松花江哈尔滨段河道演变试验研究

王 智，宗 原

(中水东北勘测设计研究有限责任公司，长春 130061)

1 流域概况

松花江是我国七大江河之一，有南北两源，北源嫩江发源于大兴安岭伊勒呼里山，南源松花江三岔河上游区发源于长白山天池，两源在三岔河汇合后称松花江干流。松花江干流由西南向东北流经肇源、哈尔滨、通河、依兰、佳木斯、富锦等市县，至同江市汇入中俄界河黑龙江，干流流域面积18.64×104km2，河道长939 km。哈尔滨以上为平原区，坡度较缓，河道比降为0.06‰。松花江干流哈尔滨市区段两岸建有防洪堤，城堤间距一般6～8 km，个别堤段受工程控制间距不足2 km。

2 气象水文

松花江流域属中温带大陆性季风气候，冬季严寒漫长少雪，春季干燥多风，夏季湿热，降雨集中，秋季降温急骤。降雨多集中在季风控制的夏秋季节，尤其集中在7-8月份。

松花江流域的洪水主要由暴雨产生，年最大洪峰出现在8-9月份较多。

松花江干流悬移质输沙量的年内分配一般集中在汛期，尤其是7、8月份，且沙量比水量更为集中。哈尔滨站年平均输沙量为678×104t，年输沙模数为19.1 t/km2，年平均含沙量为0.187 kg/m3。

3 研究内容

观测天然情况下各种频率洪水水面线、表流迹线、断面流速分布及滩槽流量分配；在定床试验的基础上进行系列年浑水试验，测试试验河段的冲淤情况；分析并预测哈尔滨段河床演变。

4 模型设计

考虑到松花江为宽浅型河道，采用变态模型开展研究，平面比尺为350，垂直比尺为100，变率为3.5。本次试验模拟范围为四方台大桥上游3 km至松浦大桥上游，河道长17.5 km，横向包括两岸堤防范围内的河道。

由于本模型研究的主要内容是河势演变及防洪问题，通过对本段河道的特性分析及结合以往的工程经验，对本工程影响较大的是推移质，因此模型沙的选择主要取决于起动相似。根据本段河道特性以及试验研究目的，模型沙选用粉煤灰可较好满足起动相似，模型沙相对密度为2.2，淤积干容重为0.65 t/m3。见表1。

表1 模型比尺汇总表

经水面线验证、模型沙起动流速水槽验证，模型设计所选择的起动流速比尺、推移质输沙率比尺和冲淤时间比尺适宜松花江哈尔滨段河道演变研究。

5 洪峰概化

由哈尔滨水文站历年统计资料分析，选取1998年洪水作为典型的洪水过程，对其进行同倍比放大后，相当于100年一遇洪水频率。模型将洪水过程进行梯级概化，作为试验的上游边界条件。见图1。

图1 1998年洪水过程梯级概化过程线

6 河道演变分析

6.1 水沙特性

松花江干流哈尔滨站多年平均径流量为456.69×108m3，径流年内分配不均，主要集中在夏季，5-11月份径流量占全年的86%，12月至次年4月份径流量占全年的14%。哈尔滨站年平均输沙量为678×104t，最大输沙量为1 170×104t，年最小输沙量为150×104t，最大输沙量是最小输沙量的7.7倍，年最大输沙量是多年平均输沙量的1.72倍。

6.2 河道特征

松花江干流哈尔滨市区段为平原区，坡降较缓，约为0.06‰，主河槽一般呈U形，属复式河床，河滩地较宽阔，两岸堤防间距约5 km，主河槽宽约500 m。经计算，哈尔滨段河道的弯曲系数在1.3左右，河相关系系数ζ(=B0.5/h)为5.3，表明本计算河段属于分汊型河道。

本段河道泥沙中值粒径为0.26 mm，河道比降J为0.06‰，Φh′=d/J=4.33，水流强度大于止动条件而小于扬动条件，河床可动性较弱，河床泥沙仅以推移质的形式输移，基本稳定。本段河道河岸稳定系数Φb=0.75，数值介于黄河与长江之间，说明本段河道横向略欠稳定。

从河道演变理论分析来看，本段河道纵向稳定、横向欠稳定。从河势变化来看，在1998年洪水后及哈尔滨城市地方的改线、扩建，主河槽发生了变迁，现有主河槽及汊河在现有堤防、跨江桥梁、太阳岛围堤及造船厂以及航道整治工程的控制下，河势基本趋于稳定。

此外，受大顶子山枢纽抬高水位的影响，库区回水影响哈尔滨段松花江，在一定程度上使流速降低，相应的河岸趋于稳定。在现状条件下及水库淤积平衡后回水区松花江河道的冲淤变化进行初步分析，水库在运行20年后回水区淤积趋于平衡，但因汛期大顶子航电枢纽为敞泄，库区内总体淤积量不大。

7 模型试验结论

通过河道冲淤前后的地形图可以看出，典型年洪水过后地形有冲有淤，冲淤幅度都不大。

松花江哈尔滨段右侧主汊主槽弯曲段凹岸冲刷明显，河道有向右侧凹岸扩张的趋势，最大冲深点与流速最大部位相对应，冲刷后主槽最深点高程103.49 m。

左汊泄洪渠冲刷现象不明显，仅在小岛南部发生局部冲刷现象，最大冲深1.77 m，冲刷后河道最深点高程109.30 m。

河道演变理论分析松花江哈尔滨段为纵向稳定、横向欠稳定的分汊型河道，在两岸防洪工程的束缚下，基本不会发生大的河势变化。由河工模型试验成果来看，河道内冲淤变化幅度较小，基本不会发生平面上的移动，松花江哈尔滨段河势基本是稳定的。