圖魯水電站工程對琿春河干流防洪的影響

周志剛，李曉軍，馬向東

（1.琿春市水利勘測設(shè)計隊，吉林琿春 133300；2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林長春 130021）

1 工程概況

圖魯水電站工程位于琿春市琿春河干流新明大橋下游500 m處，工程于2009年實施建設(shè)，目前工程主體基本完工。為了明確新建圖魯水電站工程對琿春河的防洪影響，保證干流河道防洪安全，需對原有圖魯攔河壩與新建圖魯水電站工程，對琿春河防洪影響進行對比研究，以研究確定新建圖魯水電站工程對琿春河防洪影響，為琿春河防洪決策提供技術(shù)支撐。

圖魯水電站建筑物主要由攔河壩與河床式水電站等構(gòu)成。水電站布置在圖魯攔河壩工程的左岸，為河床式水電站，工程等別為V等?。?）型，主要工程建筑物為5級。攔河壩閘為合頁翻板閘，攔河壩正常蓄水位33.5 m，死水位31.43 m，設(shè)計洪水位32.58 m（20年一遇洪水），校核洪水位33.86 m（50年一遇洪水），總庫容142萬m3。

2 防洪運行要求

琿春河老龍口水庫壩址以下河段兩岸均建有堤防，按保護對象分為城區(qū)段堤防與鄉(xiāng)村段堤防，城區(qū)段堤防位于琿春河支流駱駝河河口至車大人溝河口，除城區(qū)段堤防外均為鄉(xiāng)村段堤防，城區(qū)段堤防與鄉(xiāng)村段堤防各自連成一體。根據(jù)《吉林省琿春市琿春河流域規(guī)劃報告》（吉政函（1991）260號批復）規(guī)劃成果，琿春市城市防洪標準規(guī)劃水平年為50年一遇，鄉(xiāng)村防洪標準為20年一遇。

圖魯水電站工程，是琿春河干流老龍口以下河段已建及在建工程中最末一級水利樞紐，具有發(fā)電、灌溉、景觀等多功能的綜合利用功能。工程在老龍口以下河段防洪體系中為從屬地位，其防洪調(diào)度的原則是：當發(fā)生20年一遇以上的洪水時，電站停止發(fā)電，泄洪設(shè)備（合頁閘與排沙閘）全部開啟，按最大泄流能力行洪。電站防洪調(diào)度服從于區(qū)域防洪體系總體安排與要求。

3 水面線計算

3.1 計算方法

河道水面線計算采用恒定非均勻流公式，利用Excel VBA為編程語言，利用計算機分段試算法計算。公式如下：

式中：Z1，Z2——計算河段上、下游相鄰斷面的水位，m；x1，x2——上、下游過水斷面濕周，m；A1，A2——上、下游過水斷面面積，m2；v1，v2——上、下游斷面的水流流速，m/s；α，ζ——平均流速水頭系數(shù)和局部阻力系數(shù)；Q——河段過流量，m3/s；△L——上、下游斷面間距，m；n——河段糙率。

實際計算中將局部水頭損失的影響綜合到糙率系數(shù)中。

3.2 計算邊界條件

1）河道斷面。這次防洪影響分析計算范圍是老龍口水庫壩址至琿春河河口河段，計算河段長度約為46.45 km。河道斷面資料全部采用琿春市水務(wù)局測量隊2016年12月實測成果，計算河段共計94個斷面。

2）糙率采用。根據(jù)以往工作基礎(chǔ)資料，琿春河水面線計算采用分主槽、邊灘的計算方法，糙率分別采用。為保持分析研究的一致性，這次琿春河水面線計算采用糙率沿用以往工作采用成果，即主河床河底采用0.035，無作物邊灘采用0.04，高桿作物邊攤采用0.065。

3）起始水位?，q春河為圖們江的一級支流，支流河口起始水位通常有兩種方法：一種是分析干支流洪水遭遇情況，按照洪水遭遇分析成果確定起始水位；另一種是采用干支流洪水同頻遭遇情況，確定起始水位。

考慮琿春市防洪安全的重要性，這次水面線計算起始水位采用圖們江與琿春河發(fā)生同頻率洪水時圖們江水位，根據(jù)《圖們江下游段（中國側(cè)）流域規(guī)劃報告》中防洪規(guī)劃成果，琿春河口上游圖們江琿32號斷面相應(yīng)5%、2%頻率洪水位分別為26.91 m、28.15 m。

4）河段計算流量。河段計算流量采用吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院編制的《琿春市琿春河水文分析及調(diào)洪計算報告》成果，洪峰流量考慮老龍口水庫放流與區(qū)間組合，琿春水文站控制斷面50年一遇洪峰流量2 980 m3/s，該項目各河段組合洪水詳見表1。

表1 各河段組合洪水成果表m3/s

5）攔河建筑物斷面處理及壅水計算。自老龍口水庫至琿春河口共有7座橋梁、4座攔河壩電站。

攔河壩按照發(fā)生洪水時實際過水斷面形狀進行斷面概化，并使斷面水位等于工程相應(yīng)設(shè)計水位。

橋梁依據(jù)鐵三院壅水計算公式，進行壅水計算。公式如下：

其中：b——橋墩間凈寬，單位為m；B——無橋墩時的截面寬度，單位為m；h3——天然河道正常水深；δ——壅水系數(shù)，當水流紊動作用較大或需要考慮偏安全的情況時，取0.1，否則取0.05，這次計算均采用0.1。

4 成果及分析

4.1 計算成果及分析

按上述計算方法、公式及計算條件，推求水面線，計算成果見表2。

表2 水面線計算成果表（P=2%）m

通過新建圖魯水電站與原圖魯攔河壩水面線成果比較，圖魯水電站壩址至原圖魯攔河壩約160 m范圍內(nèi)，水位最大抬高0.45 m，水位平均抬高0.4 m；原圖魯攔河壩以上1 640 m范圍內(nèi)，圖魯水電站水面線低于原圖魯攔河壩水面線，其中原圖魯攔河壩至新明大橋水位差為0.18～0.08 m，新明大橋上游1 300 m范圍內(nèi)水位差0.03 m。

通過新建圖魯水電站水面線成果與左右岸堤防堤頂高程比較，水面線成果均低于左右岸堤防堤頂高程，其中低于左岸堤防高程差在3.6～10.28 m之間，低于右岸高程差在2.1～8.38 m之間，均符合堤防2.0 m安全超高要求，滿足本段河道的防洪要求。

4.2 計算成果驗證

2016年琿春河發(fā)生了較大洪水，經(jīng)洪水頻率推算，該場洪水接近20年一遇，2016年12月，對該場洪水收集了琿春水文站實測資料及計算河段的洪痕調(diào)查資料。根據(jù)2016年洪水洪峰流量（1 300 m3/s），采用實測斷面，推算2016年洪水水面線，經(jīng)與收集的2016年控制站水位和調(diào)查的洪痕比較，水位基本吻合，河道綜合糙率約為0.041。

這次采用的河底糙率為0.035、邊攤糙率為0.065，綜合糙率為0.042，與2016年洪水推求的河道綜合糙率比較接近，說明水面線計算采用的糙率是合理的，設(shè)計水面線成果具有一定的可靠性。

5 項目對防洪的影響分析

5.1 對河道行洪能力的影響

通過新建圖魯水電站與原圖魯攔河壩河道水面線成果比較可知，新建圖魯水電站至原圖魯攔河壩，50年一遇洪水，水位抬高最大值0.45 m，平均抬高0.4 m，該段河道行洪能力略有影響；原圖魯攔河壩以上1 640 m范圍內(nèi)，50年一遇洪水，新建圖魯水電站水面線低于原圖魯攔河壩水面線，水位差0.03～0.18 m，水位平均降低0.09 m，同原圖魯攔河壩相比，新建圖魯水電站建設(shè)未惡化原圖魯攔河壩以上河道行洪能力，且行洪條件有所改善，該段河道行洪能力基本不受新建圖魯水電站建設(shè)影響。

5.2 對防洪工程設(shè)施的影響

新建圖魯水電站工程壩址以上為城區(qū)段河道，河道兩岸堤防為二級堤防，按規(guī)范要求計算的堤防超高及現(xiàn)狀堤防超可知，圖魯水電站回水范圍內(nèi)河段兩岸現(xiàn)狀堤防超高均高于計算堤防超高。

50年一遇洪水，新建圖魯水電站至原圖魯攔河壩水位抬高最大值0.45 m，平均抬高0.4 m，盡管現(xiàn)狀堤防超高均高于計算的堤防超高，但該段河道現(xiàn)狀行洪能力略有影響，該影響可通過對現(xiàn)狀堤防的加高培厚等工程措施予以消除。

5.3 對水利設(shè)施及跨河建筑物的影響

1）水利設(shè)施。新建圖魯水電站上游160 m處左岸取水閘將在電站建成蓄水后繼續(xù)保留使用，推算水位接近原設(shè)計灌溉水位，對灌區(qū)灌溉取水無不利影響。

2）跨河建筑物。新建圖魯水電站上游500 m處跨河建筑物為新明大橋，50年一遇洪水，新建圖魯水電站回水長度0.40 km，新明大橋位于回水范圍外，庫區(qū)回水對新明大橋基本不造成影響。

5.4 對河勢的影響

通過這次防洪影響分析與新建圖魯水電站工程原防洪評價成果的對比，圖魯水電站工程在防洪標準（50年一遇）、泄洪設(shè)施布置與規(guī)模、泄洪能力、防沖設(shè)施、洪水調(diào)度原則等方面均沒有變化。圖魯水電站設(shè)計時對下游已采取了防沖工程措施，基本滿足河勢穩(wěn)定要求。

6 結(jié)語

1）該工程利用2016年實測洪水資料及和調(diào)查的洪痕對糙率進行率定，建立了與琿春河干流現(xiàn)狀擬合較好的數(shù)學模型，并分析了沿途各個橋梁設(shè)計工況下的上游壅水情況，水面線計算成果的合理，可作為防洪影響分析的技術(shù)依據(jù)。

2）通過琿春河原圖魯攔河壩及新建圖魯水電站工程后水面線計算成果對比分析，工程建成后僅對圖魯水電站壩址以上局部河道水位產(chǎn)生影響，原圖魯攔河壩以上1640 m范圍內(nèi)，圖魯水電站水面線低于老圖魯攔河壩水面線，同原圖魯攔河壩相比，圖魯水電站建設(shè)未惡化該段河道行洪能力，該段河道行洪能力基本不受圖魯水電站建設(shè)影響。

3）通過新建圖魯水電站水面線成果與左右岸堤防堤頂高程比較，水面線成果均低于左右岸堤防堤頂高程，滿足堤防2.0 m安全超高要求，基本不會對該段河道的防洪產(chǎn)生影響。

4）通過對琿春河防洪工程、水利設(shè)施、跨河建筑物及河勢的影響分析，基本不受工程建設(shè)影響，滿足工程建設(shè)防洪要求。

［1］吳持恭.水力學［M］.北京：高等教育出版社，2008，1.

［2］電力工業(yè)部成都勘測設(shè)計院.水能設(shè)計.北京：電力出版社，1981.

［3］鐵道部第三勘測設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊橋渡水文.北京：中國鐵道部出版社，1993.