晋江下游中芸洲二岛围固工程模型试验研究

张思和，陈长英，张幸农，袁胜英

（南京水利科学研究院，南京 210029）

晋江下游中芸洲二岛围固工程模型试验研究

张思和，陈长英，张幸农，袁胜英

（南京水利科学研究院，南京 210029）

基于潮汐河工模型试验，在分析晋江下游河段水流泥沙运动特征及河床演变的基础上，针对中芸洲二岛围固工程，系统地研究了二岛围固工程兴建后，防洪挡潮、围堤安全影响等问题，论证了工程建设对晋江下游河道行洪的影响，提出了围固工程平面布置的优化方案及河道治理措施的建议，为围固工程的设计与建设提供了科学依据。

模型试验；晋江下游；中芸洲二岛

Biography：ZHANG Si-he（1951-），male，senior engineer.

中芸洲二岛是晋江河口处的江心洲，受上游洪水和外海的潮汐影响均较为明显，随着主岛海景花园城和二岛海峡渡假村的开发，必须建设一个完善且防护标准较高的防洪、挡潮工程体系。本文基于潮汐河工模型试验，针对中芸洲二岛围固工程，系统地研究了工程兴建后，防洪挡潮、围堤安全影响等问题，为围固工程的设计与建设提供了科学依据。

1 晋江下游河道特性

晋江位于福建省东南部，为福建省主要河流之一，全长182 km。晋江下游河段长约20 km，起于泉州西郊的金鸡拦河闸，穿越市区，由前埔流入泉州海湾。受径流和潮流双重作用，下游为感潮河段。流域内径流随降水而变化，洪水主要集中在4～9月，多年平均洪峰流量为3 950 m3/s，实测最大洪峰流量为8 020 m3/s。河口泉州湾海域潮汐为非规则半日潮，动力作用较强，平均潮差在4 m左右，潮流可上溯至15 km左右。河道中多年平均输沙量为214万t，年平均含沙量为0.544 kg/m3，汛期上游河道泥沙的下泄是河口泥沙主要来源，非汛期，浅滩上的泥沙也可能随涨潮流进入下游河段。

河道中河床质基本为沙质，20世纪50年代前河道基本上处于自然状态，河道宽浅，滩槽多变；几十年来，两岸兴建防洪堤工程、上游金鸡拦河闸坝工程和多个桥梁工程，限制了河道的平面摆动，河宽大幅度缩窄，洪水归槽，河道比降增大，目前整体河势已经基本稳定，河道内滩槽分明，平面形态稳定少变，自然状态下河床处于微冲刷状态。

2 模型概况及工程方案介绍

2.1 模型概况

依据2005年7月和2005年8～9月实测的地形图以及相应的水文测量资料，建立了数学模型并进行了验证，模型范围为晋江下游段金鸡闸至晋江河口天然河段，长约6.5 km，为保证模型水流运动与天然水流运动相似，考虑水深、糙率的限制条件，并考虑试验场地大小及供水设备能力，采用模型平面比尺λL=300，垂直比尺λh=80，根据水流相似条件确定的模型各项比尺见表1。

表1 模型比尺表Tab.1 Model scales

采用2000年6月18～19日洪水期（Q＝6 180 m3/s）水文资料和2005年8月30～31日和9月6～7日枯水期（Q＝200～300 m3/s）水文资料，对模型进行了潮位、潮流速过程以及汊道分流比的验证，模型基本复演了晋江下游河道潮流运动特征，与天然原体水流运动特征相似，验证结果较好。因此，在此基础上进行的工程方案定床水流试验是可靠的。

图1 晋江下游河段平面示意图Fig.1 Sketch of the lower reach of Jinjiang River

2.2 工程方案概况

对3个工程方案进行了试验研究，1996年福建省水电厅批准了二岛围固工程原方案（以下简称原方案），结合原方案试验资料及近年来河床地形变化特征，在不改变二岛围固工程面积的前提下，最大限度地利用二岛洲滩地形，减少围固工程量，同时减少对河道行洪和航道影响，提出2个修改方案，称修改方案1和修改方案2。

原方案围堤轮廓线平面布置见图2。平面上总体呈两头尖中间宽的梭形状，上游头部轮廓为尖形，向南偏移，下游尾部为圆弧形，向北往主槽偏移，形成陆域总面积约0.24 km2。其中左堤线由直线段和圆弧段连接而成，上段距一岛南堤280～320 m，尾段距北岸边约190 m，已至河道中-5.0 m深槽；右堤线为顺直型。二岛头部河道由原两汊变为两岛三汊，其中一岛尾段与二岛上段形成的中汊至下段北汊河宽逐渐缩窄，南汊从二岛头至岛尾河宽逐渐扩大。因二岛下段南侧为以往航道整治而形成的枯水边滩，南汊主槽仍偏离南岸靠向二岛右堤线。

修改方案平面布置见图2，保持围堤轮廓线平面形态不变，只对位置和方向进行移动调整，并保持各汊道上下断面基本一致。二岛围堤头部上提约97 m，并略向北偏移，使左围堤与中芸洲南堤之间宽度在250～270 m，围堤尾段同时上提向南偏移，使左堤线堤脚高程在-3.0m以上，尾段左堤线距北岸约300 m。修改方案2在修改方案1的基础上，切割二岛围堤洲头上侧及左侧较高地形，其范围见图2中的阴影部分，底高程控制在-1.0 m，挖方量约5万m3，同时将南岸侧枯水边滩上最上游的一条丁坝截短约120 m，扩大南侧主槽宽度，以维持二岛南汊分流和扩大二岛下端行洪断面。

图2 工程方案平面布置图Fig.2 Layout plan of the engineering scheme

2.3 试验内容及试验水文条件

试验内容主要包括二岛围固工程防洪挡潮试验和安全影响试验。二岛围固工程防洪挡潮试验主要研究晋江不同设计频率洪水遭遇河口前埔多年平均最高潮位情况下，以及晋江多年平均洪水遭遇河口前埔不同设计频率高潮位情况下，工程河段洪水水面线以及工程前后洪水水面线变化。二岛围固工程围堤安全影响试验主要研究晋江洪峰流量遭遇河口前埔极低潮位时河道流速最大的极限情况。

二岛围固工程防洪挡潮试验的水文条件如下：（1）晋江多年平均洪水（Q＝3 950 m3/s）遭遇河口前埔50 a一遇高潮位5.04 m；（2）晋江2%设计洪水（Q＝9 760 m3/s）遭遇河口前埔多年平均高潮位4.21 m。

二岛围固工程围堤安全影响试验的水文条件如下：（1）晋江2%设计洪水（Q＝9 760 m3/s），河口前埔极低潮位1.53 m；（2）晋江5%设计洪水（Q＝8 060 m3/s），河口前埔极低潮位1.23 m；（3）晋江20%设计洪水（Q＝5 370 m3/s），河口前埔极低潮位0.70 m；（4）晋江多年平均洪水（Q＝39 50 m3/s），河口前埔极低潮位0.33 m。

3 试验结果及其分析

3.1 二岛围固工程防洪挡潮试验

根据防洪挡潮试验结果，二岛围固（原方案）工程建成前后河段沿程洪水位的试验结果见表2。

试验结果表明，二岛围固工程（2组修改方案）建成后，多年平均洪水（3 950 m3/s）遭遇河口前埔50 a一遇高潮位（5.04 m）情况下，其周围的洪水位在5.10～5.18 m；2%设计洪水（9 760 m3/s）遭遇河口前埔多年平均高潮位（4.21 m）情况下，其周围的洪水位在4.80～5.20 m。

工程前后水位变化表明，晋江下游河段沿程洪水位也均有所壅高，主要的壅水区段在东海渔村以上至泉州大桥段，其中法石处壅水最高。原方案工程后洪水位壅高较为明显，多年平均洪水（3 950 m3/s）和2%设计洪水（9 760 m3/s）时最大壅水高度分别为6 cm、23 cm。原因是二岛压缩了北侧主江道的行洪断面，原方案尾段向北往主槽偏移，左堤线已至深槽-5.0 m处，尾段洪水河宽已缩窄至不到200 m，形成阻水卡口，造成洪水下泄不畅。修改方案工程前后洪水位虽仍略有壅高，但数值已较小，多年平均洪水（3 950 m3/s）情况下分别仅为4 cm和3 cm；2%设计洪水（9 760 m3/s）情况下分别为9 cm和7 cm；因此在2组修改方案建成后，因围固工程而形成河道行洪阻水卡口不复存在，洪水下泄畅通，虽然围固工程下段占河道横断面仍有一定比例，但处于高滩后部的缓流区，因而引起的壅水高度较小，对晋江下游河段行洪影响较小。

表2 工程前后河段沿程洪水位表Tab.2 Flood levels along the river before and after project m

3.2 围堤安全影响试验

试验重点观测工程附近河道断面的流速分布以及围堤堤脚流速，观测断面1位置见图2。

原方案二岛围固工程建成后，在距离较远的上下游区域，洪水期水流流场变化很小，断面上各测点流速值与方向几乎未发生改变；二岛围固工程附近两侧主槽水流上缓下急的现象十分明显，具体来说，二岛围固工程上半段（断面3＃～4＃）流速增大不明显，只是岛头附近流向偏向左右两侧；二岛围固工程下半段（断面5＃～6＃）河道主槽流速值增大明显，尤其岛尾（断面6＃）北汊，由于断面过水面积缩小过多，流速急剧增大，四级洪水流量时，最大流速增值幅度为0.6～0.87 m/s（表3）。

表3 原方案流速统计表Tab.3 Statistics of flow velocity in original scheme

修改方案二岛围固工程建成前后，以修改方案2为例说明与原方案的变化，二岛围固工程附近两侧主槽水流上缓下急的现象得到明显改善（表4），尤其是中汊至二岛下段北汊上下断面流速较为接近，与工程前相比变化也不大；但南汊流速分布有一定变化，主流靠近围固工程右围堤，流速值增大明显，流量越大越明显，其主要原因是围固工程向南偏移，右围堤已处于原南汊的主槽边缘，水流受到挤压，南岸侧又为大边滩，主流则向北靠拢而接近围固工程右围堤。洪水期围堤的堤脚流速数值同样很大，在二岛头部左右两侧围堤近岸10 m处，流量为3 950 m3/s时，流速值在1.4～1.8 m/s，流量为9 760 m3/s时，流速值已达3.0 m/s左右；二岛右围堤下段近岸10 m处，流量为3 950 m3/s时，流速值在1.8～2.0 m/s，流量为9 760 m3/s时，流速值已达2.4～2.9 m/s；左围堤中部近岸10 m处，流量为9 760 m3/s时，流速值也在2.5 m/s左右。引起这种现象的原因主要是修改方案中，围固工程头部的上提以及下段的向南偏移，使围堤已处于原洪水主流位置，使得堤脚流速较大。同样说明，在遭遇不利的洪水期间，整个右围堤及围堤头部均受到水流强烈冲刷的威胁，需要进行重点防护。

表4 修改方案2流速统计表Tab.4 Statistics of flow velocity in amendment scheme 2

4 结论

（1）防洪挡潮试验结果表明，二岛围固工程原方案与目前河道现状不适应，现二岛头部沙洲上较高的地形未利用，尾段左堤线已落入河道-5.0 m深槽，工程后岛尾段形成行洪阻水卡口，上游河段洪水位明显壅高，对河道防洪带来不利影响。修改方案充分利用二岛沙洲目前地形，消除了岛尾段的阻水卡口，有利于洪水下泄畅通，河段洪水位壅高现象已不明显。

（2）围堤安全影响试验结果表明，原方案两侧河道主槽水流上缓下急的现象十分明显，修改方案情况下得到明显改善；试验结果充分说明，因围固工程位于河道中部，洪水期水流取直，无论其轮廓线平面布置采取何种方案，洪水水流顶冲现象不可避免，遇多年平均以上洪水，围堤两侧水流较急，堤脚流速在1.0 m/s以上，最大流速可达3 m/s左右。

（3）综合防洪挡潮试验和围堤安全影响试验的结果，推荐修改方案2。建议对围堤头部左右两侧、左围堤上段和右围堤下段进行重点防护。

［1］洪理健，林国聪.福建省泉州市晋江下游防洪岸线整治一期工程初步设计［R］.福州：福建省水利水电勘测设计研究院，2001.

［2］何光同，吴秋华.福建省泉州市金鸡拦河闸重建工程初步设计报告［R］.福州：福建省水利水电勘测设计研究院，2004.

［3］洪理健.福建省泉州市中芸洲海景花园驳岸围固工程初步设计报告［R］.福州：福建省水利水电勘测设计研究院，2002.

［4］叶燕贻，林金裕.晋江下游中芸洲河段北港治理二维潮流数学模型试验研究［R］.福州：福建省港航勘测设计中心，福建省港航勘察设计院，2005.

［5］陈丽玉，许东明.晋江下游河工模型试验总结报告［R］.福州：福建省水利水电勘测设计研究院，1994.

［6］廖松，张保平.晋江下游河道水文特性分析［R］.北京：清华大学水利水电工程系，1995.

Study on physical model test of Zhongyunzhou Second islands reclamation project in lower reach of Jinjiang River

ZHANG Si-he，CHEN Zhang-ying，ZHANG Xing-nong，YUAN Sheng-ying
（Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing210029，China）

In accordance with the tidal river model experiment，the effects of reclamation project in Zhongyunzhou islands on flood control，tide protection and border dike safety were studied based on the analysis of flow and sediment transport characteristics and fluvial process.Meanwhile，an argumentation on the effect of draining flood in lower reach of Jinjiang River was given，and the optimization scheme as well as regulation measures were put forward，which can provide a scientific basis for the reclamation project.

model experiment；lower reach of Jinjiang River；Zhongyunzhou islands

TV 148；TV 149.2

A

1005-8443（2010）05-0506-05

张思和（1951-），男，江苏省南京人，高级工程师，主要从事水流、泥沙工程研究。