河道整治工程對贛江尾閭防洪影響研究

周蘇芬，鄔年華，唐立模，邵仁健

(1.江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029；2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098)

0 引 言

近些年，鄱陽湖和五河尾閭河道出現(xiàn)了枯水期提前、枯水位降低[1]、枯水期低水位持續(xù)時間延長等情況。如外洲水文站近10年(2003～2012年)多年平均水位比長系列(1955～2002年)下降了1.94 m，水位低于15.50 m的天數(shù)延長了97天；南昌水文站實測最低水位為2008年11.23 m、2010年10.57 m、2012年10.03 m，2013年更是突破10.00 m以下,低至9.67 m，贛江水位屢創(chuàng)新低。水位降低并不能簡單地認(rèn)為沿岸大堤的防洪標(biāo)準(zhǔn)可以獲得相應(yīng)程度的自然提升。河道長期在低水位下運行，將造成堤腳淘蝕、堤身滲透等安全隱患。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會對泥沙需求增大，河道采砂快速增長，對河床演變產(chǎn)生較大影響[2]，贛江下游同流量下水位持續(xù)下降[3]，輸沙量大幅度減少[4]。自2000年以來，東、西河分流比發(fā)生了較大變化，洪水時，西河分流比增大[5]，防洪壓力增加。2000年前，東、西河分流比基本保持穩(wěn)定，即枯水期東河分流比為40%左右，而洪水期東河分流比為60%左右，為主要泄洪通道。2000年以后東、西河分流比發(fā)生了明顯變化，洪水期西河分流比為60%左右。為解決上述問題，贛江下游尾閭地區(qū)進(jìn)行了大量河道治理工程，如陳界仁等[6]利用數(shù)值模擬技術(shù)研究了贛江石上水文站至小港口河段設(shè)計的整治工程方案對該河段水位、流速、沖淤影響；肖洋等[7]通過模型試驗對比研究了贛江雞心洲淺灘整治方案；余雯等[8]采用數(shù)學(xué)模型模擬的方法研究了贛江下游工程整治對東西河分流比的影響；羅恒[9]等建立平面二維水沙數(shù)學(xué)模型分析贛江尾閭洲頭控導(dǎo)工程對該河段流場、岸線演變、河床沖淤和分流比的影響。上述研究使得贛江尾閭地區(qū)存在的問題有一定的改善，但隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展出現(xiàn)了一些新的問題。本文基于贛江下游尾閭模型，研究具體工程措施對贛江尾閭河道水位的影響，從而分析整治工程對贛江尾閭防洪影響，為贛江尾閭堤防防洪安全提供技術(shù)支持。

1 贛江尾閭防洪現(xiàn)狀

昌南城區(qū)目前的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20～100年一遇，外洲水文站相應(yīng)的Q1/100=25 600 m3/s，H1/100=24.21 m，Q1/50=23 600 m3/s，H1/50=23.76 m；昌北城區(qū)目前的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20～100年一遇，外洲水文站相應(yīng)的Q1/20=20 700 m3/s，H1/20=23.25 m。贛江西河(南昌～吳城)河段內(nèi)防洪堤有南昌市城市防洪堤(主要為沿江路防洪墻)、沿江大堤、揚子洲堤、南新聯(lián)圩、廿四聯(lián)圩和贛西聯(lián)圩；贛江東河(南昌～瓢山)河段內(nèi)防洪堤有南昌市城市防洪堤(包括沿江路防洪墻、富大有堤、安樂堤)、蔣巷聯(lián)圩、紅旗聯(lián)圩等。各堤的堤線長度、現(xiàn)狀防洪能力及沿河險段見表1。

2 贛江尾閭河道整治方案

近年來，在自然變遷和人類活動的雙重影響下，贛江尾閭的水文情勢發(fā)生了較大的變化，其中受西河采砂量遠(yuǎn)大于東河的影響，西河分流比持續(xù)增大，東河分流比持續(xù)減小、枯季接近斷流。為改善現(xiàn)狀，擬通過整治措施調(diào)整東西河分流比，提高東河流量及水位。整治工程措施包括：南支河道整治和堵北支。(1)南支綜合整治：整治工程南支長約32 km。包括：河道兩岸岸線整治、疏擴(kuò)卡口，部分堤防加固或新建，整治工程布置圖見圖1。(2)堵北支(北支長約50 km)及北支河道兩岸圩堤內(nèi)的相關(guān)水系調(diào)整。

表1 贛江尾閭兩岸防洪圩堤表

圖1 南支整治圖

3 模型試驗研究

贛江尾閭河網(wǎng)模型模擬范圍上起贛江外洲水文站，西支下至鐵河口，北支下至官港河口，中支下至沙汊河口下游，南支下至三江口，長約54 km、寬36 km。模型采用平面比尺為1∶300，垂直比1∶80，變率為3.75；模型長度180.00 m，寬度125.00 m，模型試驗?zāi)M范圍及測量斷面布置如圖2所示，模型地形采用2013年實測地形進(jìn)行模型制作。利用流量分別約為9 910 m3/s、4 830 m3/s及932 m3/s的實測水面線及流速資料，對模型洪中枯流量阻力相似進(jìn)行了驗證。水位偏差低于0.08 m(圖3)，分流比偏差在±3%以內(nèi)(圖4為典型工況分流比驗證)，流速分布及大小基本一致(流速驗證共24個斷面，圖5為選取的典型工況下典型斷面流速分布驗證)，驗證成果基本符合河工模型試驗要求。

圖2 模型范圍及測量斷面布置圖

圖3 水位驗證(圖中實心為原型實測值，空心為試驗測量值)

圖4 分流比驗證(Q=9 910 m3/s)

圖5 典型斷面流速驗證(Q=9 910 m3/s)

3.1 試驗工況

本文通過堵北支、南支整治等工程措施，改變贛江尾閭河道現(xiàn)有地形條件，研究贛江尾閭河道在變化條件下水位變動情況，試驗工況見表2。南支河道為贛江主要行洪通道，規(guī)劃Ⅳ級航道，是贛江東河主要航道。模型試驗通過對礙洪的河道中心洲和灘地及豫章大橋附近地形較高的斷面進(jìn)行疏浚，并對灘地進(jìn)行利用，對目前河道內(nèi)還存在的制約河道行洪的卡口進(jìn)行擴(kuò)卡，研究南支整治工程對河道分流比及水位的影響。

3.2 試驗結(jié)果及分析

3.2.1 整治工程對分流比的影響

表3為工程前及整治工程實施后贛江尾閭各支流分流比數(shù)值。從表3中可以看出，北支封堵后，西河分流比減小，東河分流比增大；西支分流比明顯增大，最大增大了7.29%，主要原因是原通過北支下泄流量在北支封堵后主要通過西支下泄；由于東河分流比增大，中支和南支分流比都增大。南支整治后南支過流能力加大，南支分流比增大，中支分流比減小，但總體上南支整治導(dǎo)致了東河的分流比增大，西河分流比減小。

表2 試驗工況表

注：邊界水位為原型水位，模型通過各支尾門控制。

表3 各工況分流比 %

3.2.2 北支控堵對防洪水位影響

北支封堵后，西河的過流能力降低，使得西河水位壅高，南支、中支洪水位也出現(xiàn)不同程度的壅高，各支流最大壅高值分別出現(xiàn)在G3、X4、Z1、N1斷面(見表4)，流量越大水位壅高值越大，最大達(dá)0.91 m；相同流量，西支壅高幅度最大，中支壅高幅度最小，說明北支封堵后對西支水位影響較為明顯。從北支封堵前后各支流沿程水位變化圖(如圖6)可知北支封堵后干流水面比降減小，西支水面比降先減小后增大，南支和中支水面比降變化不明顯。贛江尾閭堵北支后，各支流斷面水位都呈上升趨勢，總體上對洪水期防洪將產(chǎn)生一定的不利影響。

3.2.3 南支整治對防洪水位影響

南支整治后各工況水位變化值見表5。由試驗數(shù)據(jù)可知，南支整治后，干流、西支在洪水時水位降低；南支中N3、N4斷面水位升高，主要原因是N3斷面較窄，過流能力有限，其余斷面水位基本降低；中支水位基本降低，主要是由于南支過流能力增強(qiáng)，南支分流量加大，而中支的分流量減?。槐敝灰不窘档?。南支整治后除個別斷面水位壅高其余斷面水位基本下降，但變化值都在0.10 m以內(nèi)，變化幅度較小。

表4 水位壅高值

圖6 北支封堵前后各支流沿程水位變化圖

測點變化值/m1%河洪5%河洪常遇洪水測點變化值/m1%河洪5%河洪常遇洪水外洲站-0.10-0.08-0.02N60.00-0.040.02G1-0.07-0.10-0.05Z1-0.08-0.06-0.06G2-0.10-0.13-0.01Z2-0.08-0.07-0.03南昌站-0.02-0.08-0.05Z3-0.12-0.06-0.08G3-0.10-0.05-0.02Z4-0.07-0.060.00X1-0.07-0.07-0.05Z5-0.06-0.080.01X2-0.06-0.08-0.04Z6-0.05-0.05-0.02X3-0.07-0.06-0.02Z7-0.050.050.02X4-0.05-0.07-0.04B1-0.05-0.10-0.03X5-0.02-0.06-0.02B2-0.05-0.05-0.02X6-0.01-0.04-0.01B3-0.02-0.04-0.02X7-0.05-0.01-0.03B4-0.02-0.07-0.02X8-0.06-0.04-0.02B5-0.01-0.040.01X9-0.07-0.04-0.04B6-0.02-0.040.03X10-0.060.08-0.01B7-0.03-0.04-0.02N1-0.06-0.09-0.03B80.000.00-0.02N2-0.06-0.08-0.01B9-0.01-0.020.02N30.020.000.04B100.01-0.01-0.04N40.050.020.05B110.00-0.040.03N5-0.01-0.02-0.03

4 結(jié) 論

本文基于贛江下游尾閭模型，研究在不同工程措施條件下贛江贛江尾閭河道分流比及水位變化特性。試驗結(jié)果表明，北支封堵、南支整治及卡口擴(kuò)卡等工程措施對河道分流比及水位有不同程度影響。

(1)北支封堵后，西河分流比減小，東河分流比增大，西支分流比明顯增大，中支、南支分流比增大；南支整治后，南支過流能力增大，使得南支、東河分流比增大，中支、西河分流比減小。

(2)北支封堵后，各支流洪水位都有所抬高，最大壅高值隨流量的增大而增大；干流水面比降減小，西支水面比降先減小后增大，南支和中支水面比降變化不明顯，只在出口附近斷面出現(xiàn)比降增大情況，總體上對洪水期防洪將產(chǎn)生一定的不利影響。

(3)南支整治后使得南支過流能力加大，除個別斷面水位壅高其余斷面水位基本下降，有利于洪水期贛江防洪；但水位降低的數(shù)值較小，由此產(chǎn)生的影響范圍和效果將不大。