天興島圍堤及天興橋工程對阿什河的防洪影響分析

李 婷

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

0 引 言

哈爾濱市土地面積5.3 萬km2，總?cè)丝?80.4 萬人，是我國東北北部政治、經(jīng)濟、文化中心，更是中國著名的歷史、文化、旅游名城。不僅薈萃了北方少數(shù)民族的歷史文化，而且融合了中西方的特色文化，享有“文化之都”、“音樂之都”之美譽，還有“冰城”、“天鵝項下的珍珠”以及“東方莫斯科”、“東方小巴黎”之美稱。

目前哈爾濱市正在加速建設(shè)國際名城，“中興”發(fā)展戰(zhàn)略也在逐步實施，阿什河香坊道外區(qū)兩岸也成為中部主城區(qū)環(huán)境的改造區(qū)和拓展區(qū)。兩岸城鎮(zhèn)化建設(shè)的逐步加快導(dǎo)致城鎮(zhèn)人口聚集效應(yīng)不斷凸顯，區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長，對阿什河治理、開發(fā)與保護提出了更新的、更高的要求。因此，哈爾濱市委、市政府對實施阿什河整治提出了新的建設(shè)目標(biāo)及要求，并在《哈爾濱市城市總體規(guī)劃(2010—2020)》中將阿什河作為哈爾濱市生態(tài)框架的重要組成部分，明確把阿什河定位為哈爾濱市城市生態(tài)廊道。

1 基本資料

1.1 項目地理位置

哈爾濱市阿什河干流道外香坊段河道整治項目天興島圍堤和天興橋工程位于距阿什河入江口約15 km 處，上起三門楊家村東北，地理坐標(biāo)為E126°51'，N45°42'，下至前許家屯東南，地理坐標(biāo)為E126°50'，N45°43'，南北長約0.75 km，東西寬約0.64 km，面積約0.4 km2，島內(nèi)地面高程121.8 ～124.48 m，平均高程為123 m 左右。

1.2 項目建設(shè)性質(zhì)

天興島圍堤項目為新建項目，用途為非生產(chǎn)性建設(shè)項目。天興島屬于自然形成的高地，本項目是通過圍堤工程建設(shè)成一個灘島，本項目的實施對于建設(shè)阿什河兩岸的生態(tài)走廊，改善兩岸的居住和人文環(huán)境、營造濱水景觀，形成特色水系文化、最終實現(xiàn)保障行洪安全、改善生態(tài)、改善人居環(huán)境、提高城市品位和競爭力起著重要的作用。

1.3 工程設(shè)計規(guī)模

1.3.1 天興島圍堤

天興島地處天興湖內(nèi)，規(guī)劃打造為生態(tài)修復(fù)實驗教育示范基地并兼顧旅游，規(guī)劃天興島面積40 hm2，實驗教育基地工作和旅游服務(wù)人員約200人。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201—94)第2.02 條［1］，該島按鄉(xiāng)村Ⅳ類設(shè)防，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 ～20 a一遇，本次取下限為10 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，堤防等級為5 級。天興島圍堤長2.66 km。10 a 一遇設(shè)計洪峰流量為780 m3/s，設(shè)計水位123.60 ～124.30 m，設(shè)計圍堤頂高程在125.40 ～125.70 m。

1.3.2 天興橋

天興島上島通過本次擬建的天興橋，橋梁設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，梁底高程125.58 m。天興橋橋位處阿什河20 a一遇設(shè)計，洪峰流量為1 050 m3/s，20 a一遇設(shè)計洪水位為124.39 m;10 a一遇設(shè)計洪峰流量為780 m3/s，10 a一遇設(shè)計洪水位為123.75 m。

天興橋右岸與阿什河右岸規(guī)劃張坊屯堤防于樁號ZF1+746.9 處平交，張坊屯堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，交叉處設(shè)計堤頂高程為126.06 m;左岸與天興島圍堤于樁號0+000 處平交，天興島圍堤在與天興橋交叉處局部加高，交叉處圍堤加高后頂高程為126.36 m。天興橋梁底高程125.58 m，高于天興橋處阿什河20 a一遇洪水位1.19 m，高于10 a一遇洪水位1.83 m。

天興橋共11 跨，跨度組合為10×20 m+10 m，橋梁總長210 m，橋梁上部為預(yù)制空心板梁，橋面寬8.0 m，凈寬7.4 m，橋面縱向與兩岸道路連接坡度為3%，橫向雙面排水，坡度1.5%，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

新建天興橋與阿什河右岸堤防平交，與堤防迎水面采用土臺傍寬，土臺長20 m，寬10 m，為便于銜接，土臺設(shè)計高度同堤防高;土臺結(jié)構(gòu)形式為土堤，考慮到樁落在堤防迎水面堤腳附近，削弱了斜坡段的防滲效果，因此擬定土臺寬10 m。

2 防洪影響分析

2.1 水文分析

阿什河是松花江右岸的一級支流，干流流向由南至北，其中流經(jīng)阿城市區(qū)并在哈爾濱市城區(qū)東郊匯入松花江。阿什河干流上游有帽兒山水文站，控制流域面積為183 km2;中游有馬鞍山水位站，控制流域面積1629 km2;干流下游有阿城水文站，控制流域面積2313 km2。阿什河干流主要測站分布見圖1。阿什河干流主要測站水文系列情況見表1。

圖1 阿什河流域主要測站分布圖

表1 阿什河流域主要測站水文系列表

該控制斷面位于西泉眼水庫的下游，故西泉眼水庫控泄會直接影響下游控制斷面的設(shè)計洪水。阿什河下游控制斷面設(shè)計洪峰流量的計算主要分為兩種情況，即區(qū)間為主水庫相應(yīng)以及區(qū)間相應(yīng)水庫為主，最后采用成果為兩種情況中洪峰流量較大者。該設(shè)計成果在《西泉眼灌區(qū)設(shè)計》、《阿什河阿城段治理》、《哈佳客運專線防洪評價》等項目中采用并均已得到批復(fù)，故本次計算直接采用。

天興島位于阿什河干流廟臺溝和信義溝匯入口之間，信義溝口上游約7.6 km，廟臺溝匯入口下游約2.5 km，天興島與廟臺溝之間無大的支流匯入，本次計算天興島處阿什河干流各頻率設(shè)計洪峰流量采用廟臺溝入口成果，10 a一遇洪峰流量為780 m3/s。

2.2 水利計算原理

本次分析天興島開發(fā)建設(shè)項目建設(shè)圍堤工程對阿什河干流防洪的影響以及回水范圍。在《哈爾濱市阿什河干流道外香坊段防洪及河道整治工程可行性研究報告》基礎(chǔ)上［2］，以下游阿什河入松花江口斷面為起始控制斷面，向上游逐斷面按試算法遞推至阿城水文站為止，共計64 個計算斷面，全長約43 km。

表2 控制斷面設(shè)計洪峰流量計算成果表

根據(jù)水面線計算采用簡化的穩(wěn)定非均勻流公式:

式中:Hs、Hx 分別為下斷面和上斷面水位，m;Q 為設(shè)計洪峰流量，m3/s;K 為上、下斷面平均流量模數(shù);L灘斷面間洪水間距，m。

流量模數(shù)按主槽和灘地分別計算，具體計算公式為:

式中:n主、n灘為主槽、灘地糙率;R主、R灘為主槽、灘地水力半徑;A主、A灘為主槽、灘地斷面面積，m2;α、β為主槽、灘地斷面偏角;φ 為河道彎曲系數(shù);φ =L主/L灘;L主和L灘分別為主槽河道長度和灘地行洪長度。

2.3 水利計算分析成果

根據(jù)以上資料分析計算，天興島有圍堤、河道渠化以及建攔河壩之后設(shè)計水面線成果見表3。

天江島圍堤修建后雖然10 a一遇洪水位相應(yīng)過水?dāng)嗝鎸捠?24 m，但是由于主河槽加大，有效過水面積增加250 m2，增加比例16.9%，斷面平均流速減小0.08 m/s，20 a一遇洪水相應(yīng)過水?dāng)嗝鎸挾仁?75 m，有效的過水?dāng)嗝婷娣e增加124 m2，增加比例5%，斷面平均流速僅減小0.02 m/s。

表3 各頻率回水長度及水位成果表

3 結(jié) 論

按洪水水利計算成果分析，天興島圍堤建成的同時，島兩側(cè)的河道裁彎取直并渠化，大大拓寬了主河槽，增加了有效的過水面積。由于圍堤工程、河道渠化工程以及攔河壩工程的共同作用，洪水水位整體呈降低趨勢。

［1］中華人民共和國水利部.GB50201—94 防洪標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國計劃出版社，1994.

［2］黑龍江水利水電勘測設(shè)計研究院.哈爾濱市阿什河干流道外香坊段防洪及河道整治工程可行性研究報告［R］.哈爾濱:黑龍江水利水電勘測設(shè)計研究院，2013.