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        哈爾濱市群力堤四方臺段河道演變分析

        2010-03-22 10:19:14韋富英
        黑龍江水利科技 2010年4期
        關鍵詞:凹岸群力河勢

        賈 山,韋富英

        (1.通河縣水務局,黑龍江通河150900;2.哈爾濱市水利規(guī)劃設計研究院有限公司,哈爾濱150076)

        1 基本概況

        1.1 河道現(xiàn)狀

        哈爾濱市道里區(qū)群力堤四方臺段河道位于松花江干流右岸,四方臺大橋下游約1 km處,臨近四方臺閘,由于受大頂子山航電樞紐和新建四環(huán)橋的影響,河道坍塌逐年逼近堤腳,尤其在2009年的防汛檢查中,該處險情更為嚴重,如不采取措施任由其發(fā)展,將會嚴重危及群力堤安全。

        1.2 河道特征

        松花江哈爾濱段屬平原型河流,表現(xiàn)為平原河流的共性,自然彎道較多,分汊較多。該段河道坡降較平緩,比降較小,此段江道主槽水流作彎嚴重,表現(xiàn)出明顯的彎曲形態(tài)特征,該種河型江道演變頻繁,局部河段特別是四方臺段河道更具彎曲河道特征。河道的主要特點為:中水河槽具有彎曲外形,深槽緊靠凹岸,邊灘依附凸岸,凹岸沖蝕,凸岸淤長,沖淤變化明顯。近年隨著作彎運動的加劇和上下游河勢的變化使得河道演變加劇,江道長期處于自然演變和調(diào)整的動態(tài)變化過程之中。

        1.3 河岸地質(zhì)概況

        該段河岸位于新華夏系第二沉降帶松嫩沉降帶東南隆起區(qū)。自中生代中期開始大面積沉降,沉積了巨厚的白堊系嫩江組泥巖;新生代早期該區(qū)緩慢,缺失第三紀沉積物;進入第四紀以來,隨著地殼間歇新的升降運動,本區(qū)普遍沉積了40~50 m的松散堆積物。

        河漫灘由第四紀沖積物組成,河岸地質(zhì)組成具有二元結(jié)構(gòu)的特點,上層為黏土或砂質(zhì)黏土,土層較薄;下層為粉砂或細砂,河床床砂組成以細砂為主。

        2 河道演變分析

        2.1 河道演變規(guī)律分析[1-2]

        據(jù)資料記載,該段江道自本世紀九十年代至今,一直處于作彎發(fā)展階段,基本特征為天然彎曲型。通過多年河道的平面形態(tài)圖可以看出,該河段為一個縱向穩(wěn)定,橫向欠穩(wěn)定的彎曲型河道。

        圖1是松花江四方臺河段1950年、1990年、1998年、2009年4個年份的河勢套繪圖。

        圖1 松花江干流四方臺段河道演變圖

        從圖中可以看到近10多年間,哈爾濱市段河道平面變化不大,沒發(fā)生大的裁灘切彎,河床演變僅限于彎道凹岸的沖刷后退、凸岸的淤漲以及支汊的興衰,灘洲下移,分汊發(fā)育,彎道頂沖后退等。從圖中可以看出四方臺河段,平面變化不大,平面形狀和位移變化較小,橫向變化比較明顯。四方臺河段位于彎道頂沖點,水流在轉(zhuǎn)彎后,直接頂沖四方臺處河岸,造成彎道凹岸不斷坍塌,坍塌速度很快,凹岸每年坍塌后退10~20 m,而凸岸相應淤積延伸,淤積延伸的速率也較快,凹岸沖刷和凸岸淤積呈息息相關的狀態(tài)。彎道凹岸不斷坍塌后退,蠕動下移。河段的縱向變形為彎道段洪水期沖刷和枯水期淤積,而過渡段則相反。年內(nèi)這種沖於變化雖然不能完全平衡,但就較長時期平均情況而言,基本上是平衡的。

        本河段流向西南~東北,寬闊漫灘高地已大部分開墾為旱田,灘地高程在116 m左右,主江道蛇曲且靠近南岸側(cè),經(jīng)過幾次較大洪水和江道的自然演變,深泓線進一步惡化發(fā)展。在自然情況下,由于水流與河床的相互作用,造成四方臺段河岸持續(xù)崩塌而改變河勢,局部塌岸已臨近群力堤堤腳,河流的沖刷使岸坡坡度變陡,高度增加,坡度因土質(zhì)松散無植被局部破壞段上部近于直立,切岸段距離堤腳的距離最近處約為100 m。與此同時,該段航道也變得極不穩(wěn)定,航行條件惡劣,并有愈演愈裂的趨勢。1998年特大洪水以后,該段江道繼續(xù)作彎,頂沖點逐漸下移,北岸淤沙嚴重,南岸強烈沖刷,對該段堤防構(gòu)成嚴重威脅。

        2.2 崩岸成因分析[3]

        在自然情況下,彎道凹岸的崩塌在河段演變中占主導的地位,對國民經(jīng)濟的影響也最大。汛期水位開始上漲,一方面,環(huán)流加強,促進了凹岸岸坡及其臨近河底的沖刷;另一方面,水流挾沙力增大,而上游來的沙量,由于過渡段的淤積,未能相應增加,也促進了這種淘刷作用。這時深槽被沖刷,河底高程下降,岸坡變陡,穩(wěn)定性降低,達到一定程度后,河岸土體失去支持,崩岸即行發(fā)生。相反,退水期崩岸有轉(zhuǎn)弱,直至停止的趨勢。

        從上述崩岸的過程可知,對崩岸起主要作用的流量是汛期比較大的流量。而崩岸的強弱取決于深槽中的環(huán)流強度和水流挾沙能力大小以及上游來沙量的多少;還和上下游河勢、地質(zhì)地貌、河床邊界等有關。

        松花江干流主流的擺動是引起該段河勢變化,使四方臺處河岸不斷沖淘崩岸的主要原因。大頂子山航電樞紐工程蓄水使四方臺河段的流量增大,水深加大,水流挾沙能力增強,利于崩岸的發(fā)生。上游新建的四環(huán)路松花江大橋勢必將壅高水位,加大流速,加劇對下游河岸的沖刷。四方臺段河道岸邊河床土質(zhì)抗沖能力弱,河岸、灘地植被較差是造成河岸持續(xù)崩塌的另一個重要原因。該段河灘地層由第四系松散堆積物組成,具備了橫向發(fā)展的地質(zhì)條件,可做較大程度的橫向擺動,在作彎河道上,造床運動劇烈。此外,在降雨、凍脹、中高水期造床或汛期持續(xù)高水位等作用下,造成土體含水量劇增,使土體強度降低,有利于塌岸的發(fā)展。同時河床基本為細砂質(zhì)結(jié)構(gòu),主槽蜿蜒曲折,擺動較大,是坍塌崩岸的另一主要原因。

        2.3 河道演變趨勢分析[4]

        四方臺河段目前正處于作彎階段,除具有一般彎曲河道演變特點外,還受到灘地汊道興衰變化以及上下游河勢變化的影響,演變較為復雜。四方臺段處于江道凹岸頂沖變異區(qū),近年來該段江道彎曲崩塌嚴重,河灘底層由松散堆積物組成,不會遇到堅硬土質(zhì)阻礙江道的自由發(fā)展,所以在無人為控制的情況下四方臺河岸的變化仍會繼續(xù)延伸或平移,當彎曲系數(shù)達到1.5,只要條件具備,就可能發(fā)生裁彎??傊姆脚_河段正處于作彎階段,頂沖點位置逐漸下移,縱向發(fā)展估計不會有較大的變化,橫向的發(fā)展不穩(wěn)定,裁彎的可能性較大。

        3 結(jié)束語

        四方臺河道要想改變不斷坍塌的局面,要想保護建成后的群力堤,同時也為了保持河形穩(wěn)定,保證堤防防洪功能,必須采取工程措施,人為控制河道沿著有利于群力堤險工的方向發(fā)展,才能達到全面整治該段江道的最終目的。

        [1]錢寧,等.河床演變學[M].北京:科學出版社,1987.

        [2]張瑞謹.河流動力學[M].北京:中國工業(yè)出版社,1961.

        [3]余文,等.長江河道崩岸與護岸[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

        [4]謝鑒衡.江河演變與治理研究[M].武漢:武漢大學出版社,2008.

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