胖頭泡蓄滯洪區(qū)分洪口門方案比選

王 甜，王 冰

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

胖頭泡蓄滯洪區(qū)范圍為嫩江、松花江干流的左岸，肇源縣的西北部，東以安肇新河下段右側(cè)堤防及林肇公路左側(cè)的自然崗地和新建堤防為界，南至養(yǎng)身地到古恰的松花江干流左側(cè)堤防，西以老龍口到養(yǎng)身地的嫩江干流左岸堤防為界，北至南引水庫的1～4 號(hào)、21 ～33 號(hào)堤壩，區(qū)內(nèi)總面積1 994 km2［1］。

松花江洪水季節(jié)性強(qiáng)，峰高量大，而中下游河道泄洪能力相對不足，在安排修建水庫，堤防和整治河道的同時(shí)，利用嫩江松花江沿岸洼地和部分農(nóng)田作為臨時(shí)分洪、滯洪場所，以緩解水庫、河道蓄泄不足的矛盾，是防御大洪水的重要措施。

松花江流域目前尚無蓄滯洪區(qū)，一遇特大洪水，只能依靠水庫(如豐滿、尼爾基、白山水庫和其它支流水庫等)和堤防承擔(dān)防洪任務(wù)，防洪形勢十分緊張。

松花江流域防洪規(guī)劃確定了以干流堤防、尼爾基、豐滿、白山等干流控制性水利樞紐工程和胖頭泡、月亮泡等流域性蓄滯洪區(qū)構(gòu)成松花江干流防洪工程體系。其中胖頭泡、月亮泡蓄滯洪區(qū)是松花江流域防洪規(guī)劃提出的骨干調(diào)蓄工程，是松花江流域防洪體系的重要組成部分。

2 工程建設(shè)必要性

2.1 蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)是松花江流域防洪形勢的需要

松花江流域共規(guī)劃兩處蓄滯洪區(qū):①是月亮泡蓄滯洪區(qū);②是胖頭泡蓄滯洪區(qū)。二者都是當(dāng)哈爾濱水文斷面洪峰流量超過堤防設(shè)計(jì)流量17900 m3/s，并且水位還將上漲時(shí)啟用，但啟用順序不同。原則上先啟用月亮泡蓄滯洪區(qū)，蓄滿后維持最高水位134.57m，控制泄流量于洮兒河入流;當(dāng)月亮泡蓄滯洪區(qū)分洪量無法滿足哈爾濱市防洪要求時(shí)，啟用胖頭泡蓄滯洪區(qū)，共同承擔(dān)哈爾濱市城區(qū)設(shè)計(jì)流量17900 m3/s 至200a 一遇洪水的防洪任務(wù)。因此，抓緊實(shí)施蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)，是完善哈爾濱市防洪體系和松花江流域防洪形勢的需要。

2.2 蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)工程建設(shè)是胖頭泡蓄滯洪區(qū)應(yīng)急工程的有力補(bǔ)充

2008 年先期進(jìn)行的蓄滯洪區(qū)應(yīng)急工程建設(shè)是確保外部圍堤工程本身安全、大慶腹地的防洪安全和肇源縣城及安肇新河以東地區(qū)的防洪安全，最大能力地減輕哈爾濱市防洪壓力的需要。但應(yīng)急工程建設(shè)還達(dá)不到規(guī)劃的防洪效果。在應(yīng)急工程建設(shè)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)施實(shí)施安全建設(shè)工程，對于有效發(fā)揮蓄滯洪區(qū)的分洪效果，保障哈爾濱防洪安全是十分必要的。

3 分洪口場址比選

從歷史洪水決口的情況看，1932 年洪水是從老龍口決口后進(jìn)入肇源西部地區(qū)和大慶腹地的，1998年洪水是從胖頭泡決口后進(jìn)入肇源西部地區(qū)。因此本次設(shè)計(jì)分洪口門選擇老龍口、胖頭泡兩處場址進(jìn)行比選。比選的條件是在蓄滯洪區(qū)的規(guī)模已定的前提下，閘壩結(jié)合方案蓄滯洪區(qū)設(shè)計(jì)水位131.67 m。從地形地貌、蓄洪條件、地質(zhì)條件、工程布置、施工及工程投資等方面進(jìn)行綜合比較［2］。

3.1 從地形地貌、蓄洪條件看

老龍口位于胖頭泡上游，自然地勢較高，水流路徑較長，水流通暢，洪水主流先進(jìn)入南引水庫的主、副庫然后再向下游宣泄，因此，南引水庫的主、副庫都能更好地發(fā)揮作用。胖頭泡位于老龍口下游，自然地勢較低，水流路徑較短，水流通暢。洪水主流直接向下游宣泄，南引水庫的主、副庫要發(fā)揮作用需靠鐵路的壅水才能實(shí)現(xiàn)，而鐵路路基的高程基本在130.0 m左右，南引水庫水位難以壅到設(shè)計(jì)水位131.67 m。因此，南引水庫的主、副庫不能很好的發(fā)揮作用。

3.2 從地質(zhì)條件看

老龍口位于嫩江漫灘，地層主要為第四系全新統(tǒng)低漫灘沖積層。地下水為第四系孔隙潛水，含水層巖性為粉土質(zhì)細(xì)砂，基礎(chǔ)大部座于低液限黏土層中，地基的穩(wěn)定條件較好。

胖頭泡也位于嫩江漫灘，地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積層，基礎(chǔ)大部座于高液限黏土層中，右側(cè)局部座于含細(xì)粒土細(xì)砂層中，地基的穩(wěn)定條件較好。從地質(zhì)條件分析，兩處位置地質(zhì)條件都很好，均具有修建分洪口的條件。

3.3 從口門的工程布置及投資看

本次按閘壩結(jié)合方案進(jìn)行比較。

3.3.1 老龍口堤防

老龍口堤防是一段長1 200 m的獨(dú)立堤段，堤兩端均為高崗地，分洪時(shí)不會(huì)影響其他堤段，且老龍口現(xiàn)狀有一處分洪口門凈寬175 m，本次利用已建老龍口分洪口門與新建老龍口分洪閘聯(lián)合運(yùn)行分洪。該分洪口門中心線位于老龍口堤防樁號(hào)0+600 m 處，由進(jìn)口導(dǎo)流堤、重力式漿砌石擋土墻以及出口導(dǎo)流堤組成，以中心線對稱布置。老龍口分洪口門處外江水位133.75 m，相應(yīng)下游水位130.13 m，最大分洪流量4 246 m3/s。經(jīng)計(jì)算還需修建新建老龍口分洪閘總凈寬204 m，分洪流量為1 900 m3/s。新建老龍口分洪閘軸線在老龍口堤防樁號(hào)1+000 m 處。由進(jìn)口鋪蓋、閘室段、消力池段及海漫段組成。

3.3.2 胖頭泡堤段

胖頭泡堤段較長，地勢較低，考慮方案比較的一致性，口門型式同老龍口一樣，采用新建胖頭泡分洪口門與新建胖頭泡分洪閘聯(lián)合運(yùn)行分洪，入口處外江水位133.01 m，相應(yīng)庫水位130.19 m，最大分洪流量4 246 m3/s。新建胖頭泡分洪口門中心線位于胖頭泡堤防樁號(hào)1+700 m 處，分洪口門凈寬210 m?？陂T最大分洪流量958 m3/s。該口門采用扒口型式分洪，分洪口兩側(cè)布置高噴灌漿裹頭，對分洪口兩側(cè)大堤進(jìn)行保護(hù)。新建胖頭泡分洪閘中心線位于胖頭泡堤防樁號(hào)2+000 m 處，分洪口門凈寬228 m。分洪閘最大分洪流量3 323 m3/s，口門及分洪閘合計(jì)最大分洪流量4 281 m3/s。新建胖頭泡分洪閘中心線位于胖頭泡堤防樁號(hào)2+000 m 處，分洪閘凈寬216 m。由進(jìn)口鋪蓋、閘室段、消力池段及海漫段組成。

3.3.3 投資

經(jīng)計(jì)算老龍口的工程投資為9915.57 萬元，胖頭泡的工程投資為16270.97 萬元，胖頭泡的工程投資比老龍口的工程投資多6355.40 萬元，因此，老龍口方案最優(yōu)。

3.3.4 從施工條件

老龍口位于嫩江漫灘，地勢較平坦，施工場地開闊，交通便利。胖頭泡堤段地勢低洼，上游側(cè)臨近胖頭泡，施工場地不宜布置，且需修建施工圍堰。

3.4 綜合分析

綜上所述分洪口門老龍口場址從地形地貌、蓄洪條件、地質(zhì)條件、工程布置、施工及工程投資等方面都優(yōu)于胖頭泡場址。因此，本次選定老龍口堤防作為胖頭泡蓄滯洪區(qū)的分洪口門場址是可行的。

4 分洪口型式比選

分洪口門的型式有堤防加裹頭保護(hù)的扒口型式口門(以下稱無閘方案)，用閘門進(jìn)行控制的全閘方案和二者相結(jié)合的閘堤結(jié)合方案，本次設(shè)計(jì)比較上述3 種型式。

4.1 永久分洪閘方案

不考慮應(yīng)急度汛時(shí)修建的裹頭，將口門修建成永久的分洪閘。經(jīng)計(jì)算閘孔總凈寬384 m，分32 孔布置，每孔凈寬12 m。堰型采用寬頂堰，閘采用開敞式結(jié)構(gòu)，由進(jìn)口段、閘室段、消力池段及海漫段組成［3］。

4.2 破堤扒口式口門

應(yīng)急度汛工程中已建成臨時(shí)口門，采用汛期扒堤分洪，為保護(hù)兩側(cè)堤防安全，用漿砌石修建擋墻及進(jìn)、出口修建有裹頭和翼墻，為防沖分洪時(shí)形沖坑，在口門底部修有0.6 m厚的漿砌石護(hù)底，該口門全長175 m。本次設(shè)計(jì)利用現(xiàn)有工程，對現(xiàn)有口門的過流能力進(jìn)行復(fù)核，按最大分洪流量與現(xiàn)有過流能力的差值重新計(jì)算后220 m［4］。本次設(shè)計(jì)兩側(cè)采用高噴擋墻，進(jìn)出口在平面布置上均成擴(kuò)散形，擴(kuò)散角分別為30°、10°。為了防止分洪時(shí)，水流對兩側(cè)堤身的淘刷，增加復(fù)堤難度，對裹頭兩側(cè)堤防進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)長度兩側(cè)各40 m，對堤防兩側(cè)邊坡均采用漿砌石護(hù)坡。護(hù)坡底部采用漿砌石固腳。

4.3 閘壩結(jié)合

該方案利用現(xiàn)有的臨時(shí)口門，根據(jù)臨時(shí)口門的過流能力與分洪流量的差值修建永久性的分洪閘。根據(jù)計(jì)算閘孔總凈寬204 m，分17 孔布置，單孔凈寬12 m。分洪閘采用開敞式結(jié)構(gòu)，由進(jìn)口段、閘室段、消力池段及海漫段組成。

老龍口進(jìn)口口門方案投資比較成果見表1。

表1 方案投資比較成果表 萬元

4.4 綜合比較

4.4.1 永久性分洪閘方案(全閘)

4.4.1.1 優(yōu)點(diǎn)

操作簡便、調(diào)度運(yùn)用靈活，分洪準(zhǔn)確、無無效分洪、淹沒范圍及淹沒損失最小，蓄滯區(qū)內(nèi)水位131.28 m，最低。

4.4.1.2 缺點(diǎn)

施工技術(shù)復(fù)雜，需要經(jīng)常維修且費(fèi)用較大，工程投資較大。

4.4.2 破堤扒口式方案

4.4.2.1 優(yōu)點(diǎn)

施工技術(shù)簡單，維修方便且費(fèi)用最低，分洪時(shí)啟動(dòng)較快但準(zhǔn)確度不易控制。

4.4.2.2 缺點(diǎn)

調(diào)度運(yùn)用靈活性最差，分洪準(zhǔn)確性最低，淹沒范圍及淹沒損失最大，蓄滯洪區(qū)內(nèi)水位132.28 m，最高，無效分洪量最大，工程總投資最大。

4.4.3 閘堤結(jié)合

4.4.3.1 優(yōu)點(diǎn)

操作運(yùn)用較簡便，調(diào)度運(yùn)用較靈活，分洪準(zhǔn)確性較高，淹沒范圍及淹沒損失較小，蓄滯洪區(qū)內(nèi)水位131.67 m，工程投資最小。

4.4.3.2 缺點(diǎn)

施工技術(shù)較復(fù)雜，維修較方便，維修費(fèi)用居中，工程總投資最低。

4.5 綜合分析

永久性分洪閘與破堤扒口式口門相結(jié)合方案工程投資最省，運(yùn)用調(diào)度靈活，雖然不如全閘方案，但較破堤扒口式方案有較大改善［5］。特別是分洪準(zhǔn)確對本工程意義更大，本工程的水文特點(diǎn)是一旦啟用，前3 d將達(dá)到最大分洪流量的90%以上。永久性分洪閘方案沒有問題，而閘堤結(jié)合方案也可達(dá)到，而破堤扒口式方案不能控制，據(jù)此分析推薦永久性分洪閘與破堤扒口式口門相結(jié)合方案。

5 結(jié) 論

胖頭泡蓄滯洪區(qū)分洪口擬建于老龍口堤段，計(jì)算采用1957 年年型的水力要素作為分洪口門的控制條件。分洪口型式為永久性分洪閘與破堤扒口式口門相結(jié)合方案。

［1］黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省松花江流域胖頭泡蓄滯洪區(qū)防洪工程與安全建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2013.

［2］水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.GB50773—2012 蓄滯洪區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］，北京:中國計(jì)劃出版社，2012.

［3］江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院.SL265—2001 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］，北京:中國水利水電出版社，2001.

［4］張芹.分蓄洪區(qū)口門流量計(jì)算研究［D］.武漢:武漢大學(xué)，2005.

［5］任必窮.西七里海蓄滯洪區(qū)分洪口門下移可行性研究［D］.天津:天津大學(xué)，2012.