松花江哈爾濱段河道演變試驗研究

王 智，宗 原

(中水東北勘測設計研究有限責任公司，長春 130061)

1 流域概況

松花江是我國七大江河之一，有南北兩源，北源嫩江發源于大興安嶺伊勒呼里山，南源松花江三岔河上游區發源于長白山天池，兩源在三岔河匯合后稱松花江干流。松花江干流由西南向東北流經肇源、哈爾濱、通河、依蘭、佳木斯、富錦等市縣，至同江市匯入中俄界河黑龍江，干流流域面積18.64×104km2，河道長939 km。哈爾濱以上為平原區，坡度較緩，河道比降為0.06‰。松花江干流哈爾濱市區段兩岸建有防洪堤，城堤間距一般6～8 km，個別堤段受工程控制間距不足2 km。

2 氣象水文

松花江流域屬中溫帶大陸性季風氣候，冬季嚴寒漫長少雪，春季干燥多風，夏季濕熱，降雨集中，秋季降溫急驟。降雨多集中在季風控制的夏秋季節，尤其集中在7-8月份。

松花江流域的洪水主要由暴雨產生，年最大洪峰出現在8-9月份較多。

松花江干流懸移質輸沙量的年內分配一般集中在汛期，尤其是7、8月份，且沙量比水量更為集中。哈爾濱站年平均輸沙量為678×104t，年輸沙模數為19.1 t/km2，年平均含沙量為0.187 kg/m3。

3 研究內容

觀測天然情況下各種頻率洪水水面線、表流跡線、斷面流速分布及灘槽流量分配；在定床試驗的基礎上進行系列年渾水試驗，測試試驗河段的沖淤情況；分析并預測哈爾濱段河床演變。

4 模型設計

考慮到松花江為寬淺型河道，采用變態模型開展研究，平面比尺為350，垂直比尺為100，變率為3.5。本次試驗模擬范圍為四方臺大橋上游3 km至松浦大橋上游，河道長17.5 km，橫向包括兩岸堤防范圍內的河道。

由于本模型研究的主要內容是河勢演變及防洪問題，通過對本段河道的特性分析及結合以往的工程經驗，對本工程影響較大的是推移質，因此模型沙的選擇主要取決于起動相似。根據本段河道特性以及試驗研究目的，模型沙選用粉煤灰可較好滿足起動相似，模型沙相對密度為2.2，淤積干容重為0.65 t/m3。見表1。

表1 模型比尺匯總表

經水面線驗證、模型沙起動流速水槽驗證，模型設計所選擇的起動流速比尺、推移質輸沙率比尺和沖淤時間比尺適宜松花江哈爾濱段河道演變研究。

5 洪峰概化

由哈爾濱水文站歷年統計資料分析，選取1998年洪水作為典型的洪水過程，對其進行同倍比放大后，相當于100年一遇洪水頻率。模型將洪水過程進行梯級概化，作為試驗的上游邊界條件。見圖1。

圖1 1998年洪水過程梯級概化過程線

6 河道演變分析

6.1 水沙特性

松花江干流哈爾濱站多年平均徑流量為456.69×108m3，徑流年內分配不均，主要集中在夏季，5-11月份徑流量占全年的86%，12月至次年4月份徑流量占全年的14%。哈爾濱站年平均輸沙量為678×104t，最大輸沙量為1 170×104t，年最小輸沙量為150×104t，最大輸沙量是最小輸沙量的7.7倍，年最大輸沙量是多年平均輸沙量的1.72倍。

6.2 河道特征

松花江干流哈爾濱市區段為平原區，坡降較緩，約為0.06‰，主河槽一般呈U形，屬復式河床，河灘地較寬闊，兩岸堤防間距約5 km，主河槽寬約500 m。經計算，哈爾濱段河道的彎曲系數在1.3左右，河相關系系數ζ(=B0.5/h)為5.3，表明本計算河段屬于分汊型河道。

本段河道泥沙中值粒徑為0.26 mm，河道比降J為0.06‰，Φh′=d/J=4.33，水流強度大于止動條件而小于揚動條件，河床可動性較弱，河床泥沙僅以推移質的形式輸移，基本穩定。本段河道河岸穩定系數Φb=0.75，數值介于黃河與長江之間，說明本段河道橫向略欠穩定。

從河道演變理論分析來看，本段河道縱向穩定、橫向欠穩定。從河勢變化來看，在1998年洪水后及哈爾濱城市地方的改線、擴建，主河槽發生了變遷，現有主河槽及汊河在現有堤防、跨江橋梁、太陽島圍堤及造船廠以及航道整治工程的控制下，河勢基本趨于穩定。

此外，受大頂子山樞紐抬高水位的影響，庫區回水影響哈爾濱段松花江，在一定程度上使流速降低，相應的河岸趨于穩定。在現狀條件下及水庫淤積平衡后回水區松花江河道的沖淤變化進行初步分析，水庫在運行20年后回水區淤積趨于平衡，但因汛期大頂子航電樞紐為敞泄，庫區內總體淤積量不大。

7 模型試驗結論

通過河道沖淤前后的地形圖可以看出，典型年洪水過后地形有沖有淤，沖淤幅度都不大。

松花江哈爾濱段右側主汊主槽彎曲段凹岸沖刷明顯，河道有向右側凹岸擴張的趨勢，最大沖深點與流速最大部位相對應，沖刷后主槽最深點高程103.49 m。

左汊泄洪渠沖刷現象不明顯，僅在小島南部發生局部沖刷現象，最大沖深1.77 m，沖刷后河道最深點高程109.30 m。

河道演變理論分析松花江哈爾濱段為縱向穩定、橫向欠穩定的分汊型河道，在兩岸防洪工程的束縛下，基本不會發生大的河勢變化。由河工模型試驗成果來看，河道內沖淤變化幅度較小，基本不會發生平面上的移動，松花江哈爾濱段河勢基本是穩定的。