图鲁水电站工程对珲春河干流防洪的影响

周志刚，李晓军，马向东

（1.珲春市水利勘测设计队，吉林珲春 133300；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

1 工程概况

图鲁水电站工程位于珲春市珲春河干流新明大桥下游500 m处，工程于2009年实施建设，目前工程主体基本完工。为了明确新建图鲁水电站工程对珲春河的防洪影响，保证干流河道防洪安全，需对原有图鲁拦河坝与新建图鲁水电站工程，对珲春河防洪影响进行对比研究，以研究确定新建图鲁水电站工程对珲春河防洪影响，为珲春河防洪决策提供技术支撑。

图鲁水电站建筑物主要由拦河坝与河床式水电站等构成。水电站布置在图鲁拦河坝工程的左岸，为河床式水电站，工程等别为V等小（2）型，主要工程建筑物为5级。拦河坝闸为合页翻板闸，拦河坝正常蓄水位33.5 m，死水位31.43 m，设计洪水位32.58 m（20年一遇洪水），校核洪水位33.86 m（50年一遇洪水），总库容142万m3。

2 防洪运行要求

珲春河老龙口水库坝址以下河段两岸均建有堤防，按保护对象分为城区段堤防与乡村段堤防，城区段堤防位于珲春河支流骆驼河河口至车大人沟河口，除城区段堤防外均为乡村段堤防，城区段堤防与乡村段堤防各自连成一体。根据《吉林省珲春市珲春河流域规划报告》（吉政函（1991）260号批复）规划成果，珲春市城市防洪标准规划水平年为50年一遇，乡村防洪标准为20年一遇。

图鲁水电站工程，是珲春河干流老龙口以下河段已建及在建工程中最末一级水利枢纽，具有发电、灌溉、景观等多功能的综合利用功能。工程在老龙口以下河段防洪体系中为从属地位，其防洪调度的原则是：当发生20年一遇以上的洪水时，电站停止发电，泄洪设备（合页闸与排沙闸）全部开启，按最大泄流能力行洪。电站防洪调度服从于区域防洪体系总体安排与要求。

3 水面线计算

3.1 计算方法

河道水面线计算采用恒定非均匀流公式，利用Excel VBA为编程语言，利用计算机分段试算法计算。公式如下：

式中：Z1，Z2——计算河段上、下游相邻断面的水位，m；x1，x2——上、下游过水断面湿周，m；A1，A2——上、下游过水断面面积，m2；v1，v2——上、下游断面的水流流速，m/s；α，ζ——平均流速水头系数和局部阻力系数；Q——河段过流量，m3/s；△L——上、下游断面间距，m；n——河段糙率。

实际计算中将局部水头损失的影响综合到糙率系数中。

3.2 计算边界条件

1）河道断面。这次防洪影响分析计算范围是老龙口水库坝址至珲春河河口河段，计算河段长度约为46.45 km。河道断面资料全部采用珲春市水务局测量队2016年12月实测成果，计算河段共计94个断面。

2）糙率采用。根据以往工作基础资料，珲春河水面线计算采用分主槽、边滩的计算方法，糙率分别采用。为保持分析研究的一致性，这次珲春河水面线计算采用糙率沿用以往工作采用成果，即主河床河底采用0.035，无作物边滩采用0.04，高杆作物边摊采用0.065。

3）起始水位。珲春河为图们江的一级支流，支流河口起始水位通常有两种方法：一种是分析干支流洪水遭遇情况，按照洪水遭遇分析成果确定起始水位；另一种是采用干支流洪水同频遭遇情况，确定起始水位。

考虑珲春市防洪安全的重要性，这次水面线计算起始水位采用图们江与珲春河发生同频率洪水时图们江水位，根据《图们江下游段（中国侧）流域规划报告》中防洪规划成果，珲春河口上游图们江珲32号断面相应5%、2%频率洪水位分别为26.91 m、28.15 m。

4）河段计算流量。河段计算流量采用吉林省水利水电勘测设计研究院编制的《珲春市珲春河水文分析及调洪计算报告》成果，洪峰流量考虑老龙口水库放流与区间组合，珲春水文站控制断面50年一遇洪峰流量2 980 m3/s，该项目各河段组合洪水详见表1。

表1 各河段组合洪水成果表m3/s

5）拦河建筑物断面处理及壅水计算。自老龙口水库至珲春河口共有7座桥梁、4座拦河坝电站。

拦河坝按照发生洪水时实际过水断面形状进行断面概化，并使断面水位等于工程相应设计水位。

桥梁依据铁三院壅水计算公式，进行壅水计算。公式如下：

其中：b——桥墩间净宽，单位为m；B——无桥墩时的截面宽度，单位为m；h3——天然河道正常水深；δ——壅水系数，当水流紊动作用较大或需要考虑偏安全的情况时，取0.1，否则取0.05，这次计算均采用0.1。

4 成果及分析

4.1 计算成果及分析

按上述计算方法、公式及计算条件，推求水面线，计算成果见表2。

表2 水面线计算成果表（P=2%）m

通过新建图鲁水电站与原图鲁拦河坝水面线成果比较，图鲁水电站坝址至原图鲁拦河坝约160 m范围内，水位最大抬高0.45 m，水位平均抬高0.4 m；原图鲁拦河坝以上1 640 m范围内，图鲁水电站水面线低于原图鲁拦河坝水面线，其中原图鲁拦河坝至新明大桥水位差为0.18～0.08 m，新明大桥上游1 300 m范围内水位差0.03 m。

通过新建图鲁水电站水面线成果与左右岸堤防堤顶高程比较，水面线成果均低于左右岸堤防堤顶高程，其中低于左岸堤防高程差在3.6～10.28 m之间，低于右岸高程差在2.1～8.38 m之间，均符合堤防2.0 m安全超高要求，满足本段河道的防洪要求。

4.2 计算成果验证

2016年珲春河发生了较大洪水，经洪水频率推算，该场洪水接近20年一遇，2016年12月，对该场洪水收集了珲春水文站实测资料及计算河段的洪痕调查资料。根据2016年洪水洪峰流量（1 300 m3/s），采用实测断面，推算2016年洪水水面线，经与收集的2016年控制站水位和调查的洪痕比较，水位基本吻合，河道综合糙率约为0.041。

这次采用的河底糙率为0.035、边摊糙率为0.065，综合糙率为0.042，与2016年洪水推求的河道综合糙率比较接近，说明水面线计算采用的糙率是合理的，设计水面线成果具有一定的可靠性。

5 项目对防洪的影响分析

5.1 对河道行洪能力的影响

通过新建图鲁水电站与原图鲁拦河坝河道水面线成果比较可知，新建图鲁水电站至原图鲁拦河坝，50年一遇洪水，水位抬高最大值0.45 m，平均抬高0.4 m，该段河道行洪能力略有影响；原图鲁拦河坝以上1 640 m范围内，50年一遇洪水，新建图鲁水电站水面线低于原图鲁拦河坝水面线，水位差0.03～0.18 m，水位平均降低0.09 m，同原图鲁拦河坝相比，新建图鲁水电站建设未恶化原图鲁拦河坝以上河道行洪能力，且行洪条件有所改善，该段河道行洪能力基本不受新建图鲁水电站建设影响。

5.2 对防洪工程设施的影响

新建图鲁水电站工程坝址以上为城区段河道，河道两岸堤防为二级堤防，按规范要求计算的堤防超高及现状堤防超可知，图鲁水电站回水范围内河段两岸现状堤防超高均高于计算堤防超高。

50年一遇洪水，新建图鲁水电站至原图鲁拦河坝水位抬高最大值0.45 m，平均抬高0.4 m，尽管现状堤防超高均高于计算的堤防超高，但该段河道现状行洪能力略有影响，该影响可通过对现状堤防的加高培厚等工程措施予以消除。

5.3 对水利设施及跨河建筑物的影响

1）水利设施。新建图鲁水电站上游160 m处左岸取水闸将在电站建成蓄水后继续保留使用，推算水位接近原设计灌溉水位，对灌区灌溉取水无不利影响。

2）跨河建筑物。新建图鲁水电站上游500 m处跨河建筑物为新明大桥，50年一遇洪水，新建图鲁水电站回水长度0.40 km，新明大桥位于回水范围外，库区回水对新明大桥基本不造成影响。

5.4 对河势的影响

通过这次防洪影响分析与新建图鲁水电站工程原防洪评价成果的对比，图鲁水电站工程在防洪标准（50年一遇）、泄洪设施布置与规模、泄洪能力、防冲设施、洪水调度原则等方面均没有变化。图鲁水电站设计时对下游已采取了防冲工程措施，基本满足河势稳定要求。

6 结语

1）该工程利用2016年实测洪水资料及和调查的洪痕对糙率进行率定，建立了与珲春河干流现状拟合较好的数学模型，并分析了沿途各个桥梁设计工况下的上游壅水情况，水面线计算成果的合理，可作为防洪影响分析的技术依据。

2）通过珲春河原图鲁拦河坝及新建图鲁水电站工程后水面线计算成果对比分析，工程建成后仅对图鲁水电站坝址以上局部河道水位产生影响，原图鲁拦河坝以上1640 m范围内，图鲁水电站水面线低于老图鲁拦河坝水面线，同原图鲁拦河坝相比，图鲁水电站建设未恶化该段河道行洪能力，该段河道行洪能力基本不受图鲁水电站建设影响。

3）通过新建图鲁水电站水面线成果与左右岸堤防堤顶高程比较，水面线成果均低于左右岸堤防堤顶高程，满足堤防2.0 m安全超高要求，基本不会对该段河道的防洪产生影响。

4）通过对珲春河防洪工程、水利设施、跨河建筑物及河势的影响分析，基本不受工程建设影响，满足工程建设防洪要求。

［1］吴持恭.水力学［M］.北京：高等教育出版社，2008，1.

［2］电力工业部成都勘测设计院.水能设计.北京：电力出版社，1981.

［3］铁道部第三勘测设计院.铁路工程设计技术手册桥渡水文.北京：中国铁道部出版社，1993.