松花江哈爾濱市區(qū)河段清淤疏浚技術(shù)措施探討

王志興,馬錫銘,丁長春

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

1 工程概況

哈爾濱市位于松花江中游，市區(qū)河道長約35 km，屬典型平原沖積性河流，平面形態(tài)呈現(xiàn)為上寬下窄。以公路大橋為界，上段洪水灘地寬闊，兩岸堤防距離5～10 km，灘面高程在117～120 km之間，上面長有茂密的雜草、灌木或農(nóng)作物；主槽彎曲窄小，汊道縱橫交錯，河床沖淤變遷頻繁，有自然裁彎現(xiàn)象；局部地段有航道整治建筑物、農(nóng)堤及零星的臨時建筑物外，大部分處于自然狀態(tài)。下段洪水灘地變小，公路橋至濱洲橋兩岸堤距約5 km，太陽島北側(cè)灘地高程在115～117 m 之間，有多條小溝汊，南側(cè)主槽順直寬大；濱洲橋至濱北橋之間，江道為南北兩汊，兩岸堤距約2 km，狗島平面外形如梭狀，灘面高程在115～118 m 之間，長有較茂密的雜草、灌木叢等；下段沿程有工程設(shè)施，兩岸有堤防，三座橋梁及其路堤，狗島洲頭、中間護灘堵汊建筑物以及航道整治建筑物等。已有工程設(shè)施對該段江道變形產(chǎn)生了很大的限制作用，尤其是兩岸堤防已使其不可能產(chǎn)生較大橫向變形，濱洲、濱北兩鐵路橋橫跨江面，跨江橋梁成為江道節(jié)點，控制總體河勢。

2 研究河道清淤和疏浚必要性

哈爾濱市區(qū)河段堤距一般為5～10 km，窄處堤距1.5～2.0 km，尤其公路橋和兩座鐵路橋過水?dāng)嗝鎯H1 km左右，呈兩頭大、中間小的啞鈴狀。由于上游水土流失，加上河段地勢低平，江道有逐年淤高的趨勢。1998年特大洪水后，中共中央國務(wù)院提出“蓄泄兼籌、以泄為主”的防洪方針，2008年國務(wù)院批復(fù)的《松花江流域防洪規(guī)劃》要求，加快干流河道阻水橋梁擴孔、江道清淤清障、險工治理等河道整治?，F(xiàn)已完成了濱洲鐵路橋、濱北鐵路橋、松花江公路大橋的擴孔，應(yīng)配合擴孔開挖泄洪渠，以充分發(fā)揮擴孔的作用[1-3]。

大頂子山航電樞紐使松花江哈爾濱段由天然河流變成了庫區(qū)，改變了天然河流水沙條件與河床形態(tài)的相對平衡狀態(tài)，庫區(qū)水位壅高，水深增大，水面比降減緩、流速減小，水流的推移力和挾沙能力顯著降低，使泥沙在庫區(qū)大量淤積，經(jīng)監(jiān)測，庫區(qū)泥沙淤積是沖淤交替，淤積大于沖刷，且仍在發(fā)展變化[4-7]。

哈黑公路橋、濱洲、濱北鐵路橋擴孔和江道清障疏浚是哈爾濱市城市防洪體系的重要組成部分。在只擴孔不開挖泄洪渠的情況下，擴孔橋只能宣泄全松花江20%～25%的流量，太陽島東西兩側(cè)有串流，而開挖泄洪渠后可宣泄全松花江35%左右的流量，可控制太陽島東西兩側(cè)的串流。因此，清除主江道有礙行洪、惡化航道及影響城市環(huán)境的淤積灘涂及開挖泄洪渠需研究。

為提高松花江干流哈爾濱江段泄洪能力，減小淤積對城市防洪壓力，充分發(fā)揮擴孔橋的泄洪作用，按防洪規(guī)劃清除主江道清淤工程及開挖泄洪渠工程是完全必要的[8-11]。

3 清淤疏?，F(xiàn)狀分析

松花江哈爾濱江段從1999年開始清淤疏浚，完成濱洲鐵路橋下灘、上塢外灘、哈黑公路橋西側(cè)灘以及泄洪渠從陽明灘江汊至濱洲鐵路橋的大部分。其中1999年完成了濱州鐵路橋下灘；2000—2002年主要完成了上塢堤外灘、哈黑公路西側(cè)灘及部分泄洪渠開挖；2003年、2004年、2007年和2010年完成了泄洪渠從陽明灘江汊至濱洲鐵路橋的大部分。2003年及2007年開挖泄洪渠時，因渠內(nèi)有部分管線未遷移且受投資限制，開挖底高程未達到設(shè)計高程。完成工程量1124萬m3，其中主江道506萬m3，泄洪渠618萬m3；投資2.54億元。

經(jīng)過清淤疏浚后，部分區(qū)域有回淤現(xiàn)象，見圖1～圖3。

圖1 橫斷面淤積變化比較圖(上塢外灘 公路大橋)

圖2 橫斷面淤積變化比較圖(主江道 濱洲鐵路橋下灘)

圖3 橫斷面淤積變化比較圖(泄洪渠 公路大橋上游200 m)

從上圖對比看，上塢外灘淤積量較小，濱洲鐵路橋下灘淤積量較大。主要原因是上塢外灘上游有鎖壩，大水時才過水，大水時泄流量大，相應(yīng)泥沙沉積量小，因此，灘面不易回淤；而濱洲鐵路橋下灘位于主江道，且受濱洲鐵路橋阻水影響，回淤量較大。泄洪渠承擔(dān)部分主江道流量，由于分流量較小，回淤量也不大。

4 清淤疏浚技術(shù)措施研究

4.1 清淤疏浚研究

哈爾濱市區(qū)松花江江道，由于地表徑流含沙量增加,從城區(qū)整體上看河床有淤積趨勢。解決江道淤積的治本措施,需是從上游改善生態(tài)環(huán)境，減少水土流失入手，采取綜合治理措施。松花江哈爾濱江段河床如何整治、渠化，清淤疏浚范圍怎樣確定，如何確定邊界條件，以使進入本江段的泥沙向下順暢排泄。綜合考慮航運需要，且保持清淤效果盡量保持較長時間，宜有適當(dāng)清淤長度且采用削平頭的清淤方案。

主江道清淤范圍大致可以從二水源到水泥廠18 km，研究不同清淤寬度。方案一平均清淤寬900 m，工程量2442萬m3，方案二清淤寬700 m，工程量1577萬m3，方案三清淤寬500 m，工程量980萬m3。

從行洪方面考慮，清淤幅度越大越好，同時投資也大，清灘越多，泥沙落淤越快，清淤宜采取“量小常清”。從綜合分析研判，選擇清淤寬500 m較為合適。

主江道的清淤疏浚主要是清除二水源北灘、公路橋下灘、上塢堤外灘、哈黑公路西側(cè)灘、濱洲鐵路橋下灘、狗島、濱北鐵路橋下灘。清灘底高程比降與水面比降盡量相同，主江道清淤底高程從二水源起至濱北鐵路橋下灘下游側(cè)大致為112.50～111.00 m。

4.2 泄洪渠方案研究

配合橋梁擴孔研究泄洪渠開挖方案，根據(jù)本江段特定條件初步研究泄洪渠大致范圍為月亮灣、太陽島北側(cè)，西起陽明灘，經(jīng)哈黑公路，東至濱北鐵路擴孔橋，長約15 km。

研究泄洪渠底寬300 m、400 m不同泄洪效果，挖深一般為3～4 m。泄洪渠底位于級配不良細砂層，邊坡為1∶3～1∶5，考慮安全因素，開挖邊坡為1∶5。泄洪渠開挖底高程比降與主江道一致。

300 m與400 m兩個泄洪渠底寬，推求濱州橋-松J-33洪水水面線。水面線見表1～表4[4-7]。

表1 100 a一遇洪水水面線比較表(300 m) m

表2 200 a一遇洪水水面線比較表(300 m) m

表3 100 a一遇洪水水面線比較表(400 m) m

表4 200 a一遇洪水水面線比較表(400 m) m

分流水面線與原水面線相比較，過流斷面增大，過流量增加。在整體上水面呈降落趨勢，在濱洲橋及濱北橋間降落的很小，在濱洲橋上降落逐漸增大，在公路橋上至松J-33之間達到最大值。300 m底寬泄洪道，主江道100 a一遇洪水水位降低最大值為19 cm，200 a一遇洪水水位降低最大值為22 cm；400 m底寬泄洪道，主江道100 a一遇洪水水位降低最大值20 cm，200 a一遇洪水水位降低最大值25 cm。兩方案均有流量越大降幅越大的趨勢。

從以上成果看，太陽島北側(cè)開挖泄洪道可以降低哈爾濱松花江干流江段水位，增大江段的行洪能力，有利于哈爾濱市的城市防洪，措施是可研究的，但尚需進一步分析論證。

5 清淤疏浚效果評價

實施清淤疏浚工程，可起到降低洪水位。采取局部清淤疏浚工程也可采取全部清淤方案，可使濱洲橋以上江段洪水位下降；洪水水面比降趨向均緩，洪水流量越大洪水位降幅越大。局部清淤疏浚工程后，太陽島南側(cè)洪水分流有所增加，北側(cè)減小，但幅度僅在5%以內(nèi)。相應(yīng)地，局部清淤疏浚工程對江道洪水邊界改變不大，從而江道洪水平面流場變化也較?。豢傊?，從防洪的角度而言，清淤浚工程方案對提高江道行洪能力都具有一定的作用與效果。

實施清淤疏浚工程，擴大了南側(cè)主江道的斷面面積，也打破了江段水流泥沙運動的平衡狀態(tài)。清淤疏浚工程后，江段主槽輸沙能力有可能減小，易形成泥沙淤積，從而影響低水航道水深。疏浚區(qū)沙灘也可能重現(xiàn)，降低江道行洪作用。至于疏浚后泥沙淤積的數(shù)量和過程，以及可能出現(xiàn)的河勢變化，尚需作進一步的深入研究。而汊道分流比的變化，則會影響到現(xiàn)有的穩(wěn)定河勢。尤其是二水源對岸沙灘和狗島南側(cè)灘面的開挖，會引起其附近河床產(chǎn)生較大變化，對取水和航道造成不利影響。因此，從江道演變的角度出發(fā)，需結(jié)合其它需求，對清淤疏竣段提出江道綜合治理工程方案。

短泄洪道開挖后使濱洲橋以上江段洪水位下降，若實施長距離泄洪渠開挖，效果更好；從防洪工程情況看，江道北側(cè)泄洪道的開挖，可使江道北側(cè)有了一條從上至下的行洪通道，是江段宣泄洪水、提高行洪能力有效的工程措施。實施后江段洪水水面線進一步均緩，橋梁壅水作用降低，效果是較好的。但實施北側(cè)分洪南側(cè)主江道泥沙淤積有可能增加，河勢穩(wěn)定也會受到一定影響。

6 結(jié) 語

為提高松花江哈爾濱江段河道泄洪能力，清淤疏浚工程是必要的，可以主要研究清除主江道有礙行洪、惡化航道及嚴重影響城市環(huán)境的淤積灘涂；且在太陽島北側(cè)配合三橋擴孔開挖泄洪渠，以充分發(fā)揮擴孔新橋的泄洪作用。主要任務(wù)是減淤增沖，清淤口門位置是否得當(dāng)，對于淤積問題關(guān)系甚大，布置在凸岸是十分不利的，凸岸邊灘會不斷淤長，也不宜布置在大范圍回流區(qū)；宜布置在洪水期水流動力軸線所經(jīng)之處，往往能保持一個穩(wěn)定的深槽。

為保證公路橋和鐵路橋擴孔后能順暢宣泄大洪水，從一水源北側(cè)江岸開始，順太陽島北側(cè)至濱洲擴孔橋，研究開挖泄洪渠。主江道清淤疏浚可采用削平頭的清淤方案；主要清淤疏浚哈黑公路橋西側(cè)灘、上塢外灘、青年宮門前灘、濱州鐵路橋下灘、狗島(部分)、濱北鐵路橋下灘等。

研究哈爾濱松花江段清淤疏浚措施和泄洪渠工程，是保證哈爾濱城區(qū)防洪防洪安全一種有效手段，實施后各級流量河段的縱橫比降、流速流向、分層流態(tài)及底沙輸移規(guī)律會有改變，需要根據(jù)水流泥沙和地形變化進行深入研究。