太陽島西區(qū)堤防工程建設(shè)對(duì)行洪的影響

金麗波，石文春，楊鴻剛

(1.綏化農(nóng)墾振寰水利工程有限責(zé)任公司，黑龍江綏化152241;2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 太陽島西區(qū)堤防概況

太陽島西區(qū)堤防工程位于哈爾濱市松花江北岸灘地，是哈爾濱城市防洪工程的重要組成部分，工程建設(shè)可對(duì)市區(qū)大洪水合理分流，有利于三橋擴(kuò)孔后大洪水宣泄，可保護(hù)哈黑公路及月亮灣、上塢地區(qū)，還可保護(hù)大片寶貴土地用以建設(shè)太陽島風(fēng)景名勝區(qū)以冰雪活動(dòng)為主的生態(tài)園林公園，故西區(qū)堤防建設(shè)是完全必要的。

太陽島西區(qū)堤防工程主要包括堤防、護(hù)岸、魚咀護(hù)灘、固灘、排水閘站5個(gè)部分，施工期為2 a。堤防上、下游端20 a一遇洪水位為120.32～119.95 m，堤頂高程為121.50 m，堤防總長(zhǎng)4 536 m，堤內(nèi)面積249 hm2，按3級(jí)堤防設(shè)計(jì)。

考慮堤防邊坡的穩(wěn)定和堤基、堤身的滲透穩(wěn)定以及防汛搶險(xiǎn)和城市建設(shè)景觀的多功能需求，堤防設(shè)計(jì)頂寬12 m，迎水面邊坡1∶3，背水面邊坡1∶4，堤頂設(shè)瀝青混凝土路面，迎水坡為干砌石護(hù)坡，背水坡為草皮護(hù)坡。

2 堤線布置要求

1)圍堤前端位置，將影響松花江南北分流，在大洪水情況下，其分流比應(yīng)與下游泄流能力相應(yīng)，且應(yīng)保持水流平順通暢。

2)臨主江道的圍堤走向要有利于維護(hù)中低水河槽的穩(wěn)定性。

3)為了不影響二水源引水，與二水源相對(duì)的南側(cè)堤應(yīng)有一段與主江道岸線平行。

4)圍堤與二水源及群力堤要有合理的堤距，保持大于下游公路橋的過流能力。

5)中低水航道要有安全的過橋夾角，主流向應(yīng)與公路橋正交。

3 堤線方案選定

在可行性研究階段對(duì)太陽島西區(qū)堤防按圍島的面積大、中、小設(shè)計(jì)了3個(gè)方案，進(jìn)行了方案比選。選定方案1圍堤工程量及投資最少，對(duì)行洪影響最小，分流作用稍差。但少占灘地，少改變江道現(xiàn)有面貌，故確定采用該方案。

堤線東從月亮灣堤與哈黑公路路堤接頭的對(duì)應(yīng)點(diǎn)起，坐標(biāo)x為5071991、y為42543287，堤線沿金水河河岸方向上行，略呈東北～西南向，至樁號(hào)1+127處以半徑為415 m的圓弧向南拐，沿崗地西側(cè)及串溝東岸向南，最西端點(diǎn)樁號(hào)1+635，再以半徑為550 m的圓弧拐向東南，堤線至樁號(hào)2+354后與主江道平行向東，在公路大橋橋頭北端160 m處與路堤相接，坐標(biāo)x為5070661、y為42544557，路東即上塢堤起點(diǎn)為止。堤線走向見圖1。

圖1 太陽島西區(qū)堤防工程堤線布置圖

4 工程建設(shè)對(duì)行洪的影響分析

4.1 南京水科院的試驗(yàn)

1996～1998年南京水科院對(duì)松花江哈爾濱市城區(qū)段進(jìn)行了江道河工模型試驗(yàn)，先后提出了《哈爾濱防洪總體布局方案試驗(yàn)研究》、《哈爾濱市防洪總體布局方案定床補(bǔ)充試驗(yàn)研究》等報(bào)告。

通過試驗(yàn)說明哈爾濱市城市防洪工程總體方案合理，在滿足防洪要求的前提下，統(tǒng)一協(xié)調(diào)了防洪、航運(yùn)、環(huán)境和城市建設(shè)用地的諸方面要求。

關(guān)于太陽島西區(qū)堤防的試驗(yàn)結(jié)果是:西區(qū)工程建在公路上游河灘地上，改變了江道洪水的邊界條件，縮小了行洪斷面面積，使洪水位有壅高現(xiàn)象，但壅高幅度不大，實(shí)際上相當(dāng)公路路堤壅水向西延伸，對(duì)于試驗(yàn)方案50 a和100 a一遇的洪水分別壅高5 cm和3 cm，且壅高值隨流量的增加而減小;工程段流場(chǎng)略有變化，但幅度也較小。

4.2 中國(guó)水科院的計(jì)算

1998年10月中國(guó)水利水電科學(xué)研究院采用不規(guī)則網(wǎng)格二維非恒定流數(shù)值計(jì)算模型，根據(jù)計(jì)算區(qū)域內(nèi)的地形、道路、堤防走勢(shì)及不同地區(qū)的水流形態(tài)，采用了三邊形、四邊形和五邊形等不規(guī)則網(wǎng)格。在計(jì)算通道類型上分為河道、灘地、有缺口堤型阻水建筑物、無缺口堤型阻水建筑物4類，以便對(duì)基本方程采用不同的簡(jiǎn)化方式，保證精度。計(jì)算域共劃分為760個(gè)計(jì)算網(wǎng)格，時(shí)間步長(zhǎng)Δt=3 s。糙率系數(shù)n主槽取0.024、灘地取 0.06。

計(jì)算結(jié)果為:西區(qū)建堤后，調(diào)整了南、北汊分流比，使南岸水位增加2～4 cm，北岸降低2～3 cm，南側(cè)流速略增加?？偟目次鲄^(qū)建堤并不影響行洪，而有利于水勢(shì)調(diào)整。西區(qū)建堤壅高值不大，對(duì)水位影響的差別很小。

4.3 堤防初步設(shè)計(jì)階段分析計(jì)算

松花江哈爾濱市城區(qū)的江道在人工建筑物硬性控制下，具有微曲分汊型特性，在一水源以下的主江道分出數(shù)個(gè)江汊，過一水源后主江道折向南行，又急拐向東過哈黑公路主橋和濱洲鐵路橋。

哈黑公路路堤阻擋了過灘洪水，部分洪水通過副橋金河橋下泄，這部分水流現(xiàn)分別在太陽島東區(qū)堤防兩側(cè)向南流，與主江道匯合。現(xiàn)濱洲、濱北兩鐵路橋已在松花江北側(cè)擴(kuò)孔建新橋，哈黑公路完成了北側(cè)擴(kuò)孔，加寬路堤且抬高路面高程。為保證航運(yùn)，中小水仍走主江道，已在濱洲鐵路擴(kuò)孔橋下游側(cè)設(shè)大頂子山航電樞紐控制性工程。為充分發(fā)揮擴(kuò)孔橋的泄洪作用，已在月亮灣、太陽島北側(cè)的灘地上開挖泄洪渠。這樣中小水情況下鐵路擴(kuò)孔橋不過流，而大洪水情況下充分泄洪，城區(qū)段的松花江將形成南北平行的兩股水流，南支即現(xiàn)主江道，約宣泄全江2/3的洪水流量，北支約宣泄全江1/3的洪水流量。

初設(shè)階段水面線計(jì)算采用簡(jiǎn)化的穩(wěn)定非均勻流公式，河道橫斷面圖直接采用1999年施測(cè)的松花江流域防洪規(guī)劃成果，共計(jì)50個(gè)斷面。設(shè)計(jì)水面線斷面數(shù)據(jù)在規(guī)劃數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上考慮西區(qū)圍堤建設(shè)后對(duì)過水?dāng)嗝娴挠绊?，?duì)松哈加4斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。經(jīng)計(jì)算，太陽島西區(qū)圍堤對(duì)松花江干流洪水位產(chǎn)生一定壅高影響，工程所在位置松CS哈加4斷面壅高2 cm，壅高峰值出現(xiàn)在松CS哈加3斷面，為4 cm。壅高產(chǎn)生的回水殲滅點(diǎn)為松CS26斷面，回水影響長(zhǎng)度為39.9 km。

5 結(jié)論

綜合南京水科院的河工模型試驗(yàn)、中國(guó)水科院的數(shù)學(xué)模型計(jì)算及堤防初步設(shè)計(jì)階段的分析計(jì)算可知，太陽島西區(qū)堤防建設(shè)壅水高度很小，50 a和100 a一遇洪水僅分別壅高水位4 cm和2 cm。壅高值在允許范圍內(nèi)，總體來看工程的建設(shè)并不影響行洪，而有利于水勢(shì)調(diào)整，同時(shí)可保護(hù)大片寶貴的土地用以建設(shè)生態(tài)園林公園。

［1］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.哈爾濱市城市防洪太陽島西區(qū)堤防工程初步設(shè)計(jì)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，2004.