固床工程對(duì)分汊型河道分流作用的模型試驗(yàn)研究

張鳳德

(黑龍江省水利工程建設(shè)局 哈爾濱 150081)

蔡 侃

(松遼水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司 長春 130041)

1 引言

在挾沙水流的長期沖淤作用下，分汊型河道往往主、支汊興衰交替變換，為了穩(wěn)定河勢(shì)，人們常常采取潛壩、鎖壩等固床工程，通過控制汊道間分流比來穩(wěn)定河勢(shì)。某河流由西向東流，在一江心島處分流，右汊水流為主流，左汊水流為支流。江心島沿岸土質(zhì)松散，由亞砂土和粉細(xì)砂組成，抗沖能力差，特別是右汊，在主流頂沖和彎道橫向環(huán)流作用下，河岸坍塌嚴(yán)重。本文通過模型試驗(yàn)，研究固床工程對(duì)該江段主、支汊的分流影響，并結(jié)合適當(dāng)?shù)陌镀路雷o(hù)，以期緩解右汊江心島河岸的坍塌速度。

2 模型設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

a.無因次臨界剪力公式:

式中 d0——泥沙不產(chǎn)生絮凝的臨界粒徑，對(duì)于天然沙，一般可取d0=0.025mm。

b.無因次沙粒剪力公式:

式中

c.推移質(zhì)輸沙率公式:

式中

2.2 比尺確定

根據(jù)模擬范圍和試驗(yàn)場地的大小，采用變態(tài)模型。模型垂直比尺為1∶100，水平比尺為1∶300，模型上、下游邊界為江心島以上12km，以下8km，共計(jì)20km，左、右岸邊界為兩岸堤防及岸邊高崗地，寬度為9km，模型平面尺寸為66.7 m×30.0m。根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則得出模型比尺換算關(guān)系見表1。

表1 模型試驗(yàn)比尺換算

2.3 固床方案

模型試驗(yàn)?zāi)康氖鞘褂毅夥至鞅葴p小，并結(jié)合適當(dāng)?shù)陌镀路雷o(hù)，以期緩解右汊江心島河岸的坍塌速度，共設(shè)四個(gè)固床方案進(jìn)行比選:

a.方案一:固床工程采用堆石壩體，見固床方案布置圖中固床1，壩頂寬6m，固床頂高程251.41m，離河道深泓點(diǎn)2.50m，上下游坡比均為1∶3.0。

b.方案二:固床1 逆水流方向上移120m，固床頂高程降為250.91m，見固床方案布置圖中固床2。

c.方案三:在固床2的基礎(chǔ)上，在小島內(nèi)側(cè)水道入口及出口處增建兩條潛壩，見鎖壩1 和鎖壩2，壩頂高程均為253.0m，壩頂寬2m，上下游坡比均為1∶3.0。

d.方案四:在鎖壩1 和鎖壩2 基礎(chǔ)上，固床1 逆水流方向上移430m，固床頂高程降為250.94m，見固床方案布置圖中固床3。

3 試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)上游來水頻率大于P=20%時(shí)，四個(gè)方案均全河道過流，右汊分流效果均不明顯，與天然河道相比，分流比減少不到1%。當(dāng)上游來水頻率為P=20%、P=50%、P=80%、P=90%時(shí)，各方案的分流作用見表2。

固床方案布置圖

當(dāng)上游來水頻率為P=20%、P=50%、P=80%、P=90%時(shí)，四個(gè)方案右汊分流比均不同程度減少。四種來水頻率與其他方案相比，方案一右汊分流比減少值均最大，該方案最優(yōu)，P=20% 頻率洪水時(shí)減少1.16%，P=50%頻率洪水時(shí)減少1.70%，P=90%頻率洪水時(shí)減少36.27%。

表2 各方案右汊分流比減少值 單位:%

4 結(jié) 語

對(duì)于分汊型河道等次穩(wěn)定河流，可以通過潛壩、鎖壩等固床措施使河勢(shì)趨于穩(wěn)定，本文通過模型試驗(yàn)研究對(duì)固床方案進(jìn)行優(yōu)選，結(jié)果表明，固床方案對(duì)大流量洪水的分流比影響不大，對(duì)造床流量等小流量洪水的分流比影響較大，能夠起到穩(wěn)定河勢(shì)的作用。固床工程在控制分流比的同時(shí)，會(huì)引起河岸的局部沖刷和上游水位的壅高，要注意防護(hù)。

1 SL 99—95 河工模型試驗(yàn)規(guī)程［S］.

2 SL 155—95 水工常規(guī)模型試驗(yàn)規(guī)程［S］.

3 SL/X 233—1999 水工與河工模型常用儀器校驗(yàn)方法［S］.