防的還有20%，現(xiàn)有堤防不足10 a一遇，還有部分險(xiǎn)工弱段。穿堤建筑物有8 座，完好的占25%。③人為對(duì)山區(qū)森林過(guò)度采伐、陡坡開荒等也是造成本流域發(fā)生洪水的原因，地面失去枝葉滯蓄截留降水的作用，造成土壤侵蝕，山洪更易發(fā)生。同時(shí)沿河耕地最上層為腐殖土，第二層為亞黏土沉積層，通透性差，垂直下滲弱，含蓄水量多，易成澇漬災(zāi)害。

2.3 洪水分析

通肯河流域洪水主要是暴雨或連續(xù)降雨形成的洪水，7月下旬—8月上旬是本流域降水集中期，暴雨導(dǎo)致河水經(jīng)常猛漲。融雪和雨雪混合類洪水，多發(fā)生在4、5月份，水勢(shì)平穩(wěn)，造成的危害較小。洪峰形狀一般為單峰型，1949—1999年共50 a洪水系列資料分析，一次洪水歷時(shí)，在山區(qū)支流上，一般為7 ～10 d，干流上游約為15 d左右，下游則在30 d左右，干流洪水占50%以上，其次是支流匯入和坡水徑流及平原排水流量。根據(jù)洪水分析，推算控制斷面設(shè)計(jì)洪峰流量、坡水流量、平原排水流量，按水位、流量關(guān)系，繪制水面線。依據(jù)洪澇災(zāi)害，因害設(shè)防，建設(shè)以堤防為主的干流防洪工程體系，以截坡水排內(nèi)水為主的排澇工程體系。

3 防洪排澇工程設(shè)計(jì)

3.1 堤防工程

通肯河干流各段堤防設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，工程級(jí)別為Ⅳ級(jí)，支流回水堤與干流防洪堤標(biāo)準(zhǔn)相同。防洪堤規(guī)劃中盡量利用現(xiàn)有工程，對(duì)現(xiàn)有防洪堤不再進(jìn)行大的改線處理，多數(shù)進(jìn)行加高培厚，使之達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)彎曲過(guò)大，水流不暢，易沖刷堤防的河段采取裁彎取直，對(duì)部分堤段或岸邊迎風(fēng)頂流，凹岸或堤防距離河邊較近的險(xiǎn)工段采取護(hù)岸工程措施。無(wú)堤段護(hù)岸頂高程以20 a一遇洪水位控制，有堤段護(hù)岸頂高程以堤外灘地地面高程控制。規(guī)劃堤防總長(zhǎng)度50.75 km，其中干流堤防46.3 km，分為主星、通北、新民、石泉、通河5 段堤防，除通河段為新建段外，其余堤段均為已有堤防進(jìn)行續(xù)建加固，另有通肯河6－8 道溝回水堤4.45 km同時(shí)續(xù)建加固。

堤防設(shè)計(jì)方案包括計(jì)算:

3.1.1 設(shè)計(jì)斷面洪峰流量

從水文圖集中選定各斷面以上流域重心的Cp、Cv 和CS=2.25CV，計(jì)算公式為:

式中，QP為設(shè)計(jì)洪峰流量，KP、K5%分別為設(shè)計(jì)頻率和頻率為20 a一遇的模比系數(shù)，CP為20 a一遇最大流量參數(shù)，F(xiàn) 為集雨面積。

3.1.2 計(jì)算斷面設(shè)計(jì)水位

采用簡(jiǎn)化的恒定非均勻流公式為:

式中:H上、H下分別為上、下游水位，Q 為設(shè)計(jì)流量，K 為上下游斷面平均流量模數(shù)，L 為上下游斷面洪水間距。

3.1.3 計(jì)算堤防超高

計(jì)算公式為:

式中:Y 為設(shè)計(jì)堤頂超高，R 為設(shè)計(jì)波浪爬高，e 為計(jì)算點(diǎn)風(fēng)壅水面高度，A 為安全加高。經(jīng)計(jì)算堤防超高采用1.3 m。干流堤防按設(shè)計(jì)流量，水位和20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)原有堤距，確定堤防高程。堤防為4 級(jí)，考慮堤身穩(wěn)定、交通和防汛搶險(xiǎn)要求，堤頂寬度確定為4 m，上下游邊坡采用1∶3。

3.2 穿堤建筑物

穿堤建筑物主要考慮內(nèi)水排放分區(qū)及排水口位置，根據(jù)內(nèi)外水結(jié)合確定排水方式和建筑物數(shù)量。當(dāng)排水區(qū)地勢(shì)較陡，外河洪水位高時(shí)，排水的回水范圍較小，可修建回水堤。對(duì)應(yīng)通肯河堤段劃分為2個(gè)排水分區(qū)，分別為北安一分區(qū)和二分區(qū)，集水面積246.77 km2，共規(guī)劃穿堤建筑物18 處，其工程等級(jí)及防洪標(biāo)準(zhǔn)均同相應(yīng)堤段。在設(shè)計(jì)中對(duì)流量較小的排水閘，采用涵洞式，型式為進(jìn)口護(hù)砌段、穿堤段( 洞身段) ，消力池段、海漫段，洞身長(zhǎng)視堤防斷面確定，洞徑尺寸綜合考慮水力計(jì)算和檢修要求;對(duì)流量較大的排水閘，采用開敞式，型式為進(jìn)口干砌石護(hù)砌段，混凝土鋪蓋段、閘室段、消力池和海漫段，閘堤段上設(shè)交通橋，橋面寬與堤防頂寬相同。

3.3 坡水工程

排水區(qū)內(nèi)的山區(qū)坡水可采取高水高排，內(nèi)外分流的截流方式進(jìn)行治理。坡水挖溝截流按5 a一遇設(shè)計(jì)，筑堤按10 a一遇設(shè)計(jì)。采用《水文圖集》法，根據(jù)不同斷面集水面積，仍以QP=CP×KP/K5%×F0.67計(jì)算坡水流量。布置截流溝、泄洪溝。

3.4 平原排水工程

平原旱田排水模數(shù)計(jì)算公式為:

式中:qd為旱田排水模數(shù)，Rp為設(shè)計(jì)徑流深，t 為排澇歷時(shí)( 取2 d) 。

利用不同土壤的降雨( P1+Pa) 、徑流( R) 實(shí)測(cè)試驗(yàn)成果資料，繪制成( P1+Pa) ～R 關(guān)系線圖進(jìn)行查算，將查得的R值代入排水模數(shù)公式計(jì)算qd值。以排水模數(shù)和排內(nèi)水5 a一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，再推求排水量。布設(shè)排水干、支溝。

4 工程治理方案可行性

1) 防洪工程規(guī)劃堤防50.75 km，充分考慮了現(xiàn)有防洪堤線，除了干流堤防5.1 km新選堤線外，其余都是在原堤線上續(xù)建加固，避免了修建堤防大量占用耕地，不增加實(shí)施難度，操作性強(qiáng)。

2) 建筑物位置本著排水分區(qū)盡量合并排水出口，以減少穿堤建筑物的數(shù)量，布局安全合理，又降低工程造價(jià)。坡水采取按匯水面積修截流溝，高水高排，避免山區(qū)坡水匯入平原區(qū)，形成外水淹浸平原區(qū)農(nóng)田，加重內(nèi)澇災(zāi)害。

3) 干流堤防效益顯著，可防洪保護(hù)沿河的主星、通北、石泉3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和市興東良種場(chǎng)的0.73 萬(wàn)hm2耕地，20個(gè)村屯，4萬(wàn)多人。堤防擴(kuò)建和新建工程實(shí)施可以提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，降低洪水、坡水對(duì)河岸的沖刷，有效控制水土流失。

［1］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 黑龍江省通肯河近期治理規(guī)劃報(bào)告［R］. 哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2009.