松花江干流哈爾濱市四方臺段江道及崩岸演變分析

史 磊

(哈爾濱市水文水資源勘測總站，哈爾濱 150010)

1 概 述

松花江作為哈爾濱的母親河，蜿蜒穿過城區(qū)，將城區(qū)分為江北和江南，是哈爾濱市一道亮麗的風景線。然而，松花江江道也是在悄悄進行變化的。江道的演化關系到水利工程興建、管理、水上航運及防洪防災,同時也會引起兩岸地貌、水文、人類生存環(huán)境的改變。就四方臺段而言,江道的演化變遷直接關系到四方臺南岸的防洪能力,影響岸邊居住人民的生產(chǎn)、生活。

四方臺段江道位于松花江干流哈爾濱市群力堤段，臨近四方臺閘，此段江道位于松嫩平原，江道寬闊、平緩。目前，該段河道主流已經(jīng)穩(wěn)定在南岸，現(xiàn)已形成明顯的凹岸態(tài)勢，演變趨勢為逐漸向堤腳方向淘刷推進，最近處距堤腳不足百米。同時由于大頂子山航電樞紐工程水庫回水影響，使得水面擴大風浪不斷淘刷，也加快了塌岸的速度。為保護建成后的群力堤，保持江道穩(wěn)定，保證堤防防洪功能，在該段河道進行了護岸工程。通過近10年的江道數(shù)字地形數(shù)據(jù)及實地踏勘結果，對該江段江道及崩岸演變進行以下分析。

2 四方臺段江道及崩岸演變

2.1 四方臺段江道及崩岸環(huán)境概況

松花江哈爾濱段四方臺塌岸位于松花江右岸，哈爾濱市上游，距哈爾濱市區(qū)15 km，距新建群力西堤堤防起點1.5 km，繞城公路橋下游約1.5 km。四方臺大橋建于2002年，江道南北寬約2.5 km。北側大部分灘地被引橋阻斷，縮小了江道過洪能力，灘地平坦寬闊，高程在116.5～117.5 m。四方臺邊岸為粉質(zhì)砂土，地面高程117.5～118.0 m，松花江干流四方臺段為沖積平原區(qū)，江道邊岸為堆積一級階地河漫灘。

2.2 江道演變

深泓線能夠整體反映江道主流的發(fā)展趨勢,是江道演變研究的重要依據(jù)。深泓線由上下游的深泓點連接而成, 深泓點是江道中各斷面最大水深點。因此，從數(shù)字地形數(shù)據(jù)等深線數(shù)據(jù)中獲得一系列的深泓點，再根據(jù)上下游拓撲關系連接深泓點,最終可以獲得深泓線。本文進行的歷年深泓線比較就是采用這種方式所獲得的。

通過對2007-2017年的深泓線監(jiān)測數(shù)據(jù)疊加(圖1)可以看出：①3號斷面至6號斷面之間歷年深泓線走向順直，在此比較周期中交織在一起，變化很小，江道主流靠近左岸。②6號斷面到10號斷面之間的深泓線有向右岸擺動的趨勢，直到2015年后沒有再向右岸出現(xiàn)趨勢性平移的情況。③在10號斷面至12號斷面間，受到挑流壩挑流作用的影響，水流流向挑向左岸，使江道主流左移。

圖1 2007-2017年深泓線比較圖

2.3 典型橫斷面變化

平原河流的橫斷面形態(tài)與河型有關。其橫斷面形態(tài)可概括為拋物線形、不對稱三角形、馬鞍形和多汊形等4類。松花江干流四方臺段江道多年來已穩(wěn)定在南岸，江道斷面多表現(xiàn)為不對稱三角形。

將2007-2017年實測斷面數(shù)據(jù)疊加(圖2)進行9號斷面比較可以看出，在該斷面上2009年的深泓點最淺，2017年深泓點最深，2007-2013年之間該斷面的深泓點位置逐年向右岸滾動，2013-2016年期間該斷面深泓點位置左右窄幅波動且深度變化不大。

圖2 2007-2017年9號橫斷面比較圖

2.4 岸邊變化

由2012-2017年該江段岸灘變化(圖3-圖7)不難發(fā)現(xiàn)：①上游靠近四方臺右岸段侵蝕現(xiàn)象變化不大，僅2015年向岸邊擴張明顯。②下游靠近一水源段向岸邊侵蝕明顯。③江道左岸為凸岸。由于凸岸為灘地水流速度小，泥沙容易在此沉積，灘地緩慢抬高，但近5年變化不大。

圖3 2012-2013年江段右岸變化

圖4 2013-2014年江段右岸變化

圖5 2014-2015年江段右岸變化

圖6 2015-2016年江段右岸變化

圖7 2016-2017年江段右岸變化

3 影響江道演變的原因分析

受外界環(huán)境變化的影響，江道也隨著不斷發(fā)生變化，其影響因素可分為自然因素影響和人為因素影響兩個方面。

3.1 自然因素影響

在自然條件下，江道總是處在不停的變化之中，水流作用于河床使河床發(fā)生變化；變化了的河床又反過來作用于水流，影響水流的結構，這種相互作用表現(xiàn)為泥沙的沖刷、搬移和堆積，從而導致江道形態(tài)不斷變化。江道演變十分復雜，由于來水量及其過程、來沙量及其組成、河床泥沙組成的不同，河床的縱向變形常表現(xiàn)為沖刷和淤積，橫向變形常表現(xiàn)為平面擺動。

1) 在江道處于凹岸沖刷運動發(fā)展階段時，松花江干流四方臺江段江道主流南移，逐漸貼近堤腳。江道主流擺動對江道沖淘崩岸有重大影響，反過來邊岸崩退，在江道展寬吸流作用下，使主流加速偏向崩岸這一側，對主流擺動又產(chǎn)生一定影響。

2) 四方臺邊岸為粉質(zhì)砂土，岸邊河床土質(zhì)抗沖能力較弱，使江道具備了橫向發(fā)展的地質(zhì)條件，使河道可做較大程度的橫向擺動，造床運動劇烈。

3) 在降雨、凍脹、中高水期造床或汛期持續(xù)高水位等作用下，導致土體含水量猛增，使土體強度降低，也有利于崩岸的發(fā)展。

4) 四方臺段江道岸邊、灘地植被較差，河床土質(zhì)抗沖能力弱，這也是造成崩岸發(fā)展的原因。

3.2 人為因素影響

在河道上修筑水工建筑物(如橋梁、大壩)對江道地形變化會產(chǎn)生影響。另外，在江道險工險段處修筑堤防可以減緩水流對岸邊的侵蝕作用，同時改變江道走向。近年來，影響該段江道的人為因素主要有以下幾個方面。

1) 下游修建大頂子山航電樞紐工程后，設計正常蓄水位要求在116. 00 m，較原來自然江道水位雍高2～3 m。該段江道處于大頂子山水庫回水區(qū)，灘地高程為117. 5～118.00 m，岸前水深0.8～1.5 m。雖然航電樞紐的建設對該段的水流速度減小，但水深加大，流量變大，長期浸泡降低了邊岸土壤的黏結力，在水流的作用下產(chǎn)生流土，后期產(chǎn)生塌岸。

2) 在2014年四方臺右岸護岸工程的作用下，使此段江道對右岸的頂沖作用減弱，頂沖點出現(xiàn)下移趨勢。

3) 下游右岸水下的挑流壩使江道主流進一步挑向左岸。但在挑流壩以上到四方臺右岸護岸工程末端之間仍存在高流速高水位下，水流對右岸進行淘刷的可能發(fā)生。

4 結 論

1) 江道的演變發(fā)展總是在水流與河床相互作用下發(fā)生變化的，通過研究歷年深泓線、典型橫斷面的變化，可以分析江道走勢如何發(fā)展，進而可以為監(jiān)測江道如何演變找到規(guī)律。同時，也說明監(jiān)測松花江地形數(shù)據(jù)是十分重要的。

2) 在江道上修筑水工建筑物會引起江道形態(tài)的變化，橋梁大壩等阻水建筑物可以雍高水位，使水流流速變緩，泥沙淤積，河床抬高，還可以對于其上游彎曲江段薄弱邊岸造成侵蝕。

3) 治理江道侵蝕凹岸的方法有很多，可以通過加固邊岸防沖能力來抵御侵蝕，也可在適當位置修筑攔水建筑物來改變水流方向，從而減緩水流對邊岸的沖刷。

4) 松花江干流四方臺右岸崩岸險工險段雖然已經(jīng)做了護岸工程，但該工程下游仍有小區(qū)域存在水流淘刷侵蝕的可能，建議該護岸工程繼續(xù)向下游延伸。