松花江富錦—綏東河段航道整治修復技術研究

王 軍，于廣年

（1.黑龍江省航道局，哈爾濱150002；2.交通運輸部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津300456）

松花江富錦—綏東河段航道整治修復技術研究

王 軍1，于廣年2

（1.黑龍江省航道局，哈爾濱150002；2.交通運輸部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津300456）

文章對一期整治工程布置、整治前后來水來沙及河道地形變化進行了分析，并利用二維水沙數(shù)值模擬技術，對富錦—綏東河段修復工程進行多方案比選，提出了合理的整治原則及工程措施，修復工程實施后富錦—綏東河段航道尺度可達到Ⅲ級航道標準。

航道整治;模型試驗;富錦—綏東河段

圖1 松花江富錦—綏東淺灘河勢Fig.1 River regime of Fujin-Suidong reach in Songhua River

松花江富錦—綏東淺灘位于佳木斯下游180 km富錦市附近（圖1），富錦淺灘位于王大煙通至小黑通之間，該河段有2個“S”反彎組成，枯水河灣的凸岸邊灘外側為主槽，內側為支汊。該河段枯水河寬達1 500 m，由于邊灘低平，致使水流分散，主槽流量沿程不連續(xù)，航線曲折多變，航深、航寬及航道彎曲半徑均不足Ⅲ級航道標準。綏東淺灘位于綏東碼頭附近，綏東河灣上接小黑通下連官草通，銜接形成“S”反彎，綏東上段受小黑通彎道動力軸線變化的影響，通航汊道交替于主、支汊內，并有汊口淺灘存在。下段綏東汊道內有綏東碼頭，汊道進口與主槽呈20°交角，進口上邊灘直接影響汊道的興衰，主槽內有交錯深槽存在，淺脊礙航。

20世紀90年代初期曾對該淺灘河段進行了重點淺灘整治，其航道整治建筑物（丁、鎖壩，魚嘴及護岸）均為拋石散粒體結構，護床排為柳條捆扎而成。散拋石壩、護岸及護床排的結構松散，整體性差。特別是季節(jié)性封凍河流與其他河流有所不同，不僅有洪水對整治建筑物的破壞，而且冰對整治建筑物也有巨大的破壞作用。根據(jù)2009年、2010年對佳木斯至同江河段一期整治建筑物調查，約70%整治建筑物遭受不同程度損壞。如按整治建筑物毀壞部位，丁壩大多壩頭發(fā)生破壞，其次是壩身，壩根與岸連接部位也有損毀現(xiàn)象；鎖壩損壞大多發(fā)生在壩身中部，其次是壩根與岸連接部位；島頭魚嘴分流工程，損毀現(xiàn)象大多發(fā)生在靠近主江一側的部分，也有魚嘴頭部坍塌現(xiàn)象發(fā)生；護岸工程大多發(fā)生在中水頂沖部位，也有發(fā)生在護岸起點或終點現(xiàn)象。并且當時受工程投資所限，該河段航道建筑物布置較少，未完全控制枯水河勢；且近年來松花江航道建設及維護劃歸地方管轄，航道養(yǎng)護資金極其短缺，致使受水毀和冰毀的整治建筑物未得到及時補修。經(jīng)過多年的變化，該河段一期工程的整治效果已不明顯，出現(xiàn)了多處礙航淺灘，嚴重影響該河段通過能力。因此，分析該河段河床演變規(guī)律，研究一期整治工程布置的合理性，對松花江高等級航道修復建設尤為重要［1］。

1 河段來水來沙特征

1.1 佳木斯水文站來水來沙特征

松花江佳木斯水文站控制流域面積為52.83×104km2，多年日平均流量2 074 m3/s（1953～2009年），歷年最大日平均流量為18 300 m3/s（1960年8月27日），日平均最小為125 m3/s（1979年2月11～18日）。年際間水量分配極不均勻，多年平均徑流量655.7×108m3，歷年最大徑流量為1 218.6×108m3（1960年），歷年最小徑流量為246.8×108m3（1979年），豐枯年水量比為4.9。歷年最高日平均水位為80.62 m（1960年8月27日），最低水位為72.45 m（2003年6月11日），水位最大變幅為8.17 m，年內水位最大變幅也達7.03 m（1998年）。佳木斯水文站多年平均輸沙量為1 038×104t，多年平均含沙量為0.149 kg/m3，日最大平均含沙量為1.27 kg/m3（1965、1988年），最小平均含沙量為0.001 kg/m3；年最大輸沙量為2 518×104t（1955年），最小為211.3×104t（1979年），年際間輸沙量變化較大。年際間水量、沙量分配極不均勻是河勢發(fā)生變化的主要原因，尤其大豐水年或系列豐水年對河道的塑造具有決定性的意義。

年內水量分配也極不均勻（表1），該河段一般4～5月為春季枯水期（4月中旬流冰約半個月），徑流量約占全年水量的13.93%；6月～7月為漲水期，徑流量約占全年水量的20.91%；8月～9月為中洪水期，徑流量約占全年水量的38.34%；10月～11月為落水期及秋季枯水期（11月中旬流冰約半個月），徑流量約占全年水量的17.29%；12月～翌年3月為封凍期，徑流量約占全年水量的9.53%。懸移質輸沙年內分配極不均勻（表1.1）。暢流期（5月～10月）輸沙量占全年輸沙量的91.24%，封凍及流冰期（11月～翌年4月）輸沙量占全年輸沙量的8.76%，可見產(chǎn)沙主要集中在暢流期。含沙量的變化與洪峰的形成過程有關，一般年份洪峰均伴隨年內最大的沙峰出現(xiàn)，沙峰早于洪峰?？梢妼拥赖乃茉熘饕菚沉髌谒鏖L期作用所致。

表1 佳木斯水文站多年月平均水量、輸沙量表Tab.1 Seasonal variation of monthly mean water volume and sediment discharge at Jiamusi hydrological station

1.2 河床底質特征

本河段兩岸及島嶼表層為沙壤土，下層為中細沙及小礫石，主導河岸岸坡相對較陡，島嶼及沙洲雜草灌木叢生。據(jù)河床質取樣分析，河床質中值粒徑為0.2～0.8 mm，主槽平均中值粒徑為0.56 mm，主槽泥沙顆粒較粗，支汊次之，邊灘及岸邊泥沙略細。所取河床質沙樣中80%以上含有大于5 mm的礫石，這意味著本河段來沙途徑不單是徑流挾沙。從粒配組成及來水來沙情況分析，本河段起造床作用的是推移質泥沙。

2 富錦—綏東一期航道整治工程［2］

2.1 河床演變規(guī)律［3］

分析1904、1926、1934、1973、1990年歷次測圖，本河段河道相對穩(wěn)定，多年來基本保持著凸岸邊灘分汊或復雜分汊的彎曲河型，其演變主要表現(xiàn)為：

（1）該河段平面呈蜿蜒多分汊河型，在松花江下游特定的來水來沙條件長期塑造下，以及受富錦港節(jié)點的制約，使本河段平面輪廓與河槽外形沒有太大變化，歷年河勢相對穩(wěn)定，沒有大的調整。

（2）隨著來水來沙的周期變化及上游動力軸線變化，在系列中、枯水年塑造了短波長的“S”型反向彎曲河槽，主流坐彎。豐水年孕育了長波長的彎曲河型及其相應的灘槽河勢，主流拉直。來水來沙的周期變化導致主流在主、支汊內交替變化，直接影響汊道的興衰。如徐海通汊道、小黑通小河子汊道、綏東上汊道。

（3）本河段為彎曲河型，在彎道環(huán)流的作用下，具有凹岸沖刷、凸岸淤積的彎曲河道演變特征，系列中枯水年尤為明顯，凹岸頂沖部位形成單向緩慢側蝕展寬。如小黑通彎道左岸，年平均側蝕強度約12 m，水流頂沖點在631～634 km之間變化。

（4）本河段河床寬淺，水流對河床的塑造能力較弱，河道的自動調整速度緩慢。該河段河床質多為中粗沙，河道寬淺、支汊眾多、水流分散，一般水文年洪水持續(xù)時間比較短，有些中、枯水年甚至沒有洪水，水流流速低、水面比降小、輸沙能力弱。因此，在受特殊水文年或河床邊界條件的改變而引起的局部輸沙不平衡，在河床的自動調整過程中的演變較慢，尤其過渡段易形成礙航淺灘。富錦、綏東均為過渡段淺灘群。

（5）中枯水年淤灘、豐水年刷灘也是該河段年際變化的特點之一。尤其是發(fā)生特大洪水年或連續(xù)豐水系列年的特定來水來沙條件，對河道塑造起著決定性的作用，會發(fā)生特定規(guī)模的泥沙輸移，引起洲灘消長，造成航道局部不穩(wěn)定。

2.2 整治工程布置

經(jīng)定、動床物理模型多方案試驗研究，根據(jù)項目投資，確定了不同的實施方案。

（1）全河段整治工程方案。本方案的設計思路［4］是控制河勢、塞支強干、束水歸槽、遵循因勢利導的原則進行全面綜合治理。該方案興建丁順壩43座，鎖壩9座、護岸工程7處，挖槽切灘4處。該方案實施后：全河段枯水水面比降較整治前加大，沿程水尺水位壅高，設計流量下本河段航槽水深達到設計要求，且該方案對行洪沒有影響；改變了原天然河道枯水期支汊眾多、水流分散的現(xiàn)狀，使枯水期水流歸槽，且主槽流量得以連續(xù)，延長了枯期沖刷歷時，對幾個主要汊道而言，主槽分流比有所增加；全河段流場得到改善，整治流量級時，整治線范圍內垂線平均流速均大于起動流速，中枯水流量下整治線內水流流速較整治前有所增加，流速降范圍減小或消失，有利于泥沙在本河段的輸移；整治后航線曲率半徑滿足設計要求，水流流態(tài)平順，水流挾沙能力增加，中洪水主流流向與挖槽方向基本一致，有利于泥沙在本河段的輸移及航槽穩(wěn)定。

（2）重點河段整治工程方案?？紤]工程投資限制，本方案的設計思路是塞支強干、束水歸槽、遵循因勢利導的原則進行重點河段治理。該方案興建丁順壩14座，鎖壩1座、護岸工程4處，挖槽切灘2處。該方案實施后：左岸5條丁壩具有較好的固灘封汊作用，主槽右側的島尾順壩及大豬圈通進口下挑丁壩較好地解決了兩汊交匯處河面寬、水流擴散的問題；徐海通凸岸邊灘淤積，將形成與岸相連的完整大邊灘，將中枯水束于700 m整治線內；綏東上汊道與綏東汊道主槽分流比分別增加16.2%和11%，調整了該河段的流速、流態(tài)，使整治線內水流流速大于起動流速。

（3）工程實施方案。設計單位根據(jù)松花江特點對重點淺灘整治工程布置進行了局部修改，將富錦下淺區(qū)625 km處左岸布設的5座丁壩減至4座，小黑通島頭增加1座丁壩，沖刷628 km處淺區(qū)，大豬圈通進口下挑丁壩改為在汊道內興建鎖壩；綏東碼頭對岸4座短丁壩取消，以減少工程費用。該方案實施后：富錦下淺區(qū)散亂的心灘得到治理，主航道出現(xiàn)明顯沖刷，624#及628#2處過渡段淺灘消失，該區(qū)段航深已達到1.7 m，航寬達到70 m，彎曲半徑超過500 m；綏東淺灘右汊小河子在鎖壩的作用下已衰退，丁11、丁12鞏固了左岸邊灘，束水歸槽，通航條件得到明顯改善，達到Ⅲ級航道標準。

3 富錦—綏東河段航道整治修復工程

3.1 河床演變規(guī)律

分析1990、1995、2001、2010年歷次測圖及來水來沙，本河段20世紀90年代初期整治后近年來具有如下演變規(guī)律：

（1）來水來沙變化。佳木斯水文站1990～1999年平均徑流量為678.9億m3，最大日均流量為16 100 m3/s（1998年8月27日），可見在一期整治工程實施先后，本河段來水處于豐水期。如前所述，大洪水或系列豐水年，將使本河段產(chǎn)生劇烈變化，發(fā)生特定規(guī)模的泥沙輸移，造成航道局部不穩(wěn)定。而1999～2010年平均徑流量僅約為370億m3，最大日均流量為8 590 m3/s（2005年8月4日），可見在一期整治工程實施后本河段來水處于中枯水期，中枯水年淤灘、水流坐彎。

（2）航線變化。受1998年大洪水影響，富錦淺灘一期整治工程2#丁壩遭受嚴重破壞，徐海通島尾切割形成心灘，中枯水水流在該段形成3汊，2001年航線走徐海通右汊；在連續(xù)中枯水年的作用下，凸岸邊灘淤積，水流坐彎，航線恢復到江海通左汊。1990年航線走綏東碼頭對岸小河子，一期整治后將該汊道鎖死，至今航線在主槽內擺動?？菟诤拥罌]有得到有效控制，以及水后整治建筑物沒有及時修復，致使中枯水主流流路不穩(wěn)定，使航線在主槽內頻繁擺動。

（3）淺灘成因。①整治時機不是最佳。佳同線一期整治工程實施階段處于系列豐水年，而大洪水或系列豐水年的作用下，中枯水河道處于劇烈變化期。處于劇烈變化的中枯水河道，不利于枯水整治建筑物的布置，以及所希望達到的枯水整治效果。雖然1995年佳同線整治工程全部建成，佳同線航道基本達到Ⅲ級標準，但遭遇到1998年特大洪水，該次洪水對佳同線一期整治工程破壞嚴重。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅富錦—綏東河段一期整治15座建筑物，嚴重水毀建筑物4座（丁2、鎖1、鎖5、護3），其余都有不同程度的沉降或部分毀壞，使其整治功能喪失；②重點河段整治工程沒有完全有效控制枯水河勢。根據(jù)交通部天津水運工程科學研究所20世紀90年代初期對該河段研究，該河段進行控制河勢的全面綜合治理，共需興建丁順壩43座，鎖壩9座、護岸工程7處，挖槽切灘4處；即使僅對富錦和綏東兩重點淺灘進行治理，也需興建丁順壩14座，鎖壩1座、護岸工程4處，挖槽切灘2處。由于建設經(jīng)費缺口較大，節(jié)點控制工程631#～633#護岸工程、大豬圈通進口下挑丁壩未能實施，使小黑通彎道凹岸逐年淘刷、側蝕，塌岸后退，水流動力軸線在該河段上提下挫，直接影響到兩淺灘枯水河床的穩(wěn)定；③水毀工程未得到及時修復。丁2壩水毀，導致江海通左汊發(fā)展，富錦過渡段淺灘水流分散，水流輸沙能力減弱，形成礙航淺灘；鎖1壩及丁2壩水毀，江海通左汊及大豬圈通的發(fā)展，進一步分散了徐海通與江海通之間河段的中枯水流，形成礙航也是必然的；鎖5壩水毀，導致小河子汊道發(fā)展，而主槽水流輸沙能力減弱，必然形成礙航淺灘。

3.2 整治原則與措施

（1）整治原則。根據(jù)富錦、綏東淺灘的河床演變特點，考慮整治建筑物的布置和實施要兼顧沿岸港口碼頭、取排水工程及水利設施需要，以及綜合考慮防洪、堤防、環(huán)境及水土保持，使工程不致對其產(chǎn)生不利影響，結合該河段一期整治工程布置，確定該河段的整治原則為：低水治理、控制中枯水主導河岸、束水歸槽、統(tǒng)籌兼顧，在原一期整治工程的基礎上進行綜合治理［5］。

（2）整治措施。整治的基本思路：利用本河段目前總體河勢較穩(wěn)定的特點，修復一期整治工程，完善一期整治工程，限制枯水航槽的擺動及沖刷航槽。

3.3 整治效果分析

經(jīng)二維泥沙數(shù)值模擬［6-7］多方案計算比較，具體修復措施為（圖2）：修復一期整治建筑物（丁2、鎖1、鎖5、護3），使其恢復固灘、護島、封汊、束水歸槽的功能，增加過渡段水流輸沙能力，改善現(xiàn)行通航條件；完善一期重點淺灘未建工程（大豬圈通進口下挑丁壩、綏東碼頭對岸4條短丁壩），束水歸槽，增加過渡段水流輸沙能力；利用護岸或短丁壩工程阻止中枯水主導河岸后退（628#導標、631～633#導標），形成節(jié)點工程，防止河灘地進一步塌岸后退，確保防洪大堤的穩(wěn)定安全，切實保護人民的生命及財產(chǎn)。

該方案實施后：中枯水流量下富錦淺區(qū)轉變?yōu)閱我晃澓佣?，整治線寬度內流速明顯增加；綏東淺區(qū)通過預開挖綏東碼頭對面主槽內河心淺灘使枯水流量下流態(tài)分布明顯改善；航深已達到1.7 m，航寬達到70 m，彎曲半徑超過500 m；628#導標處采用護岸后，調整了該河段枯水流態(tài)及航道彎曲半徑，航槽內水流流速略有降低；經(jīng)1996～2005共10個水文年后，富錦淺灘及綏東淺灘設計流量下航深及航寬均滿足設計要求，但官草通下段，由于上游河床調整帶來的部分較粗顆粒泥沙落淤，導致局部航深不足，通過疏?？山鉀Q，且這種由于上游河段調整造成的落淤，在上游河勢穩(wěn)定后不會產(chǎn)生較大的回淤。

圖2 松花江富錦—綏東淺灘修復工程布置圖Fig.2 General layout of channel regulation project of Fujin-Suidong reach in Songhua River

4 結論

（1）20世紀90年代初期曾對該淺灘河段進行了重點淺灘整治，經(jīng)過多年的變化，該河段一期工程的整治效果已不明顯，出現(xiàn)了多處礙航淺灘，嚴重影響該河段通過能力。

（2）一期航道整治工程實施階段處于系列豐水年，而大洪水或系列豐水年的作用下，中枯水河道處于劇烈變化期，整治時機不是最佳；當時受工程投資所限，未完全控制枯水河勢；并且航道養(yǎng)護資金短缺，致使受水毀和冰毀的整治建筑物未得到及時補修；是本河段航道惡化的主因。

（3）本河段一期整治工程布置基本合理，修復工程采用“低水治理、控制中枯水主導河岸、束水歸槽、統(tǒng)籌兼顧，在原一期整治工程的基礎上進行綜合治理”的整治原則及措施是可行的，工程實施后富錦—綏東河段航道尺度可達到Ⅲ級航道標準。

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Study on channel regulation of Fujin-Suidong reach in Songhua River

WANG Jun1,YU Guang-nian2
（1.Heilongjiang Waterway Bureau，Harbin 150002,China；2.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，Key Laboratory of Engineering Sediment，Ministry of Transport，Tianjin 300456，China）

In this paper,the general layout of the first phase of channel regulation project,the variation of channel topography,and the incoming water and sediment before and after regulation project were analyzed. Based on a two-dimensional flow sediment mathematical model，various schemes of the restoration project of Fujin-Suidong reach were compared.Then the channel regulation principle and engineering measures were presented.After the implementation of channel regulation project，the channel dimension of Fujin-Suidong reach is possible to get theⅢgrade channel standard.

channel regulation；model test；Fujin-Suidong reach

TV 147；U617

A

1005-8443（2012）03-0219-05

2012-03-29；

2012-04-11

王軍（1968-），男，黑龍江省哈爾濱人，高級工程師，主要從事內河港口、航道研究工作。Biography：WANG Jun（1968-），male，senior engineer.