(1.江西省水利科學研究院， 南昌 330029；2.河海大學 水利水電學院， 南京 210098)

1 研究背景

贛江通過鄱陽湖與長江相連，是長江的主要支流之一。贛江下游尾閭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，過樵舍經昌邑至吳城入鄱陽湖，是贛江入鄱陽湖主航道，現狀航道等級為Ⅱ級；北支在樵舍與西支分開后，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湖。右汊(東河)在贛江鐵橋下約1.7 km處分為中支和南支，分別繞蔣巷聯圩兩側入鄱陽湖，南支是贛江聯系信江、撫河的主要航道，現狀為Ⅴ級航道，規(guī)劃為Ⅳ級航道標準。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4支呈扇型分別匯入鄱陽湖。

近年來，由于鄱陽湖枯水時間提前、延長，枯水位降低[1-2]，加上河道采砂、上游來沙減少等影響，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。這些水文情勢的改變使得贛江西河河勢穩(wěn)定性降低、堤防工程安全問題加劇、沙灘出露[10]使水景觀變差，東河斷流導致水環(huán)境和航行條件惡化等。贛江尾閭洪水主要受2方面來水影響：一是贛江洪水(河洪)；二是鄱陽湖水位高低(湖洪)。長江的汛期在5—10月份，主汛期在7—9月份，與贛江稍有錯開，故常發(fā)生長江汛期洪水倒灌鄱陽湖的現象，使鄱陽湖水不能排出而長期維持在高水位，并頂托贛江下游來水。受到近幾年河道中大量的人為采砂活動、萬安水庫運用(1993年建成蓄水)和水土保持等因素的綜合影響，贛江南昌河段河床發(fā)生大幅下切，導致同流量下的水位逐年下降。贛江徑流量總體趨勢基本不變，輸沙量逐漸減少，特別在1992年后，減幅越加明顯。從研究河段近期演變看，河床演變表現為河床縱向沖淤，河床下切，斷面相對窄深，總體上河勢穩(wěn)定少變。洪水岸線相對穩(wěn)定，中枯水岸線局部變化大，河床演變主要集中在中、枯水期河床洲灘深泓(主流線)的變化。

針對上述問題,贛江下游尾閭河道開展了大量河道治理工程，雖取得了巨大成就，但河道整治工程會影響堤防安全[11]，同時存在著一些與經濟社會發(fā)展要求不相適應的突出問題。研究贛江尾閭綜合整治工程對河段水流特性的影響尤為必要。不同整治工程將對贛江尾閭各支分流比、水位、流速分布重新調整[12-14]，本文基于贛江下游尾閭模型，通過模型試驗分析贛江尾閭不同整治工程對尾閭河網水流特性的影響，為贛江下游尾閭河道整治提供技術依據。

2 模型概況

贛江自南昌進入鄱陽湖尾閭，在南昌的裘家洲分為東、西2河，東河在焦磯頭分為中支和南支，南支是東河的主流，西河在樵舍分為西支和北支。贛江尾閭河段模型如圖1所示。根據研究目的，河道模擬范圍為上起贛江外洲水文站，西支(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，全長約54 km、寬36 km。本模型試驗綜合選定采用平面比尺1∶300，垂直比尺1∶80，變率為3.75。模型長度180 m，寬度125 m。模型各項比尺列于表1。

圖1 贛江尾閭河段模型Fig.1 Model of the tail channels of Ganjiang River

表1 贛江尾閭模型比尺匯總
Table 1 Summary of the model scales

比尺名稱符號比尺比尺名稱符號比尺平面比尺λL300流量比尺λQ214 665垂直比尺λH80糙率比尺λn1.07水流流速比尺λV8.944水流時間比尺λt133.5

3 模型驗證

3.1 模型加糙

根據研究河段的河型特點、河床形態(tài)、洲灘分布，綜合考慮加糙方法及加糙物對水流的阻力特性、對流態(tài)的影響等各方面因素，在贛江尾閭模型全河段內采用梅花型布置加糙：高大的洲灘地應用塑料草沿程按照8～12 cm間距加糙，以模擬洲灘地上的植被和部分農作物對行洪的阻力；水深和比降較大河段的河槽內應用1.0～1.5 cm的卵石或白石子按照8～10 cm間距加糙；寬淺(象湖灘)河段的河槽內應用0.8～1.0 cm的卵石按照10 cm間距加糙，以確保有效水深。

3.2 驗證試驗

基于2014年5月26日、6月5日及10月9日實測瞬時水面線資料，相應流量分別約為9 910，4 830，932 m3/s，對贛江尾閭模型洪、中、枯流量阻力相似進行了驗證。在各級流量的驗證過程中，根據水面線和流速分布的相似程度，對河段內的加糙條件進行多次的調整后，模型的水面線、流速分布基本達到要求。

4 試驗工況及成果分析

贛江尾閭模型試驗主要針對北支控堵、南支疏浚、洲頭控導和4支建閘整治工程措施對河道水位、流速分布、分流比影響而進行，對比分析工程措施對河道防洪及河勢的影響。試驗水位、流速測量斷面布置見圖2。

圖2 水位、流速斷面布置Fig.2 Layout of sections for water level andflow velocity measurement

整治工程措施包括：南支河道整治(含洲頭控導工程)及新建樞紐工程、北支控制利用等，工程布置見圖3。

圖3 整治工程布置Fig.3 Layout of regulation projects

工程整治主要建設內容如下:

(1)河道綜合整治。在南支長約32 km河道進行河道兩岸岸線整治、疏擴卡口，部分堤防加固或新建，實施西支揚子洲磯頭、中支焦磯頭保護工程，處理相關受影響建筑物。

(2)新建樞紐工程。在西支、中支、南支河道新建樞紐工程，以控制贛江南昌河段枯水期水位在15.5～16.0 m左右。其中西支、南支樞紐工程功能為枯水期擋水、汛期行洪、通航(西支為Ⅱ級航道、南支為Ⅳ級航道)、過魚；中支樞紐工程功能為枯水期擋水、汛期泄洪、過魚。

(3)堵北支(北支長約50 km)及調整北支河道兩岸圩堤內的相關水系。

4.1 試驗工況

本文研究整治工程實施對贛江尾閭各級支汊河道防洪形勢的影響，選取100 a一遇P=1%和20 a一遇P=5%河洪2種工況進行試驗，針對鄱陽湖水位不同邊界，考慮了下游不同水位邊界的影響。試驗工況見表2。

表2 試驗工況Table 2 Test conditions

注：水位為黃海高程

4.2 試驗成果分析

4.2.1 對洪水位的影響

4.2.1.1 北支控堵對洪水位的影響

河洪條件下，北支控制工程后洪水位壅高較大(見表3)。其中100 a一遇洪水條件下，西支洪水位最大壅高0.91 m；中支洪水位最大壅高0.38 m，南支洪水位最大壅高0.47 m。20 a一遇來水條件下，西支、中支和南支洪水位壅高規(guī)律和發(fā)生位置與100 a一遇來水條件類似，但壅高幅度略小。

在堵沙汊河后，各支河水位也基本有所提高，雍高幅度較堵北支減弱。

表3 不同整治工程斷面位置與最大壅高(P=1%)
Table 3 Maximum backwater levels and corresponding locations in each regulation project (P=1%)

河道名稱斷面位置最大雍高/m雍高平均值/m堵北支堵沙汊4支建閘堵北支堵沙汊4支建閘堵北支堵沙汊4支建閘西支朝西村河段附近XZ4北支控制口上游附近南昌水文站附近0.910.380.120.530.250.05中支焦磯頭洲頭下游ZZ3焦磯頭贛江中支大橋卡口0.380.150.020.240.080.01南支揚子洲頭豫章大橋下游卡口斷面NZ7焦磯頭附近0.470.260.030.310.190.02北支北支官港河口北支入口斷面BZ31.100.010.670.01

4.2.1.2 南支疏浚對洪水位的影響

河洪條件下，南支疏浚對各支水位影響有限，除西支外水位壅高幅度均在0.1 m以內。其它各支水位存在0～0.06 m不同程度的降低。

4.2.1.3 4支建閘對洪水位的影響

河洪條件下，4支建閘工程后洪水位壅高較小。100 a一遇洪水條件下，西支洪水位最大壅高0.12 m，中支洪水位最大壅高0.02 m，其余斷面水位有一定的降低，降低幅度在0.01～0.05 m之間，這是4支建閘后中支分流比減少的原因；南支洪水位最大壅高0.03 m；4支建閘后北支分流比降低，北支大部分斷面水位降低，降低幅度為0.03～0.10 m。

4.2.2 對分流比的影響

4.2.2.1 北支控堵對分流比的影響

表4、圖4為實施贛江北支控制工程后，不同試驗條件下西支、北支、中支和南支分流比、分流量統(tǒng)計。由表4、圖4可以看出：

北支控制前，贛江尾閭遭遇20 a一遇及以上洪水西河(西支+北支)分流比為49%左右，其中西支36%左右，北支13%左右；東河(中支+南支)分流比為51%左右，中支分流比28%左右，南支分流比23%左右。

北支控制后，北支不再過流，過流流量減至0，引起西支、中支、南支的分流比重新分配。西支、中支和南支分別承擔其分流比、分流量，承擔作用大小依次為西支>中支>南支。試驗結果表明：河洪條件

表4 贛江北支控堵工程后分流比變化Table 4 Change of diversion ratio after the blockage andcontrol project in the north branch

圖4 北支控堵分流比變化柱狀圖(P=1%)Fig.4 Histogram of diversion ratio after the blockageand control project in the north branch (P =1%)

下堵北支對各支分流比影響較大。河洪100 a一遇來水條件下，堵北支后西河分流比與工程前相比減少了5.35%，西支分流比增大了7.29%，北支分流比從工程前的12.65%減少至0；東河分流比增加5.35%，其中中支分流比增大了3.03%，南支分流比增大了2.33%。西支增加的流量占北支減小流量的57.6%，中支和南支合起來增加42.4%。

北支控制、堵沙汊后，河洪條件P=1%下，西支、中支和南支分流比、分流量的變化與堵北支變化類似。

4.2.2.2 南支疏浚對分流比的影響

表5、圖5為南支疏浚工程后，不同試驗條件下西支、中支、南支和北支分流比統(tǒng)計?？梢钥闯觯耗现杩：笪骱臃至鞅葴p少、東河分流比增大。P=1%河洪工況下，南支疏浚對增大東河分流比不明顯，南支僅增大0.07%；中支分流比增大0.15%。對比長江水利委員會(下稱長委)邊界1和長委邊界2條件下的分流比(考慮三峽水庫蓄水對鄱陽湖水位影響，長委邊界1贛江尾閭各支入湖水位較長委邊界2低)，發(fā)現尾門水位高時，西河、西支、中支分流比相對尾門水位低時的分流比較小，東河、北支、南支分流比相對較大。

表5 贛江南支疏浚工程后分流比變化Table 5 Variation of flow diversion ratio afterthe dredging project in the south branch

圖5 南支疏浚分流比變化柱狀圖Fig.5 Histogram of flow diversion ratio afterthe dredging project in the south branch

4.2.2.3 4支建閘對分流比的影響

表6、圖6為贛江尾閭4支建閘工程后，不同試驗條件下西支、北支、中支和南支分流比統(tǒng)計。可以看出：4支建閘后，贛江尾閭西河分流比減少，東河分流比增大；河洪條件下，西支、中支、南支和北支分別承擔其分流比，承擔作用大小與工程前一樣依次是西支>中支>南支>北支。

表6 贛江4支建閘工程后分流比變化Table 6 Variation of flow diversion ratio after buildingsluices in the four branches

圖6 4支建閘分流比變化柱狀圖Fig.6 Histogram of flow diversion ratio after buildingsluices in the four branches

河洪P=1%水文條件下，西河分流比與工程前相比減少1.25%，東河相應增大1.25%，西支分流比增加了2.86%；北支分流比減小了4.13%；南支分流比增加2.06%；中支分流比減小了0.78%。河洪P=5%水文條件時，西河分流比與工程前相比減少0.93%，西支分流比增加了1.05%；北支分流比減小了1.98%；南支分流比增加2.92%；中支分流比減小了1.99%。

4.2.2.4 洲頭控導對分流比的影響

洲頭控導型式將對東西河分流比產生一定的影響。結合洲頭控導設計方案，對洲頭東偏5°、西偏5°條件下分流比變化進行試驗研究。如圖7所示，試驗研究發(fā)現：洲頭東偏，西河分流比略為增大，東河分流比相應減少，分流比變化在1%以內；洲頭西偏，東河分流比增大，西河分流比相應減少，在流量>4 830 m3/s時，分流比變化在1%以內，在流量為2 130 m3/s時，分流比變化較為明顯，為3.44%。

圖 7 洲頭控導分流比變化柱狀圖(P=1%)Fig.7 Histogram of flow diversion ratio after the controland diversion project at the head of sandbar (P=1%)

圖8 北支控堵下游流速分布Fig.8 Distribution of downstream flow velocity afterthe blockage and control project in the north branch

4.2.3 對流速分布的影響

4.2.3.1 北支控堵對流速分布的影響

從圖8分析，100 a一遇洪水條件下，贛江尾閭揚子洲頭上游干流段，由于工程實施后工程河段水位雍高而流量不變，流速相應降低；西河樵舍之前斷面(XZ3，XZ4)流速普遍降低，主要原因在于控堵北支工程后，西河分流比減少；樵舍以下西河西支斷面(XZ5，XZ6)流速普遍增大，主要原因在于工程實施后，西支分流比較工程前增大。

南支和中支分流比增大，主要原因是工程河段分流比增大，流量相應增加，從而使得流速增大，但增幅不大。

圖9 南支疏浚下游流速分布Fig.9 Distribution of downstream flow velocityafter dredging in the south branch

圖10 4支建閘流速分布Fig.10 Distribution of flow velocityafter building sluices in the four branches

4.2.3.2 南支疏浚對流速分布的影響

從圖9斷面ZZ1和XZ1流速分布來看，南支整治對其他各支(干流、西支及中支)斷面流速分布的影響很??；整治工程對工程河段內流速分布的影響主要在于使得主流線向左岸偏移，而對斷面最大流速的影響較小。以NZ17斷面為例分析，南支受到造地工程、擴卡工程等影響，部分河段的近堤流速有一定的變化，需要加強堤岸的保護。

4.2.3.3 4支建閘對流速分布的影響

以閘上XZ4斷面、閘下XZ9斷面流速分布為例，從圖10可看出：4支建閘后，閘址上游各斷面流速相應較工程前有一定幅度減小，主要原因是工程后西支分流比增大不足，水位抬升導致過水面積增大引起上游流速有所減緩；閘下游流速普遍增大，主要原因是分流比有所增加，上下游水位形成一定的落差，應重點觀測閘下游局部河床沖刷，對下游河床加強保護。

5 結 論

贛江尾閭河網受上游來水和鄱陽湖水共同作用，水流復雜多變。本文基于贛江尾閭物理模型，研究不同整治方案對贛江尾閭多級分汊河道水流特性的影響，結論如下：

(1)北支控堵實施后，西支、中支、南支的分流比重新分配，承擔作用大小依次為西支>中支>南支,且各支洪水位壅高較大。北支控堵后，西河樵舍之前斷面流速普遍降低，樵舍以下西河西支斷面流速普遍增大，南支和中支斷面流速增大。

(2)南支疏浚對增大東河分流比不明顯；對各支水位影響有限，對工程河段內流速分布的影響主要在于使得主流線向左岸偏移，而對斷面最大流速的影響較小。受到造地工程、擴卡工程等影響，部分河段的近堤流速有一定的變化，需要加強堤岸的保護。

(3)4支建閘工程后洪水位壅高較小。西河分流比與工程前相比減少，東河相應增大，其中西河西支分流比增加；北支分流比減小；東河南支分流比增加；中支分流比減小。

(4)洲頭控導型式將對東西河分流比產生一定的影響，分流比變化在1%以內。