哈尔滨松浦堤防岸线优化分析

蒋 攀，张树仁

（1．中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2．大连新天润企业集团有限公司，辽宁大连116600）

哈尔滨松浦堤防岸线优化分析

蒋 攀1，张树仁2

（1．中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2．大连新天润企业集团有限公司，辽宁大连116600）

文中采用二维数学模型，从水位、流态、流速上分别分析松浦堤岸线两方案的差异，并考虑征地难度等进行方案比选，为解决防洪问题而采取堤防岸线优化措施提供了科学依据。

岸线优化；二维数学模型；流场；流速

1 工程概况

哈尔滨市是我国东北北部地区最大的中心城市，位于松花江中游冲积平原地带。哈尔滨市松北区位于松干哈尔滨段左岸，三面环水，地势低洼，防洪压力较大，历史上曾多次发生过洪涝灾害。随着社会经济的发展，松北区在哈尔滨市的地位不断提升，急需增强松北城区江段的行洪、泄洪能力。

松北区松浦堤位于滨洲铁路和滨北铁路之间，上起松北车站，下至东江桥，全长6.47 km，防洪标准50年一遇。松浦堤在松浦镇向江中凸出510 m，导致与江中哈尔滨造船厂围堤堤距只有260 m，而上、下游的滨洲铁路桥和滨北铁路桥扩孔宽是450 m，由于凸嘴阻水顶托而不能有效发挥桥梁扩孔的效果，为提高行洪能力有必要进行松浦堤防岸线优化研究。本研究采用二维数学模型对松浦堤不同岸线方案进行分析比较。

2 方案拟定

该工程主要是确定松浦堤岸线方案，方案拟定遵循下述原则：

1）堤线走向应与河势流向相适应，并与大洪水主流线大致平行。

2）堤线应力求平顺，平缓连接。

3）改线堤防的水位变化影响范围不应超出哈尔滨市界。

4）在满足行洪宽度的前提下，争取扩大保护面积。

根据上述原则拟定两方案，方案一：松浦堤滨州铁路桥堤头前提120m左右，与外贸堤末端对应连接，然后直线向东新建堤防2 346 m，沿汤原街把整个凸嘴完全切除，该方案切除凸嘴宽度约630 m，切除凸嘴面积45万m2，围合土地面积6万m2。方案二：起点与方案一相同，向东平行于造船厂堤防，新建堤防2 120 m，结束于大兴街位置的松浦堤，与滨州铁路桥扩孔宽度对应，切除凸嘴430 m，切除凸嘴面积23万m2，围合土地面积13万m2。

3 计算原理

3.1 模型计算原理

本次分析计算采用二维数学模型计算，数学模型采用Roe格式的近似R iemann解来计算界面通量。

二维浅水方程的守恒形式为：

Sox=-∂Zb/∂x，Soy=-∂Zb/∂y分别为x，y方向的底坡项，其中Zb为底高程。分别为x，y方向的摩阻坡降，其中n为糙率。

模型采用非结构网格来离散计算区域。

3.2 计算范围

模型计算范围从松32断面开始，下至滨北铁路桥，全长约21km。该河段水力条件复杂，滩地宽阔，主槽多弯多汊，两岸堤防曲长，河滩中有太阳岛围堤等。

3.3 计算方案

根据松干哈尔滨段两岸保护对象的防洪标准，本模型拟定三级流量，分别是17 900 m3/s（P= 1%），15 100 m3/s（P=2%），11 600 m3/s（P=5%）。

4 成果分析

4.1 水面线比较

计算结果表明，方案一与方案二均能一定程度降低岸线优化河段局部水位，方案一，各流量级下最大可以降低0.120 m（P=1%）、0.101 m（P= 2%）、0.080 m（P=5%）；方案二，最大可以降低0.096 m（P=1%）、0.079 m（P=2%）、0.070 m（P= 5%）。两方案最大降幅差值分别为0.024 m（P= 1%）、0.022 m（P=2%）和0.010 m（P=5%），与岸线优化区域堤防超高值相比，两方案水面线差距不大。松浦堤防岸线优化后50年一遇的水面线变化见表1～表2所示。

4.2 流场比较

从两方案岸线优化前后工程区的局部流场图（图略）可以看出，岸线优化后河段上游流速变大，由于岸线优化后江段展宽河段及下游局部流速有所减小，再往下游流速与岸线优化前基本没有改变。

两岸线优化方案流场均较为平顺，满足行洪要求；方案一，在各流量级条件下岸线优化断面的平均流速，分别为1.51 m/s、1.42 m/s和1.32 m/s，方案二，为1.66 m/s、1.55 m/s和1.41 m/s，差值为0.15 m/s、0.13 m/s和0.09 m/s。

4.3 工程方案综合评价

经过对松浦堤防岸线优化方案的计算，松浦堤防岸线优化方案一和方案二，均能够降低局部洪水水位，两方案降低水位幅度最大差值是2.4 cm；堤防岸线优化后河段流场较为平顺，两方案平均流速差值最大为0.15 m/s；堤防岸线优化后太阳岛北汊过流能力有所提高，优化前北汊、南汊分流比3∶7，优化后分流比提高至3.5∶6.5。因此，松浦堤防岸线优化能够一定程度上减小工程区防洪压力，由于两方案在水位、流场及分流比等方面相差不大，考虑堤防岸线优化区域内征地移民难度，选择方案二。

表1 50年一遇洪水条件下水面线变化统计表（方案一）

表2 50年一遇洪水条件下水面线变化统计表（方案二）

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2016-08-10