哈爾濱市群力堤四方臺(tái)段河道演變分析

賈 山，韋富英

(1.通河縣水務(wù)局，黑龍江通河150900;2.哈爾濱市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，哈爾濱150076)

1 基本概況

1.1 河道現(xiàn)狀

哈爾濱市道里區(qū)群力堤四方臺(tái)段河道位于松花江干流右岸，四方臺(tái)大橋下游約1 km處，臨近四方臺(tái)閘，由于受大頂子山航電樞紐和新建四環(huán)橋的影響，河道坍塌逐年逼近堤腳，尤其在2009年的防汛檢查中，該處險(xiǎn)情更為嚴(yán)重，如不采取措施任由其發(fā)展，將會(huì)嚴(yán)重危及群力堤安全。

1.2 河道特征

松花江哈爾濱段屬平原型河流，表現(xiàn)為平原河流的共性，自然彎道較多，分汊較多。該段河道坡降較平緩，比降較小，此段江道主槽水流作彎嚴(yán)重，表現(xiàn)出明顯的彎曲形態(tài)特征，該種河型江道演變頻繁，局部河段特別是四方臺(tái)段河道更具彎曲河道特征。河道的主要特點(diǎn)為:中水河槽具有彎曲外形，深槽緊靠凹岸，邊灘依附凸岸，凹岸沖蝕，凸岸淤長，沖淤變化明顯。近年隨著作彎運(yùn)動(dòng)的加劇和上下游河勢的變化使得河道演變加劇，江道長期處于自然演變和調(diào)整的動(dòng)態(tài)變化過程之中。

1.3 河岸地質(zhì)概況

該段河岸位于新華夏系第二沉降帶松嫩沉降帶東南隆起區(qū)。自中生代中期開始大面積沉降，沉積了巨厚的白堊系嫩江組泥巖;新生代早期該區(qū)緩慢，缺失第三紀(jì)沉積物;進(jìn)入第四紀(jì)以來，隨著地殼間歇新的升降運(yùn)動(dòng)，本區(qū)普遍沉積了40～50 m的松散堆積物。

河漫灘由第四紀(jì)沖積物組成，河岸地質(zhì)組成具有二元結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，上層為黏土或砂質(zhì)黏土，土層較薄;下層為粉砂或細(xì)砂，河床床砂組成以細(xì)砂為主。

2 河道演變分析

2.1 河道演變規(guī)律分析［1－2］

據(jù)資料記載，該段江道自本世紀(jì)九十年代至今，一直處于作彎發(fā)展階段，基本特征為天然彎曲型。通過多年河道的平面形態(tài)圖可以看出，該河段為一個(gè)縱向穩(wěn)定，橫向欠穩(wěn)定的彎曲型河道。

圖1是松花江四方臺(tái)河段1950年、1990年、1998年、2009年4個(gè)年份的河勢套繪圖。

圖1 松花江干流四方臺(tái)段河道演變圖

從圖中可以看到近10多年間，哈爾濱市段河道平面變化不大，沒發(fā)生大的裁灘切彎，河床演變僅限于彎道凹岸的沖刷后退、凸岸的淤漲以及支汊的興衰，灘洲下移，分汊發(fā)育，彎道頂沖后退等。從圖中可以看出四方臺(tái)河段，平面變化不大，平面形狀和位移變化較小，橫向變化比較明顯。四方臺(tái)河段位于彎道頂沖點(diǎn)，水流在轉(zhuǎn)彎后，直接頂沖四方臺(tái)處河岸，造成彎道凹岸不斷坍塌，坍塌速度很快，凹岸每年坍塌后退10～20 m，而凸岸相應(yīng)淤積延伸，淤積延伸的速率也較快，凹岸沖刷和凸岸淤積呈息息相關(guān)的狀態(tài)。彎道凹岸不斷坍塌后退，蠕動(dòng)下移。河段的縱向變形為彎道段洪水期沖刷和枯水期淤積，而過渡段則相反。年內(nèi)這種沖於變化雖然不能完全平衡，但就較長時(shí)期平均情況而言，基本上是平衡的。

本河段流向西南～東北，寬闊漫灘高地已大部分開墾為旱田，灘地高程在116 m左右，主江道蛇曲且靠近南岸側(cè)，經(jīng)過幾次較大洪水和江道的自然演變，深泓線進(jìn)一步惡化發(fā)展。在自然情況下，由于水流與河床的相互作用，造成四方臺(tái)段河岸持續(xù)崩塌而改變河勢，局部塌岸已臨近群力堤堤腳，河流的沖刷使岸坡坡度變陡，高度增加，坡度因土質(zhì)松散無植被局部破壞段上部近于直立，切岸段距離堤腳的距離最近處約為100 m。與此同時(shí)，該段航道也變得極不穩(wěn)定，航行條件惡劣，并有愈演愈裂的趨勢。1998年特大洪水以后，該段江道繼續(xù)作彎，頂沖點(diǎn)逐漸下移，北岸淤沙嚴(yán)重，南岸強(qiáng)烈沖刷，對(duì)該段堤防構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

2.2 崩岸成因分析［3］

在自然情況下，彎道凹岸的崩塌在河段演變中占主導(dǎo)的地位，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的影響也最大。汛期水位開始上漲，一方面，環(huán)流加強(qiáng)，促進(jìn)了凹岸岸坡及其臨近河底的沖刷;另一方面，水流挾沙力增大，而上游來的沙量，由于過渡段的淤積，未能相應(yīng)增加，也促進(jìn)了這種淘刷作用。這時(shí)深槽被沖刷，河底高程下降，岸坡變陡，穩(wěn)定性降低，達(dá)到一定程度后，河岸土體失去支持，崩岸即行發(fā)生。相反，退水期崩岸有轉(zhuǎn)弱，直至停止的趨勢。

從上述崩岸的過程可知，對(duì)崩岸起主要作用的流量是汛期比較大的流量。而崩岸的強(qiáng)弱取決于深槽中的環(huán)流強(qiáng)度和水流挾沙能力大小以及上游來沙量的多少;還和上下游河勢、地質(zhì)地貌、河床邊界等有關(guān)。

松花江干流主流的擺動(dòng)是引起該段河勢變化，使四方臺(tái)處河岸不斷沖淘崩岸的主要原因。大頂子山航電樞紐工程蓄水使四方臺(tái)河段的流量增大，水深加大，水流挾沙能力增強(qiáng)，利于崩岸的發(fā)生。上游新建的四環(huán)路松花江大橋勢必將壅高水位，加大流速，加劇對(duì)下游河岸的沖刷。四方臺(tái)段河道岸邊河床土質(zhì)抗沖能力弱，河岸、灘地植被較差是造成河岸持續(xù)崩塌的另一個(gè)重要原因。該段河灘地層由第四系松散堆積物組成，具備了橫向發(fā)展的地質(zhì)條件，可做較大程度的橫向擺動(dòng)，在作彎河道上，造床運(yùn)動(dòng)劇烈。此外，在降雨、凍脹、中高水期造床或汛期持續(xù)高水位等作用下，造成土體含水量劇增，使土體強(qiáng)度降低，有利于塌岸的發(fā)展。同時(shí)河床基本為細(xì)砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，主槽蜿蜒曲折，擺動(dòng)較大，是坍塌崩岸的另一主要原因。

2.3 河道演變趨勢分析［4］

四方臺(tái)河段目前正處于作彎階段，除具有一般彎曲河道演變特點(diǎn)外，還受到灘地汊道興衰變化以及上下游河勢變化的影響，演變較為復(fù)雜。四方臺(tái)段處于江道凹岸頂沖變異區(qū)，近年來該段江道彎曲崩塌嚴(yán)重，河灘底層由松散堆積物組成，不會(huì)遇到堅(jiān)硬土質(zhì)阻礙江道的自由發(fā)展，所以在無人為控制的情況下四方臺(tái)河岸的變化仍會(huì)繼續(xù)延伸或平移，當(dāng)彎曲系數(shù)達(dá)到1.5，只要條件具備，就可能發(fā)生裁彎?？傊姆脚_(tái)河段正處于作彎階段，頂沖點(diǎn)位置逐漸下移，縱向發(fā)展估計(jì)不會(huì)有較大的變化，橫向的發(fā)展不穩(wěn)定，裁彎的可能性較大。

3 結(jié)束語

四方臺(tái)河道要想改變不斷坍塌的局面，要想保護(hù)建成后的群力堤，同時(shí)也為了保持河形穩(wěn)定，保證堤防防洪功能，必須采取工程措施，人為控制河道沿著有利于群力堤險(xiǎn)工的方向發(fā)展，才能達(dá)到全面整治該段江道的最終目的。

［1］錢寧，等.河床演變學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，1987.

［2］張瑞謹(jǐn).河流動(dòng)力學(xué)［M］.北京:中國工業(yè)出版社，1961.

［3］余文，等.長江河道崩岸與護(hù)岸［M］.北京:中國水利水電出版社，2008.

［4］謝鑒衡.江河演變與治理研究［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2008.