牡丹江市城區段江道造床流量分析

黃 俊，崔曉陽，曹晨華，田偉峰

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021；2.牡丹江市城區水土保持辦公室，黑龍江 牡丹江 157000；3.黑龍江省牡丹江市水務科學研究院，黑龍江 牡丹江 157000）

1 概述

牡丹江城區段江道由主槽、邊灘及岸堤組成。最大斷面寬度500~900 m，主槽長24.8 km，多數主槽寬度在120~280 m之間，深2~4 m。江道平均比降為0.05%，較為平緩，平槽流量約為900 m3/s。牡丹江城區段河床以砂礫質為主，經多年水流沖淤作用，主江道呈蜿蜒型河段和汊河段，彎曲度數為1.2形成大小不等的江心島。

2 造床流量分析

造床流量，是指多年河床在形成過程中，這種流量對河槽的塑造與形成所起的作用最為突出。一般認為造床流量既不是最大洪水流量，也不是經常存在的枯水流量。盡管最大洪水流量造床作用強烈，但作用時間短，所起的造床作用也不可能是最大；而枯水流量雖然作用時間長，但流量很小，所起的造床作用也不可能是最大。所以對造床起主導作用的造床流量應該是在多年徑流過程中發生機率較多，歷時較長的中等流量。

為了驗證這種認識的正確性，牡丹江城區段以江道為對象，對豐、平、枯水3種流量對江道的造床作用進行了分析計算。此次分析造床流量的基本途徑，是以牡丹江站實測資料為依據，擬定既符合實際，又有可比性的豐、枯水流量分級標準；通過洪峰流量頻率計算、水文年鑒、以及有代表性的江道實測大斷面，求出各級標準的主槽流量、發生歷時、及相應的流速，按動能公式進行能量計算。認為水流對江道的造床作用，可用主槽水流動能來體現，可通過動能的比較，確定造床流量。具體分析步驟如下：

1）根據牡丹江站實測資料進行歷年最大流量頻率計算，見表1、表2。

表1 牡丹江站洪峰流量表（1955—2010年）m3/s

表2 牡丹江站洪峰流量頻率計算成果表

2）擬定豐、平、枯水的頻率標準及計算范圍，并從頻率曲線上查出各相應頻率的年最大流量，見表3。

3）豐、平、枯水流量發生時間統計。按各級來水的相應的流量范圍，在水文年鑒上查算。

對于豐水流量發生時間，在大于等于豐水流量的年份中統計；對于平水時間在大于等于平水流量的年份統計（包括豐水年中平水流量及發生時間）；對于枯水時間在大于等于枯水流量的年份中統計（包括平、豐水年中枯水流量及發生的時間）。根據統計的結果表明，符合豐水流量發生時間短、枯水流量發生時間長的規律，見表4。

表3 相應頻率的年最大流量

表4 豐、平、枯水發生時間統計表

4）計算結果。主槽流量、流速計算：通過有代表性的實測大斷面及相應H—Q曲線進行計算，見表5。

表5 流量、流速計算表

動能計算。水流的造床作用往往簡單地用流量大小來衡量，但確切地說應該以主槽水流的能量來表示，即造床作用的大小與主槽流量和主槽流速平方的乘積成正比，計算式如下：

式中：Qi——主槽流量，m3/s；Vi——與Qi相應的流速，m/s；Ti——與各級來水相應的時間，s；Ei——動能，J。

表6 動能計算表

3 結論

從動能計算成果看，平水能量為豐、枯水能量的1.6~1.9倍左右，故可認為在牡丹江城區段平水流量即為造床流量。平水流量相當于2年一遇的洪峰流量，也可近似地認為多年平均洪峰流量即相當于造床流量。從牡丹江河道現狀看，平槽流量為900 m3/s，2年一遇洪峰流量為831 m3/s，牡丹江河床應屬穩定河床。

另牡丹江主槽寬120~280 m，按阿爾圖寧公式計算（B=A·Q0.5/J0.2），如取 A=1.3，Q=831 m3/s（P=50%），J=0.05%，則 B=171 m，也說明牡丹江河床已處于穩定期。經分析牡丹江城區段江道造床流量為831 m3/s，河床為中壯年期穩定河床。

［1］張書農，華國祥.河流動力學［M］.北京：水利水電出版社，1988.