天兴岛围堤及天兴桥工程对阿什河的防洪影响分析

2015-03-27李婷

黑龙江水利科技 2015年12期

李婷

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

0 引言

哈尔滨市土地面积5.3 万km2，总人口980.4 万人，是我国东北北部政治、经济、文化中心，更是中国著名的历史、文化、旅游名城。不仅荟萃了北方少数民族的历史文化，而且融合了中西方的特色文化，享有“文化之都”、“音乐之都”之美誉，还有“冰城”、“天鹅项下的珍珠”以及“东方莫斯科”、“东方小巴黎”之美称。

目前哈尔滨市正在加速建设国际名城，“中兴”发展战略也在逐步实施，阿什河香坊道外区两岸也成为中部主城区环境的改造区和拓展区。两岸城镇化建设的逐步加快导致城镇人口聚集效应不断凸显，区域内经济持续稳定增长，对阿什河治理、开发与保护提出了更新的、更高的要求。因此，哈尔滨市委、市政府对实施阿什河整治提出了新的建设目标及要求，并在《哈尔滨市城市总体规划(2010—2020)》中将阿什河作为哈尔滨市生态框架的重要组成部分，明确把阿什河定位为哈尔滨市城市生态廊道。

1 基本资料

1.1 项目地理位置

哈尔滨市阿什河干流道外香坊段河道整治项目天兴岛围堤和天兴桥工程位于距阿什河入江口约15 km 处，上起三门杨家村东北，地理坐标为E126°51'，N45°42'，下至前许家屯东南，地理坐标为E126°50'，N45°43'，南北长约0.75 km，东西宽约0.64 km，面积约0.4 km2，岛内地面高程121.8 ～124.48 m，平均高程为123 m 左右。

1.2 项目建设性质

天兴岛围堤项目为新建项目，用途为非生产性建设项目。天兴岛属于自然形成的高地，本项目是通过围堤工程建设成一个滩岛，本项目的实施对于建设阿什河两岸的生态走廊，改善两岸的居住和人文环境、营造滨水景观，形成特色水系文化、最终实现保障行洪安全、改善生态、改善人居环境、提高城市品位和竞争力起着重要的作用。

1.3 工程设计规模

1.3.1 天兴岛围堤

天兴岛地处天兴湖内，规划打造为生态修复实验教育示范基地并兼顾旅游，规划天兴岛面积40 hm2，实验教育基地工作和旅游服务人员约200人。根据《防洪标准》(GB50201—94)第2.02 条［1］，该岛按乡村Ⅳ类设防，防洪标准为10 ～20 a一遇，本次取下限为10 a一遇防洪标准，堤防等级为5 级。天兴岛围堤长2.66 km。10 a 一遇设计洪峰流量为780 m3/s，设计水位123.60 ～124.30 m，设计围堤顶高程在125.40 ～125.70 m。

1.3.2 天兴桥

天兴岛上岛通过本次拟建的天兴桥，桥梁设计防洪标准为20 a一遇，梁底高程125.58 m。天兴桥桥位处阿什河20 a一遇设计，洪峰流量为1 050 m3/s，20 a一遇设计洪水位为124.39 m;10 a一遇设计洪峰流量为780 m3/s，10 a一遇设计洪水位为123.75 m。

天兴桥右岸与阿什河右岸规划张坊屯堤防于桩号ZF1+746.9 处平交，张坊屯堤防防洪标准为20 a一遇，交叉处设计堤顶高程为126.06 m;左岸与天兴岛围堤于桩号0+000 处平交，天兴岛围堤在与天兴桥交叉处局部加高，交叉处围堤加高后顶高程为126.36 m。天兴桥梁底高程125.58 m，高于天兴桥处阿什河20 a一遇洪水位1.19 m，高于10 a一遇洪水位1.83 m。

天兴桥共11 跨，跨度组合为10×20 m+10 m，桥梁总长210 m，桥梁上部为预制空心板梁，桥面宽8.0 m，净宽7.4 m，桥面纵向与两岸道路连接坡度为3%，横向双面排水，坡度1.5%，基础采用钻孔灌注桩。

新建天兴桥与阿什河右岸堤防平交，与堤防迎水面采用土台傍宽，土台长20 m，宽10 m，为便于衔接，土台设计高度同堤防高;土台结构形式为土堤，考虑到桩落在堤防迎水面堤脚附近，削弱了斜坡段的防渗效果，因此拟定土台宽10 m。

2 防洪影响分析

2.1 水文分析

阿什河是松花江右岸的一级支流，干流流向由南至北，其中流经阿城市区并在哈尔滨市城区东郊汇入松花江。阿什河干流上游有帽儿山水文站，控制流域面积为183 km2;中游有马鞍山水位站，控制流域面积1629 km2;干流下游有阿城水文站，控制流域面积2313 km2。阿什河干流主要测站分布见图1。阿什河干流主要测站水文系列情况见表1。

图1 阿什河流域主要测站分布图

表1 阿什河流域主要测站水文系列表

该控制断面位于西泉眼水库的下游，故西泉眼水库控泄会直接影响下游控制断面的设计洪水。阿什河下游控制断面设计洪峰流量的计算主要分为两种情况，即区间为主水库相应以及区间相应水库为主，最后采用成果为两种情况中洪峰流量较大者。该设计成果在《西泉眼灌区设计》、《阿什河阿城段治理》、《哈佳客运专线防洪评价》等项目中采用并均已得到批复，故本次计算直接采用。

天兴岛位于阿什河干流庙台沟和信义沟汇入口之间，信义沟口上游约7.6 km，庙台沟汇入口下游约2.5 km，天兴岛与庙台沟之间无大的支流汇入，本次计算天兴岛处阿什河干流各频率设计洪峰流量采用庙台沟入口成果，10 a一遇洪峰流量为780 m3/s。

2.2 水利计算原理

本次分析天兴岛开发建设项目建设围堤工程对阿什河干流防洪的影响以及回水范围。在《哈尔滨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报告》基础上［2］，以下游阿什河入松花江口断面为起始控制断面，向上游逐断面按试算法递推至阿城水文站为止，共计64 个计算断面，全长约43 km。

表2 控制断面设计洪峰流量计算成果表

根据水面线计算采用简化的稳定非均匀流公式:

式中:Hs、Hx 分别为下断面和上断面水位，m;Q 为设计洪峰流量，m3/s;K 为上、下断面平均流量模数;L滩断面间洪水间距，m。

流量模数按主槽和滩地分别计算，具体计算公式为:

式中:n主、n滩为主槽、滩地糙率;R主、R滩为主槽、滩地水力半径;A主、A滩为主槽、滩地断面面积，m2;α、β为主槽、滩地断面偏角;φ 为河道弯曲系数;φ =L主/L滩;L主和L滩分别为主槽河道长度和滩地行洪长度。

2.3 水利计算分析成果

根据以上资料分析计算，天兴岛有围堤、河道渠化以及建拦河坝之后设计水面线成果见表3。

天江岛围堤修建后虽然10 a一遇洪水位相应过水断面宽束窄224 m，但是由于主河槽加大，有效过水面积增加250 m2，增加比例16.9%，断面平均流速减小0.08 m/s，20 a一遇洪水相应过水断面宽度束窄875 m，有效的过水断面面积增加124 m2，增加比例5%，断面平均流速仅减小0.02 m/s。