2.2 滞洪区工程及其存在问题
2.2.1 滞洪区工程概况
大庆地区防洪工程设计调洪成果汇总表见表2.7。
表2.7 大庆地区防洪工程设计调洪成果汇总表
注 资料来源于《黑龙江省大庆地区防洪工程管理处工程指南》(黑龙江省大庆地区防洪工程管理处,2005)。
2.2.2 王花泡滞洪区
王花泡滞洪区位于大庆地区中北部、安达市境内北部,系作为调蓄双阳河洪水、明青坡水及黑鱼泡下泄洪水,以保证大庆市和下游广大地区防洪安全的关键性工程,在主汛期黑鱼泡和大庆水库泄洪也汇入王花泡。泄洪区控制面积4215km2,集水面积4124km2,工程等级为二等3级。按100年一遇洪水设计,总库容2.7658亿m3,设计水位147.63m,相应库水面积207km2,库容曲线见图2.1。
图2.1 王花泡水位库容曲线(含燎原水库)
王花泡滞洪区由主坝、东副坝、七段西副坝以及一座泄洪闸组成。王花泡滞洪区大坝由主坝、东副坝和七段西副坝组成。主坝从代家围子起到马家店止,全长6964m,坝顶高程为149.6m,坝上游坡为1∶3。东副坝从王老九屯东起到代家围子止,全长5504m,东副坝与主坝相连,护坡及护坡型式与主坝相同。西副坝利用自然岗包之间洼地围堵而成,共有七段,总长11528m(黑龙江省大庆地区防洪工程管理处,2005)。
泄洪闸是1966年兴建,1989年扩建,泄洪闸4孔,每孔宽度4.0m,闸门型式为平板钢闸门。底坎高程145.00m,最大泄量90m3/s。
2.2.3 北二十里泡滞洪区
北二十里泡滞洪区位于大庆地区中部、大庆市中心城市东侧,滞洪区周围有龙凤、卧里屯两个重要工业区,泡内有滨洲铁路、301国道、石化总厂输送原料的龙卧管带以及众多的工业设施等。它的作用是承蓄王花泡、红旗泡水库、先锋排干以及大庆部分油田、龙卧地区工业废水和卧里屯、龙凤等城镇排水。工程控制面积4876.3km2,集水面积4708.3km2,滞洪区工程为三等3级。采用100年一遇洪水设计,库容0.9237亿m3,设计水位143.11m,相应库水面积74.50km2,库容曲线见图2.2。
图2.2 北二十里泡水位库容曲线
2001年北二十里泡已被黑龙江省认定为龙凤自然保护区,是全国仅有的城市市区内的湿地自然保护区,保护区面积为5050.39hm2。据调查,库区内发现有76种鸟类(迁徙或就地繁衍),其中珍稀鸟类有19种,国家一级保护鸟类有4种,二级保护鸟类有5种,这里已成为水禽的重要栖息地。
北二十里泡滞洪区由于芦苇丛生,公交设施纵横,糙率系数较大,阻水严重。泡内水面比降较大,入口、出口水位差约1.0m,出口流速约在0.1m/s以下,从而导致1998年洪水泄流不畅。
为解决滞洪区由于芦苇阻水问题,1999年城市防洪应急度汛工程包括北二十里泡清障挖河工程。采用王花泡按100年一遇最大泄量90m3/s,清障挖河长15.3km,河底宽44m,边坡1∶3,比降1/10000。
北二十里泡泄洪闸兴建于1989年,5孔,每孔宽5m,净宽25.0m,最大泄量93m3/s。
2.2.4 中内泡滞洪区
中内泡滞洪区位于大庆地区中南部,大庆市红岗区东南部与安达市交界处。它的作用是承担北二十里泡泄水、大庆市中央排干、东部排干和安达市兴隆排水的来水,以及承担安肇新河的错峰、削峰任务,起着承上启下的重要作用。
工程控制面积5896.2km2,集水面积5728.2km2,工程等级为三等3级,采用50年一遇洪水设计,100年一遇洪水校核。设计库容0.5524亿m3,设计水位140.89m,相应库水面积32.30km2;校核库容0.6301亿m3,校核水位141.12m,相应库水面积34.10km2。该滞洪区由主坝、142副坝和两座泄洪闸组成,库容曲线见图2.3。
图2.3 中内泡水位库容曲线
中内泡大坝由主坝和142副坝组成,主坝从荣家屯起到中内泡屯南止,全长2852m,坝顶高程142.70m,坝顶宽度6m,上游护坡为1∶2.5。中内泡原闸兴建于1966年,为2孔,每孔宽4.0m,净宽8.0m。底坎高程138.50m,最大泄量为43m3/s。由于防洪设计标准从20年一遇提高到50年一遇,泄洪能力要相应提高,为此在旧闸右侧40m处增建新闸一座,其4孔,每孔宽5m,净宽20m,底坎高程为138.00m,最大泄量87.40m3/s。
两闸泄洪时联合运用,当下泄100年一遇洪水时两闸全开,下泄50年一遇洪水时新闸全部开起,旧闸控制流量。
2.2.5 七才泡滞洪区
七才泡滞洪区位于中内泡下游,是一个无坝、无闸,靠自然调节的滞洪区,承担着中内泡泄洪和七才泡排干来水的调蓄任务,出口与安肇新河渠道连接,出口宽度29m,出口底高程137.48m,工程总控制面积6130km2,集水面积5962km2。七才泡滞洪区调洪成果见表2.8。
表2.8 七才泡滞洪区调洪成果汇总表
注 起调水位137.50m,起调库容850万m3。
2.2.6 老江身泡滞洪区
老江身泡滞洪区位于安肇新河中游段老江身泡排干下游,为支流滞洪区,距安肇新河2.5km,在安肇新河中游(中内泡—老江身泡)段20+460处汇入安肇新河。因库容较小,滞洪能力有限,1989年大庆地区防洪工程初步设计时该滞洪区未纳入设计。经近几年特别是1988年大洪水的冲刷,大坝和泄洪闸均出现严重水毁,且因闸门底坎过高,现已经不能很好地调节蓄水。1996年在老江身泡排干12km处新开挖了升平排水渠,来水直接泄入安肇新河。这样老江身泡排干12km处以上集水面积全部由升平排干控制进入安肇新河。老江身泡滞洪区原集水面积784km2,由于修建升平排干占集水面积554km2,现老江身泡排干集水面积230km2。
该滞洪区主要承蓄老江身泡排干、升平油田截流沟来水和肇州杏山涝区排水,经蓄洪区蓄水调节后汇入安肇新河,原工程集水面积784km2。采用20年一遇洪水设计,设计水位为140.00m,设计流量26m3/s;100年一遇洪水校核,校核水位141.10m,校核流量49m3/s,相应库水面积11.8km2,相应库容0.418亿m3。死库容为0.09亿m3,相应水位138.00m,库容曲线见图2.4。
图2.4 老江身泡水位库容曲线
大坝为黏土均质坝,坝长2420m,坝顶宽度4m,坝顶高程142m,最大坝高4.83m,上游坡度比为1∶3,下游坝坡比为1∶2.5,上下游护坡均采用种草护坡型式。闸门为平板闸门,2孔,净宽6m,底坎高程为138.0m。
2.2.7 库里泡滞洪区
库里泡滞洪区位于大庆地区的南部,大庆市大同区、肇源县、肇州县交界处,承接中内泡、老江身泡排干、升平排干和西排干来水。在调控安肇新河洪水泄入松花江,保证下游耕地、草原和肇源县城及其他城镇、村屯的安全起重要作用。工程总控制面积9800km2,集水面积9632km2。滞洪区工程等级为三等3级。采用50年一遇洪水设计,设计库容2.1172亿m3,设计水位131.23m(库容曲线见图2.5),相应库水面积131.00km2;100年一遇洪水校核,校核库容2.7029亿m3,校核水位131.64m,相应库水面积142.00km2 。
图2.5 库里泡水位库容曲线
滞洪区由大坝、西副坝、老山头副坝和新、老两座泄洪闸组成。主坝长1159m,最大坝高5.20m;西副坝长3641m,最大坝高4.40m;老山头副坝长2375m。各坝段的坝顶高程均为133.00m,坝顶宽度均为6m。库里泡原泄洪闸建于1966年,2孔,每孔宽6.5m,净宽13.0m,底坎高程128.70m,最大泄量70m3/s。
2.2.8 青肯泡滞洪区
2.2.8.1 滞洪区部分
青肯泡滞洪区位于肇东、安达两市交界处,滨洲铁路曹家车站北侧,为自然大水泡子,泡底宽平,岸坡较陡,形成天然有利的滞洪区,承接东湖水库泄水,东北部有吉星岗、幸福两排干汇入,总控制面积2524km2,占全流域面积的50%。来水经滞洪区调蓄后,5年一遇至10年一遇的洪水在汛期可以不放流,50年一遇的洪水按下游过水能力控制泄流,100年一遇洪峰流量削减2/3,为下游治涝创造有利条件。青肯泡滞洪区设计为50年一遇防洪标准,设计水位144.86m,相应的库容为1.61亿m3,相应库水面积132.40km2;100年一遇校核,校核水位为145.12m,相应的库容为1.917亿m3,相应库水面积141.60km2,集水面积2366km2,库容曲线见图2.6。
幸福排干将西北排干和刘大壤碱沟来水引入青肯泡滞洪区,在青肯泡主坝东侧汇入滞洪区,排干全长8.5km,跨安达、肇东两市,排干控制流域面积1066km2,其中平原区320km2,占30%,丘陵区746km2,占70%。幸福排干5年一遇流量35.8m3/s,10年一遇流量83.7m3/s,20年一遇流量146m3/s。
在青肯泡滞洪区北端有东湖水库泄水渠引入,渠首始于东湖泄水闸门,沿草原洼地穿越安兰(兰西县)公路入青肯泡滞洪区。全长16km,泄量为5.0~10.0m3/s。青肯泡大坝长7100m,坝顶高程146.90m,最大坝高3.57m,迎水坡比1∶4,背水坡比1∶3,坝顶宽度5m。上下游护坡均为种草护坡形式。泄洪闸位于主坝中部,堰型为宽顶堰,闸底坎高程142.5m,闸为6孔,每孔净宽2m,最大泄量76m3/s。
图2.6 青肯泡水位库容曲线
2.2.8.2 污水库及其调度
大庆30万t乙烯工程是经国务院批准建设的全国重点大中型工程之一,是一座大型石油化工企业,并与大庆石油化工总厂、大庆化肥厂共同构成大庆的石油化工基地,现已年产乙烯48万t。1983年大庆乙烯厂厂外明渠排污工程,确定了采用东线明排方案,为了节省投资而借用肇兰新河进行污水排放,修建了污水库。污水库是原青肯泡滞洪区的一部分,在青肯泡滞洪区南部修建隔坝工程,把滞洪区分为南、北两部分。隔坝以南为污水库,库水面积为25km2,以备冬季储存大庆石化总厂、乙烯厂工业废水,经净化后次年汛期排出。污水库工程等级为四等,污水库集水面积132.75km2。防洪标准按20年一遇洪水设计,设计水位144.71m,校核污水库总库容为2808万m3,库容曲线见图2.7。污水库排污量每日按10万t计算,河道排涝按5年一遇洪水开挖,防洪堤按10年一遇洪水设计。排污方式为阶段均匀排污,年排污总天数为132~134d,排污流量为5~10m3/s。
污水库隔坝全长8.6km,坝顶宽度4m。污水库泄洪闸3孔,每孔宽3.5m,设计排污量为10m3/s。
污水库调度有确定以下原则:
(1)调度分正常情况(P=20%)、设计情况(P=5%)和校核情况(P=0.5%),从11月11日到次年4月30日为冬季储存污水时间。
(2)为了减少下游河道开挖工程量,在正常运用情况和设计运用情况时,排污和防洪排涝错开泄流,即汛期7—8月河道主要为防洪排涝,污水库不放流,余为排污时间。当汛期库水位超过设计水位时(校核情况),库闸门全部开启,自由排污,确保隔坝工程安全。
图2.7 污水库水位库容曲线
(3)为了充分利用水库的有效库容,汛前(6月30日前)必须将库中污水放空到144.0m,以备蓄洪。汛后(9月1日)至结冻前(11月10日)水库再次放空,待冬季储存污水。
根据上述调洪原则,按汛前、汛后阶段均匀排污(正常运用)和集中排污(非正常运用)两种形式:
(1)污水库均匀排污(正常运用)操作制度。①小于5年一遇,汛前(5月1日至6月30日)均匀排污,泄量为5m3/s。汛后(9月1日至11月10日)泄量为3.6m3/s。②5年一遇至20年一遇,5月1日至6月24日,泄量为5m3/s,当库水位超过144.2m时,加大泄量至10m3/s。汛后泄量为4.3m3/s。③20年一遇至200年一遇,5月1日至6月24日,泄量为5m3/s,当库水位超过144.25m时,加大泄量至11.6m3/s。8月30日至11月10日,泄量5.5m3/s。
(2)污水库集中排污(非常运用)操作制度。①P≤20%,汛前水库两次腾空,汛后当库水位超过144.80m时,闸门就全部开启,自由泄流,直至库水位降为144.0m。②P>5%,汛前、汛后均为两次腾空,当库水位超过144.80m时,闸门全开,自由泄流,最大泄量为28.2m3/s(大庆地区防洪工程管理处,2005)。
2.2.9 滞洪区工程管理存在问题
大庆防洪工程修建之初,主要考虑防洪要求,工程防洪排涝建设仅停留在单一的防洪目标上,所以基本上以“早泄、多泄”为调度原则。各滞洪区起调水位均比较低,自由水面小。大庆油田开发之初,大庆地区人口、资源与生态环境问题的矛盾不太突出,防洪工程的任务定位也只是防洪,主要是解决洪涝灾害问题(常礼等,2012),对洪水的认识仅局限于灾害方面,没有把洪水作为资源来看待对洪水的调度,主要是排泄,而对洪水资源利用考究的很少。但随着全社会对生态的日益重视,特别是1998年大水后,连续出现干旱年份,雨洪资源化的呼声越来越高,加上大庆地区地表无天然河流,使大庆成为全国严重的缺水城市;更有大庆由于石油开采所形成的全国第二、黑龙江省最大的地下水降落漏斗,正在引发地表变形等严重的地质灾害和荒漠化(刘群义等,2004)。1998年松花江发生大洪水,嫩江大提多处破口进洪,但灾后发现地下水得到了很好的补充,其地下水的抗旱效益一直延续了几年。这个例子说明,解决缺水问题,必须把洪水作为资源来看待(苑长春,2011)。
基于上述原因,综合分析大庆防洪工程现状,主要存在以下问题,严重制约下一步的科学调度和管理。
(1)20世纪80年代后期,大庆地区连续发生严重洪涝灾害,暴露出防洪工作中的一些难以解决的矛盾:①低标准工程与高标准防洪要求的矛盾。这一地区防洪工程是20世纪60年代修建的,主要是为农业服务,工程标准低,与油田和石化企业高标准的防洪要求相差甚远,一遇较大降水,防洪工程超负荷运行,到处出险,四处告急,给防洪工作造成很大被动局面。②工程保护范围和工矿企业、交通设施安全的矛盾。70年代这一地区干旱,北二十里泡、王花泡、库里泡水位很低,大庆油田和石化企业在这些滞洪区打了油井,架设输油、输气管线,建设高速公路,将原有滞洪区占用,本属于清障对象,但这些设施不但不能清除,而且在汛期还要保证其安全,给滞洪区的洪水调度带来很大的困难。③上下游排蓄的矛盾。由于工程不配套,上下游各市(县)之间对洪水蓄泄的要求不一,上游要加大泄流量,下游则要减少泄流量,造成上下游排、蓄、泄之间矛盾。④农田排水和油田安全矛盾。大庆油田地势低洼,按自然水势,一些农田排水要进入油田,为了保证油田安全,在油田四围修建防洪排水工程,截断农田排水出路,造成大片农田被淹。
(2)滞洪区没有政府公告,增加了滞洪区调度的难度。滞洪区由于上述问题,土地由乡镇出租或转包,泄洪或承洪区域内层层设障,养鱼池面积逐年增多,导致洪水下泄不畅,使得调度难行。大庆防洪管理处多次打报告给上级主管部门,2006年黑龙江省水利厅向省政府提出公告滞洪区防洪范围的请示,由于各方面原因至今没有得到批复。这就导致了管理单位和周边地方政府或群众在利用水土资源上分歧不断、纠纷时有发生;也使得管理部门执法手段软弱,行洪区内清障工作难以进行。
(3)双阳河洪水问题。解决双阳河洪水的根本措施是修建双阳河水库,起初因国家资金困难,一直未能实施,南支封闭工程也没有兴建,一旦双阳河出现较大的洪水,顺南支而下,再加上明青高地大量坡水下泄,严重危及大庆市的安全;1994年后,随着大庆防洪三期工程竣工完成,接着封闭双阳河南支,一定程度上缓解了该地区的防洪压力。
(4)工程标准低,不配套,质量较差。安肇新河原设计平槽泄量10~15m3/s,堤防标准为10年一遇,由于“文化大革命”期间施工,工程没按设计断面开挖,再加上年久失修,渠道淤积严重,排水能力很低,仅能通过5~8m3/s。
滞洪区工程,原设计标准为20年一遇,校核标准为100年一遇,为了节省投资,均没有护坡,堤坝断面不足,高度不够,筑坝土料,有些是分散土,因风浪和降雨的冲刷个别坝段坡角下沉,出现坝体坍塌下滑险工多处。1986年汛期,中内泡、库里泡先后多处出现险情,动员近2万余人,上坝抢险加固。
(5)污水来量增加,滞洪区蓄洪库容减少。随着大庆油田开发建设和石油化工业迅速地发展,工业污水和生活废水外排量不断增加,据1985年调查资料统计,初步估算排入安肇新河年污水总量为7200万m3。由于大庆中央排干、东排干、西排干的开挖,增加汇流面积,原设计库里泡以上汇水面积为7550km2(不包括双阳河以上集水面积),增加汇流面积2252km2,100年一遇增加洪量约1.99亿m3。
(6)安肇新河出口排水不畅。安肇新河出口自库里泡经牛毛沟水库,望海闸入松花江,八家河、牛毛沟河道弯曲淤积严重,芦苇丛生,影响排水。为解决安肇新河洪水出路,1986年春进行下游出口段整修清淤,计划流量达到15~20m3/s,由于水下施工难度大、困难多没有按计划断面开挖,1986年汛期,七家子闸实际流量不足10m3/s。为解决安肇新河排水出路,1987年从肇源头台新开挖一条河道,从古恰闸入松花江(黑龙江省大庆地区防洪工程建设指挥部,1992)。