赣江丰城市城西防洪综合整治工程试验研究

朱永华 刘 锐 刘小斌

(1.江西省丰城市水利局，江西丰城 331100;2.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉 430010;3.长江水利委员会长江科学院，湖北武汉 430010)

1 概述

赣江是鄱阳湖水系中第一大河，也是长江的重要支流，全长766km，自南向北穿越江西省丰城市区。丰城市城西片区位于赣江的左岸，已列为丰城市规划城市用地，拟修建防洪堤对其进行防护。

本文采用河道演变分析和河工模型试验相结合的方法，就丰城市城西防洪综合整治工程对河势、防洪、航运及重要涉河建筑物等可能产生的影响进行了研究，提出了推荐堤线方案，以为工程决策和设计提供参考依据。

2 河道演变

2.1 深泓线变化

由于河段左岸为岗地低丘，右岸为赣东大堤，河床展宽得到控制，赣江丰城河段岸线较稳定。该河段内存在4个迎流顶冲段:①石上铜鼓山河段，受上游右岸过渡水流顶冲作用;②蔡家绳湾段，自2002年新洲与中洲间河道进行航道疏竣后，中汊过流能力增强，新洲分汊水流在中洲左汊汇流后顶冲蔡家绳湾凸咀;③丰城市老城区段，上游三汊水流汇流后直接顶冲;④龙头山左岸，上游来流在龙头山束窄，顶冲左岸。多年来丰城河段的深泓线平面摆动幅度年际间变化不大，1985～2009年间，石上段深泓变化幅度为150 m，赣江大桥附近深泓年际间平面摆动约70 m;新洲左汊深泓变化幅度100 m，中洲左汊相对较大，约为180 m;剑邑大桥附近深泓平面摆幅约为300 m;龙头山处深泓左移了约320 m。

2.2 滩槽变化

1985～2009年，河段岸线相对稳定，但洲滩及深槽有较明显的冲淤变化。石上弯道两岸均有不同程度的冲退，左岸为近河低矮山岗地，抗冲能力较强，冲刷后退较右岸边滩小，其中石上水文站对岸边滩最大冲退约250 m;丰城市老城区束窄段左岸边滩逐渐冲刷，2009年较1985年最大冲退约250 m;剑邑大桥至邹家段两岸均有小幅度冲刷。新洲18 m等高线变化较大，1985～2009年间洲头冲刷后退约640 m，洲尾上提约150 m;新洲左汊口门，1993年时18 m线连通，2009年拓宽为650 m。中洲左缘年际间冲淤交替，中洲右汊则略有淤积。

由深槽等高线变化可知，河段总体表现为冲刷。1985年，石上弯道、丰城老城区和龙头山附近存在14 m深槽，至2009年，下荣至蔡家近左岸段冲刷出现14 m槽，并与丰城老城区的14 m槽贯通且向下游延伸连接龙头山附近的14 m槽，石上弯道14 m槽冲刷展宽上延。

2.3 汊道分流比

河段过赣江大桥后河道展宽，江中淤有新洲和中洲，中洲长约3.8km，宽约 1000 m，面积约3.2km2，洲滩高程20.0 ～27.3 m;新洲位于中洲洲头左侧上部，长约1000 m，宽约300 m。根据不同年份，不同流量下河段的分流比实测资料分析，枯水期新洲、中洲分水流为左、中、右三汊，左汊为主汊，中高水时则漫洲而过。2009年6月流量为2270 m3/s，实测中洲左汊分流比为95%。

2.4 河道冲淤变化

比较1985年8月、1997年12月、2003年7月及2009年6月实测资料得出，该河段冲淤变化特点为:上游河段河槽变化不大，右岸边滩冲刷下切，最大冲深约4 m;中洲展宽段中洲左汊冲刷明显，最大冲深约4 m，中洲尾部冲刷下切，最大冲深为5.5 m;丰城老城区深槽冲深约1.4 m，左岸边滩发生明显冲刷，平均冲深约2 m;剑邑大桥至龙头山河道均有不同程度的冲刷。总体而言，1985～2009年，因受上游万安水库的下闸蓄水及河道来水来沙影响，河段总体表现为冲刷。

2.5 河道演变趋势分析

根据对赣江丰城河段的演变分析，该河段在自然条件下，河道虽有冲有淤，但断面形态变化及河床自然变形均较小，岸线基本稳定。20世纪70、80年代间受开荒造田、植被破坏等人类活动影响，水流含沙量增大，整体上河床表现为淤积;20世纪90年代后期随着赣江全流域植被的好转、水土流失减少，以及上游280km处的万安水库蓄水等影响，河段有了一定的冲淤变化及纵向变形，但随着河道来沙条件的逐渐平稳，河床的纵向变形将趋于平缓，河段河势及岸线将维持基本稳定。

河段内采砂及航道整治工程的实施会对河道深泓、断面形态有一定影响，尤其是岸边的严重采砂将会破坏岸堤稳定，应切实防范。

3 治理方案

丰城市城西防洪综合整治工程规划的堤防工程上起胜利泵站，下至根蔑洲尾的龙头山，以百岁围堤为基础进行加固、改建，为4级堤防，防洪标准为20 a一遇洪水设计。堤顶宽6.0 m，内外边坡1∶3，考虑防渗要求，堤防填料迎水侧采用混凝土护坡，背水侧采用草皮护坡。

经过研究分析，拟订了4种防洪堤线方案进行模型试验研究(图1):

图1 丰城市城西防洪综合整治工程堤线布置示意

(1)方案1，沿百岁围堤现状堤线，封堵缺口，堤线长11.1km;

(2)方案2，河道蔡家绳湾凸咀段长约1.4km堤线后退，最大后退约200 m，其他段采用百岁围堤现状堤线，堤线长11.01km;

(3)方案3，河道窄处蔡家至红门段长约3.1km堤线后退，最大后退约400 m，其他段采用百岁围堤现状堤线，堤线长10.84km;

(4)方案4，河道左岸蔡家绳湾凸咀段长约1.8km堤线最大后退约350 m，新居村至绳湾村段堤线后退约100 m，其他段采用百岁围堤现状堤线，堤线长10.95km，考虑河道行洪补偿，左岸蔡家绳湾凸咀段(滩地高程为23.2～25.9 m)实施疏浚，拟疏浚河道滩地高程为20 m。

4 河工模型试验研究

4.1 模型设计与验证

模型模拟范围上起赣江铁路大桥上游2.3km，下至龙头山下游4km，全长约20km。模拟河段包括2个江心洲，3座大桥以及航道整治建筑物等。模型平面比尺350，垂直比尺80，变率4.4，流量比尺250000，糙率比尺1.0，流速比尺8.94。模型水面线、流速及分流比验证采用2009年2270 m3/s流量及长江委水文局三峡局提供的6500 m3/s和16000 m3/s流量的水文资料。验证试验表明，模型与原型在水面线、流速分布及汊道分流比等方面基本相似，满足模型与原型水流运动相似的要求。

4.2 工程方案试验研究

为研究整治工程对河势、防洪、航运及重要涉河建筑物等可能产生的影响，同时考虑上游拟建的峡江水利枢纽工程防洪调度方式，共选择4种水文条件(见表1)展开工程方案试验研究。

表1 模型试验水文条件

4.2.1 现状百岁围堤汛期分流情况

试验成果表明，遇不同设计频率洪水时河道左岸现状百岁围堤(未进行整治条件下)区域分流情况为:受区域内剑邑大桥部分实体路段和区域内村间水泥路阻水影响，100 a一遇洪水和50 a一遇洪水时，河道左岸缺口位置及部分百岁围堤段漫溢洪水，分流量约为来流量的9.5%和8.8%;20 a一遇和10 a一遇洪水时，主要为缺口处过流，分流量约为来流量的7.6%和6.5%。说明汛期现状百岁围堤区域分流作用不大。

4.2.2 水位变化

试验成果表明，在4种水文条件下，整治工程的实施，原缺口分流量回归主槽，河道过流面积有不同程度的减小，致使工程河段一定范围内发生壅水，各频率洪水下河道水位均有所壅高;工程对河道水位壅水影响因整治方案的不同而有所变化;水位最大壅高值出现在赣江铁路大桥至新洲段，各整治方案最大壅水值见表2。

表2 整治工程实施后水位影响情况统计

4.2.3 流速变化

试验成果表明，丰城市城西片修建防洪堤后，因工程河段左岸边界条件发生变化，上游河段受壅水影响流速减小，工程附近流速有所调整，下游河段流速略有减小。整治工程对流速的影响主要表现在:赣江铁路大桥至新洲段，由于缺口封堵，同时受工程对水流的控导作用及水位壅高的影响，左岸近岸流速较工程前显著减少，主流区最大表面流速略有降低，河道平均流速总体有所减小;蔡家至绳湾凸咀段，因方案4堤线后退且对高滩进行疏浚，水流更加顺畅，其工程前受水流顶冲趋势有所缓解，河道过流能力相对其他方案更为增强，河道平均流速较工程前有所增大;丰城市老城区束窄段，河道平均流速增大程度因整治方案堤线后退的不同而不同，方案4时增加值为最小，右岸因主流左移影响顶冲趋势减缓，近岸流速减小;剑邑大桥下游河段，受整治工程影响较小，流速变化不大;河段右岸赣东大堤近岸流速工程前后变化较小。

整治工程实施后，因河道左岸堤线连续，同时左岸蔡家至绳湾凸咀堤线后退，水流动力轴线的变化主要集中蔡家至剑邑大桥段，主流线的摆动幅度随洪水流量的增大而加大。方案1实施后蔡家绳湾段主流较工程前小幅右摆，老城区束窄段右岸主流顶冲位置上移;方案2实施后因蔡家绳湾段堤线后退，主流较工程前小幅左摆，老城区束窄段主流顶冲位置下移;方案3实施后因蔡家至洪门段堤线后退，主流左摆幅度较大，老城区束窄段主流居中略右偏;方案4实施后蔡家至张家村段堤线后退且辅以疏浚措施，致使主流贴近左岸。

4.2.4 河道比降变化

整治工程实施后，工程河段受水位壅高影响，河段水面比降各方案较工程前略有不同程度的增大，老城区束窄段上游河道水面比降有显著调整，下荣至龙头山为工程区域，工程后水面比降有所增大，且随流量的增大而增加。

4.2.5 防洪堤方案选择

通过河工模型试验研究分析，修建丰城市城西堤防对工程所在河段的洪水位、水流流速、水流动力轴线都有所影响，减少这些影响的主要措施为:局部堤线后退，并结合河滩地疏浚开挖，增加河道过流面积。4个堤线方案中，方案4堤线后退适中，堤线较平顺，涉及的人口搬迁、房屋拆迁量较小，洪水位雍高值较小(50 a一遇洪水位最大雍高值只有6 cm)，对河道的防洪、河势影响有限，因此，选择方案4作为丰城市城西防洪综合整治工程防洪堤建设推荐方案。

通过模型试验分析，丰城市城西防洪堤(方案4)实施后，对工程河段河势、河道行洪、右岸赣东大堤不会带来明显的影响，对河段桥梁、码头、取排水设施等涉水建筑物无明显影响;蔡家绳湾凸咀段实施疏浚，汛期洪水主流近岸，流速较大，泥沙回淤相对较少。

5 结论与建议

(1)赣江丰城河段由于受两岸节点及护岸工程的约束，多年来河势相对较为稳定。受上游万安水库蓄水影响，赣江丰城河段将产生一定的冲淤变化及纵向变形，但随着河道来沙条件的逐渐平稳，河道的纵向变形将趋于平稳，预计未来河段河势仍维持现有格局，不会发生大的变化。

(2)丰城市城西防洪整治工程的实施有利于防洪减灾，城市建设，改善该片区的生产、生活秩序，促进人水和谐。在上游万安、峡江水库的调蓄及泉港分蓄洪工程运行的情况下，城西防洪整治工程实施后，对工程河段河势、河道行洪、两岸堤防不会带来明显不利的影响，对两岸码头、桥梁及取排水设施也不会有明显影响。

(3)整治工程实施后，局部堤线后退，再加上蔡家绳湾凸咀段河滩疏浚开挖，汛期洪水主流近岸，流速较大，泥沙回淤相对较少，但在工程运行后，应加强河道地形观测，以便及时发现问题，采取相应措施。