王貴孝，吳明官

( 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

0 引 言

為了貫徹落實(shí)《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》( 中發(fā)［2011］1 號文)［1］和中央水利工作會議精神，即關(guān)于加快城市防洪排澇基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的具體部署，水利部決定開展新一輪城市防洪規(guī)劃編制和修訂工作，并下發(fā)了《加強(qiáng)城市防洪規(guī)劃工作的指導(dǎo)意見》( 水規(guī)計［2011］649 號文)［2］，為此，黑龍江省水利廳組織黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院等單位，正在進(jìn)行哈爾濱市、齊齊哈爾市、佳木斯市、牡丹江市、大慶市等全國重點(diǎn)防洪城市的城市防洪規(guī)劃編制工作。

在這種情況下，筆者緊密結(jié)合佳木斯市城市防洪排水工程現(xiàn)狀及黑龍江省濱水城市建設(shè)及城區(qū)水系綜合治理規(guī)劃要求，特提出了佳木斯城市防洪英格吐河口閘站建設(shè)構(gòu)想［3］。

1 河流概況

英格吐河是松花江右岸一級支流，流經(jīng)佳木斯市城區(qū)西部，流域面積225 km2，主河道長度26 km，穿過紅旗路后匯入松花江，其中:四豐山水庫( 中型)壩址以上控制面積為88 km2，占全流域面積39%。

英格吐河( 河口稱三岔口) 斷面設(shè)計洪水，由經(jīng)四豐山水庫調(diào)蓄后的下泄流量與四豐山水庫至三岔口區(qū)間洪水過程線疊加后求得。

英格吐河口—南湖段河道長度6.71 km，位于西部城區(qū)內(nèi)。左右回水堤間距為150 ～280 m，主河槽寬度為10 ～30 m，兩側(cè)灘地寬度為140 ～250 m。

從英格吐河灘地高程來看，距河口1.0 km范圍內(nèi)，地勢低洼，地面高程在77.8 ～81.3 m; 距河口1.0 ～7.0 km 河段，地勢平坦，地面高程在81.3 ～81.6 m;距河口7.0 km以上河段，灘地突然變陡，地面高程由81.6 m過渡到83.0 m以上。

2 英格吐河口閘站工程任務(wù)

英格吐河口閘站工程位于英格吐河下游左右回水堤之間，主要工程任務(wù)為擋外水( 松花江干流洪水) 和城市排水( 英格吐河洪水、城區(qū)澇水) ，還可以作為佳木斯市西城區(qū)與中心城區(qū)之間沿松花江景觀大道跨越英格吐河的交通樞紐。

3 英格吐河口閘站建設(shè)方案

在英格吐河流域內(nèi)現(xiàn)有水利工程( 主要考慮四豐山水庫和英格吐河左右岸回水堤) 的基礎(chǔ)上，擬定如下的英格吐河口閘站建設(shè)方案。

方案1: 雙庫方案。即四豐山水庫( 已建) 和南湖水庫( 擬建) 方案或四豐山水庫( 已建) 和河口蓄滯洪區(qū)( 擬建) 方案。

方案2:多庫方案。即四豐山水庫( 已建) 、南湖水庫( 擬建) 、河口蓄滯洪區(qū)( 擬建) 方案。

3.1 雙庫方案

在充分利用現(xiàn)有中型水庫( 四豐山水庫) 的前提下，可建設(shè)南湖水庫或河口蓄滯洪區(qū)。由于現(xiàn)有四豐山水庫壩址處高程較高，所以南湖水庫或河口蓄滯洪區(qū)作為相對獨(dú)立的調(diào)蓄工程，因此，可采用單庫調(diào)洪方法，確定各自的工程規(guī)模。

3.2 多庫方案

仍然充分利用現(xiàn)有四豐山水庫調(diào)蓄作用的情況下，可建設(shè)南湖水庫和河口蓄滯洪區(qū)。由于南湖水庫和河口蓄滯洪區(qū)為串聯(lián)型蓄滯洪區(qū)，所以南湖水庫的出流與河口蓄滯洪區(qū)庫水位有著密切的聯(lián)系，用函數(shù)關(guān)系表示為:

由于f( H上，H下) 為淹沒出流的情況，故采用試算法來求解該函數(shù)關(guān)系。

式中: g 為南湖水庫的泄流量，m3/s; H上為南湖水庫庫水位，m: H下為河口蓄滯洪區(qū)末端( 又稱:庫尾) 水位，m; f( H上，H下) 表示南湖水庫的泄流量與南湖水庫庫水位H上、河口蓄滯洪區(qū)庫尾水位H下，具有密切的函數(shù)關(guān)系。

4 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

4.1 南湖水庫

南湖水庫位于佳木斯市區(qū)南部的上游區(qū)，屬于小(1)型水庫，壩高＜15 m，上下游水頭差＜10 m，因此，按《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB 50201—94 規(guī)范中平原區(qū)確定設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 ～50 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 ～200 a一遇。

4.2 河口蓄滯洪區(qū)

河口蓄滯洪區(qū)位于南湖水庫下游的英格吐河匯入松花江口以上，屬于小( 1) 型蓄洪工程，壩高＜15 m，上下游水頭差＜10 m，因此，確定設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇。

該蓄滯洪區(qū)內(nèi)英格吐河治理標(biāo)準(zhǔn)為10 a 一遇( 挖河標(biāo)準(zhǔn)) ，河口閘擋松花江洪水防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，泄洪閘自排標(biāo)準(zhǔn)取10 a一遇洪水，抽水泵站強(qiáng)排標(biāo)準(zhǔn)取3 ～5 a一遇洪水。

5 串聯(lián)蓄滯洪區(qū)調(diào)洪計算公式

串聯(lián)蓄滯洪區(qū)連續(xù)洪水調(diào)節(jié)計算，仍采用聯(lián)解水量平衡方程和下泄流量方程的方法。

5.1 南湖水庫

5.2 河口蓄滯洪區(qū)

式中: QA1、QA2為南湖水庫時段初末的入庫流量，m3/s; QB1、QB2為南湖水庫時段初末的出庫流量，也是河口蓄滯洪區(qū)時段初末的入庫流量，m3/s; QC1、QC2為河口蓄滯洪區(qū)時段初末的出庫流量，m3/s;△V1、△V 分別為南湖水庫、河口蓄滯洪區(qū)時段蓄變量; QB = f( H1，H2) 為南湖水庫出庫流量QB 是南湖水庫庫水位H1和河口蓄滯洪區(qū)庫尾水位H2的函數(shù); QC = f( H`2，H3) 為河口蓄滯洪區(qū)出庫流量QC是河口蓄滯洪區(qū)壩前水位H`2和松花江干流水位H 3的函數(shù);△t 為時段長。

備注:為了推求壅水建筑物下游的水位( H) ～流量( Q) 關(guān)系曲線，建議采用天然河道水面線計算方法，詳細(xì)的方法具體見吳明官編寫的《水文水資源論文匯編》中串聯(lián)滯洪區(qū)調(diào)洪計算成果即可。

6 串聯(lián)蓄滯洪區(qū)調(diào)洪方案

6.1 洪水系列法調(diào)洪計算

1) 四豐山水庫歷年洪水系列。根據(jù)暴雨—產(chǎn)流—匯流途徑，推求歷年各場次的洪水過程線Qij。

2) 四豐山水庫～南湖水庫區(qū)間歷年洪水系列。

同樣由暴雨—產(chǎn)流—匯流途徑，推求歷年各場次的洪水過程線Dij。

3) 四豐山水庫歷年泄流量系列。根據(jù)歷年Qij成果，按四豐山水庫調(diào)度原則進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)后，推求四豐山水庫歷年下泄流量過程線gij。

4) 河口蓄滯洪區(qū)下游松花江干流水位系列。根據(jù)佳木斯水文站實(shí)測水位資料，統(tǒng)計歷年各場次洪水過程線相應(yīng)的水位Hij系列后，再根據(jù)松花江干流水面比降，推求出蓄滯洪區(qū)出口斷面水位H'ij。

5) 南湖水庫歷年入庫洪水系列。根據(jù)四豐山水庫歷年下泄流量過程線gij和四豐山水庫～南湖水庫區(qū)間歷年各場次的洪水過程線Dij，進(jìn)行疊加后求得南湖水庫歷年入庫洪水過程線Q'ij。

6) 洪水系列法串聯(lián)蓄滯洪區(qū)調(diào)洪計算。根據(jù)上述推求的Q'ij、H'ij和串聯(lián)蓄滯洪區(qū)調(diào)洪計算方法，分別推求南湖水庫和河口蓄滯洪區(qū)的歷年庫水位、庫容、下泄流量系列。

然后，對庫水位系列進(jìn)行頻率計算后，推求相應(yīng)的設(shè)計和校核洪水位。

6.2 典型年法調(diào)洪計算

6.2.1 四豐山水庫設(shè)計洪水過程線

選擇最惡劣的洪水過程線作為典型，推求設(shè)計和校核洪水過程線。

6.2.2 四豐山水庫～南湖水庫區(qū)間設(shè)計洪水過程線

同樣采用典型年法，推求區(qū)間設(shè)計和校核洪水過程線。

6.2.3 四豐山水庫下泄流量過程線

四豐山水庫洪水調(diào)節(jié)后，可推求相應(yīng)的設(shè)計和校核洪水的下泄流量過程線。

6.2.4 河口蓄滯洪區(qū)下游松花江干流水位

從佳木斯水文站實(shí)測水位資料中，對英格吐河防洪較不利的，而且相應(yīng)南湖水庫壩址以上典型洪水時間的水位過程線作為典型洪水位。

6.2.5 南湖水庫設(shè)計洪水過程線

四豐山水庫～南湖水庫區(qū)間設(shè)計( 校核) 洪水過程線與四豐山水庫相應(yīng)的設(shè)計( 校核) 洪水的下泄流量過程線疊加后，可推求南湖水庫入庫設(shè)計( 校核)洪水過程線。

6.2.6 典型年法串聯(lián)蓄滯洪區(qū)調(diào)洪計算

根據(jù)上述的南湖水庫設(shè)計( 校核) 洪水過程線和河口蓄滯洪區(qū)下游出口斷面典型洪水位和串聯(lián)蓄滯洪區(qū)調(diào)洪計算方法，推求南湖水庫和河口蓄滯洪區(qū)的設(shè)計( 校核) 庫水位、庫容、下泄流量。

6.3 采用成果

根據(jù)洪水系列法和典型年法串聯(lián)蓄滯洪區(qū)調(diào)洪計算成果，采用其中較切合實(shí)際且較惡劣的成果作為推薦方案。

7 串聯(lián)蓄滯洪區(qū)調(diào)度運(yùn)用

7.1 河口蓄滯洪區(qū)

7.1.1 汛期洪水調(diào)度

每年進(jìn)入汛期(7—8月) 后，若河口蓄滯洪區(qū)閘前庫水位高于下游松花江干流水位時，則河口閘站的泄洪閘全部開啟，按泄洪能力全力泄洪; 否則關(guān)閉泄洪閘后，若河口蓄滯洪區(qū)閘前庫水位高于5 a一遇洪水位，則開啟抽水泵站全力強(qiáng)排，同時要求河口蓄滯洪區(qū)庫水位始終保持在正常蓄水位( 又稱:景觀水位) 左右為好。

當(dāng)河口蓄滯洪區(qū)閘前庫水位接近于城市排水標(biāo)準(zhǔn)10 a一遇洪水位時，蓄滯洪區(qū)內(nèi)禁止游人行走，并要求泄洪閘和抽水泵站全力泄洪。

當(dāng)河口蓄滯洪區(qū)閘前庫水位接近于20 a一遇設(shè)計洪水位時，在泄洪閘和抽水泵站全力泄洪的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加臨時泵站協(xié)助強(qiáng)排。

當(dāng)河口蓄滯洪區(qū)閘前庫水位接近于50 a一遇洪水位時，在泄洪閘和抽水泵站全力泄洪的基礎(chǔ)上，關(guān)閉上游南湖水庫泄洪閘后，盡量多增加臨時泵站全力強(qiáng)排，同時要求左回水堤( 西城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)P =2%) 加強(qiáng)巡堤檢查，并做好防洪搶險的準(zhǔn)備工作。

當(dāng)河口蓄滯洪區(qū)閘前庫水位接近于100 a一遇校核洪水位時，在采取上述綜合措施的基礎(chǔ)上，應(yīng)動員左回水堤防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)西城區(qū)居民轉(zhuǎn)移的同時，全力進(jìn)行防洪搶險工作，并要求右回水堤( 中心城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)P=1%) 加強(qiáng)巡堤檢查，同時做好防洪搶險的準(zhǔn)備工作。

7.1.2 非汛期景觀用水調(diào)度運(yùn)用

每年非汛期河口蓄滯洪區(qū)內(nèi)的英格吐河主河槽，通過河口閘和各級混凝土自動翻板閘門，盡量保持正常的景觀水位，并根據(jù)南湖水庫的放流情況和英格吐河主河槽的換水需要，定期或不定期開啟河口閘門進(jìn)行控制正常蓄水位，目的就是滿足英格吐河沿岸公園內(nèi)的景觀用水要求。

7.2 南湖水庫

7.2.1 汛期洪水調(diào)度

每年進(jìn)入汛期(7—8月份) 后，南湖水庫壩前庫水位嚴(yán)格控制在汛期限制水位附近，隨時準(zhǔn)備攔蓄壩址以上洪水。

若南湖水庫壩上庫水位高于壩下河口蓄滯洪區(qū)庫尾水位和下游松花江干流水位時，則南湖水庫的泄洪閘全部開啟，全力泄洪，否則關(guān)閉泄洪閘，盡量多蓄洪，并減輕下游河口蓄滯洪區(qū)的防洪壓力。

若南湖水庫壩上庫水位明顯高于壩下河口蓄滯洪區(qū)庫尾水位，而且河口蓄滯洪區(qū)壩前水位又低于下游松花江干流水位時，則根據(jù)河口蓄滯洪區(qū)的防洪情況，適當(dāng)泄放洪水。

當(dāng)南湖水庫壩前庫水位和河口蓄滯洪區(qū)閘前庫水位接近于50 a一遇洪水位時，為了減輕下游河口蓄滯洪區(qū)( 含西城區(qū)和中心城區(qū)) 的防洪壓力，關(guān)閉南湖水庫泄洪閘，盡量多蓄洪和錯峰。

當(dāng)南湖水庫壩前庫水位接近于100 a一遇洪水位時，仍關(guān)閉南湖水庫泄洪閘，繼續(xù)蓄洪和錯峰。

當(dāng)南湖水庫壩前庫水位接近于200 a一遇校核洪水位時，為了確保南湖水庫本身的防洪安全，逐漸開啟泄洪閘，按過流能力全力泄洪。

7.2.2 興利調(diào)度運(yùn)用

南湖水庫入庫流量，主要由四豐山水庫下泄流量、四豐山水庫～南湖水庫區(qū)間徑流量和松花江補(bǔ)水量組成。

根據(jù)佳木斯市城市水系綜合治理規(guī)劃的水量平衡成果可知，每年豐水期和平水期，可合理利用四豐山水庫和區(qū)間徑流量即可。當(dāng)遭遇枯水期時，大多數(shù)情況下，需要松花江補(bǔ)水才能滿足城市水環(huán)境和景觀用水需求。

南湖水庫每年春季枯水期庫水位盡量保持在正常蓄水位附近，盡量少放流和少換水; 夏季豐水期庫水位控制在汛期限制水位附近，而且盡量多放流和常換水;秋季平水期庫水位盡量回蓄至正常蓄水位附近，經(jīng)常換水。

7.3 四豐山水庫

嚴(yán)格按上級水行政主管部門批復(fù)的四豐山水庫調(diào)度原則，進(jìn)行興利調(diào)度和防洪調(diào)度運(yùn)用。下面簡單介紹四豐山水庫的概況。

四豐山水庫位于佳木斯市區(qū)西南部四豐村附近的英格吐河上游，距主城區(qū)6.0 km左右，壩址以上流域面積88 km2，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。

該水庫始建于1957年，近幾年消險加固工程已竣工，現(xiàn)有主體工程有攔河壩、豎井式溢洪道、取水塔和土質(zhì)的非常溢洪道。該水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 a一遇，現(xiàn)狀死水位為90.0 m，死庫容90 萬m3;正常蓄水位為94.3 m，相應(yīng)庫容620 萬m3; 校核洪水位為96.56 m，校核總庫容1 274 萬m3。

四豐山水庫下游英格吐河兩岸已建堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)接近于10 a一遇洪水，經(jīng)過該水庫調(diào)蓄后，可使下游城區(qū)段防洪標(biāo)準(zhǔn)可以提高至20 ～100 a一遇洪水。水庫設(shè)計水田灌溉面積460 hm2，水庫正常養(yǎng)魚水面面積2 000 hm2，多年平均產(chǎn)魚量12 萬kg/a。

該水庫攔河壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程97.52 m，壩頂長度780 m，最大壩高11.35 m，上、下游坡比分別為1∶3 及1∶2.5。壩頂設(shè)有防浪墻，長度820m，墻頂高程98.2m。正常溢洪道為豎井式，位于土壩東端，溢洪口近似喇叭形，直徑12 m，輸水隧洞斷面近似馬蹄形，寬1.5 m，洞身長142 m，全部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。非常溢洪道位于土壩西端，由引水渠、自潰壩、挑流消能設(shè)施及尾水渠組成，全長950 m。輸水洞孔口尺寸為1.2m ×1.8m，設(shè)上、中、下3 孔閘門，閘底高程分別為91.9、90.2 、87.0 m。

［1］中華人民共和國國務(wù)院. 中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定［S］. 北京: 中華人民共和國國務(wù)院，2011.

［2］中華人民共和國水利部. 加強(qiáng)城市防洪規(guī)劃工作的指導(dǎo)意見［S］. 北京:中華人民共和國水利部，2011.

［3］佳木斯市水利勘測設(shè)計研究院，長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院上海分院. 黑龍江省濱水城市建設(shè): 佳木斯城市水系綜合治理規(guī)劃報告［R］. 佳木斯:佳木斯市水利勘測設(shè)計研究院，上海:長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院上海分院，2011.