固床工程对分汊型河道分流作用的模型试验研究

张凤德

(黑龙江省水利工程建设局 哈尔滨 150081)

蔡 侃

(松辽水利水电开发有限责任公司 长春 130041)

1 引言

在挟沙水流的长期冲淤作用下，分汊型河道往往主、支汊兴衰交替变换，为了稳定河势，人们常常采取潜坝、锁坝等固床工程，通过控制汊道间分流比来稳定河势。某河流由西向东流，在一江心岛处分流，右汊水流为主流，左汊水流为支流。江心岛沿岸土质松散，由亚砂土和粉细砂组成，抗冲能力差，特别是右汊，在主流顶冲和弯道横向环流作用下，河岸坍塌严重。本文通过模型试验，研究固床工程对该江段主、支汊的分流影响，并结合适当的岸坡防护，以期缓解右汊江心岛河岸的坍塌速度。

2 模型设计

2.1 设计准则

a.无因次临界剪力公式:

式中 d0——泥沙不产生絮凝的临界粒径，对于天然沙，一般可取d0=0.025mm。

b.无因次沙粒剪力公式:

式中

c.推移质输沙率公式:

式中

2.2 比尺确定

根据模拟范围和试验场地的大小，采用变态模型。模型垂直比尺为1∶100，水平比尺为1∶300，模型上、下游边界为江心岛以上12km，以下8km，共计20km，左、右岸边界为两岸堤防及岸边高岗地，宽度为9km，模型平面尺寸为66.7 m×30.0m。根据设计准则得出模型比尺换算关系见表1。

表1 模型试验比尺换算

2.3 固床方案

模型试验目的是使右汊分流比减小，并结合适当的岸坡防护，以期缓解右汊江心岛河岸的坍塌速度，共设四个固床方案进行比选:

a.方案一:固床工程采用堆石坝体，见固床方案布置图中固床1，坝顶宽6m，固床顶高程251.41m，离河道深泓点2.50m，上下游坡比均为1∶3.0。

b.方案二:固床1 逆水流方向上移120m，固床顶高程降为250.91m，见固床方案布置图中固床2。

c.方案三:在固床2的基础上，在小岛内侧水道入口及出口处增建两条潜坝，见锁坝1 和锁坝2，坝顶高程均为253.0m，坝顶宽2m，上下游坡比均为1∶3.0。

d.方案四:在锁坝1 和锁坝2 基础上，固床1 逆水流方向上移430m，固床顶高程降为250.94m，见固床方案布置图中固床3。

3 试验结果

当上游来水频率大于P=20%时，四个方案均全河道过流，右汊分流效果均不明显，与天然河道相比，分流比减少不到1%。当上游来水频率为P=20%、P=50%、P=80%、P=90%时，各方案的分流作用见表2。

固床方案布置图

当上游来水频率为P=20%、P=50%、P=80%、P=90%时，四个方案右汊分流比均不同程度减少。四种来水频率与其他方案相比，方案一右汊分流比减少值均最大，该方案最优，P=20% 频率洪水时减少1.16%，P=50%频率洪水时减少1.70%，P=90%频率洪水时减少36.27%。

表2 各方案右汊分流比减少值 单位:%

4 结 语

对于分汊型河道等次稳定河流，可以通过潜坝、锁坝等固床措施使河势趋于稳定，本文通过模型试验研究对固床方案进行优选，结果表明，固床方案对大流量洪水的分流比影响不大，对造床流量等小流量洪水的分流比影响较大，能够起到稳定河势的作用。固床工程在控制分流比的同时，会引起河岸的局部冲刷和上游水位的壅高，要注意防护。

1 SL 99—95 河工模型试验规程［S］.

2 SL 155—95 水工常规模型试验规程［S］.

3 SL/X 233—1999 水工与河工模型常用仪器校验方法［S］.