蜚克圖河防洪工程水面線推求淺析

王艷菊

(哈爾濱市水利規劃設計研究院有限公司，哈爾濱 150000)

0 引 言

我國作為世界上河流最多的國家之一，中小河流數量眾多、分布廣[1]，河道防洪安全問題一直是水利工作的重點之一。近年來，中小河流頻繁出現洪澇災害，嚴重危及人民的生命和財產安全。因此，加強中小河流治理，完善中小河流的防洪減災體系，提高防洪能力，對于保障人民群眾生命財產安全和經濟社會可持續發展具有重要意義[2]。

水面線是防洪工程設計的一個重要依據，它直接關系到工程規模和防洪安全，因此水面線計算結果是否合理至關重要。水面線推求前提是準確計算設計保證率情況下洪峰流量，天然河道水面線推求應充分考慮河道的地形地勢條件、河道現狀及已建工程、河道沖淤情況及植被覆蓋和護砌等。河道天然水面線成果能夠反映出河道的真實情況和工程需求，以此為前提進行防洪工程規劃設計。防洪工程設計水面線推求時應在天然河道基礎上，考慮工程建設后的情況，包括新建防洪和排水工程、河道寬度變化、兩岸護砌改變等等，盡可能準確地推求設計水面線，為防洪工程設計提供科學合理的依據[3]。

本文結合蜚克圖河防洪工程水面線推求實例，分析水面線推求中遇到的問題及其解決方法。設計洪峰流量計算時，單站設計洪水采用二龍山水庫站洪水成果，控制斷面設計洪峰流量采用面積指數法計算。同時由于上游建有水庫，根據洪水地區組成綜合分析，采用區間為主、水庫相應的地區洪水組合方案，演進到防洪控制斷面與區間洪水疊加后，得到各防洪控制斷面設計洪水成果。現狀水面線推求以河道實測斷面為準，并進行洪痕調查，通過率定確定合理的糙率，進而推求現狀水面線。在防洪工程規劃設計方案基礎上，考慮河道變化情況，選取設計情況下糙率，推求設計水面線成果，為蜚克圖河防洪工程設計提供依據，對同類工程具有一定的參考價值。

1 工程概況

蜚克圖河為松花江中游右岸一級支流，發源于哈爾濱市賓縣吊水湖嶺的東北部丘陵地區，有暖河和陡咀子河兩源，兩河于二龍山水庫上游匯合后始稱蜚克圖河。蜚克圖河流經賓縣的松江、平坊、新立、英杰、居仁、賓西、永和及糖坊等8個鄉鎮，河道全長124.4 km，流域面積1 057 km2，北抵松花江，南側、西側與阿什河隔山相望，東臨海浬洪河。行政區劃分屬哈爾濱市的賓縣與阿城區，賓西鎮以下河道右岸屬于哈爾濱市阿城區，賓縣境內流域面積887.15 km2。

根據流域內地形地勢，蜚克圖河分為上游、中游與下游3段。二龍山水庫壩址以上為上游，屬于山丘區，河道坡陡流急，平均坡度在0.83%左右，主要支流有暖河和陡咀子河；二龍山水庫壩址到賓西鎮為中游，屬于丘陵區，平均坡度在0.18%左右，主要支流有猞猁河、小猞猁河，分別從左岸匯入；賓西鎮以下為下游，多低丘和崗地，平均坡度為0.08%，無大支流匯入。

蜚克圖河河道坡陡、流急，但是在中游賓西鎮段河槽淺窄，兩岸為學校、村屯及企業，下泄洪水能力弱，一遇降雨集中就極易引發洪水出槽，淹沒兩岸學校及居民房屋。同時部分河段為河道凹岸，沿河塌岸也十分嚴重，直接威脅兩岸鄉鎮村屯人民群眾的生命財產安全，因此必須加快蜚克圖河治理建設。

本次工程建設任務是城鎮和農田防洪除澇，解決賓西鎮洪水威脅，提高防洪標準。為滿足河道行洪、河勢穩定、防洪工程安全河道管理運用的要求，設計在現有河道基礎上疏浚拓寬，局部加高岸頂高程，保證20年一遇水位不出槽，同時對工程范圍內的邊坡進行襯砌，保證河岸安全。工程實施后，既可以提高賓西鎮兩岸的防洪標準，更好地保障兩岸人民的生命和財產安全，同時可以盡可能減少工程占地，降低工程施工難度。

2 設計洪水計算

2.1 單站設計洪水

二龍山水庫站具有1957-2019年共計63連續還原插補延長的洪峰系列，加入1924、1951-1956年歷史洪水組成不連續系列進行頻率分析，洪水重現期取值為120年。采用P-III型理論頻率曲線，按矩法初估統計參數，取Cs=2.25Cv，適線確定均值、Cv值。水庫站設計洪水成果見表1。

表1 二龍山水庫站設計洪水成果表

2.2 控制斷面設計洪水

防洪控制斷面設計洪水依據二龍山水庫站設計洪水成果采用面積指數法計算。由于本工程段位于賓西鎮城鎮段，賓西鎮以下無較大支流匯入，故本次工程控制斷面選用賓西鎮控制斷面，設計洪水成果見表2。

表2 控制斷面設計洪峰流量成果表

2.3 洪水地區組成

由于蜚克圖河上游段建有二龍山水庫，本次分別計算水庫為主、區間相應，以及區間為主、水庫相應兩種洪水組合。通過比較發現，區間為主、水庫相應的洪水組合對賓西鎮防洪影響不利，洪水成果相對于區間相應、水庫為主的洪水組合要大20%～42%。考慮到防洪安全，推薦采用區間為主、水庫相應的地區洪水組合方案。采用水庫相應下泄洪水過程，演進到各防洪控制斷面與區間洪水疊加后，得到各防洪控制斷面設計洪水成果。見表3。

表3 防洪控制斷面洪水成果表(考慮水庫調節影響) /m3·s-1

3 水面線推求

3.1 基本資料及計算方法

根據洪澇災害調查情況，蜚克圖河主要是對位于賓西鎮河段進行防洪治理。自吳家屯橋至小猞猁河匯入口，考慮工程布置及本河段情況，本次水面線計算范圍為由小猞猁河匯入口下游約3.7 km處起推，至上游蜚克圖河吳家屯橋上斷面，長度8.7 km。

河道橫斷面圖采用2020年實測斷面，共計39個；縱斷面圖采用2020年實測圖，平面圖采用1∶10 000地形圖。

水面線計算方法采用簡化的穩定非均勻流公式，橋梁壅水計算采用鐵三院橋梁壅水公式。

3.2 起推水位

由于資料等限制，本次起推水位以加測起始點河道斷面、延長計算河段的方法，來消除起始點水位對工程的影響，起始水位根據曼寧公式、按照水位流量關系曲線確定。起推水位成果見表4。

表4 蜚克圖河起推水位成果表

3.3 糙率率定

根據蜚克圖河實際植被情況和其他河流糙率分析成果進行綜合分析，并通過對2020年特大洪水進行分析，采用固定糙率分段扣洪痕點，糙率基本一致。本次采用各斷面河道平均糙率，最后確定河道主槽糙率為0.026，灘地糙率為0.078。

由于現狀河道斷面過窄，導致水面線偏高，兩岸學校、村屯及企業將被淹沒。在河道規劃情況下，通過多方案比選后，確定在現狀河道斷面基礎上，適當拓寬河道，將河道斷面標準化，河底寬開挖至50 m，兩岸邊坡均為1∶2.0，兩岸做格賓護砌。同時，在岸坡以上建堤防，達到20年一遇洪水不出槽。根據規劃斷面形式及兩岸護砌形式，查相關規范并根據經驗，選取規劃情況下主槽糙率0.033，灘地糙率0.078。

3.4 計算結果及合理性分析

根據設計洪峰流量、河道實測斷面、起推水位及糙率成果，推求蜚克圖河現狀水面線，成果見表5。蜚克圖河賓西城鎮段兩岸為學校、企業、村屯和耕地等，地勢較低，經常遭洪水淹沒。規劃設計方案是以堤防為基礎，以二龍山水庫為骨干堤庫，結合防洪排水工程布局。在此基礎上，推求不同設計方案下的設計水面線，考慮不同方案的河道變化情況，包括河道寬度、新建橋梁、兩岸邊坡等等。經過多方案比選，最終確定最優設計方案及工程規模，設計水面線見表5。

根據現狀及設計水面線推求成果，設計水面線較現狀水面線降低幅度較大，主要河道斷面較現狀拓寬較大，因同時拆除部分阻水較大的橋梁所致。由洪水調查結果可知，蜚克圖橋、水泥廠橋和吳家屯橋橋址處2020年洪痕點高程分別為148.2、151.9和155.8 m，2020年洪水基本相當于10年一遇。查洪水水面線，調查洪痕點和10年一遇水面線基本相當，洪水水面線與調查洪痕點擬合較好，說明本次推求的水面線是合理的。

表5 水面線成果及對比表

續表5

4 結 語

在水利工程規劃設計中，水面線起到至關重要的作用。本文以蜚克圖河防洪工程水面線推求為實例，通過計算蜚克圖河控制斷面設計洪峰流量，推求了蜚克圖河現狀水面線。在此基礎上，根據防洪規劃設計方案，推求蜚克圖河設計水面線。并對現狀和設計水面線進行比較后，分析了水面線推求的合理性，為蜚克圖河防洪工程規劃設計提供依據，對類似項目工程設計提供參考借鑒。

結合實例分析可以看出，河道斷面、洪痕、植被情況、糙率等的正確選取，均是影響水面線推求精度的重要因素，而水面線推求結果決定了工程的設計方案和規模。因此，在防洪工程水面線推求過程中，要針對河道的實際情況和規劃設計的具體方案，綜合分析選取水面線推求各項參數，得到合理的水面線成果，才能為防洪工程設計提供科學合理的依據。