蜚克圖河防洪工程水面線推求淺析

王艷菊

(哈爾濱市水利規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，哈爾濱 150000)

0 引 言

我國作為世界上河流最多的國家之一，中小河流數(shù)量眾多、分布廣[1]，河道防洪安全問題一直是水利工作的重點之一。近年來，中小河流頻繁出現(xiàn)洪澇災(zāi)害，嚴(yán)重危及人民的生命和財產(chǎn)安全。因此，加強中小河流治理，完善中小河流的防洪減災(zāi)體系，提高防洪能力，對于保障人民群眾生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。

水面線是防洪工程設(shè)計的一個重要依據(jù)，它直接關(guān)系到工程規(guī)模和防洪安全，因此水面線計算結(jié)果是否合理至關(guān)重要。水面線推求前提是準(zhǔn)確計算設(shè)計保證率情況下洪峰流量，天然河道水面線推求應(yīng)充分考慮河道的地形地勢條件、河道現(xiàn)狀及已建工程、河道沖淤情況及植被覆蓋和護(hù)砌等。河道天然水面線成果能夠反映出河道的真實情況和工程需求，以此為前提進(jìn)行防洪工程規(guī)劃設(shè)計。防洪工程設(shè)計水面線推求時應(yīng)在天然河道基礎(chǔ)上，考慮工程建設(shè)后的情況，包括新建防洪和排水工程、河道寬度變化、兩岸護(hù)砌改變等等，盡可能準(zhǔn)確地推求設(shè)計水面線，為防洪工程設(shè)計提供科學(xué)合理的依據(jù)[3]。

本文結(jié)合蜚克圖河防洪工程水面線推求實例，分析水面線推求中遇到的問題及其解決方法。設(shè)計洪峰流量計算時，單站設(shè)計洪水采用二龍山水庫站洪水成果，控制斷面設(shè)計洪峰流量采用面積指數(shù)法計算。同時由于上游建有水庫，根據(jù)洪水地區(qū)組成綜合分析，采用區(qū)間為主、水庫相應(yīng)的地區(qū)洪水組合方案，演進(jìn)到防洪控制斷面與區(qū)間洪水疊加后，得到各防洪控制斷面設(shè)計洪水成果?，F(xiàn)狀水面線推求以河道實測斷面為準(zhǔn)，并進(jìn)行洪痕調(diào)查，通過率定確定合理的糙率，進(jìn)而推求現(xiàn)狀水面線。在防洪工程規(guī)劃設(shè)計方案基礎(chǔ)上，考慮河道變化情況，選取設(shè)計情況下糙率，推求設(shè)計水面線成果，為蜚克圖河防洪工程設(shè)計提供依據(jù)，對同類工程具有一定的參考價值。

1 工程概況

蜚克圖河為松花江中游右岸一級支流，發(fā)源于哈爾濱市賓縣吊水湖嶺的東北部丘陵地區(qū)，有暖河和陡咀子河兩源，兩河于二龍山水庫上游匯合后始稱蜚克圖河。蜚克圖河流經(jīng)賓縣的松江、平坊、新立、英杰、居仁、賓西、永和及糖坊等8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，河道全長124.4 km，流域面積1 057 km2，北抵松花江，南側(cè)、西側(cè)與阿什河隔山相望，東臨海浬洪河。行政區(qū)劃分屬哈爾濱市的賓縣與阿城區(qū)，賓西鎮(zhèn)以下河道右岸屬于哈爾濱市阿城區(qū)，賓縣境內(nèi)流域面積887.15 km2。

根據(jù)流域內(nèi)地形地勢，蜚克圖河分為上游、中游與下游3段。二龍山水庫壩址以上為上游，屬于山丘區(qū)，河道坡陡流急，平均坡度在0.83%左右，主要支流有暖河和陡咀子河；二龍山水庫壩址到賓西鎮(zhèn)為中游，屬于丘陵區(qū)，平均坡度在0.18%左右，主要支流有猞猁河、小猞猁河，分別從左岸匯入；賓西鎮(zhèn)以下為下游，多低丘和崗地，平均坡度為0.08%，無大支流匯入。

蜚克圖河河道坡陡、流急，但是在中游賓西鎮(zhèn)段河槽淺窄，兩岸為學(xué)校、村屯及企業(yè)，下泄洪水能力弱，一遇降雨集中就極易引發(fā)洪水出槽，淹沒兩岸學(xué)校及居民房屋。同時部分河段為河道凹岸，沿河塌岸也十分嚴(yán)重，直接威脅兩岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)村屯人民群眾的生命財產(chǎn)安全，因此必須加快蜚克圖河治理建設(shè)。

本次工程建設(shè)任務(wù)是城鎮(zhèn)和農(nóng)田防洪除澇，解決賓西鎮(zhèn)洪水威脅，提高防洪標(biāo)準(zhǔn)。為滿足河道行洪、河勢穩(wěn)定、防洪工程安全河道管理運用的要求，設(shè)計在現(xiàn)有河道基礎(chǔ)上疏浚拓寬，局部加高岸頂高程，保證20年一遇水位不出槽，同時對工程范圍內(nèi)的邊坡進(jìn)行襯砌，保證河岸安全。工程實施后，既可以提高賓西鎮(zhèn)兩岸的防洪標(biāo)準(zhǔn)，更好地保障兩岸人民的生命和財產(chǎn)安全，同時可以盡可能減少工程占地，降低工程施工難度。

2 設(shè)計洪水計算

2.1 單站設(shè)計洪水

二龍山水庫站具有1957-2019年共計63連續(xù)還原插補延長的洪峰系列，加入1924、1951-1956年歷史洪水組成不連續(xù)系列進(jìn)行頻率分析，洪水重現(xiàn)期取值為120年。采用P-III型理論頻率曲線，按矩法初估統(tǒng)計參數(shù)，取Cs=2.25Cv，適線確定均值、Cv值。水庫站設(shè)計洪水成果見表1。

表1 二龍山水庫站設(shè)計洪水成果表

2.2 控制斷面設(shè)計洪水

防洪控制斷面設(shè)計洪水依據(jù)二龍山水庫站設(shè)計洪水成果采用面積指數(shù)法計算。由于本工程段位于賓西鎮(zhèn)城鎮(zhèn)段，賓西鎮(zhèn)以下無較大支流匯入，故本次工程控制斷面選用賓西鎮(zhèn)控制斷面，設(shè)計洪水成果見表2。

表2 控制斷面設(shè)計洪峰流量成果表

2.3 洪水地區(qū)組成

由于蜚克圖河上游段建有二龍山水庫，本次分別計算水庫為主、區(qū)間相應(yīng)，以及區(qū)間為主、水庫相應(yīng)兩種洪水組合。通過比較發(fā)現(xiàn)，區(qū)間為主、水庫相應(yīng)的洪水組合對賓西鎮(zhèn)防洪影響不利，洪水成果相對于區(qū)間相應(yīng)、水庫為主的洪水組合要大20%～42%?？紤]到防洪安全，推薦采用區(qū)間為主、水庫相應(yīng)的地區(qū)洪水組合方案。采用水庫相應(yīng)下泄洪水過程，演進(jìn)到各防洪控制斷面與區(qū)間洪水疊加后，得到各防洪控制斷面設(shè)計洪水成果。見表3。

表3 防洪控制斷面洪水成果表(考慮水庫調(diào)節(jié)影響) /m3·s-1

3 水面線推求

3.1 基本資料及計算方法

根據(jù)洪澇災(zāi)害調(diào)查情況，蜚克圖河主要是對位于賓西鎮(zhèn)河段進(jìn)行防洪治理。自吳家屯橋至小猞猁河匯入口，考慮工程布置及本河段情況，本次水面線計算范圍為由小猞猁河匯入口下游約3.7 km處起推，至上游蜚克圖河吳家屯橋上斷面，長度8.7 km。

河道橫斷面圖采用2020年實測斷面，共計39個；縱斷面圖采用2020年實測圖，平面圖采用1∶10 000地形圖。

水面線計算方法采用簡化的穩(wěn)定非均勻流公式，橋梁壅水計算采用鐵三院橋梁壅水公式。

3.2 起推水位

由于資料等限制，本次起推水位以加測起始點河道斷面、延長計算河段的方法，來消除起始點水位對工程的影響，起始水位根據(jù)曼寧公式、按照水位流量關(guān)系曲線確定。起推水位成果見表4。

表4 蜚克圖河起推水位成果表

3.3 糙率率定

根據(jù)蜚克圖河實際植被情況和其他河流糙率分析成果進(jìn)行綜合分析，并通過對2020年特大洪水進(jìn)行分析，采用固定糙率分段扣洪痕點，糙率基本一致。本次采用各斷面河道平均糙率，最后確定河道主槽糙率為0.026，灘地糙率為0.078。

由于現(xiàn)狀河道斷面過窄，導(dǎo)致水面線偏高，兩岸學(xué)校、村屯及企業(yè)將被淹沒。在河道規(guī)劃情況下，通過多方案比選后，確定在現(xiàn)狀河道斷面基礎(chǔ)上，適當(dāng)拓寬河道，將河道斷面標(biāo)準(zhǔn)化，河底寬開挖至50 m，兩岸邊坡均為1∶2.0，兩岸做格賓護(hù)砌。同時，在岸坡以上建堤防，達(dá)到20年一遇洪水不出槽。根據(jù)規(guī)劃斷面形式及兩岸護(hù)砌形式，查相關(guān)規(guī)范并根據(jù)經(jīng)驗，選取規(guī)劃情況下主槽糙率0.033，灘地糙率0.078。

3.4 計算結(jié)果及合理性分析

根據(jù)設(shè)計洪峰流量、河道實測斷面、起推水位及糙率成果，推求蜚克圖河現(xiàn)狀水面線，成果見表5。蜚克圖河賓西城鎮(zhèn)段兩岸為學(xué)校、企業(yè)、村屯和耕地等，地勢較低，經(jīng)常遭洪水淹沒。規(guī)劃設(shè)計方案是以堤防為基礎(chǔ)，以二龍山水庫為骨干堤庫，結(jié)合防洪排水工程布局。在此基礎(chǔ)上，推求不同設(shè)計方案下的設(shè)計水面線，考慮不同方案的河道變化情況，包括河道寬度、新建橋梁、兩岸邊坡等等。經(jīng)過多方案比選，最終確定最優(yōu)設(shè)計方案及工程規(guī)模，設(shè)計水面線見表5。

根據(jù)現(xiàn)狀及設(shè)計水面線推求成果，設(shè)計水面線較現(xiàn)狀水面線降低幅度較大，主要河道斷面較現(xiàn)狀拓寬較大，因同時拆除部分阻水較大的橋梁所致。由洪水調(diào)查結(jié)果可知，蜚克圖橋、水泥廠橋和吳家屯橋橋址處2020年洪痕點高程分別為148.2、151.9和155.8 m，2020年洪水基本相當(dāng)于10年一遇。查洪水水面線，調(diào)查洪痕點和10年一遇水面線基本相當(dāng)，洪水水面線與調(diào)查洪痕點擬合較好，說明本次推求的水面線是合理的。

表5 水面線成果及對比表

續(xù)表5

4 結(jié) 語

在水利工程規(guī)劃設(shè)計中，水面線起到至關(guān)重要的作用。本文以蜚克圖河防洪工程水面線推求為實例，通過計算蜚克圖河控制斷面設(shè)計洪峰流量，推求了蜚克圖河現(xiàn)狀水面線。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)防洪規(guī)劃設(shè)計方案，推求蜚克圖河設(shè)計水面線。并對現(xiàn)狀和設(shè)計水面線進(jìn)行比較后，分析了水面線推求的合理性，為蜚克圖河防洪工程規(guī)劃設(shè)計提供依據(jù)，對類似項目工程設(shè)計提供參考借鑒。

結(jié)合實例分析可以看出，河道斷面、洪痕、植被情況、糙率等的正確選取，均是影響水面線推求精度的重要因素，而水面線推求結(jié)果決定了工程的設(shè)計方案和規(guī)模。因此，在防洪工程水面線推求過程中，要針對河道的實際情況和規(guī)劃設(shè)計的具體方案，綜合分析選取水面線推求各項參數(shù)，得到合理的水面線成果，才能為防洪工程設(shè)計提供科學(xué)合理的依據(jù)。