太陽島西區堤防工程建設對行洪的影響

金麗波，石文春，楊鴻剛

(1.綏化農墾振寰水利工程有限責任公司，黑龍江綏化152241;2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 太陽島西區堤防概況

太陽島西區堤防工程位于哈爾濱市松花江北岸灘地，是哈爾濱城市防洪工程的重要組成部分，工程建設可對市區大洪水合理分流，有利于三橋擴孔后大洪水宣泄，可保護哈黑公路及月亮灣、上塢地區，還可保護大片寶貴土地用以建設太陽島風景名勝區以冰雪活動為主的生態園林公園，故西區堤防建設是完全必要的。

太陽島西區堤防工程主要包括堤防、護岸、魚咀護灘、固灘、排水閘站5個部分，施工期為2 a。堤防上、下游端20 a一遇洪水位為120.32～119.95 m，堤頂高程為121.50 m，堤防總長4 536 m，堤內面積249 hm2，按3級堤防設計。

考慮堤防邊坡的穩定和堤基、堤身的滲透穩定以及防汛搶險和城市建設景觀的多功能需求，堤防設計頂寬12 m，迎水面邊坡1∶3，背水面邊坡1∶4，堤頂設瀝青混凝土路面，迎水坡為干砌石護坡，背水坡為草皮護坡。

2 堤線布置要求

1)圍堤前端位置，將影響松花江南北分流，在大洪水情況下，其分流比應與下游泄流能力相應，且應保持水流平順通暢。

2)臨主江道的圍堤走向要有利于維護中低水河槽的穩定性。

3)為了不影響二水源引水，與二水源相對的南側堤應有一段與主江道岸線平行。

4)圍堤與二水源及群力堤要有合理的堤距，保持大于下游公路橋的過流能力。

5)中低水航道要有安全的過橋夾角，主流向應與公路橋正交。

3 堤線方案選定

在可行性研究階段對太陽島西區堤防按圍島的面積大、中、小設計了3個方案，進行了方案比選。選定方案1圍堤工程量及投資最少，對行洪影響最小，分流作用稍差。但少占灘地，少改變江道現有面貌，故確定采用該方案。

堤線東從月亮灣堤與哈黑公路路堤接頭的對應點起，坐標x為5071991、y為42543287，堤線沿金水河河岸方向上行，略呈東北～西南向，至樁號1+127處以半徑為415 m的圓弧向南拐，沿崗地西側及串溝東岸向南，最西端點樁號1+635，再以半徑為550 m的圓弧拐向東南，堤線至樁號2+354后與主江道平行向東，在公路大橋橋頭北端160 m處與路堤相接，坐標x為5070661、y為42544557，路東即上塢堤起點為止。堤線走向見圖1。

圖1 太陽島西區堤防工程堤線布置圖

4 工程建設對行洪的影響分析

4.1 南京水科院的試驗

1996～1998年南京水科院對松花江哈爾濱市城區段進行了江道河工模型試驗，先后提出了《哈爾濱防洪總體布局方案試驗研究》、《哈爾濱市防洪總體布局方案定床補充試驗研究》等報告。

通過試驗說明哈爾濱市城市防洪工程總體方案合理，在滿足防洪要求的前提下，統一協調了防洪、航運、環境和城市建設用地的諸方面要求。

關于太陽島西區堤防的試驗結果是:西區工程建在公路上游河灘地上，改變了江道洪水的邊界條件，縮小了行洪斷面面積，使洪水位有壅高現象，但壅高幅度不大，實際上相當公路路堤壅水向西延伸，對于試驗方案50 a和100 a一遇的洪水分別壅高5 cm和3 cm，且壅高值隨流量的增加而減小;工程段流場略有變化，但幅度也較小。

4.2 中國水科院的計算

1998年10月中國水利水電科學研究院采用不規則網格二維非恒定流數值計算模型，根據計算區域內的地形、道路、堤防走勢及不同地區的水流形態，采用了三邊形、四邊形和五邊形等不規則網格。在計算通道類型上分為河道、灘地、有缺口堤型阻水建筑物、無缺口堤型阻水建筑物4類，以便對基本方程采用不同的簡化方式，保證精度。計算域共劃分為760個計算網格，時間步長Δt=3 s。糙率系數n主槽取0.024、灘地取 0.06。

計算結果為:西區建堤后，調整了南、北汊分流比，使南岸水位增加2～4 cm，北岸降低2～3 cm，南側流速略增加。總的看西區建堤并不影響行洪，而有利于水勢調整。西區建堤壅高值不大，對水位影響的差別很小。

4.3 堤防初步設計階段分析計算

松花江哈爾濱市城區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數個江汊，過一水源后主江道折向南行，又急拐向東過哈黑公路主橋和濱洲鐵路橋。

哈黑公路路堤阻擋了過灘洪水，部分洪水通過副橋金河橋下泄，這部分水流現分別在太陽島東區堤防兩側向南流，與主江道匯合。現濱洲、濱北兩鐵路橋已在松花江北側擴孔建新橋，哈黑公路完成了北側擴孔，加寬路堤且抬高路面高程。為保證航運，中小水仍走主江道，已在濱洲鐵路擴孔橋下游側設大頂子山航電樞紐控制性工程。為充分發揮擴孔橋的泄洪作用，已在月亮灣、太陽島北側的灘地上開挖泄洪渠。這樣中小水情況下鐵路擴孔橋不過流，而大洪水情況下充分泄洪，城區段的松花江將形成南北平行的兩股水流，南支即現主江道，約宣泄全江2/3的洪水流量，北支約宣泄全江1/3的洪水流量。

初設階段水面線計算采用簡化的穩定非均勻流公式，河道橫斷面圖直接采用1999年施測的松花江流域防洪規劃成果，共計50個斷面。設計水面線斷面數據在規劃數據基礎上考慮西區圍堤建設后對過水斷面的影響，對松哈加4斷面數據進行修改。經計算，太陽島西區圍堤對松花江干流洪水位產生一定壅高影響，工程所在位置松CS哈加4斷面壅高2 cm，壅高峰值出現在松CS哈加3斷面，為4 cm。壅高產生的回水殲滅點為松CS26斷面，回水影響長度為39.9 km。

5 結論

綜合南京水科院的河工模型試驗、中國水科院的數學模型計算及堤防初步設計階段的分析計算可知，太陽島西區堤防建設壅水高度很小，50 a和100 a一遇洪水僅分別壅高水位4 cm和2 cm。壅高值在允許范圍內，總體來看工程的建設并不影響行洪，而有利于水勢調整，同時可保護大片寶貴的土地用以建設生態園林公園。

［1］黑龍江省水利水電勘測設計研究院.哈爾濱市城市防洪太陽島西區堤防工程初步設計報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2004.