信江贵溪城南段河道整治模型试验研究

邬年华，黄志文，邓金运

(1.江西省水利科学研究院，南昌 330029;2.武汉大学 水利水电学院，武汉 430072)

信江贵溪城南段河道整治模型试验研究

邬年华1，黄志文1，邓金运2

(1.江西省水利科学研究院，南昌 330029;2.武汉大学 水利水电学院，武汉 430072)

通过建立信江贵溪城南段的定床实体模型，进行河工模型试验。研究现状和修改治导线不同频率洪水下，信江贵溪城南段水流运动特性， 并对两个治导线方案下的试验成果进行比较，分析其对城市防洪的影响，提出了合理的防治措施。

河道整治；实体模型；模型试验；治导线；信江；贵溪

1 概 述

信江是江西省五大河流之一，以上饶和鹰潭为界，分为上游、中游、下游三段。贵溪市位于信江中游，信江穿越贵溪市城区，城北三面环水，城南区依河而建[1]。城南段位于贵溪城区南部，属于两直角弯道间的过渡段，河长近7 km。城南区地面高程在28～32 m(黄海基面)，尚未修建防洪工程，防洪标准为20年一遇，受洪水威胁较大。该段自上而下有3座桥梁，分别为信江三桥、电厂灰管桥、信江大桥。

贵溪市1994年开始编制《江西省贵溪市城市总体规划》，对城区防洪提出了相应的要求和措施，并在1998年大水后继续开展了贵溪市城市防洪的分析、论证工作，编制了《江西省贵溪市城市防洪规划》，并于2002年开展了对《江西省贵溪市城市防洪规划》的修编，制定了城南段的规划治导线(简称为02治导线)。自2002年，贵溪市城市发展较快，对于城区格局及建设用地要求增加，而且随着信江水沙条件的变化以及水库、桥梁等的大量建设，中游段河势发生了一定变化。新形势下，在02治导线基础上，设计单位提出了新的修订方案。该方案主要是考虑到信江大桥上游的河势条件，顺应河势变化将原有的02治导线的转折部分进行了适度的圆滑处理，调整后的治导线基本与右侧河岸线平行，使得信江大桥至灰管桥之间的河宽变化不大，整个河势从原本的顺直变成更为稳定的微弯[2-3]，见图1。该新的治导线方案是基于02治导线修改而来(简称为02修改线)。为此需要通过模型试验，验证进一步修订后的河道治导线对城市防洪的影响，论证其可行性与合理性。

图1 信江贵溪城南段02线及02修改线布置图Fig.1 02 line and 02 modification line layout for the south of Guixi city River

2 模型设计及验证

2.1 模型设计

模型模拟范围为信江贵溪城南两个90度弯道之间河段，包括了灰管桥、信江大桥、支流罗塘河等重要控制点。模拟河段总长约7 km。模型进口采用流量控制,模型经过弯道自然调整,基本满足进流条件,对试验河段水沙运动尚无影响。综合考虑试验研究精度、试验场地、供水设施等要求，确定模型采用变态模型，平面比尺λl=200，垂直比尺λh=100，变率为2。流速比尺λu=10，糙率比尺λnb=1.52，流量比尺λQ=200 000，时间比尺λt=20。模型配有独立运行的供水动力及流量控制设备。模型进口通过平板堰控制上游流量，尾门通过闸门开度控制下边界水位。试验过程中水位采用水位测针测量、流速采用旋桨流速仪测量[4-5]。

2.2 模型验证

模型采用碎石加糙，基本面满足糙率要求。水面线验证采用枯水期实测流量、5年一遇及20年一遇洪水3级流量进行。试验段各级流量下沿程水面线模型测量值与原型实测值吻合较好，验证误差<±1 mm，符合河工模型试验规程要求[6]。

流速分布验证由于仅有枯水期实测资料，采用该级流量对7个断面的模型测量值与原型实测流速比较，两者流速分布基本吻合，沿河宽分布规律一致。一般主流流速相对误差<±5%，两侧流速相对误差<±10%，验证符合河工模型规范要求。

定床模型进行水面线和流速分布验证结果表明，模型水流条件与原型基本相似[7]。

3 试验成果分析

3.1 试验工况

试验主要研究02治导线及02修改线对防洪的影响，论证02修改线是否合理可行。从偏安全的角度出发，02治导线及02修改线在模型中做成防洪墙的形式。试验工况拟定为在两种治导线布置下分别进行5年一遇(P=20%)、20年一遇(P=5%)、50年一遇(P=2%)洪水试验，见表1。

表1 模型试验工况

3.2 试验成果分析

3.2.1 洪水位变化

图2 02治导线与02修改线条件下水面线比较(Q=7 850 m3/s)Fig.2 Water surface of 02 treatment compared with the 02 modification line (Q=7 850 m3/s)

图3 02治导线与02修改线条件下水面线比较(Q=10 700 m3/s)Fig.3 Water surface of 02 treatment compared with the 02 modification line (Q=10 700 m3/s)

图4 02治导线与02修改线条件下水面线比较(Q=12 500 m3/s)Fig.4 Water surface of 02 treatment compared with the 02 modification line (Q=12 500 m3/s)

在3个频率洪水工况下, 02修改线与02治导线布置沿程水面线对比见图2～图4，由于02修改线对河道有一定程度的束窄，对洪水位有一定抬升，但影响相对较小。其中，5年一遇洪水条件下洪水位的影响最小，上游最大壅水高度0.8 cm；50年一遇洪水条件下影响最大，上游最大壅水高度为4.2 cm；20年一遇洪水条件下影响介于上述两级流量之间，上游最大壅水高度为2 cm。从02修改线与02治导线壅水范围来看，流量越大，壅水影响范围越大，但由于河道中灰管桥和信江大桥的约束，壅水的主要影响范围在两桥之间。02修改线较02治导线在18#～20#断面位置有一定束窄，使得信江大桥附近及下游，流速有所增大，下游侧有一定跌水现象，但距离较短。

3.2.2 主流线变化

通过在试验中施放示踪粒子的方式，分析两种治导线不同洪水频率下信江贵溪城南段的主流线变化。试验表明，在洪水条件下，该河段的主流线一般沿河道中部下行。大流量条件下的主流线较小流量略偏向河心，符合“大水取直”的一般性规律。由于02修改线在灰管桥和信江大桥之间对河道有所束窄，与02治导线相比，02修改线条件下的主流线略有右偏，但变化相对较小。

3.2.3 流速分布

比较两种治导线不同洪水频率下流速变化值，在16#断面以上及20#断面以下，02治导线及02修改线条件的流速大小及分布基本一致，16#～20#断面之间，由于河道束窄，02修改线条件下的流速较02治导线条件下有所增大，但流速沿河宽的横向分布规律变化不大，19#断面在50年一遇工况下，左岸流速最大增加值为0.42 m/s。

4 配套工程措施试验研究

由于02修改线使河道灰管桥至信江大桥段洪水位有一定的壅高，试验寻求采取配套工程措施削减。基于本河段主流偏靠右岸，左岸存有较长边滩等现状。配套工程措施主要是针对左岸4个区域来进行。试验方案也是围绕4个开挖工程设置。即左岸的上边滩切削，下边滩切削，信江大桥下游的中航渡洲头缩退，中航渡洲右侧边开挖,见图5。

图5 岸滩切削方案图Fig.5 Beach cutting plans

进行单独实施上述4个开挖区域对河道洪水位的影响试验。试验工况为50年一遇洪水流量12 500 m3/s、与02修改线水面线比较，见表2、表3及图6、图7。

表2 不同开挖方案单独实施对洪水位的影响

表3 不同工程下的洪水位差

注：表中“+”及“-”分别表示抬升或降低。

图6 不同补救工程单独实施后的实际水面曲线(12 500 m3/s)Fig.6 Actual water surface under different remedial works alone implementation (12 500 m3/s)

图7 不同补救工程单独实施对河道洪水位影响(12 500 m3/s)Fig.7 Effect of flood level under different remedial works alone implement (12 500 m3/s)

就两桥间洪水位下降而言，由图7可见，下游削滩工程及洲头缩退等工程对两桥间的洪水位下降有明显的作用。下游削滩工程最大降低洪水位约8 cm；中航渡洲头缩退工程最大降低洪水位约6 cm。这些下降的洪水位差完全能覆盖02修改线带来的水位抬升(4.2 cm)。实施中航渡洲头缩退工程，是经济、合理、可行的有效工程措施。

5 结 论

02修改线较02治导线条件下的洪水位有所抬升，但幅度相对较小，50年一遇洪水条件下最大壅水高度为4.2 cm，壅水影响范围主要在灰管桥和信江大桥之间。02修改线较02治导线条件下的主流线及流速横向分布变化均较小，但02修改线在灰管桥和信江大桥之间束窄了河道，束窄段流速有所增大。

对02修改线造成的水位壅高进行岸坡切削配套工程措施试验研究，下游边滩切削及中航渡洲头后退，均可完全弥补02修改线带来的壅水高度。但中航渡洲头后退工程量最小，建议优先采用。

[1]朱道清.中国水系大辞典[M].山东:青岛出版社,1993.

[2]黄燕平.抚河流域治理规划探讨[J].江西水利科技,2013,39(1):17-20.

[3]李友辉,陈 龙,胡苑成,等.抚河廖家湾—李家渡河段治导线分析[J].人民黄河，2014,36(1):15-17.

[4]谢鉴衡.河流模拟[M].北京：水利电力出版社，1990.

[5]武汉水利电力学院河流泥沙工程学教研室.河流泥沙工程学[M].北京：水利电力出版社，1982.

[6]南京水利科学研究院，水利水电科学研究院.水工模型试验[M].北京：水利电力出版社，1985.

[7]江西省上饶水文局.信江贵溪城南段水文资料采集技术总结报告[R].上饶：江西省上饶水文局，2012.

River regulation model test for south section in Guixi of Xinjiang River

WU Nian-Hua1,HUANG Zhi-Wen1,DENG Jin-Yun2

(1.Jiangxi Province Water Conservancy Scince Research Institute, Nanchang 330029, China; 2.Insitute of Water Conservancy and Hydroelectric Power,Wuhan University, Wuhan 430072, China)

Using the fixed bed model for south section in Guixi of Xinjiang River,the flow movement characteristic of south section in Guixi of Xinjiang River was studied comparing the exsiting and modified thalweg under the different frequency flood situation.The two alignment schemes were compared, analyzed the influence on the city flood control,the reasonable prevention and control measures were proposed.Key words：river regulation; solid model; model test; thalweg; Xinjiang River; Guixi

10.13524/j.2095-008x.2015.01.004

2014-10-14;

2014-11-05

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1566.T.20150211.1451.008.html

国家自然科学基金资助项目(51369011)

邬年华(1965-)，男，江西高安人，高级工程师，研究方向：水力学及河流动力学，E-mail:70958090@qq.com。

TV854

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2095-008X(2015)01-0017-05