松花江大頂子山航電樞紐變動(dòng)回水區(qū)83#島江段通航汊道研究

趙世青

(黑龍江省航務(wù)勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

1 前 言

研究河段處于松上83 km、大頂子山航電樞紐變動(dòng)回水區(qū)范圍內(nèi)，天然條件下年際、年內(nèi)來(lái)水及來(lái)沙不均，具有水大沙大、水小沙少的特征；水庫(kù)蓄水后，壩前水位升高，自變動(dòng)回水區(qū)上端水深沿程增加、水面比降及流速沿程減小、水流挾沙能力沿程減弱，泥沙沿程落淤。本河段洪水期受地形、地貌的影響，具有洪淤枯沖的演變規(guī)律，而落水期由于來(lái)水來(lái)沙不同，通航汊道存在興衰交替或撇彎切灘可能。

目前，83#江心島所處河段分為左、右兩汊，作為樞紐配套工程的變動(dòng)回水區(qū)航道整治工程即將實(shí)施，通航汊道的選擇尤為關(guān)鍵，不僅直接關(guān)系到工程成敗，而且關(guān)系到通航條件的長(zhǎng)久穩(wěn)定，必須謹(jǐn)慎研究、合理選擇。

2 河道概況

松花江上游河道蜿蜒于草原濕地之間，彎曲狹窄，分汊較多。坡降平緩，一般在0.05‰～0.1‰，兩岸地勢(shì)開闊平坦，多為沼澤、牛軛湖、草地、灌木叢，灘地廣泛分布。河道呈蜿蜒“藕節(jié)”狀，寬窄相間，以雙分汊、彎曲分汊和弓型分汊居多，邊灘較發(fā)育。中枯水期水面坡降0.6‰左右，流速0.8～1.5 m/s。

研究河段河道平面形態(tài)為分汊河道，右汊下段及島尾84#～85#導(dǎo)線處泥沙落淤成灘，枯水期航道水深、航寬嚴(yán)重不足，甚至發(fā)生停、斷航現(xiàn)象，成為肇源至哈爾濱段礙航最嚴(yán)重淺灘河段之一。

3 河道演變分析

3.1 平面變化

中枯水河槽平面呈“兩頭窄、中間寬”的藕節(jié)狀，83#江心島將枯水水流分為左右兩汊，2003年至今，該河段進(jìn)口河道窄深，航道條件良好；而河段中部河槽驟然放寬，水流分汊，航道條件較差。

三年水深圖對(duì)比可知：

(1)2003年航道走右汊，2012年因上游彎道下延，枯水期水流坐彎，左汊水深條件轉(zhuǎn)好，航道改走左汊。2020年因上游左岸邊灘進(jìn)一步發(fā)展?jié)q大，且與83#島島頭邊灘相連，致使左汊進(jìn)流條件轉(zhuǎn)差，左汊島頭處枯水基本已不過(guò)流，只在83#島嶼與其上游島嶼之間有狹長(zhǎng)深溝過(guò)流，但其不具備通航條件，2020年航線已改為右汊。

(2)由于83#島上游彎道右凹岸側(cè)蝕后退，泥沙輸移至左凸岸以及83#島區(qū)域，致使83#島逐年淤長(zhǎng)，2003年該島長(zhǎng)2 620 m、寬800 m，2020年83#島淤長(zhǎng)至3 990 m、寬570 m。右汊彎道凹岸沖刷、凸岸淤積，島頭右側(cè)岸線側(cè)蝕嚴(yán)重，2003年至2020年最大側(cè)蝕后退200 m。

(3)島尾河段受彎道環(huán)流作用，右凹岸側(cè)蝕后退，2003～2012年最大側(cè)蝕后退55 m，2012年至2020年最大側(cè)蝕后退80 m，81 km處航線更加貼近右岸，2012年至2020年航線最大右移150 m。83#島尾河道展寬致使水流流速降低、泥沙落淤，83#島尾邊灘進(jìn)一步下移、延長(zhǎng)，并且至2020年在83#島尾處形成長(zhǎng)920 m、寬40 m的心灘，致使水流分散，航行條件轉(zhuǎn)差，島尾處2.0 m等深線水域變小，在島尾處形成礙航淺區(qū)。

(4)右汊主通航汊道深槽范圍減小，且深槽分散、不連貫，航行條件轉(zhuǎn)差，河段內(nèi)有4處淺區(qū)，淺區(qū)長(zhǎng)度2 070 m，占右汊河道長(zhǎng)度的29.93%。

3.2 航線變遷

(1)88～81 km河段，受83#島嶼島頭邊灘及島嶼的變化影響，航線擺動(dòng)頻繁，出現(xiàn)主支汊異位的現(xiàn)象。2003年航線從上游河道中部通過(guò)83#島右汊航行；2012年由于此島漲大、左汊入口處深槽擴(kuò)大、右汊入口處深槽萎縮，左汊進(jìn)流條件優(yōu)于右汊，航線從88 km處沿右岸航行轉(zhuǎn)向左汊通行；2020年航線受左汊入口處島嶼、沙灘的漲大與深槽的萎縮以及右汊入口處深槽的擴(kuò)大影響，右汊進(jìn)流條件優(yōu)于左汊，航線改走右汊。

(2)81～80 km島尾河段，受上游河段通航汊道的改變和島尾邊灘的變化，航線擺動(dòng)較大。2003年航線從83#島嶼右汊沿右岸轉(zhuǎn)向河道中部，2012年航線從83#島嶼的左汊轉(zhuǎn)向80 km處的右岸，至2020年83#島尾邊灘漲大，深槽、航線貼近右岸。

3.3 分流比變化

樞紐建庫(kù)前后，83#島左右汊的分流基本穩(wěn)定，2020年與2003年相比左汊的分流比略有減小，減少了0.71%。說(shuō)明83#島汊道河段河勢(shì)較為穩(wěn)定、左右汊的分流比相差不大、主支汊的格局不明顯、左右汊皆有可能成為通航汊道。

表1 流量斷面測(cè)量成果對(duì)比表

3.4 橫斷面變化

通過(guò)地形圖套繪，分析分汊河道斷面5～斷面7的橫斷面變化。

(1)斷面5：由于島頭處不同年際間進(jìn)流條件改變，兩汊呈周期性的變化。2003～2012年間左汊進(jìn)流條件轉(zhuǎn)好，航線從右汊轉(zhuǎn)為左汊，至2020年由于島頭邊灘淤長(zhǎng)嚴(yán)重、左汊進(jìn)流條件轉(zhuǎn)差，航線從左汊轉(zhuǎn)為右汊。2003年、2012年、2020年的左汊枯水期河道寬度分別為381 m、404 m、374 m，而右汊枯水期河道寬度分別為410 m、311 m、437 m；2003年、2012年、2020年的左汊最小水深分別為2.83 m、3.23 m、3.48 m，右汊最小水深分別為2.63m、2.93 m、1.93 m，兩汊明顯呈周期性變化。

(2)斷面6：左汊變化不大、右汊向窄深發(fā)展。2003年、2012年、2020年的左汊枯水期河道寬度分別為220 m、309 m、363 m，河道水深變化不大；右汊枯水期寬度分別為242 m、200 m、150 m，右汊深槽呈萎縮態(tài)勢(shì)；右汊深泓線處最大水深分別為5.55 m、1.25 m、6.4 m。

(3)斷面7：①本河段位于彎道入口處、83#島的島尾，受到彎道凹岸沖刷、凸岸淤長(zhǎng)的影響，河段橫向變化較為明顯，主要表現(xiàn)為右側(cè)岸壁沖刷后退，2003～2012年后退55m，2012～2020年后退80 m，年均后退8 m；②由于右側(cè)岸璧的側(cè)蝕，2003～2020年河道展寬130 m，致使水流流速降低、泥沙落淤，在83#島尾處形成約300 m寬的邊灘；③深槽面積逐漸減小，2003年、2012年、2020年枯水期寬度分別為815 m、750 m、600 m，深槽處的最大水深分別為3.95 m、4.75 m、2.87 m。

3.5 縱斷面變化

(1)83#島嶼左汊(86～80 km)河道縱斷面：2003～2012年變化不大，沖淤相間，河道沖刷和淤積都在2 m以內(nèi)，最大淤高1.8 m，最大沖深1.6 m。2012年至2020年變化較大，河道基本皆是淤高，最大淤高3.91 m、位于汊道中段，受汊道入口處邊灘漲大的影響，汊道入口處河道淤高2.71 m。

(2)83#島嶼右汊(86～80 km)河道縱斷面：2003～2012年整體變化不大，沖淤相間，河道沖刷和淤積都在2 m以內(nèi)，最大淤高2.0 m，最大沖深1.6 m。2012年至2020年變化較大，河道基本以沖刷為主，受左汊入口處邊灘漲大、進(jìn)流條件不佳的影響，右汊入口處河道沖深，最大沖深4.78 m；受83#島尾邊灘漲大的影響，右汊出口處河道淤高，最大淤高2.49 m。

4 汊道通航方案研究

4.1 通航汊道選取

通過(guò)分汊河道平面形態(tài)、航線變遷、分流比和橫、縱斷面等方面多年變化進(jìn)行深入分析，還有《松花江航行圖集》表明，1970年當(dāng)時(shí)此分汊型河道主流走右汊，右汊通航。1970、2003年以來(lái)該河段左、右兩汊分流比相差不大，右汊分流稍多，左汊分流稍少；河道在江心島處驟然放寬，造成島頭前緣邊灘上移、心灘散亂、枯水期過(guò)流很少，左汊尤其是進(jìn)口附近泥沙普遍落淤、河床抬高，而右汊進(jìn)口段南側(cè)凹岸處于水流沖刷狀態(tài)、水深條件較好，說(shuō)明左汊分沙較多、進(jìn)口進(jìn)流不暢，而右汊分沙較少、進(jìn)流較順暢，這基本說(shuō)明右汊處于相對(duì)發(fā)展，左汊處于相對(duì)衰退態(tài)勢(shì)，雖然2012年前后年份左汊被沖開，深泓和航線改走左汊，但這是受特殊水文年或特殊系列水文年汛期水流作用所致。無(wú)論天然條件下，還是水庫(kù)蓄水后水文泥沙、河道等多方面變化來(lái)看，右汊通航條件要優(yōu)于左汊，選擇處于相對(duì)發(fā)展的右汊通航更為合理。

4.2 右汊通航措施

為保證分汊河道和右汊通航條件的長(zhǎng)期穩(wěn)定，需配套實(shí)施航道整治工程。經(jīng)研究提出以下措施。

(1)左汊修建鎖壩一座，塞支強(qiáng)干。增加右汊分流和主槽航深，減少左汊分流、促進(jìn)淤積。

(2)島尾淺灘處，切灘布設(shè)基建性挖槽一處，浚深航槽。

(3)為保證挖槽穩(wěn)定，右汊出口段南岸相應(yīng)布置正挑丁壩群，促淤趕沙。縮窄河床，調(diào)整水流向，增加水流速，促進(jìn)挖槽沖刷和壩田淤積。

(4)適當(dāng)調(diào)整航標(biāo)，滿足通航。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)松上83#島所處分汊河道的平面形態(tài)、航線變遷、分流比和橫、縱斷面等方面多年變化進(jìn)行全面、深入、客觀分析，得出右汊處于相對(duì)發(fā)展、左汊相對(duì)衰退的結(jié)論，通航汊道選擇在處于相對(duì)發(fā)展的右汊更為合理、有利，但需采取相應(yīng)工程措施才能保證通航汊道長(zhǎng)期穩(wěn)定、航道條件達(dá)到設(shè)計(jì)要求。