宁安市范家烟草水源工程拦河枢纽洪水影响分析

郝健超，孟庆顺，姜依彤

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

宁安市范家烟草水源工程拦河枢纽洪水影响分析

郝健超，孟庆顺，姜依彤

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

目前宁安市烟草种植等农业项目由于缺乏水源，天然径流与作物需水时间不一致，水资源利用率低，遭遇干旱年份，烟草产量锐减，无法保证该地区农业生产的优质、稳产、高效、高产。因此，建设水源工程及配套的灌区工程是非常必要的。为大力发展烟叶生产，提供可靠的灌溉水源，改善烟区人民生产和生活条件，提高城市竞争力，规划建设范家烟草水源工程。工程包括烟草灌区和拦河枢纽两部分组成，其中涉河工程为拦河枢纽。文章主要分析拦河枢纽建成后对防洪和河势可能产生的不利影响。

水源工程;拦河枢纽;洪水影响;雍水;水文

1 概况

牡丹江为山区性河流，两岸支流分布均匀，水网呈树枝状，穿流在张广才岭与老爷岭之间的条形谷地中，地形起伏较大，上游河谷狭小，下游河谷呈“U”字形，宽度一般在400～500 m左右，沿程纳入的主要支流有7条，牡丹江市以上有沙河、珠尔多河、蛤蟆河、海浪河，牡丹江市以下有虎林河、三道河、乌斯浑河，支流一般不大，最大为海浪河，约占总面积的1/7。由于牡丹江流域形状呈狭长形，故多数支流短而水流急。流域内植被较好，森林覆盖面积占总面积的46%，沼泽率为3.2%，土壤类型为生草炭土，沿江两岸的湿地则为腐殖质沼泽土。

本次项目所处河段河道比降0.4‰～0.5‰，河谷逐渐展宽，自石头水文站至宁安市间丘陵连绵，有大片坡状台地，山峰圆滑，河谷成U字型，右岸山势一般，左岸陡峻［1］。

本项目拦河枢纽工程位于牡丹江干流宁安市市区段，宁古塔大桥下游1.26 km处。枢纽左岸为宁安镇堤防，对应桩号3+300;右岸为江南堤防，对应桩号3+000。项目区建设节水灌溉工程面积3 940 hm2。

2 洪水影响分析

2.1 水文分析

根据历史洪水调查和石头站实测成果(1956—2010年)，按年最大值独立选样原则，统计出洪峰流量，进行洪水特征值频率计算，采用 P—Ⅲ型曲线［2］，Cs=2.5Cv，尽量照顾点群趋势，以大、中洪水的经验点据与理论曲线配合较优为原则进行适线，并确定石头站设计洪水参数，得出本次石头站设计洪峰流量成果。然后将本次成果与《牡丹江流域防洪规划报告(镜泊湖以下)》中石头站的设计洪峰流量成果进行比较［3-5］，两者之间的比较及最终采用成果见表1。

表1 石头站洪峰流量比较采用成果表

牡丹江干流控制断面设计洪水利用石头站设计洪峰流量按牡丹江干流综合面积指数1.123推求，石头站控制面积13 771 km2，控制断面设计洪峰流量成果见表2。

表2 牡丹江干流控制断面设计洪峰流量成果表

2.2 雍水计算

2.2.1 基本资料

本次论证宁安城区段拦河枢纽工程的影响以及回水范围，推求牡丹江干流规划水面线、新建堤防和拦河枢纽建成后的设计水面线，牡丹江干流水面线自下游温春铁路桥起推共计63个断面。温春铁路桥起推水位采用三间房水电站初步设计回水部分成果。分段流量采用本次水文分析成果，见表3。

表3 牡丹江干流起推水位表

2.2.2 计算方法

2.2.2.1 水面线计算公式

水面线计算采用简化的稳定非均匀流公式:

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

2.2.2.2 壅水计算公式

壅水高度采用铁三院公式计算，具体计算公式为:

式中:ΔH为壅水高度，m;η为壅水系数;Vm为压缩断面平均流速，m/s;V0为扩散断面平均流速，m/s。

壅水系数按流量压缩比在0.05～0.15内插值。压缩比＞0.6时采用0.15，＜0.3时采用0.05。

2.2.3 雍水计算

根据上述起始水位及相应的设计洪峰流量，在考虑规划堤线情况下，推求拦河枢纽修建前后水面线。按明渠恒定非均匀流公式向上游推算规划水面线成果(仅考虑规划新建堤防)、设计水面线成果(同时考虑规划新建堤防和拦河枢纽)，以上两方案水面线成果在拦河枢纽处的差值即为拦河枢纽对牡丹江干流的雍高影响，各频率最大壅高值与回水距离见表4。

表4 牡丹江干流水面线壅高与回水距离成果表

2.3 冲刷与淤积分析

2.3.1 冲刷分析

建设项目所在河段为顺直河道，工程所处河段河床松散层构成依次为:卵石混合土、含砂低液限黏土、级配不良中砾，厚度5.10～10.70 m。根据近期河势演变趋势分析，河道的左右岸受堤防的控制，河道纵横向均较为稳定，本工程修建后对河道稳定基本无较大影响。

本次项目建设对于河段水势总体影响不大，100 a一遇洪水壅高5 cm，50 a一遇洪水雍高5 cm，30 a一遇洪水雍高4 cm。项目建成运行后拦河枢纽下游流速增大，但设计时已考虑了闸下消能防冲等措施，故本工程对下游主槽和滩地的冲刷影响微乎其微。

2.3.2 泥沙分析

石头水文站无泥沙观测资料，牡丹江站具有1956—2010年的悬移质输沙率资料，侵蚀模数为22.9 t/km2·a。

据分析悬移质输沙量有逐年增大的趋势，将现状情况下多年平均输沙模数乘以1.10的修正系数，据此修正后年输沙模数为25.2 t/km2·a，推移质按悬移质输沙量的15%估算，推求拦河枢纽坝址处年输沙总量41.3×104t。

拦河枢纽工程修建后上游流速略有减小，上游泥沙容易落淤。考虑泄洪闸和冲沙闸闸低高程与河底高程基本一致，且运行期间闸门不间断放水，基本不会改变河道的整体冲淤变化，当泄洪闸和冲沙闸泄水时淤积泥沙将大部分被洪水带走，并最终达到新的冲淤平衡，从长期分析拦河枢纽上游不会产生较大的泥沙淤积［6］。

2.4 河势影响分析

根据前述分析，引水期内烟草灌区取水仅占牡丹江径流量的0.36%，所占比例很小，引水对下游河势几乎没有影响。

拦河枢纽工程建成后，拦河建筑物泄流能力可以满足设计和校核频率洪峰流量的下泄要求，在大洪水情况下，滩地过流断面压缩，将对行洪造成一定影响，考虑到滩地流速变化不大，且受规划堤防的控制，对该河段的河势稳定起到决定性作用。发生100 a一遇洪水时，工程建成后最大水位壅高值为5 cm，不会对河势稳定性带来较大影响。

3 结论

拦河枢纽工程影响范围内水利工程主要为左岸的宁安城堤(扩建防洪标准为50 a一遇)，根据本次推求的水面线成果，50 a一遇洪水位最大雍高5 cm，在《黑龙江省宁安市滨水城市建设水利工程规划报告》和《牡丹江(含海浪河)治理工程可行性研究报告》中，宁安段规划堤防及建筑物设计方案中已考虑了本工程带来的的壅水影响，近期内也将实施，因此，本工程的建设对防洪工程实施方案基本不会带来影响。如果二者同时施工，应合理安排施工组织设计方案，减免施工冲突。因此，本工程对其它水利工程基本没影响。

拦河枢纽工程设计洪水标准为20 a一遇，校核标准为100 a一遇。该工程泄流能力可以满足汛期洪峰流量下泄，涉河建筑物设计标准符合该河段防洪标准要求。

根据牡丹江石头水文站1957—2002冰情观测资料，多年观测资料中只有1967年最大流冰冰块尺寸为30 m×20 m。本工程上游已建有多座水电站和桥梁，将对上游流冰起到阻挡作用，而且，拦河枢纽泄洪闸设计时考虑了破冰措施，可以满足过冰的要求，也能够适应防凌要求。建设项目按建设程序经过设计审查，设计满足目前相关规定要求，符合水利部门的管理规定。

工程所在河段左岸为宁安城市堤防，规划防洪标准为50 a一遇，右岸为江南堤防，规划防洪标准为30 a一遇。经计算，拦河枢纽50 a一遇和30 a一遇水位雍高值分别为5 cm和4 cm，回水长度分别为1.31 km和1.24 km。规划堤防基本可与本工程同步实施，并且两岸堤防在设计过程中已考虑了本工程的壅高，河道行洪能力满足行洪安全要求;本工程泄流能力经复核满足洪水下泄要求，因此，本工程的修建对防洪安全基本没有影响。本工程施工期跨主汛期，将采取围堰施工，对施工期的防洪安全可能带来一定影响。施工前应将详细的施工方案和施工度汛方案报送水行政主管部门，审批后方可开工建设。施工过程中应加强观测，密切关注水雨情，积极配合水行政主管部门及防汛指挥机构的的监督检查，服从防汛指挥机构的调度;大洪水发生时应采取必要的措施，保证河道行洪安全。

该枢纽工程修建后，由于壅水与回水作用，坝上流速减小，坝下流速增加，对中低水河势而言，主流保持在主河道的稳定性关系不会因建拦河坝产生大的变化。对大洪水而言，由于拦河坝的阻水影响，压缩主流从而使主槽过水断面减少，流速略有增大，由于下游设有消力池，所以河势变动的可能性不大。

［1］松辽委.松花江流域防洪规划报告［R］.长春:松辽委，2008.

［2］黑龙江省水利厅.黑龙江省水文图集［M］.哈尔滨:黑龙江省水利厅，1996:2-8.

［3］黑龙江省水利厅.黑龙江历史大洪水［M］.哈尔滨:黑龙江省水利厅，1991:3-5.

［4］黑龙江省水利水电勘测设计研究院.松花江流域防洪工程(黑龙江省部分)可研阶段水文分析报告［R］.哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2000.

［5］黑龙江省水利水电勘测设计研究院，牡丹江市水利勘测设计研究院.牡丹江流域防洪规划(镜泊湖以下)［R］.哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，牡丹江市水利勘测设计研究院，1999.

［6］牡丹江市水利勘测设计研究院.黑龙江省牡丹江市(地区)城市滨水区水利建设规划报告书［R］.牡丹江:牡丹江市水利勘测设计研究院，2009.

F326.12

B

1007-7596(2014)05-0082-03

2013-09-25

郝健超(1985-)，男，黑龙江桦南人，助理工程师;孟庆顺(1981-)，男，山东单县人，工程师;姜依彤(1987-)，女，黑龙江哈尔滨人，助理工程师。