贛江豐城市城西防洪綜合整治工程試驗研究

朱永華 劉 銳 劉小斌

(1.江西省豐城市水利局，江西豐城 331100;2.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北武漢 430010;3.長江水利委員會長江科學(xué)院，湖北武漢 430010)

1 概述

贛江是鄱陽湖水系中第一大河，也是長江的重要支流，全長766km，自南向北穿越江西省豐城市區(qū)。豐城市城西片區(qū)位于贛江的左岸，已列為豐城市規(guī)劃城市用地，擬修建防洪堤對其進(jìn)行防護。

本文采用河道演變分析和河工模型試驗相結(jié)合的方法，就豐城市城西防洪綜合整治工程對河勢、防洪、航運及重要涉河建筑物等可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究，提出了推薦堤線方案，以為工程決策和設(shè)計提供參考依據(jù)。

2 河道演變

2.1 深泓線變化

由于河段左岸為崗地低丘，右岸為贛東大堤，河床展寬得到控制，贛江豐城河段岸線較穩(wěn)定。該河段內(nèi)存在4個迎流頂沖段:①石上銅鼓山河段，受上游右岸過渡水流頂沖作用;②蔡家繩灣段，自2002年新洲與中洲間河道進(jìn)行航道疏竣后，中汊過流能力增強，新洲分汊水流在中洲左汊匯流后頂沖蔡家繩灣凸咀;③豐城市老城區(qū)段，上游三汊水流匯流后直接頂沖;④龍頭山左岸，上游來流在龍頭山束窄，頂沖左岸。多年來豐城河段的深泓線平面擺動幅度年際間變化不大，1985～2009年間，石上段深泓變化幅度為150 m，贛江大橋附近深泓年際間平面擺動約70 m;新洲左汊深泓變化幅度100 m，中洲左汊相對較大，約為180 m;劍邑大橋附近深泓平面擺幅約為300 m;龍頭山處深泓左移了約320 m。

2.2 灘槽變化

1985～2009年，河段岸線相對穩(wěn)定，但洲灘及深槽有較明顯的沖淤變化。石上彎道兩岸均有不同程度的沖退，左岸為近河低矮山崗地，抗沖能力較強，沖刷后退較右岸邊灘小，其中石上水文站對岸邊灘最大沖退約250 m;豐城市老城區(qū)束窄段左岸邊灘逐漸沖刷，2009年較1985年最大沖退約250 m;劍邑大橋至鄒家段兩岸均有小幅度沖刷。新洲18 m等高線變化較大，1985～2009年間洲頭沖刷后退約640 m，洲尾上提約150 m;新洲左汊口門，1993年時18 m線連通，2009年拓寬為650 m。中洲左緣年際間沖淤交替，中洲右汊則略有淤積。

由深槽等高線變化可知，河段總體表現(xiàn)為沖刷。1985年，石上彎道、豐城老城區(qū)和龍頭山附近存在14 m深槽，至2009年，下榮至蔡家近左岸段沖刷出現(xiàn)14 m槽，并與豐城老城區(qū)的14 m槽貫通且向下游延伸連接龍頭山附近的14 m槽，石上彎道14 m槽沖刷展寬上延。

2.3 汊道分流比

河段過贛江大橋后河道展寬，江中淤有新洲和中洲，中洲長約3.8km，寬約 1000 m，面積約3.2km2，洲灘高程20.0 ～27.3 m;新洲位于中洲洲頭左側(cè)上部，長約1000 m，寬約300 m。根據(jù)不同年份，不同流量下河段的分流比實測資料分析，枯水期新洲、中洲分水流為左、中、右三汊，左汊為主汊，中高水時則漫洲而過。2009年6月流量為2270 m3/s，實測中洲左汊分流比為95%。

2.4 河道沖淤變化

比較1985年8月、1997年12月、2003年7月及2009年6月實測資料得出，該河段沖淤變化特點為:上游河段河槽變化不大，右岸邊灘沖刷下切，最大沖深約4 m;中洲展寬段中洲左汊沖刷明顯，最大沖深約4 m，中洲尾部沖刷下切，最大沖深為5.5 m;豐城老城區(qū)深槽沖深約1.4 m，左岸邊灘發(fā)生明顯沖刷，平均沖深約2 m;劍邑大橋至龍頭山河道均有不同程度的沖刷?？傮w而言，1985～2009年，因受上游萬安水庫的下閘蓄水及河道來水來沙影響，河段總體表現(xiàn)為沖刷。

2.5 河道演變趨勢分析

根據(jù)對贛江豐城河段的演變分析，該河段在自然條件下，河道雖有沖有淤，但斷面形態(tài)變化及河床自然變形均較小，岸線基本穩(wěn)定。20世紀(jì)70、80年代間受開荒造田、植被破壞等人類活動影響，水流含沙量增大，整體上河床表現(xiàn)為淤積;20世紀(jì)90年代后期隨著贛江全流域植被的好轉(zhuǎn)、水土流失減少，以及上游280km處的萬安水庫蓄水等影響，河段有了一定的沖淤變化及縱向變形，但隨著河道來沙條件的逐漸平穩(wěn)，河床的縱向變形將趨于平緩，河段河勢及岸線將維持基本穩(wěn)定。

河段內(nèi)采砂及航道整治工程的實施會對河道深泓、斷面形態(tài)有一定影響，尤其是岸邊的嚴(yán)重采砂將會破壞岸堤穩(wěn)定，應(yīng)切實防范。

3 治理方案

豐城市城西防洪綜合整治工程規(guī)劃的堤防工程上起勝利泵站，下至根蔑洲尾的龍頭山，以百歲圍堤為基礎(chǔ)進(jìn)行加固、改建，為4級堤防，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇洪水設(shè)計。堤頂寬6.0 m，內(nèi)外邊坡1∶3，考慮防滲要求，堤防填料迎水側(cè)采用混凝土護坡，背水側(cè)采用草皮護坡。

經(jīng)過研究分析，擬訂了4種防洪堤線方案進(jìn)行模型試驗研究(圖1):

圖1 豐城市城西防洪綜合整治工程堤線布置示意

(1)方案1，沿百歲圍堤現(xiàn)狀堤線，封堵缺口，堤線長11.1km;

(2)方案2，河道蔡家繩灣凸咀段長約1.4km堤線后退，最大后退約200 m，其他段采用百歲圍堤現(xiàn)狀堤線，堤線長11.01km;

(3)方案3，河道窄處蔡家至紅門段長約3.1km堤線后退，最大后退約400 m，其他段采用百歲圍堤現(xiàn)狀堤線，堤線長10.84km;

(4)方案4，河道左岸蔡家繩灣凸咀段長約1.8km堤線最大后退約350 m，新居村至繩灣村段堤線后退約100 m，其他段采用百歲圍堤現(xiàn)狀堤線，堤線長10.95km，考慮河道行洪補償，左岸蔡家繩灣凸咀段(灘地高程為23.2～25.9 m)實施疏浚，擬疏浚河道灘地高程為20 m。

4 河工模型試驗研究

4.1 模型設(shè)計與驗證

模型模擬范圍上起贛江鐵路大橋上游2.3km，下至龍頭山下游4km，全長約20km。模擬河段包括2個江心洲，3座大橋以及航道整治建筑物等。模型平面比尺350，垂直比尺80，變率4.4，流量比尺250000，糙率比尺1.0，流速比尺8.94。模型水面線、流速及分流比驗證采用2009年2270 m3/s流量及長江委水文局三峽局提供的6500 m3/s和16000 m3/s流量的水文資料。驗證試驗表明，模型與原型在水面線、流速分布及汊道分流比等方面基本相似，滿足模型與原型水流運動相似的要求。

4.2 工程方案試驗研究

為研究整治工程對河勢、防洪、航運及重要涉河建筑物等可能產(chǎn)生的影響，同時考慮上游擬建的峽江水利樞紐工程防洪調(diào)度方式，共選擇4種水文條件(見表1)展開工程方案試驗研究。

表1 模型試驗水文條件

4.2.1 現(xiàn)狀百歲圍堤汛期分流情況

試驗成果表明，遇不同設(shè)計頻率洪水時河道左岸現(xiàn)狀百歲圍堤(未進(jìn)行整治條件下)區(qū)域分流情況為:受區(qū)域內(nèi)劍邑大橋部分實體路段和區(qū)域內(nèi)村間水泥路阻水影響，100 a一遇洪水和50 a一遇洪水時，河道左岸缺口位置及部分百歲圍堤段漫溢洪水，分流量約為來流量的9.5%和8.8%;20 a一遇和10 a一遇洪水時，主要為缺口處過流，分流量約為來流量的7.6%和6.5%。說明汛期現(xiàn)狀百歲圍堤區(qū)域分流作用不大。

4.2.2 水位變化

試驗成果表明，在4種水文條件下，整治工程的實施，原缺口分流量回歸主槽，河道過流面積有不同程度的減小，致使工程河段一定范圍內(nèi)發(fā)生壅水，各頻率洪水下河道水位均有所壅高;工程對河道水位壅水影響因整治方案的不同而有所變化;水位最大壅高值出現(xiàn)在贛江鐵路大橋至新洲段，各整治方案最大壅水值見表2。

表2 整治工程實施后水位影響情況統(tǒng)計

4.2.3 流速變化

試驗成果表明，豐城市城西片修建防洪堤后，因工程河段左岸邊界條件發(fā)生變化，上游河段受壅水影響流速減小，工程附近流速有所調(diào)整，下游河段流速略有減小。整治工程對流速的影響主要表現(xiàn)在:贛江鐵路大橋至新洲段，由于缺口封堵，同時受工程對水流的控導(dǎo)作用及水位壅高的影響，左岸近岸流速較工程前顯著減少，主流區(qū)最大表面流速略有降低，河道平均流速總體有所減小;蔡家至繩灣凸咀段，因方案4堤線后退且對高灘進(jìn)行疏浚，水流更加順暢，其工程前受水流頂沖趨勢有所緩解，河道過流能力相對其他方案更為增強，河道平均流速較工程前有所增大;豐城市老城區(qū)束窄段，河道平均流速增大程度因整治方案堤線后退的不同而不同，方案4時增加值為最小，右岸因主流左移影響頂沖趨勢減緩，近岸流速減小;劍邑大橋下游河段，受整治工程影響較小，流速變化不大;河段右岸贛東大堤近岸流速工程前后變化較小。

整治工程實施后，因河道左岸堤線連續(xù)，同時左岸蔡家至繩灣凸咀堤線后退，水流動力軸線的變化主要集中蔡家至劍邑大橋段，主流線的擺動幅度隨洪水流量的增大而加大。方案1實施后蔡家繩灣段主流較工程前小幅右擺，老城區(qū)束窄段右岸主流頂沖位置上移;方案2實施后因蔡家繩灣段堤線后退，主流較工程前小幅左擺，老城區(qū)束窄段主流頂沖位置下移;方案3實施后因蔡家至洪門段堤線后退，主流左擺幅度較大，老城區(qū)束窄段主流居中略右偏;方案4實施后蔡家至張家村段堤線后退且輔以疏浚措施，致使主流貼近左岸。

4.2.4 河道比降變化

整治工程實施后，工程河段受水位壅高影響，河段水面比降各方案較工程前略有不同程度的增大，老城區(qū)束窄段上游河道水面比降有顯著調(diào)整，下榮至龍頭山為工程區(qū)域，工程后水面比降有所增大，且隨流量的增大而增加。

4.2.5 防洪堤方案選擇

通過河工模型試驗研究分析，修建豐城市城西堤防對工程所在河段的洪水位、水流流速、水流動力軸線都有所影響，減少這些影響的主要措施為:局部堤線后退，并結(jié)合河灘地疏浚開挖，增加河道過流面積。4個堤線方案中，方案4堤線后退適中，堤線較平順，涉及的人口搬遷、房屋拆遷量較小，洪水位雍高值較小(50 a一遇洪水位最大雍高值只有6 cm)，對河道的防洪、河勢影響有限，因此，選擇方案4作為豐城市城西防洪綜合整治工程防洪堤建設(shè)推薦方案。

通過模型試驗分析，豐城市城西防洪堤(方案4)實施后，對工程河段河勢、河道行洪、右岸贛東大堤不會帶來明顯的影響，對河段橋梁、碼頭、取排水設(shè)施等涉水建筑物無明顯影響;蔡家繩灣凸咀段實施疏浚，汛期洪水主流近岸，流速較大，泥沙回淤相對較少。

5 結(jié)論與建議

(1)贛江豐城河段由于受兩岸節(jié)點及護岸工程的約束，多年來河勢相對較為穩(wěn)定。受上游萬安水庫蓄水影響，贛江豐城河段將產(chǎn)生一定的沖淤變化及縱向變形，但隨著河道來沙條件的逐漸平穩(wěn)，河道的縱向變形將趨于平穩(wěn)，預(yù)計未來河段河勢仍維持現(xiàn)有格局，不會發(fā)生大的變化。

(2)豐城市城西防洪整治工程的實施有利于防洪減災(zāi)，城市建設(shè)，改善該片區(qū)的生產(chǎn)、生活秩序，促進(jìn)人水和諧。在上游萬安、峽江水庫的調(diào)蓄及泉港分蓄洪工程運行的情況下，城西防洪整治工程實施后，對工程河段河勢、河道行洪、兩岸堤防不會帶來明顯不利的影響，對兩岸碼頭、橋梁及取排水設(shè)施也不會有明顯影響。

(3)整治工程實施后，局部堤線后退，再加上蔡家繩灣凸咀段河灘疏浚開挖，汛期洪水主流近岸，流速較大，泥沙回淤相對較少，但在工程運行后，應(yīng)加強河道地形觀測，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)措施。