天興島圍堤及天興橋工程對阿什河的防洪影響分析

李 婷

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

0 引 言

哈爾濱市土地面積5.3 萬km2，總?cè)丝?80.4 萬人，是我國東北北部政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，更是中國著名的歷史、文化、旅游名城。不僅薈萃了北方少數(shù)民族的歷史文化，而且融合了中西方的特色文化，享有“文化之都”、“音樂之都”之美譽(yù)，還有“冰城”、“天鵝項(xiàng)下的珍珠”以及“東方莫斯科”、“東方小巴黎”之美稱。

目前哈爾濱市正在加速建設(shè)國際名城，“中興”發(fā)展戰(zhàn)略也在逐步實(shí)施，阿什河香坊道外區(qū)兩岸也成為中部主城區(qū)環(huán)境的改造區(qū)和拓展區(qū)。兩岸城鎮(zhèn)化建設(shè)的逐步加快導(dǎo)致城鎮(zhèn)人口聚集效應(yīng)不斷凸顯，區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定增長，對阿什河治理、開發(fā)與保護(hù)提出了更新的、更高的要求。因此，哈爾濱市委、市政府對實(shí)施阿什河整治提出了新的建設(shè)目標(biāo)及要求，并在《哈爾濱市城市總體規(guī)劃(2010—2020)》中將阿什河作為哈爾濱市生態(tài)框架的重要組成部分，明確把阿什河定位為哈爾濱市城市生態(tài)廊道。

1 基本資料

1.1 項(xiàng)目地理位置

哈爾濱市阿什河干流道外香坊段河道整治項(xiàng)目天興島圍堤和天興橋工程位于距阿什河入江口約15 km 處，上起三門楊家村東北，地理坐標(biāo)為E126°51'，N45°42'，下至前許家屯東南，地理坐標(biāo)為E126°50'，N45°43'，南北長約0.75 km，東西寬約0.64 km，面積約0.4 km2，島內(nèi)地面高程121.8 ～124.48 m，平均高程為123 m 左右。

1.2 項(xiàng)目建設(shè)性質(zhì)

天興島圍堤項(xiàng)目為新建項(xiàng)目，用途為非生產(chǎn)性建設(shè)項(xiàng)目。天興島屬于自然形成的高地，本項(xiàng)目是通過圍堤工程建設(shè)成一個(gè)灘島，本項(xiàng)目的實(shí)施對于建設(shè)阿什河兩岸的生態(tài)走廊，改善兩岸的居住和人文環(huán)境、營造濱水景觀，形成特色水系文化、最終實(shí)現(xiàn)保障行洪安全、改善生態(tài)、改善人居環(huán)境、提高城市品位和競爭力起著重要的作用。

1.3 工程設(shè)計(jì)規(guī)模

1.3.1 天興島圍堤

天興島地處天興湖內(nèi)，規(guī)劃打造為生態(tài)修復(fù)實(shí)驗(yàn)教育示范基地并兼顧旅游，規(guī)劃天興島面積40 hm2，實(shí)驗(yàn)教育基地工作和旅游服務(wù)人員約200人。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201—94)第2.02 條［1］，該島按鄉(xiāng)村Ⅳ類設(shè)防，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 ～20 a一遇，本次取下限為10 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，堤防等級為5 級。天興島圍堤長2.66 km。10 a 一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為780 m3/s，設(shè)計(jì)水位123.60 ～124.30 m，設(shè)計(jì)圍堤頂高程在125.40 ～125.70 m。

1.3.2 天興橋

天興島上島通過本次擬建的天興橋，橋梁設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，梁底高程125.58 m。天興橋橋位處阿什河20 a一遇設(shè)計(jì)，洪峰流量為1 050 m3/s，20 a一遇設(shè)計(jì)洪水位為124.39 m;10 a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為780 m3/s，10 a一遇設(shè)計(jì)洪水位為123.75 m。

天興橋右岸與阿什河右岸規(guī)劃張坊屯堤防于樁號ZF1+746.9 處平交，張坊屯堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，交叉處設(shè)計(jì)堤頂高程為126.06 m;左岸與天興島圍堤于樁號0+000 處平交，天興島圍堤在與天興橋交叉處局部加高，交叉處圍堤加高后頂高程為126.36 m。天興橋梁底高程125.58 m，高于天興橋處阿什河20 a一遇洪水位1.19 m，高于10 a一遇洪水位1.83 m。

天興橋共11 跨，跨度組合為10×20 m+10 m，橋梁總長210 m，橋梁上部為預(yù)制空心板梁，橋面寬8.0 m，凈寬7.4 m，橋面縱向與兩岸道路連接坡度為3%，橫向雙面排水，坡度1.5%，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

新建天興橋與阿什河右岸堤防平交，與堤防迎水面采用土臺(tái)傍寬，土臺(tái)長20 m，寬10 m，為便于銜接，土臺(tái)設(shè)計(jì)高度同堤防高;土臺(tái)結(jié)構(gòu)形式為土堤，考慮到樁落在堤防迎水面堤腳附近，削弱了斜坡段的防滲效果，因此擬定土臺(tái)寬10 m。

2 防洪影響分析

2.1 水文分析

阿什河是松花江右岸的一級支流，干流流向由南至北，其中流經(jīng)阿城市區(qū)并在哈爾濱市城區(qū)東郊匯入松花江。阿什河干流上游有帽兒山水文站，控制流域面積為183 km2;中游有馬鞍山水位站，控制流域面積1629 km2;干流下游有阿城水文站，控制流域面積2313 km2。阿什河干流主要測站分布見圖1。阿什河干流主要測站水文系列情況見表1。

圖1 阿什河流域主要測站分布圖

表1 阿什河流域主要測站水文系列表

該控制斷面位于西泉眼水庫的下游，故西泉眼水庫控泄會(huì)直接影響下游控制斷面的設(shè)計(jì)洪水。阿什河下游控制斷面設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算主要分為兩種情況，即區(qū)間為主水庫相應(yīng)以及區(qū)間相應(yīng)水庫為主，最后采用成果為兩種情況中洪峰流量較大者。該設(shè)計(jì)成果在《西泉眼灌區(qū)設(shè)計(jì)》、《阿什河阿城段治理》、《哈佳客運(yùn)專線防洪評價(jià)》等項(xiàng)目中采用并均已得到批復(fù)，故本次計(jì)算直接采用。

天興島位于阿什河干流廟臺(tái)溝和信義溝匯入口之間，信義溝口上游約7.6 km，廟臺(tái)溝匯入口下游約2.5 km，天興島與廟臺(tái)溝之間無大的支流匯入，本次計(jì)算天興島處阿什河干流各頻率設(shè)計(jì)洪峰流量采用廟臺(tái)溝入口成果，10 a一遇洪峰流量為780 m3/s。

2.2 水利計(jì)算原理

本次分析天興島開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)圍堤工程對阿什河干流防洪的影響以及回水范圍。在《哈爾濱市阿什河干流道外香坊段防洪及河道整治工程可行性研究報(bào)告》基礎(chǔ)上［2］，以下游阿什河入松花江口斷面為起始控制斷面，向上游逐斷面按試算法遞推至阿城水文站為止，共計(jì)64 個(gè)計(jì)算斷面，全長約43 km。

表2 控制斷面設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果表

根據(jù)水面線計(jì)算采用簡化的穩(wěn)定非均勻流公式:

式中:Hs、Hx 分別為下斷面和上斷面水位，m;Q 為設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s;K 為上、下斷面平均流量模數(shù);L灘斷面間洪水間距，m。

流量模數(shù)按主槽和灘地分別計(jì)算，具體計(jì)算公式為:

式中:n主、n灘為主槽、灘地糙率;R主、R灘為主槽、灘地水力半徑;A主、A灘為主槽、灘地?cái)嗝婷娣e，m2;α、β為主槽、灘地?cái)嗝嫫?φ 為河道彎曲系數(shù);φ =L主/L灘;L主和L灘分別為主槽河道長度和灘地行洪長度。

2.3 水利計(jì)算分析成果

根據(jù)以上資料分析計(jì)算，天興島有圍堤、河道渠化以及建攔河壩之后設(shè)計(jì)水面線成果見表3。

天江島圍堤修建后雖然10 a一遇洪水位相應(yīng)過水?dāng)嗝鎸捠?24 m，但是由于主河槽加大，有效過水面積增加250 m2，增加比例16.9%，斷面平均流速減小0.08 m/s，20 a一遇洪水相應(yīng)過水?dāng)嗝鎸挾仁?75 m，有效的過水?dāng)嗝婷娣e增加124 m2，增加比例5%，斷面平均流速僅減小0.02 m/s。

表3 各頻率回水長度及水位成果表

3 結(jié) 論

按洪水水利計(jì)算成果分析，天興島圍堤建成的同時(shí)，島兩側(cè)的河道裁彎取直并渠化，大大拓寬了主河槽，增加了有效的過水面積。由于圍堤工程、河道渠化工程以及攔河壩工程的共同作用，洪水水位整體呈降低趨勢。

［1］中華人民共和國水利部.GB50201—94 防洪標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，1994.

［2］黑龍江水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.哈爾濱市阿什河干流道外香坊段防洪及河道整治工程可行性研究報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2013.