佳木斯城市防洪英格吐河口閘站建設構想

王貴孝，吳明官

( 黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

0 引 言

為了貫徹落實《中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定》( 中發［2011］1 號文)［1］和中央水利工作會議精神，即關于加快城市防洪排澇基礎設施建設的具體部署，水利部決定開展新一輪城市防洪規劃編制和修訂工作，并下發了《加強城市防洪規劃工作的指導意見》( 水規計［2011］649 號文)［2］，為此，黑龍江省水利廳組織黑龍江省水利水電勘測設計研究院等單位，正在進行哈爾濱市、齊齊哈爾市、佳木斯市、牡丹江市、大慶市等全國重點防洪城市的城市防洪規劃編制工作。

在這種情況下，筆者緊密結合佳木斯市城市防洪排水工程現狀及黑龍江省濱水城市建設及城區水系綜合治理規劃要求，特提出了佳木斯城市防洪英格吐河口閘站建設構想［3］。

1 河流概況

英格吐河是松花江右岸一級支流，流經佳木斯市城區西部，流域面積225 km2，主河道長度26 km，穿過紅旗路后匯入松花江，其中:四豐山水庫( 中型)壩址以上控制面積為88 km2，占全流域面積39%。

英格吐河( 河口稱三岔口) 斷面設計洪水，由經四豐山水庫調蓄后的下泄流量與四豐山水庫至三岔口區間洪水過程線疊加后求得。

英格吐河口—南湖段河道長度6.71 km，位于西部城區內。左右回水堤間距為150 ～280 m，主河槽寬度為10 ～30 m，兩側灘地寬度為140 ～250 m。

從英格吐河灘地高程來看，距河口1.0 km范圍內，地勢低洼，地面高程在77.8 ～81.3 m; 距河口1.0 ～7.0 km 河段，地勢平坦，地面高程在81.3 ～81.6 m;距河口7.0 km以上河段，灘地突然變陡，地面高程由81.6 m過渡到83.0 m以上。

2 英格吐河口閘站工程任務

英格吐河口閘站工程位于英格吐河下游左右回水堤之間，主要工程任務為擋外水( 松花江干流洪水) 和城市排水( 英格吐河洪水、城區澇水) ，還可以作為佳木斯市西城區與中心城區之間沿松花江景觀大道跨越英格吐河的交通樞紐。

3 英格吐河口閘站建設方案

在英格吐河流域內現有水利工程( 主要考慮四豐山水庫和英格吐河左右岸回水堤) 的基礎上，擬定如下的英格吐河口閘站建設方案。

方案1: 雙庫方案。即四豐山水庫( 已建) 和南湖水庫( 擬建) 方案或四豐山水庫( 已建) 和河口蓄滯洪區( 擬建) 方案。

方案2:多庫方案。即四豐山水庫( 已建) 、南湖水庫( 擬建) 、河口蓄滯洪區( 擬建) 方案。

3.1 雙庫方案

在充分利用現有中型水庫( 四豐山水庫) 的前提下，可建設南湖水庫或河口蓄滯洪區。由于現有四豐山水庫壩址處高程較高，所以南湖水庫或河口蓄滯洪區作為相對獨立的調蓄工程，因此，可采用單庫調洪方法，確定各自的工程規模。

3.2 多庫方案

仍然充分利用現有四豐山水庫調蓄作用的情況下，可建設南湖水庫和河口蓄滯洪區。由于南湖水庫和河口蓄滯洪區為串聯型蓄滯洪區，所以南湖水庫的出流與河口蓄滯洪區庫水位有著密切的聯系，用函數關系表示為:

由于f( H上，H下) 為淹沒出流的情況，故采用試算法來求解該函數關系。

式中: g 為南湖水庫的泄流量，m3/s; H上為南湖水庫庫水位，m: H下為河口蓄滯洪區末端( 又稱:庫尾) 水位，m; f( H上，H下) 表示南湖水庫的泄流量與南湖水庫庫水位H上、河口蓄滯洪區庫尾水位H下，具有密切的函數關系。

4 設計標準

4.1 南湖水庫

南湖水庫位于佳木斯市區南部的上游區，屬于小(1)型水庫，壩高＜15 m，上下游水頭差＜10 m，因此，按《防洪標準》GB 50201—94 規范中平原區確定設計洪水標準為20 ～50 a一遇，校核洪水標準為100 ～200 a一遇。

4.2 河口蓄滯洪區

河口蓄滯洪區位于南湖水庫下游的英格吐河匯入松花江口以上，屬于小( 1) 型蓄洪工程，壩高＜15 m，上下游水頭差＜10 m，因此，確定設計洪水標準為20 a一遇，校核洪水標準為100 a一遇。

該蓄滯洪區內英格吐河治理標準為10 a 一遇( 挖河標準) ，河口閘擋松花江洪水防洪標準為100 a一遇，泄洪閘自排標準取10 a一遇洪水，抽水泵站強排標準取3 ～5 a一遇洪水。

5 串聯蓄滯洪區調洪計算公式

串聯蓄滯洪區連續洪水調節計算，仍采用聯解水量平衡方程和下泄流量方程的方法。

5.1 南湖水庫

5.2 河口蓄滯洪區

式中: QA1、QA2為南湖水庫時段初末的入庫流量，m3/s; QB1、QB2為南湖水庫時段初末的出庫流量，也是河口蓄滯洪區時段初末的入庫流量，m3/s; QC1、QC2為河口蓄滯洪區時段初末的出庫流量，m3/s;△V1、△V 分別為南湖水庫、河口蓄滯洪區時段蓄變量; QB = f( H1，H2) 為南湖水庫出庫流量QB 是南湖水庫庫水位H1和河口蓄滯洪區庫尾水位H2的函數; QC = f( H`2，H3) 為河口蓄滯洪區出庫流量QC是河口蓄滯洪區壩前水位H`2和松花江干流水位H 3的函數;△t 為時段長。

備注:為了推求壅水建筑物下游的水位( H) ～流量( Q) 關系曲線，建議采用天然河道水面線計算方法，詳細的方法具體見吳明官編寫的《水文水資源論文匯編》中串聯滯洪區調洪計算成果即可。

6 串聯蓄滯洪區調洪方案

6.1 洪水系列法調洪計算

1) 四豐山水庫歷年洪水系列。根據暴雨—產流—匯流途徑，推求歷年各場次的洪水過程線Qij。

2) 四豐山水庫～南湖水庫區間歷年洪水系列。

同樣由暴雨—產流—匯流途徑，推求歷年各場次的洪水過程線Dij。

3) 四豐山水庫歷年泄流量系列。根據歷年Qij成果，按四豐山水庫調度原則進行洪水調節后，推求四豐山水庫歷年下泄流量過程線gij。

4) 河口蓄滯洪區下游松花江干流水位系列。根據佳木斯水文站實測水位資料，統計歷年各場次洪水過程線相應的水位Hij系列后，再根據松花江干流水面比降，推求出蓄滯洪區出口斷面水位H'ij。

5) 南湖水庫歷年入庫洪水系列。根據四豐山水庫歷年下泄流量過程線gij和四豐山水庫～南湖水庫區間歷年各場次的洪水過程線Dij，進行疊加后求得南湖水庫歷年入庫洪水過程線Q'ij。

6) 洪水系列法串聯蓄滯洪區調洪計算。根據上述推求的Q'ij、H'ij和串聯蓄滯洪區調洪計算方法，分別推求南湖水庫和河口蓄滯洪區的歷年庫水位、庫容、下泄流量系列。

然后，對庫水位系列進行頻率計算后，推求相應的設計和校核洪水位。

6.2 典型年法調洪計算

6.2.1 四豐山水庫設計洪水過程線

選擇最惡劣的洪水過程線作為典型，推求設計和校核洪水過程線。

6.2.2 四豐山水庫～南湖水庫區間設計洪水過程線

同樣采用典型年法，推求區間設計和校核洪水過程線。

6.2.3 四豐山水庫下泄流量過程線

四豐山水庫洪水調節后，可推求相應的設計和校核洪水的下泄流量過程線。

6.2.4 河口蓄滯洪區下游松花江干流水位

從佳木斯水文站實測水位資料中，對英格吐河防洪較不利的，而且相應南湖水庫壩址以上典型洪水時間的水位過程線作為典型洪水位。

6.2.5 南湖水庫設計洪水過程線

四豐山水庫～南湖水庫區間設計( 校核) 洪水過程線與四豐山水庫相應的設計( 校核) 洪水的下泄流量過程線疊加后，可推求南湖水庫入庫設計( 校核)洪水過程線。

6.2.6 典型年法串聯蓄滯洪區調洪計算

根據上述的南湖水庫設計( 校核) 洪水過程線和河口蓄滯洪區下游出口斷面典型洪水位和串聯蓄滯洪區調洪計算方法，推求南湖水庫和河口蓄滯洪區的設計( 校核) 庫水位、庫容、下泄流量。

6.3 采用成果

根據洪水系列法和典型年法串聯蓄滯洪區調洪計算成果，采用其中較切合實際且較惡劣的成果作為推薦方案。

7 串聯蓄滯洪區調度運用

7.1 河口蓄滯洪區

7.1.1 汛期洪水調度

每年進入汛期(7—8月) 后，若河口蓄滯洪區閘前庫水位高于下游松花江干流水位時，則河口閘站的泄洪閘全部開啟，按泄洪能力全力泄洪; 否則關閉泄洪閘后，若河口蓄滯洪區閘前庫水位高于5 a一遇洪水位，則開啟抽水泵站全力強排，同時要求河口蓄滯洪區庫水位始終保持在正常蓄水位( 又稱:景觀水位) 左右為好。

當河口蓄滯洪區閘前庫水位接近于城市排水標準10 a一遇洪水位時，蓄滯洪區內禁止游人行走，并要求泄洪閘和抽水泵站全力泄洪。

當河口蓄滯洪區閘前庫水位接近于20 a一遇設計洪水位時，在泄洪閘和抽水泵站全力泄洪的基礎上，適當增加臨時泵站協助強排。

當河口蓄滯洪區閘前庫水位接近于50 a一遇洪水位時，在泄洪閘和抽水泵站全力泄洪的基礎上，關閉上游南湖水庫泄洪閘后，盡量多增加臨時泵站全力強排，同時要求左回水堤( 西城區防洪標準P =2%) 加強巡堤檢查，并做好防洪搶險的準備工作。

當河口蓄滯洪區閘前庫水位接近于100 a一遇校核洪水位時，在采取上述綜合措施的基礎上，應動員左回水堤防洪保護區內西城區居民轉移的同時，全力進行防洪搶險工作，并要求右回水堤( 中心城區防洪標準P=1%) 加強巡堤檢查，同時做好防洪搶險的準備工作。

7.1.2 非汛期景觀用水調度運用

每年非汛期河口蓄滯洪區內的英格吐河主河槽，通過河口閘和各級混凝土自動翻板閘門，盡量保持正常的景觀水位，并根據南湖水庫的放流情況和英格吐河主河槽的換水需要，定期或不定期開啟河口閘門進行控制正常蓄水位，目的就是滿足英格吐河沿岸公園內的景觀用水要求。

7.2 南湖水庫

7.2.1 汛期洪水調度

每年進入汛期(7—8月份) 后，南湖水庫壩前庫水位嚴格控制在汛期限制水位附近，隨時準備攔蓄壩址以上洪水。

若南湖水庫壩上庫水位高于壩下河口蓄滯洪區庫尾水位和下游松花江干流水位時，則南湖水庫的泄洪閘全部開啟，全力泄洪，否則關閉泄洪閘，盡量多蓄洪，并減輕下游河口蓄滯洪區的防洪壓力。

若南湖水庫壩上庫水位明顯高于壩下河口蓄滯洪區庫尾水位，而且河口蓄滯洪區壩前水位又低于下游松花江干流水位時，則根據河口蓄滯洪區的防洪情況，適當泄放洪水。

當南湖水庫壩前庫水位和河口蓄滯洪區閘前庫水位接近于50 a一遇洪水位時，為了減輕下游河口蓄滯洪區( 含西城區和中心城區) 的防洪壓力，關閉南湖水庫泄洪閘，盡量多蓄洪和錯峰。

當南湖水庫壩前庫水位接近于100 a一遇洪水位時，仍關閉南湖水庫泄洪閘，繼續蓄洪和錯峰。

當南湖水庫壩前庫水位接近于200 a一遇校核洪水位時，為了確保南湖水庫本身的防洪安全，逐漸開啟泄洪閘，按過流能力全力泄洪。

7.2.2 興利調度運用

南湖水庫入庫流量，主要由四豐山水庫下泄流量、四豐山水庫～南湖水庫區間徑流量和松花江補水量組成。

根據佳木斯市城市水系綜合治理規劃的水量平衡成果可知，每年豐水期和平水期，可合理利用四豐山水庫和區間徑流量即可。當遭遇枯水期時，大多數情況下，需要松花江補水才能滿足城市水環境和景觀用水需求。

南湖水庫每年春季枯水期庫水位盡量保持在正常蓄水位附近，盡量少放流和少換水; 夏季豐水期庫水位控制在汛期限制水位附近，而且盡量多放流和常換水;秋季平水期庫水位盡量回蓄至正常蓄水位附近，經常換水。

7.3 四豐山水庫

嚴格按上級水行政主管部門批復的四豐山水庫調度原則，進行興利調度和防洪調度運用。下面簡單介紹四豐山水庫的概況。

四豐山水庫位于佳木斯市區西南部四豐村附近的英格吐河上游，距主城區6.0 km左右，壩址以上流域面積88 km2，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧旅游、水產養殖等綜合利用的中型水庫。

該水庫始建于1957年，近幾年消險加固工程已竣工，現有主體工程有攔河壩、豎井式溢洪道、取水塔和土質的非常溢洪道。該水庫設計洪水標準為50 a一遇，校核洪水標準為1 000 a一遇，現狀死水位為90.0 m，死庫容90 萬m3;正常蓄水位為94.3 m，相應庫容620 萬m3; 校核洪水位為96.56 m，校核總庫容1 274 萬m3。

四豐山水庫下游英格吐河兩岸已建堤防的防洪標準接近于10 a一遇洪水，經過該水庫調蓄后，可使下游城區段防洪標準可以提高至20 ～100 a一遇洪水。水庫設計水田灌溉面積460 hm2，水庫正常養魚水面面積2 000 hm2，多年平均產魚量12 萬kg/a。

該水庫攔河壩為均質土壩，壩頂高程97.52 m，壩頂長度780 m，最大壩高11.35 m，上、下游坡比分別為1∶3 及1∶2.5。壩頂設有防浪墻，長度820m，墻頂高程98.2m。正常溢洪道為豎井式，位于土壩東端，溢洪口近似喇叭形，直徑12 m，輸水隧洞斷面近似馬蹄形，寬1.5 m，洞身長142 m，全部為鋼筋混凝土結構。非常溢洪道位于土壩西端，由引水渠、自潰壩、挑流消能設施及尾水渠組成，全長950 m。輸水洞孔口尺寸為1.2m ×1.8m，設上、中、下3 孔閘門，閘底高程分別為91.9、90.2 、87.0 m。

［1］中華人民共和國國務院. 中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定［S］. 北京: 中華人民共和國國務院，2011.

［2］中華人民共和國水利部. 加強城市防洪規劃工作的指導意見［S］. 北京:中華人民共和國水利部，2011.

［3］佳木斯市水利勘測設計研究院，長江勘測規劃設計研究院上海分院. 黑龍江省濱水城市建設: 佳木斯城市水系綜合治理規劃報告［R］. 佳木斯:佳木斯市水利勘測設計研究院，上海:長江勘測規劃設計研究院上海分院，2011.