松花江富锦—绥东河段航道整治修复技术研究

王 军，于广年

（1.黑龙江省航道局，哈尔滨150002；2.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456）

松花江富锦—绥东河段航道整治修复技术研究

王 军1，于广年2

（1.黑龙江省航道局，哈尔滨150002；2.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456）

文章对一期整治工程布置、整治前后来水来沙及河道地形变化进行了分析，并利用二维水沙数值模拟技术，对富锦—绥东河段修复工程进行多方案比选，提出了合理的整治原则及工程措施，修复工程实施后富锦—绥东河段航道尺度可达到Ⅲ级航道标准。

航道整治;模型试验;富锦—绥东河段

图1 松花江富锦—绥东浅滩河势Fig.1 River regime of Fujin-Suidong reach in Songhua River

松花江富锦—绥东浅滩位于佳木斯下游180 km富锦市附近（图1），富锦浅滩位于王大烟通至小黑通之间，该河段有2个“S”反弯组成，枯水河湾的凸岸边滩外侧为主槽，内侧为支汊。该河段枯水河宽达1 500 m，由于边滩低平，致使水流分散，主槽流量沿程不连续，航线曲折多变，航深、航宽及航道弯曲半径均不足Ⅲ级航道标准。绥东浅滩位于绥东码头附近，绥东河湾上接小黑通下连官草通，衔接形成“S”反弯，绥东上段受小黑通弯道动力轴线变化的影响，通航汊道交替于主、支汊内，并有汊口浅滩存在。下段绥东汊道内有绥东码头，汊道进口与主槽呈20°交角，进口上边滩直接影响汊道的兴衰，主槽内有交错深槽存在，浅脊碍航。

20世纪90年代初期曾对该浅滩河段进行了重点浅滩整治，其航道整治建筑物（丁、锁坝，鱼嘴及护岸）均为抛石散粒体结构，护床排为柳条捆扎而成。散抛石坝、护岸及护床排的结构松散，整体性差。特别是季节性封冻河流与其他河流有所不同，不仅有洪水对整治建筑物的破坏，而且冰对整治建筑物也有巨大的破坏作用。根据2009年、2010年对佳木斯至同江河段一期整治建筑物调查，约70%整治建筑物遭受不同程度损坏。如按整治建筑物毁坏部位，丁坝大多坝头发生破坏，其次是坝身，坝根与岸连接部位也有损毁现象；锁坝损坏大多发生在坝身中部，其次是坝根与岸连接部位；岛头鱼嘴分流工程，损毁现象大多发生在靠近主江一侧的部分，也有鱼嘴头部坍塌现象发生；护岸工程大多发生在中水顶冲部位，也有发生在护岸起点或终点现象。并且当时受工程投资所限，该河段航道建筑物布置较少，未完全控制枯水河势；且近年来松花江航道建设及维护划归地方管辖，航道养护资金极其短缺，致使受水毁和冰毁的整治建筑物未得到及时补修。经过多年的变化，该河段一期工程的整治效果已不明显，出现了多处碍航浅滩，严重影响该河段通过能力。因此，分析该河段河床演变规律，研究一期整治工程布置的合理性，对松花江高等级航道修复建设尤为重要［1］。

1 河段来水来沙特征

1.1 佳木斯水文站来水来沙特征

松花江佳木斯水文站控制流域面积为52.83×104km2，多年日平均流量2 074 m3/s（1953～2009年），历年最大日平均流量为18 300 m3/s（1960年8月27日），日平均最小为125 m3/s（1979年2月11～18日）。年际间水量分配极不均匀，多年平均径流量655.7×108m3，历年最大径流量为1 218.6×108m3（1960年），历年最小径流量为246.8×108m3（1979年），丰枯年水量比为4.9。历年最高日平均水位为80.62 m（1960年8月27日），最低水位为72.45 m（2003年6月11日），水位最大变幅为8.17 m，年内水位最大变幅也达7.03 m（1998年）。佳木斯水文站多年平均输沙量为1 038×104t，多年平均含沙量为0.149 kg/m3，日最大平均含沙量为1.27 kg/m3（1965、1988年），最小平均含沙量为0.001 kg/m3；年最大输沙量为2 518×104t（1955年），最小为211.3×104t（1979年），年际间输沙量变化较大。年际间水量、沙量分配极不均匀是河势发生变化的主要原因，尤其大丰水年或系列丰水年对河道的塑造具有决定性的意义。

年内水量分配也极不均匀（表1），该河段一般4～5月为春季枯水期（4月中旬流冰约半个月），径流量约占全年水量的13.93%；6月～7月为涨水期，径流量约占全年水量的20.91%；8月～9月为中洪水期，径流量约占全年水量的38.34%；10月～11月为落水期及秋季枯水期（11月中旬流冰约半个月），径流量约占全年水量的17.29%；12月～翌年3月为封冻期，径流量约占全年水量的9.53%。悬移质输沙年内分配极不均匀（表1.1）。畅流期（5月～10月）输沙量占全年输沙量的91.24%，封冻及流冰期（11月～翌年4月）输沙量占全年输沙量的8.76%，可见产沙主要集中在畅流期。含沙量的变化与洪峰的形成过程有关，一般年份洪峰均伴随年内最大的沙峰出现，沙峰早于洪峰。可见对河道的塑造主要是畅流期水流长期作用所致。

表1 佳木斯水文站多年月平均水量、输沙量表Tab.1 Seasonal variation of monthly mean water volume and sediment discharge at Jiamusi hydrological station

1.2 河床底质特征

本河段两岸及岛屿表层为沙壤土，下层为中细沙及小砾石，主导河岸岸坡相对较陡，岛屿及沙洲杂草灌木丛生。据河床质取样分析，河床质中值粒径为0.2～0.8 mm，主槽平均中值粒径为0.56 mm，主槽泥沙颗粒较粗，支汊次之，边滩及岸边泥沙略细。所取河床质沙样中80%以上含有大于5 mm的砾石，这意味着本河段来沙途径不单是径流挟沙。从粒配组成及来水来沙情况分析，本河段起造床作用的是推移质泥沙。

2 富锦—绥东一期航道整治工程［2］

2.1 河床演变规律［3］

分析1904、1926、1934、1973、1990年历次测图，本河段河道相对稳定，多年来基本保持着凸岸边滩分汊或复杂分汊的弯曲河型，其演变主要表现为：

（1）该河段平面呈蜿蜒多分汊河型，在松花江下游特定的来水来沙条件长期塑造下，以及受富锦港节点的制约，使本河段平面轮廓与河槽外形没有太大变化，历年河势相对稳定，没有大的调整。

（2）随着来水来沙的周期变化及上游动力轴线变化，在系列中、枯水年塑造了短波长的“S”型反向弯曲河槽，主流坐弯。丰水年孕育了长波长的弯曲河型及其相应的滩槽河势，主流拉直。来水来沙的周期变化导致主流在主、支汊内交替变化，直接影响汊道的兴衰。如徐海通汊道、小黑通小河子汊道、绥东上汊道。

（3）本河段为弯曲河型，在弯道环流的作用下，具有凹岸冲刷、凸岸淤积的弯曲河道演变特征，系列中枯水年尤为明显，凹岸顶冲部位形成单向缓慢侧蚀展宽。如小黑通弯道左岸，年平均侧蚀强度约12 m，水流顶冲点在631～634 km之间变化。

（4）本河段河床宽浅，水流对河床的塑造能力较弱，河道的自动调整速度缓慢。该河段河床质多为中粗沙，河道宽浅、支汊众多、水流分散，一般水文年洪水持续时间比较短，有些中、枯水年甚至没有洪水，水流流速低、水面比降小、输沙能力弱。因此，在受特殊水文年或河床边界条件的改变而引起的局部输沙不平衡，在河床的自动调整过程中的演变较慢，尤其过渡段易形成碍航浅滩。富锦、绥东均为过渡段浅滩群。

（5）中枯水年淤滩、丰水年刷滩也是该河段年际变化的特点之一。尤其是发生特大洪水年或连续丰水系列年的特定来水来沙条件，对河道塑造起着决定性的作用，会发生特定规模的泥沙输移，引起洲滩消长，造成航道局部不稳定。

2.2 整治工程布置

经定、动床物理模型多方案试验研究，根据项目投资，确定了不同的实施方案。

（1）全河段整治工程方案。本方案的设计思路［4］是控制河势、塞支强干、束水归槽、遵循因势利导的原则进行全面综合治理。该方案兴建丁顺坝43座，锁坝9座、护岸工程7处，挖槽切滩4处。该方案实施后：全河段枯水水面比降较整治前加大，沿程水尺水位壅高，设计流量下本河段航槽水深达到设计要求，且该方案对行洪没有影响；改变了原天然河道枯水期支汊众多、水流分散的现状，使枯水期水流归槽，且主槽流量得以连续，延长了枯期冲刷历时，对几个主要汊道而言，主槽分流比有所增加；全河段流场得到改善，整治流量级时，整治线范围内垂线平均流速均大于起动流速，中枯水流量下整治线内水流流速较整治前有所增加，流速降范围减小或消失，有利于泥沙在本河段的输移；整治后航线曲率半径满足设计要求，水流流态平顺，水流挟沙能力增加，中洪水主流流向与挖槽方向基本一致，有利于泥沙在本河段的输移及航槽稳定。

（2）重点河段整治工程方案。考虑工程投资限制，本方案的设计思路是塞支强干、束水归槽、遵循因势利导的原则进行重点河段治理。该方案兴建丁顺坝14座，锁坝1座、护岸工程4处，挖槽切滩2处。该方案实施后：左岸5条丁坝具有较好的固滩封汊作用，主槽右侧的岛尾顺坝及大猪圈通进口下挑丁坝较好地解决了两汊交汇处河面宽、水流扩散的问题；徐海通凸岸边滩淤积，将形成与岸相连的完整大边滩，将中枯水束于700 m整治线内；绥东上汊道与绥东汊道主槽分流比分别增加16.2%和11%，调整了该河段的流速、流态，使整治线内水流流速大于起动流速。

（3）工程实施方案。设计单位根据松花江特点对重点浅滩整治工程布置进行了局部修改，将富锦下浅区625 km处左岸布设的5座丁坝减至4座，小黑通岛头增加1座丁坝，冲刷628 km处浅区，大猪圈通进口下挑丁坝改为在汊道内兴建锁坝；绥东码头对岸4座短丁坝取消，以减少工程费用。该方案实施后：富锦下浅区散乱的心滩得到治理，主航道出现明显冲刷，624#及628#2处过渡段浅滩消失，该区段航深已达到1.7 m，航宽达到70 m，弯曲半径超过500 m；绥东浅滩右汊小河子在锁坝的作用下已衰退，丁11、丁12巩固了左岸边滩，束水归槽，通航条件得到明显改善，达到Ⅲ级航道标准。

3 富锦—绥东河段航道整治修复工程

3.1 河床演变规律

分析1990、1995、2001、2010年历次测图及来水来沙，本河段20世纪90年代初期整治后近年来具有如下演变规律：

（1）来水来沙变化。佳木斯水文站1990～1999年平均径流量为678.9亿m3，最大日均流量为16 100 m3/s（1998年8月27日），可见在一期整治工程实施先后，本河段来水处于丰水期。如前所述，大洪水或系列丰水年，将使本河段产生剧烈变化，发生特定规模的泥沙输移，造成航道局部不稳定。而1999～2010年平均径流量仅约为370亿m3，最大日均流量为8 590 m3/s（2005年8月4日），可见在一期整治工程实施后本河段来水处于中枯水期，中枯水年淤滩、水流坐弯。

（2）航线变化。受1998年大洪水影响，富锦浅滩一期整治工程2#丁坝遭受严重破坏，徐海通岛尾切割形成心滩，中枯水水流在该段形成3汊，2001年航线走徐海通右汊；在连续中枯水年的作用下，凸岸边滩淤积，水流坐弯，航线恢复到江海通左汊。1990年航线走绥东码头对岸小河子，一期整治后将该汊道锁死，至今航线在主槽内摆动。枯水期河道没有得到有效控制，以及水后整治建筑物没有及时修复，致使中枯水主流流路不稳定，使航线在主槽内频繁摆动。

（3）浅滩成因。①整治时机不是最佳。佳同线一期整治工程实施阶段处于系列丰水年，而大洪水或系列丰水年的作用下，中枯水河道处于剧烈变化期。处于剧烈变化的中枯水河道，不利于枯水整治建筑物的布置，以及所希望达到的枯水整治效果。虽然1995年佳同线整治工程全部建成，佳同线航道基本达到Ⅲ级标准，但遭遇到1998年特大洪水，该次洪水对佳同线一期整治工程破坏严重。据不完全统计，仅富锦—绥东河段一期整治15座建筑物，严重水毁建筑物4座（丁2、锁1、锁5、护3），其余都有不同程度的沉降或部分毁坏，使其整治功能丧失；②重点河段整治工程没有完全有效控制枯水河势。根据交通部天津水运工程科学研究所20世纪90年代初期对该河段研究，该河段进行控制河势的全面综合治理，共需兴建丁顺坝43座，锁坝9座、护岸工程7处，挖槽切滩4处；即使仅对富锦和绥东两重点浅滩进行治理，也需兴建丁顺坝14座，锁坝1座、护岸工程4处，挖槽切滩2处。由于建设经费缺口较大，节点控制工程631#～633#护岸工程、大猪圈通进口下挑丁坝未能实施，使小黑通弯道凹岸逐年淘刷、侧蚀，塌岸后退，水流动力轴线在该河段上提下挫，直接影响到两浅滩枯水河床的稳定；③水毁工程未得到及时修复。丁2坝水毁，导致江海通左汊发展，富锦过渡段浅滩水流分散，水流输沙能力减弱，形成碍航浅滩；锁1坝及丁2坝水毁，江海通左汊及大猪圈通的发展，进一步分散了徐海通与江海通之间河段的中枯水流，形成碍航也是必然的；锁5坝水毁，导致小河子汊道发展，而主槽水流输沙能力减弱，必然形成碍航浅滩。

3.2 整治原则与措施

（1）整治原则。根据富锦、绥东浅滩的河床演变特点，考虑整治建筑物的布置和实施要兼顾沿岸港口码头、取排水工程及水利设施需要，以及综合考虑防洪、堤防、环境及水土保持，使工程不致对其产生不利影响，结合该河段一期整治工程布置，确定该河段的整治原则为：低水治理、控制中枯水主导河岸、束水归槽、统筹兼顾，在原一期整治工程的基础上进行综合治理［5］。

（2）整治措施。整治的基本思路：利用本河段目前总体河势较稳定的特点，修复一期整治工程，完善一期整治工程，限制枯水航槽的摆动及冲刷航槽。

3.3 整治效果分析

经二维泥沙数值模拟［6-7］多方案计算比较，具体修复措施为（图2）：修复一期整治建筑物（丁2、锁1、锁5、护3），使其恢复固滩、护岛、封汊、束水归槽的功能，增加过渡段水流输沙能力，改善现行通航条件；完善一期重点浅滩未建工程（大猪圈通进口下挑丁坝、绥东码头对岸4条短丁坝），束水归槽，增加过渡段水流输沙能力；利用护岸或短丁坝工程阻止中枯水主导河岸后退（628#导标、631～633#导标），形成节点工程，防止河滩地进一步塌岸后退，确保防洪大堤的稳定安全，切实保护人民的生命及财产。

该方案实施后：中枯水流量下富锦浅区转变为单一微弯河段，整治线宽度内流速明显增加；绥东浅区通过预开挖绥东码头对面主槽内河心浅滩使枯水流量下流态分布明显改善；航深已达到1.7 m，航宽达到70 m，弯曲半径超过500 m；628#导标处采用护岸后，调整了该河段枯水流态及航道弯曲半径，航槽内水流流速略有降低；经1996～2005共10个水文年后，富锦浅滩及绥东浅滩设计流量下航深及航宽均满足设计要求，但官草通下段，由于上游河床调整带来的部分较粗颗粒泥沙落淤，导致局部航深不足，通过疏浚可解决，且这种由于上游河段调整造成的落淤，在上游河势稳定后不会产生较大的回淤。

图2 松花江富锦—绥东浅滩修复工程布置图Fig.2 General layout of channel regulation project of Fujin-Suidong reach in Songhua River

4 结论

（1）20世纪90年代初期曾对该浅滩河段进行了重点浅滩整治，经过多年的变化，该河段一期工程的整治效果已不明显，出现了多处碍航浅滩，严重影响该河段通过能力。

（2）一期航道整治工程实施阶段处于系列丰水年，而大洪水或系列丰水年的作用下，中枯水河道处于剧烈变化期，整治时机不是最佳；当时受工程投资所限，未完全控制枯水河势；并且航道养护资金短缺，致使受水毁和冰毁的整治建筑物未得到及时补修；是本河段航道恶化的主因。

（3）本河段一期整治工程布置基本合理，修复工程采用“低水治理、控制中枯水主导河岸、束水归槽、统筹兼顾，在原一期整治工程的基础上进行综合治理”的整治原则及措施是可行的，工程实施后富锦—绥东河段航道尺度可达到Ⅲ级航道标准。

［1］王义安.松花江富锦—绥东河段航道整治试验研究报告［R］.天津：交通部天津水运工程科学研究所，1993.

［2］谢凌峰，陆永军，王义安，等.北江山塘至石角浅滩河段航道整治研究［J］.泥沙研究，2001（1）：62-69. XIE L F，LU Y J，WANG Y A.Study on Waterway Regulation of the Reach from Shantang to Shijiao on the Beijiang River［J］. Journal of Sediment Research，2001（1）：62-69.

［3］韩其为.论均衡输沙与河床演变的平衡趋向［J］.泥沙研究，2011（4）：1-14. HAN Q W.Equilibrium trend of sediment transportation and river morphology［J］.Journal of Sediment Research，2011（4）：1-14.

［4］王义安，洪毅.枢纽回水不衔接河段航道设计参数的确定［J］.水道港口，2004（3）：79-81. WANG Y A，HONG Y.Design Parameter of Channel Technique in Disjunct Reach of Hinge Backwater［J］.Journal of Waterway and Harbor，2004（3）：79-81.

［5］刘炳慧，管效仲，鞠文昌.松花江航道整治建筑物防冻防冰措施研究［J］.水道港口，2009（6）：187-190. LIU B H，GUAN X Z，JU W C.Anti-icing method of regulating structures in Songhua River［J］.Journal of Waterway and Harbor，2009（6）：187-190.

［6］于广年.松花江富锦、绥东浅滩航道整治数学模型试验［R］.天津：交通部天津水运工程科学研究所，2011.

［7］王义安，陆永军.二维泥沙数学模型在松花江五股流航道整治中的应用［J］.水道港口，2002（6）：61-65. WANG Y A，LU Y J.Application of 2-D sediment mathematical model in training Wuguliu reach channel in Songhuajiang River［J］.Journal of Waterway and Harbor，2002（6）：61-65.

Study on channel regulation of Fujin-Suidong reach in Songhua River

WANG Jun1,YU Guang-nian2
（1.Heilongjiang Waterway Bureau，Harbin 150002,China；2.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，Key Laboratory of Engineering Sediment，Ministry of Transport，Tianjin 300456，China）

In this paper,the general layout of the first phase of channel regulation project,the variation of channel topography,and the incoming water and sediment before and after regulation project were analyzed. Based on a two-dimensional flow sediment mathematical model，various schemes of the restoration project of Fujin-Suidong reach were compared.Then the channel regulation principle and engineering measures were presented.After the implementation of channel regulation project，the channel dimension of Fujin-Suidong reach is possible to get theⅢgrade channel standard.

channel regulation；model test；Fujin-Suidong reach

TV 147；U617

A

1005-8443（2012）03-0219-05

2012-03-29；

2012-04-11

王军（1968-），男，黑龙江省哈尔滨人，高级工程师，主要从事内河港口、航道研究工作。Biography：WANG Jun（1968-），male，senior engineer.