哈爾濱松浦堤防岸線優(yōu)化分析

蔣 攀，張樹仁

（1．中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021；2．大連新天潤(rùn)企業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧大連116600）

哈爾濱松浦堤防岸線優(yōu)化分析

蔣 攀1，張樹仁2

（1．中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021；2．大連新天潤(rùn)企業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧大連116600）

文中采用二維數(shù)學(xué)模型，從水位、流態(tài)、流速上分別分析松浦堤岸線兩方案的差異，并考慮征地難度等進(jìn)行方案比選，為解決防洪問題而采取堤防岸線優(yōu)化措施提供了科學(xué)依據(jù)。

岸線優(yōu)化；二維數(shù)學(xué)模型；流場(chǎng)；流速

1 工程概況

哈爾濱市是我國(guó)東北北部地區(qū)最大的中心城市，位于松花江中游沖積平原地帶。哈爾濱市松北區(qū)位于松干哈爾濱段左岸，三面環(huán)水，地勢(shì)低洼，防洪壓力較大，歷史上曾多次發(fā)生過洪澇災(zāi)害。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，松北區(qū)在哈爾濱市的地位不斷提升，急需增強(qiáng)松北城區(qū)江段的行洪、泄洪能力。

松北區(qū)松浦堤位于濱洲鐵路和濱北鐵路之間，上起松北車站，下至東江橋，全長(zhǎng)6.47 km，防洪標(biāo)準(zhǔn)50年一遇。松浦堤在松浦鎮(zhèn)向江中凸出510 m，導(dǎo)致與江中哈爾濱造船廠圍堤堤距只有260 m，而上、下游的濱洲鐵路橋和濱北鐵路橋擴(kuò)孔寬是450 m，由于凸嘴阻水頂托而不能有效發(fā)揮橋梁擴(kuò)孔的效果，為提高行洪能力有必要進(jìn)行松浦堤防岸線優(yōu)化研究。本研究采用二維數(shù)學(xué)模型對(duì)松浦堤不同岸線方案進(jìn)行分析比較。

2 方案擬定

該工程主要是確定松浦堤岸線方案，方案擬定遵循下述原則：

1）堤線走向應(yīng)與河勢(shì)流向相適應(yīng)，并與大洪水主流線大致平行。

2）堤線應(yīng)力求平順，平緩連接。

3）改線堤防的水位變化影響范圍不應(yīng)超出哈爾濱市界。

4）在滿足行洪寬度的前提下，爭(zhēng)取擴(kuò)大保護(hù)面積。

根據(jù)上述原則擬定兩方案，方案一：松浦堤濱州鐵路橋堤頭前提120m左右，與外貿(mào)堤末端對(duì)應(yīng)連接，然后直線向東新建堤防2 346 m，沿湯原街把整個(gè)凸嘴完全切除，該方案切除凸嘴寬度約630 m，切除凸嘴面積45萬m2，圍合土地面積6萬m2。方案二：起點(diǎn)與方案一相同，向東平行于造船廠堤防，新建堤防2 120 m，結(jié)束于大興街位置的松浦堤，與濱州鐵路橋擴(kuò)孔寬度對(duì)應(yīng)，切除凸嘴430 m，切除凸嘴面積23萬m2，圍合土地面積13萬m2。

3 計(jì)算原理

3.1 模型計(jì)算原理

本次分析計(jì)算采用二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算，數(shù)學(xué)模型采用Roe格式的近似R iemann解來計(jì)算界面通量。

二維淺水方程的守恒形式為：

Sox=-?Zb/?x，Soy=-?Zb/?y分別為x，y方向的底坡項(xiàng)，其中Zb為底高程。分別為x，y方向的摩阻坡降，其中n為糙率。

模型采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格來離散計(jì)算區(qū)域。

3.2 計(jì)算范圍

模型計(jì)算范圍從松32斷面開始，下至濱北鐵路橋，全長(zhǎng)約21km。該河段水力條件復(fù)雜，灘地寬闊，主槽多彎多汊，兩岸堤防曲長(zhǎng)，河灘中有太陽島圍堤等。

3.3 計(jì)算方案

根據(jù)松干哈爾濱段兩岸保護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)，本模型擬定三級(jí)流量，分別是17 900 m3/s（P= 1%），15 100 m3/s（P=2%），11 600 m3/s（P=5%）。

4 成果分析

4.1 水面線比較

計(jì)算結(jié)果表明，方案一與方案二均能一定程度降低岸線優(yōu)化河段局部水位，方案一，各流量級(jí)下最大可以降低0.120 m（P=1%）、0.101 m（P= 2%）、0.080 m（P=5%）；方案二，最大可以降低0.096 m（P=1%）、0.079 m（P=2%）、0.070 m（P= 5%）。兩方案最大降幅差值分別為0.024 m（P= 1%）、0.022 m（P=2%）和0.010 m（P=5%），與岸線優(yōu)化區(qū)域堤防超高值相比，兩方案水面線差距不大。松浦堤防岸線優(yōu)化后50年一遇的水面線變化見表1～表2所示。

4.2 流場(chǎng)比較

從兩方案岸線優(yōu)化前后工程區(qū)的局部流場(chǎng)圖（圖略）可以看出，岸線優(yōu)化后河段上游流速變大，由于岸線優(yōu)化后江段展寬河段及下游局部流速有所減小，再往下游流速與岸線優(yōu)化前基本沒有改變。

兩岸線優(yōu)化方案流場(chǎng)均較為平順，滿足行洪要求；方案一，在各流量級(jí)條件下岸線優(yōu)化斷面的平均流速，分別為1.51 m/s、1.42 m/s和1.32 m/s，方案二，為1.66 m/s、1.55 m/s和1.41 m/s，差值為0.15 m/s、0.13 m/s和0.09 m/s。

4.3 工程方案綜合評(píng)價(jià)

經(jīng)過對(duì)松浦堤防岸線優(yōu)化方案的計(jì)算，松浦堤防岸線優(yōu)化方案一和方案二，均能夠降低局部洪水水位，兩方案降低水位幅度最大差值是2.4 cm；堤防岸線優(yōu)化后河段流場(chǎng)較為平順，兩方案平均流速差值最大為0.15 m/s；堤防岸線優(yōu)化后太陽島北汊過流能力有所提高，優(yōu)化前北汊、南汊分流比3∶7，優(yōu)化后分流比提高至3.5∶6.5。因此，松浦堤防岸線優(yōu)化能夠一定程度上減小工程區(qū)防洪壓力，由于兩方案在水位、流場(chǎng)及分流比等方面相差不大，考慮堤防岸線優(yōu)化區(qū)域內(nèi)征地移民難度，選擇方案二。

表1 50年一遇洪水條件下水面線變化統(tǒng)計(jì)表（方案一）

表2 50年一遇洪水條件下水面線變化統(tǒng)計(jì)表（方案二）

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2016-08-10