周蘇芬，邵仁建，陳 斌，黃志文

(江西省水利科學(xué)研究院， 江西 南昌 330029)

贛江入鄱陽(yáng)湖北支封堵對(duì)尾閭河網(wǎng)水流特性影響試驗(yàn)研究

周蘇芬，邵仁建，陳 斌，黃志文

(江西省水利科學(xué)研究院， 江西 南昌 330029)

贛江下游尾閭河道為沖積性多級(jí)分汊型河道，主要分為西河、東河，西河分汊為西支和北支、東河分汊為中支和南支。由于水文情勢(shì)的改變使得贛江水環(huán)境和航行條件惡化，擬封堵贛江入鄱陽(yáng)湖北支以改善水流條件，而對(duì)河道的封堵會(huì)改變其它支流的水流條件。所以基于物理模型試驗(yàn)，通過(guò)分析北支封堵后贛江下游尾閭河網(wǎng)水位、流速、分流比等水流特性的變化，探討入鄱陽(yáng)湖北支封堵對(duì)尾閭河網(wǎng)水流特性的影響，為贛江尾閭河道整治提供技術(shù)依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：封堵入鄱陽(yáng)湖北支后，西河分流比減小，東河分流比增大，西支、中支、南支分流比增大，且水位都有所抬高，此外，由于分流比增大，西支、中支、南支部分?jǐn)嗝媪魉僭龃蟆?/p>

贛江防洪；河道堵叉；水流特性；分流比

贛江通過(guò)鄱陽(yáng)湖與長(zhǎng)江相連，是長(zhǎng)江的主要支流之一。贛江下游尾閭河道為沖積性的分汊型河道，贛江干流在八一橋下約2 km處被揚(yáng)子洲分成左、右兩汊道。左汊在樵舍附近分成西支(主支)和北支，西支是贛江主流，過(guò)樵舍經(jīng)昌邑至吳城入鄱陽(yáng)湖，是贛江入鄱陽(yáng)湖主航道，現(xiàn)狀航道等級(jí)為Ⅱ級(jí)；北支在樵舍與西支分開(kāi)后，向東北方向，在五星圩西端田垅村附近分為南北兩汊，北汊為官港河，南汊為三老官河(沙汊河)，分別朝東北方向匯入鄱陽(yáng)湖。右汊(東河)在贛江鐵橋下約1.7 km分為中支和南支，分別繞蔣巷聯(lián)圩兩側(cè)入鄱陽(yáng)湖，南支是贛江聯(lián)系信江、撫河的主要航道，現(xiàn)狀為Ⅴ級(jí)航道，規(guī)劃為Ⅳ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)。自北向南，贛江尾閭河道按西支、北支(官港河與三老官河)、中支、南支四支呈扇型分別匯入鄱陽(yáng)湖。

近年來(lái)，由于鄱陽(yáng)湖枯水時(shí)間提前、延長(zhǎng)，枯水位降低[1-2]，加上河道采砂、上游來(lái)沙減少等影響，贛江下游同流量下水位持續(xù)下降[3-5]，輸沙量大幅度減少[6-9]，東河分流比持續(xù)減小、西河分流比持續(xù)增大。這些水文情勢(shì)的改變使得贛江西河河勢(shì)穩(wěn)定性降低、堤防工程安全問(wèn)題加劇、沙灘出露[10]使水景觀(guān)變差，東河斷流導(dǎo)致水環(huán)境和航行條件惡化等。針對(duì)上述問(wèn)題贛江下游尾閭河道開(kāi)展了大量河道治理工程，雖取得了巨大成就，但河道整治工程會(huì)影響堤防安全[11]，同時(shí)存在著一些與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求不相適應(yīng)的突出問(wèn)題。擬對(duì)北支進(jìn)行封堵以減小西河分流比、抬高枯水期水位、改善東河水環(huán)境和航行條件。常見(jiàn)的河道治理水力影響分析方法有理論分析、物理模型和數(shù)值模擬等[12]，本文基于贛江下游尾閭模型，通過(guò)模型試驗(yàn)分析贛江入鄱陽(yáng)湖北支封

堵對(duì)尾閭河網(wǎng)水流特性的影響，為贛江下游尾閭河道整治提供技術(shù)依據(jù)。

1 模型概況

1.1 模型設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)研究任務(wù)及贛江尾閭河網(wǎng)水流條件，確定贛江尾閭河網(wǎng)模型模擬范圍為上起贛江外洲水文站，主支下至鐵河口，北支下至官港河口，中支下至沙汊河口下游，南支下至三江口，長(zhǎng)約54 km、寬36 km。根據(jù)河工模型試驗(yàn)規(guī)程，本模型試驗(yàn)為定床試驗(yàn)，采用平面比尺為1∶300，垂直比尺為1∶80，變率為3.75，見(jiàn)表1；模型長(zhǎng)度180 m，寬度125 m，模型試驗(yàn)?zāi)M范圍及測(cè)量斷面布置如圖1所示，模型地形采用2013年實(shí)測(cè)地形進(jìn)行模型制作。

表1 模型比尺匯總表

圖1 模型范圍及斷面布置圖

1.2 模型驗(yàn)證

為使所建立的物理模型能較好地模擬天然情況下水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，需對(duì)物理模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證。本文基于2014年5月26日、6月5日及10月9日實(shí)測(cè)水面線(xiàn)資料，相應(yīng)流量分別約為9 910 m3/s、4 830 m3/s及932 m3/s，對(duì)模型洪、中、枯流量阻力相似進(jìn)行了驗(yàn)證。流量由電磁流量計(jì)控制(精度為±0.4%)，水位由固定測(cè)針測(cè)量，典型斷面水位成果見(jiàn)表2。模型驗(yàn)證試驗(yàn)表明，模型與原型在洪、中、枯三級(jí)流量條件下，水面線(xiàn)最大偏差0.12 m，除個(gè)別水位測(cè)站外，模型水位與原型水位偏差低于0.08 m，模型水面線(xiàn)與原型水面線(xiàn)基本相似。從水面線(xiàn)驗(yàn)證情況可知，模型驗(yàn)證成果基本符合河工模型試驗(yàn)要求。

表2 典型斷面水面線(xiàn)驗(yàn)證成果表 單位：m

注：①為Q=9910 m3/s；②為Q=4830 m3/s；③為Q=932 m3/s。

2 贛江入鄱陽(yáng)湖北支封堵影響分析

2.1 試驗(yàn)工況

贛江尾閭洪水主要受兩方面來(lái)水影響：一是贛江洪水(河洪)；二是鄱陽(yáng)湖水位高低(湖洪)。本文選取單一洪峰流量為1%河洪、5%河洪、10%洪水(包括1994年型洪水和1982年型洪水，二者洪水流量相同，水位邊界不同)為試驗(yàn)工況(見(jiàn)表3)，分析對(duì)比贛江入鄱陽(yáng)湖北支封堵前后，尾閭河網(wǎng)的分流比、水位、流速變化情況。

表3 試驗(yàn)工況表

注：邊界水位為原型水位，模型通過(guò)各支尾門(mén)控制。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

(1) 分流比影響分析。分汊型河道分流比受多因素影響[13-15]，北支封堵勢(shì)必會(huì)對(duì)贛江尾閭各分汊口分流比產(chǎn)生影響。贛江入鄱陽(yáng)湖北支封堵后，西河分流比減小，東河分流比增大；原北支下泄流量主要通過(guò)西支下泄，因而西支分流比明顯增大；此外，由于東河分流比增大，中支和南支分流比都增大，中支分流比變化值比南支分流比變化值大，如表4所示。

表4 分流比成果 單位：%

北支封堵對(duì)分流比的影響隨著流量增大而增大；同一流量條件下，1994年型洪水分流比的變化值較1982年型洪水分流比的變化值大，說(shuō)明不僅流量會(huì)影響分流比的變化，邊界水位也會(huì)影響分流比的變化，并且邊界水位越高，對(duì)分流比影響越明顯。

(2) 水位影響分析。圖2為北支封堵前后各支流沿程水位變化圖，圖中不同流量條件下，北支封堵后干流水面比降減小；西支水位最大壅高出現(xiàn)在X4斷面，水面比降先減小后增大；南支和中支水面比降變化不明顯，只在出口附近斷面出現(xiàn)比降增大情況。

圖2 北支封堵前后各支流沿程水位變化圖(單位：m)

由于贛江入鄱陽(yáng)湖北支封堵后導(dǎo)致西支、中支、南支分流比有不同程度的增大，各支流洪水位出現(xiàn)不同程度的壅高，最大壅高值及發(fā)生的位置、壅高幅度見(jiàn)表5。從表5可見(jiàn)，不同工況最大壅高值都出現(xiàn)在G3、X4、Z1、N1水位測(cè)量斷面，最大壅高值隨著流量增大而增大，水位壅高最高達(dá)0.91 m；同一流量，西支壅高幅度最大，中支壅高幅度最小，說(shuō)明北支封堵對(duì)中支影響相對(duì)較小。

(3) 流速影響分析。由于贛江入鄱陽(yáng)湖北支封堵，使得干流水位有所抬高，流速相應(yīng)略有減小。贛江西支北支口以上河段(X1至X5斷面之間)，由于洪水位壅高，增大了行洪面積，而西河分流比減小，流量略有下降，因此斷面流速明顯減??；西支在北支口以下河段(X5斷面至西支出口)水位雖有所抬升，使得過(guò)流面積增大，但西支分流比的增大導(dǎo)致的流量增幅仍大于斷面面積增幅，因此西支在北支口以下河段的斷面流速有所增大，如圖3所示。南支和中支分流比增大，南支和中支流量相應(yīng)增加，流速增大，但增幅不大。

表5 水位壅高值

表6為流速測(cè)量斷面最大流速變化情況表，最大流速變化規(guī)律與上述流速變化規(guī)律相同。北支封堵后，干流斷面最大流速減小，但幅度較小，西支X1至X4斷面最大流速降低明顯，最大降低值達(dá)0.66 m/s，X5至X10斷面最大流速基本增大。中支Z1至Z3斷面最大流速雖變大但變化值很小，而Z4斷面過(guò)后最大流速變化值較大，最大增加0.45 m/s，主要原因是Z4斷面為卡口，斷面過(guò)水面積受到限制。南支各斷面最大流速都增大，最大增加0.61 m/s。中支、南支斷面流速增加可能加速河床沖刷，不利于岸坡穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

本文基于贛江下游尾閭模型，研究在不同流量條件下贛江入鄱陽(yáng)湖北支封堵對(duì)尾閭河網(wǎng)水流特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，贛江入鄱陽(yáng)湖北支封堵對(duì)尾閭河網(wǎng)的分流比、水位及流速分布有較大影響。

(1) 入鄱陽(yáng)湖北支封堵后，西河分流比減小，東河分流比增大，西支、中支、南支分流比呈不同程度的增大，且對(duì)分流比的影響隨流量增大而增大。同一流量下，邊界水位越高，對(duì)分流比的影響越顯著。

(2) 入鄱陽(yáng)湖北支封堵后，各支流洪水位都有所抬高，最大壅高值隨流量的增大而增大。干流水面比降減小，西支水面比降先減小后增大，南支和中支水面比降變化不明顯，只在出口附近斷面出現(xiàn)比降增大情況。

(3) 贛江西支北支口以上河段斷面流速明顯減小，北支口以下河段斷面流速有所增大。南支和中支斷面流速增大，增幅不大。干流斷面最大流速小幅度減小，西支北支口以上斷面最大流速降低明顯，北支口以下斷面最大流速基本增大，中支、南支斷面最大流速基本增大。

表6 斷面最大流速 單位：m/s

圖3 典型斷面流速分布圖

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Impacts of The North Branch Plugging on Flow Characteristic in Tail Channels of Ganjiang River Caused

ZHOU Sufen, SHAO Renjian, CHEN Bin, HUANG Zhiwen

(JiangxiInstituteofWaterSciences,Nanchang,Jiangxi330029,China)

The tail reaches of Ganjiang River are alluvial channels with multi-bifurcation, which mainly divided into East River and West River. The East River evolved into west branch and north branch and the West River evolved into middle branch and south branch. Due to the changes in hydrological regimes, water environment and navigation condition in Ganjiang River are deteriorating. The north branch regulation scheme was proposed to improve the flow condition, but flow condition in other branches will be changed as well. Based on the physical modelling experiments, this paper analyzed the change of flow characteristic in the tail reaches caused by plugging the north branch, including water level, velocity and water diversion ratio. The results show that when the north branch was plugged, the water diversion ratio of the West River is decreasing while the East River is increasing, and the water diversion ratio of west, middle and south branches is all increasing; water level in west, middle and south branches is rising; besides that, velocity in some of sections is increasing of west, middle and south branches.

flood control of Ganjiang River; river plugging; flow characteristics; water diversion ratio

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.04.015

2017-04-11

2017-05-09

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51369011)

周蘇芬(1989—)，女，江西新余人，碩士，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)方面的工作。E-mail：512595913@qq.com

TV

A

1672—1144(2017)04—0079—06