黑龍江干流典型河段防護工程效果分析

宗 原，王 智，王美懿，姜雪賓

（中水東北勘測設計研究有限公司，吉林 長春130021）

黑龍江是中俄界河，我國自20世紀70年代后，相繼沿中俄界河一些較大城鎮(zhèn)修建了一些防護工程，這些防護工程經(jīng)過多年運用，對穩(wěn)定河床，防止沖刷，限制江汊發(fā)展，防止切灘改道，保護城鎮(zhèn)村屯、道路、堤防、哨所營地、農(nóng)田草原，防止國土流失等都起到了重要作用，發(fā)揮了顯著效益。但也有部分防護工程在實施前，對河流地貌、河流變遷及水流特征等條件的相關(guān)性缺乏系統(tǒng)性研究，特別是黑龍江干流，河道為汊網(wǎng)型，河道演變極為復雜，防護工程一方面要治理局部塌岸，另一方面要穩(wěn)定河勢。因此，對黑龍江干流防護工程效果的評價要通過河勢演變、數(shù)值模擬的綜合方法才能對做出客觀的評價，對今后防護工程建設的科學決策提供服務。

1 河道演變特性研究

1.1 河相關(guān)系

黑龍江干流劃分為5類河型，分別為山區(qū)型、順直微彎（沙洲淺灘）型、蜿蜒型、分汊型和汊網(wǎng)型5種類型，本段河道屬汊網(wǎng)型河道。

河相關(guān)系計算結(jié)果見表1，一般說來，河岸抗沖性極強或極差的河流多為低曲率河流，其河寬可以很大或可能很小，而具有一定（中等）抗沖能力、河岸可動性適中的河流多具有較高的曲率。研究河道彎曲度均較小，彎曲度變化范圍與黃河下游相同，河流曲率低，河面寬闊，屬于河岸抗沖性極差的河流，沿江普遍存在著塌岸現(xiàn)象。所以，加強黑龍江中游的固灘、護岸和護島工程是非常必要的。

從河相關(guān)系計算結(jié)果來看，研究河段屬縱向穩(wěn)定，橫向欠穩(wěn)定的汊網(wǎng)型河道。

表1 河相關(guān)系計算表

1.2 河道演變分析

對比1978與2006年遙感監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，河岸基本無變動，江心洲沖蝕182m，江心洲沖蝕強度平均每年達6.5m。

比較1978年與1990年河道岸線可以看出，分水島黃魚臥子地營子處沖蝕后退約320m，表明此處汊道也在發(fā)展。從1990年至2005年，該江段變化趨勢未變，其中分水島黃魚臥子地營子處沖蝕后退約190m。

雪水溫在1986年建成有4690m干砌石護岸，從幾期遙感圖像岸線對比可以看出，此江段雖處凹岸但比較穩(wěn)定，說明護岸起到了很好的保護作用。分水島島頭沖淤變化較劇烈，表明河道主流在主汊與支汊之間擺動劇烈。與上支汊沖淤變化分析結(jié)合，河道主流擺動到支汊的可能性較大。

2 典型河段護岸工程現(xiàn)狀

雪水溫河段在航道里程670~680km附近，寬1.2~5.0km。雪水溫上游航道里程680km處金石村地勢較高，為高60m左右的小山丘，是個天然的河勢控制節(jié)點。1976年，在雪水溫附近修建了長5130m的護岸。

2004年，又規(guī)劃了3處護岸，位置分別在雪水溫護岸的上游300m和下游2610m（包括分水島頭防護）、分水島右汊的右岸4km，分別稱作“雪水溫上段護岸”、“雪水溫下段護岸”和“雪水溫二號亮子護岸”；同時，規(guī)劃增加雪水溫堤防14710 m和雪水溫固床，這些規(guī)劃工程除雪水溫固床外，其余部分在2009年底基本建成。

3 天然河道計算結(jié)果

計算P=1%、5%、50%各頻率洪水的流場，可以得出受彎道的影響，水流在彎道凹岸側(cè)雪水溫下游航道里程676—流速相對較大。主河道最大流速超過2m/s，雪水溫河岸附近流速均在1.5m/s以上；水流經(jīng)分水島分為兩股，運動較復雜，一方面，流向改變，另一方面受河道局部縮窄的影響，出現(xiàn)局部高流速區(qū)，在航道里程675—航道里程670之間河段流速普遍達2m/s以上。

黑龍江雪水溫河段是典型的汊網(wǎng)河道，水流成多股分汊狀態(tài),在航道里程670m處的分水島和米海洛夫斯基島的三股分汊河段，三條汊道均有一定的過流能力，在P=1%洪水下，右汊分流居主導地位，但仍不足50%，左汊分流占10%左右；在P=5%、50%洪水下，中汊分流居主導地位，分流比為50%以上，流量越小，中汊分流量越大，左汊、右汊越小。

4 護岸工程效果分析

利用二維水沙數(shù)學模型對黑龍江干流典型河段防護工程的效果進行定量研究。在沒有修建防護工程的河道邊界條件下，按照工程建成后的水文過程，計算河道的沖淤及岸線后退程度，與修建工程后的岸線相比，即可評價防護工程在穩(wěn)定河勢和國土防護方面的效果。

為了分析雪水溫護岸的效果，假定1976年不修建雪水溫護岸，即假定1976年修建護岸的河岸是可動的條件下，按照當?shù)氐暮哟?、河岸泥沙組成，模擬20年的沖淤變化。

計算結(jié)果表明，彎道凹岸受到?jīng)_刷，灘地略有淤積，在此條件下，左汊道淤廢，中汊道衰減，右汊得到了快速發(fā)展，右汊河槽平均沖深0.9m，中國側(cè)右岸岸線沖刷后退約60m。在彎道下游靠近下部中汊俄羅斯側(cè)彎道頂部也連續(xù)沖刷，沖刷后退約12m；在中方分水島的頭部也沖刷后退嚴重，最大沖刷約50m，在俄方米海洛夫斯基島入口附近形成大范圍的淤積邊灘，岸線沖淤變化（圖略）。

在P=50%流量洪水下，右汊分流量由開始的不足30%增加到56%，；對于20年一遇洪水（P=5%），右汊分流量由開始的42%增加到64%，而現(xiàn)在的主航道中汊分流量，由開始的50%減少到46%；左汊的河底高程與河岸齊平，基本淤廢。

通過上述分析，1976年修建的雪水溫護岸是非常必要和及時的，避免了中方分水島右側(cè)的右汊會發(fā)展為主河道，避免了1980年代末，雙方勘界將中方分水島劃歸俄方的危險，防止了國土流失，保護了雪水溫鄉(xiāng)的財產(chǎn)免遭損失，在國土防護方面意義重大。