周志剛，李曉軍，馬向東

（1.琿春市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)，吉林琿春 133300；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)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(shí)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(duì)琿春河的防洪影響，保證干流河道防洪安全，需對(duì)原有圖魯攔河壩與新建圖魯水電站工程，對(duì)琿春河防洪影響進(jìn)行對(duì)比研究，以研究確定新建圖魯水電站工程對(duì)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(jí)。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(jì)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(kù)容142萬m3。

2 防洪運(yùn)行要求

琿春河老龍口水庫(kù)壩址以下河段兩岸均建有堤防，按保護(hù)對(duì)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(bào)告》（吉政函（1991）260號(hào)批復(fù)）規(guī)劃成果，琿春市城市防洪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃水平年為50年一遇，鄉(xiāng)村防洪標(biāo)準(zhǔn)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(jí)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(dāng)發(fā)生20年一遇以上的洪水時(shí)，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(jì)算

3.1 計(jì)算方法

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

式中：Z1，Z2——計(jì)算河段上、下游相鄰斷面的水位，m；x1，x2——上、下游過水?dāng)嗝鏉裰?，m；A1，A2——上、下游過水?dāng)嗝婷娣e，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(shí)際計(jì)算中將局部水頭損失的影響綜合到糙率系數(shù)中。

3.2 計(jì)算邊界條件

1）河道斷面。這次防洪影響分析計(jì)算范圍是老龍口水庫(kù)壩址至琿春河河口河段，計(jì)算河段長(zhǎng)度約為46.45 km。河道斷面資料全部采用琿春市水務(wù)局測(cè)量隊(duì)2016年12月實(shí)測(cè)成果，計(jì)算河段共計(jì)94個(gè)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(jì)算采用分主槽、邊灘的計(jì)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(jì)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(jí)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(jì)算起始水位采用圖們江與琿春河發(fā)生同頻率洪水時(shí)圖們江水位，根據(jù)《圖們江下游段（中國(guó)側(cè)）流域規(guī)劃報(bào)告》中防洪規(guī)劃成果，琿春河口上游圖們江琿32號(hào)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(jì)算流量。河段計(jì)算流量采用吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制的《琿春市琿春河水文分析及調(diào)洪計(jì)算報(bào)告》成果，洪峰流量考慮老龍口水庫(kù)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(xiàng)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(jì)算。自老龍口水庫(kù)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(shí)實(shí)際過水?dāng)嗝嫘螤钸M(jìn)行斷面概化，并使斷面水位等于工程相應(yīng)設(shè)計(jì)水位。

橋梁依據(jù)鐵三院壅水計(jì)算公式，進(jìn)行壅水計(jì)算。公式如下：

其中：b——橋墩間凈寬，單位為m；B——無橋墩時(shí)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(dāng)水流紊動(dòng)作用較大或需要考慮偏安全的情況時(shí)，取0.1，否則取0.05，這次計(jì)算均采用0.1。

4 成果及分析

4.1 計(jì)算成果及分析

按上述計(jì)算方法、公式及計(jì)算條件，推求水面線，計(jì)算成果見表2。

表2 水面線計(jì)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(jì)算成果驗(yàn)證

2016年琿春河發(fā)生了較大洪水，經(jīng)洪水頻率推算，該場(chǎng)洪水接近20年一遇，2016年12月，對(duì)該場(chǎng)洪水收集了琿春水文站實(shí)測(cè)資料及計(jì)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(shí)測(cè)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(jì)算采用的糙率是合理的，設(shè)計(jì)水面線成果具有一定的可靠性。

5 項(xiàng)目對(duì)防洪的影響分析

5.1 對(duì)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(duì)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(jí)堤防，按規(guī)范要求計(jì)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(jì)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(jì)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(duì)現(xiàn)狀堤防的加高培厚等工程措施予以消除。

5.3 對(duì)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(jì)灌溉水位，對(duì)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(zhǎng)度0.40 km，新明大橋位于回水范圍外，庫(kù)區(qū)回水對(duì)新明大橋基本不造成影響。

5.4 對(duì)河勢(shì)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(píng)價(jià)成果的對(duì)比，圖魯水電站工程在防洪標(biāo)準(zhǔn)（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(jì)時(shí)對(duì)下游已采取了防沖工程措施，基本滿足河勢(shì)穩(wěn)定要求。

6 結(jié)語

1）該工程利用2016年實(shí)測(cè)洪水資料及和調(diào)查的洪痕對(duì)糙率進(jìn)行率定，建立了與琿春河干流現(xiàn)狀擬合較好的數(shù)學(xué)模型，并分析了沿途各個(gè)橋梁設(shè)計(jì)工況下的上游壅水情況，水面線計(jì)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(jì)算成果對(duì)比分析，工程建成后僅對(duì)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(huì)對(duì)該段河道的防洪產(chǎn)生影響。

4）通過對(duì)琿春河防洪工程、水利設(shè)施、跨河建筑物及河勢(shì)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(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2008，1.

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

［3］鐵道部第三勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)橋渡水文.北京：中國(guó)鐵道部出版社，1993.