太阳岛西区堤防工程建设对行洪的影响

2011-08-13金丽波石文春杨鸿刚

黑龙江水利科技 2011年4期

金丽波，石文春，杨鸿刚

(1.绥化农垦振寰水利工程有限责任公司，黑龙江绥化152241;2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 太阳岛西区堤防概况

太阳岛西区堤防工程位于哈尔滨市松花江北岸滩地，是哈尔滨城市防洪工程的重要组成部分，工程建设可对市区大洪水合理分流，有利于三桥扩孔后大洪水宣泄，可保护哈黑公路及月亮湾、上坞地区，还可保护大片宝贵土地用以建设太阳岛风景名胜区以冰雪活动为主的生态园林公园，故西区堤防建设是完全必要的。

太阳岛西区堤防工程主要包括堤防、护岸、鱼咀护滩、固滩、排水闸站5个部分，施工期为2 a。堤防上、下游端20 a一遇洪水位为120.32～119.95 m，堤顶高程为121.50 m，堤防总长4 536 m，堤内面积249 hm2，按3级堤防设计。

考虑堤防边坡的稳定和堤基、堤身的渗透稳定以及防汛抢险和城市建设景观的多功能需求，堤防设计顶宽12 m，迎水面边坡1∶3，背水面边坡1∶4，堤顶设沥青混凝土路面，迎水坡为干砌石护坡，背水坡为草皮护坡。

2 堤线布置要求

1)围堤前端位置，将影响松花江南北分流，在大洪水情况下，其分流比应与下游泄流能力相应，且应保持水流平顺通畅。

2)临主江道的围堤走向要有利于维护中低水河槽的稳定性。

3)为了不影响二水源引水，与二水源相对的南侧堤应有一段与主江道岸线平行。

4)围堤与二水源及群力堤要有合理的堤距，保持大于下游公路桥的过流能力。

5)中低水航道要有安全的过桥夹角，主流向应与公路桥正交。

3 堤线方案选定

在可行性研究阶段对太阳岛西区堤防按围岛的面积大、中、小设计了3个方案，进行了方案比选。选定方案1围堤工程量及投资最少，对行洪影响最小，分流作用稍差。但少占滩地，少改变江道现有面貌，故确定采用该方案。

堤线东从月亮湾堤与哈黑公路路堤接头的对应点起，坐标x为5071991、y为42543287，堤线沿金水河河岸方向上行，略呈东北～西南向，至桩号1+127处以半径为415 m的圆弧向南拐，沿岗地西侧及串沟东岸向南，最西端点桩号1+635，再以半径为550 m的圆弧拐向东南，堤线至桩号2+354后与主江道平行向东，在公路大桥桥头北端160 m处与路堤相接，坐标x为5070661、y为42544557，路东即上坞堤起点为止。堤线走向见图1。

图1 太阳岛西区堤防工程堤线布置图

4 工程建设对行洪的影响分析

4.1 南京水科院的试验

1996～1998年南京水科院对松花江哈尔滨市城区段进行了江道河工模型试验，先后提出了《哈尔滨防洪总体布局方案试验研究》、《哈尔滨市防洪总体布局方案定床补充试验研究》等报告。

通过试验说明哈尔滨市城市防洪工程总体方案合理，在满足防洪要求的前提下，统一协调了防洪、航运、环境和城市建设用地的诸方面要求。

关于太阳岛西区堤防的试验结果是:西区工程建在公路上游河滩地上，改变了江道洪水的边界条件，缩小了行洪断面面积，使洪水位有壅高现象，但壅高幅度不大，实际上相当公路路堤壅水向西延伸，对于试验方案50 a和100 a一遇的洪水分别壅高5 cm和3 cm，且壅高值随流量的增加而减小;工程段流场略有变化，但幅度也较小。

4.2 中国水科院的计算

1998年10月中国水利水电科学研究院采用不规则网格二维非恒定流数值计算模型，根据计算区域内的地形、道路、堤防走势及不同地区的水流形态，采用了三边形、四边形和五边形等不规则网格。在计算通道类型上分为河道、滩地、有缺口堤型阻水建筑物、无缺口堤型阻水建筑物4类，以便对基本方程采用不同的简化方式，保证精度。计算域共划分为760个计算网格，时间步长Δt=3 s。糙率系数n主槽取0.024、滩地取 0.06。

计算结果为:西区建堤后，调整了南、北汊分流比，使南岸水位增加2～4 cm，北岸降低2～3 cm，南侧流速略增加。总的看西区建堤并不影响行洪，而有利于水势调整。西区建堤壅高值不大，对水位影响的差别很小。

4.3 堤防初步设计阶段分析计算

松花江哈尔滨市城区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数个江汊，过一水源后主江道折向南行，又急拐向东过哈黑公路主桥和滨洲铁路桥。

哈黑公路路堤阻挡了过滩洪水，部分洪水通过副桥金河桥下泄，这部分水流现分别在太阳岛东区堤防两侧向南流，与主江道汇合。现滨洲、滨北两铁路桥已在松花江北侧扩孔建新桥，哈黑公路完成了北侧扩孔，加宽路堤且抬高路面高程。为保证航运，中小水仍走主江道，已在滨洲铁路扩孔桥下游侧设大顶子山航电枢纽控制性工程。为充分发挥扩孔桥的泄洪作用，已在月亮湾、太阳岛北侧的滩地上开挖泄洪渠。这样中小水情况下铁路扩孔桥不过流，而大洪水情况下充分泄洪，城区段的松花江将形成南北平行的两股水流，南支即现主江道，约宣泄全江2/3的洪水流量，北支约宣泄全江1/3的洪水流量。

初设阶段水面线计算采用简化的稳定非均匀流公式，河道横断面图直接采用1999年施测的松花江流域防洪规划成果，共计50个断面。设计水面线断面数据在规划数据基础上考虑西区围堤建设后对过水断面的影响，对松哈加4断面数据进行修改。经计算，太阳岛西区围堤对松花江干流洪水位产生一定壅高影响，工程所在位置松CS哈加4断面壅高2 cm，壅高峰值出现在松CS哈加3断面，为4 cm。壅高产生的回水歼灭点为松CS26断面，回水影响长度为39.9 km。