長江上游銅鼓灘治理措施研究

楊 祥 飛

（1.重慶交通大學河海學院，重慶 400074;2.長江重慶航運工程勘察設計院，重慶 401147）

長江上游銅鼓灘治理措施研究

楊 祥 飛1，2

（1.重慶交通大學河海學院，重慶 400074;2.長江重慶航運工程勘察設計院，重慶 401147）

銅鼓灘處于兩反向河灣的過渡段，枯水期上口水深淺，不滿足尺度要求，中段航槽落灣，彎曲半徑小，下口流速大，流態亂，上下水船舶航行危險。在有關模型試驗成果的基礎上，通過研究分析灘段的演變規律及礙航機理，對彎道淺險灘的整治方案和整治建筑物結構等治理措施進行了探討，對治理效果進行了評價，這對山區河流類似灘段的治理提供了一定借鑒。

航道整治;長江;銅鼓灘

銅鼓灘為長江上游重要礙航灘險，灘性復雜，俗稱“川江灘王”，是長江上游三大名灘之一。曾先后經過多次整治，治理效果都不太理想。一般在整治后的短期內，灘段航道條件有一定改善，經過一段時間的自然演變，灘段航道條件又會惡化，造成枯水期下水船舶航行危險，上水船舶自航上灘困難［1］。2006年交通部安排敘瀘段航道建設二期工程對該灘進行徹底治理，治理投資創下當時川江單灘投資規模之最，達到3 700萬元［2］。工程實施后，效果相當好。下面就該灘的治理思路、整治方案、整治建筑物新結構新材料的應用等治理措施進行研究。

1 灘險演變及礙航成因

1.1 灘勢概況

銅鼓灘為彎道枯水淺、險灘。該灘位于宜昌上游996.0 km，緊鄰南溪縣城區，其上游5 km為筲箕背灘，下游2 km為油榨磧淺灘。

該灘河勢上處于兩反向河灣的過渡段（圖1）。灘段上游河勢較順直，河面寬約600 m，航行條件良好，左岸為南溪縣港區。灘段上口彎道左岸九龍灘和右岸董磧壩相對峙河寬僅有300 m。中段放寬，但江中有巨大的迎賓閣卵石磧壩，磧壩頂高達當地0水位以上14 m。迎賓閣北面為一漏浩名玉帶浩，水位3.0 m以上開始泄流。南面河床寬闊，但江中有迎賓閣卵石磧翅延伸江中，形成暗磧擠壓河床，致使南槽水深但彎曲狹窄。灘段上口銅鼓子處水深不足，0水位時水深通常在1.8～2.4 m之間;中段水流經潛磧向右岸深潭落彎;曾盤石以下，主流受上游九龍灘石盤和下游曾盤石一左一右挑流的影響，形成強烈的回流泡漩，流態較壞。

圖1 銅鼓灘地理位置示意圖Fig.1 Geographic position of Tonggu Beach

該灘礙航主要表現在枯水期灘段上口銅鼓子一帶水深較淺，不滿足尺度要求，中段航槽落灣，彎曲半徑小，下口主流受挑流影響，流速較大，流態紊亂。下水船舶航行危險，上水船舶上灘困難。形成“上淺中彎下險”的礙航特征。

1993 年曾疏浚、清炸淺區，拓寬加深航槽，并在右岸建丁順壩一座，減弱掃灣水和泡漩，改善流態。整治后尺度達到要求，下口流態有所改善。經自然演變，淺區回淤嚴重，枯水上段出淺，中段彎曲半徑不足，下段流態惡化，礙航情況依然嚴重，見圖2。

圖2 1993年整治方案示意圖Fig.2 Sketch map of regulation proposal in 1993

1.2 河床演變

該灘枯水航槽入口年內在9～10月間存在淤積現象，之后逐漸沖刷，年際間無明顯沖淤規律，沖淤情況隨不同來水來沙條件而異，2002年11月入口水深僅1.8 m。從1991年—2005年測圖看，迎賓閣潛磧呈現明顯沖深趨勢，1991年磧槽1 m等深線未貫通，而2005年1 m等深線貫通，寬度達100 m，磧槽內水深在1.5 m左右。曾盤石對岸磧壩頂高也有所降低，由1991年0水位上升到0.6 m降至水下0.2 m，沖深近 1 m。1992年——1993年間對磧翅進行了開挖，開挖上段回淤明顯，中段回淤較少，下段磧翅也有所回淤，致使此處彎曲半徑又有所減小。灘段其余位置無明顯沖淤變化規律。

1.3 礙航成因

該灘中洪水期，水流淹沒董磧壩，下泄較枯水期相對順直，流經九龍灘后河面驟然開闊，加之下游河道彎曲及大中壩卵石磧壩的阻流作用，流速減緩，水流挾沙能力降低，致使大量沙卵石在灘段淤積，形成巨大的迎賓閣磧壩。汛后隨著水位降落，水流落彎，受九龍灘阻流后流向右轉，對磧翅產生沖刷，但由于枯期水流動能不足，不能有效沖深磧翅，形成該灘“上淺、中彎、下險”的礙航特征。

2 治理方案研究

根據灘段的河床演變規律和礙航特征，整治方案主要有兩個大類:①以從前的治理思路為基礎，對灘口淺區和迎賓閣潛伸江中的磧翅進行疏浚，并配以整治建筑物維持穩定，通行船舶走舊航槽即右槽方案;②突破從前治理思路的束縛，在迎賓閣磧翅新開航槽，并配整治建筑物維持穩定，通行船舶走新槽即左槽方案。兩相比較，右槽方案能夠解決灘口水淺的問題，緩解中下段航道彎曲半徑小的問題，但從本灘以前的整治情況看，要維持整治效果較難。疏浚區域容易回淤，整治后需經常進行維護性疏浚。此外，該灘中下段航道彎曲半徑小的問題得不到解決，加上水流較急，船舶航行仍然危險。左槽方案的新開航槽將該灘上下游深槽平順連接，順應了河勢。航槽被裁彎取直，根本上解決了該灘航道彎曲半徑小的問題。但新開航槽長達1 100多m，寬達80 m。大面積開槽，開槽的穩定性是方案成功與否的關鍵。總之，兩類方案各有優缺點。

2.1 方案的研究

通過定性分析，結合重慶交通大學針對銅鼓灘礙航問題開展的數模研究成果，對該灘的河床演變、礙航成因，以及各種水流條件下，灘段水流運動特性、整治方案等進行研究。認為左槽方案實施后航槽水流平順，水流條件好，但挖槽的穩定性較差，對河勢的改變較大，工程投資亦較大;右槽方案實施后水流局部比降和流速較大，銅鼓子淺區疏浚后回淤的可能性較大，工程投資相對較小;為此，需要對上述方案作進一步研究［3］。

重慶西南水運工程科學研究所在該數模成果的基礎上開展定床試驗對銅鼓灘的水流運動規律、9個左槽類整治方案和6個右槽類整治方案進行研究［4］。在研究銅鼓灘水流運動規律的基礎上重點研究:右槽類方案中如何配置整治建筑物維持疏浚穩定的問題;左槽類方案中新開航槽通航水流條件問題，如何確定開槽的合理尺度，減少泥沙淤積，維持航槽穩定的問題。最后總結出初步適合銅鼓灘實際情況的左槽方案作為推薦方案和右槽方案作為比選方案，并作為后續動床試驗的主要驗證方案。

天津市是資源性缺水地區，多年平均當地水資源總量15.69億m3，人均水資源量僅160 m3，是全國人均水資源占有量最少的?。ㄖ陛犑校?。自1958年海灤河流域內進行大規模的水利建設，工農業用水量逐年增加，攔蓄了流域80%以上的水量，上游來水逐年減少且難以得到有效利用。目前城市用水主要靠引灤水。境內大多數河流成為季節性河流，非汛期幾乎無來水，來水多為污水。加之本地區直排污水、雨污混流、處理水不達標等造成的污水排放，河流稀釋自凈能力很差，加重了水質惡化。

動床試驗重點驗證了左槽方案新槽開挖尺寸問題、開挖后通航條件和航槽穩定問題;驗證了右槽方案如何配置整治建筑物，維持疏浚穩定的問題。通過試驗驗證認為左槽方案實施后水流條件能夠滿足通航要求，航槽穩定性能夠得到保證，因此將左槽方案作為推薦方案;右槽方案航道條件總體改善效果不如左槽方案，作為比選方案［5］。

另外，挖槽的方向應與主流方向一致，并位于主流線上，與主流向交角不應超過15°，挖槽在平面上應設計成微彎形，以增強彎道環流的挾沙力，挖槽斷面寬深比B/H=17.8～21.5時輸沙強度較大，新開航槽宜采取窄深型斷面型式［6］。

2.2 治理方案及目的

根據上述研究成果，選用左槽方案作為整治方案，具體為（圖3）:

圖3 銅鼓灘整治方案示意圖Fig.3 Sketch map of Tonggu Beach regulation proposal

1）新開左槽。即開挖江中潛磧與迎賓閣之間的磧槽。開槽長度1 160 m，開槽深度3.5 m，開槽寬度上段80 m，下段逐漸加寬到95 m。開挖縱坡為變坡。

開挖左槽的目的是:使銅鼓灘上下游河道深槽得以平順連接，徹底避開彎曲狹窄流態紊亂的右槽，徹底解決該灘航道彎曲，流態壞的問題。

疏浚寬度上窄下寬，縱坡為變坡的目的是:使下段水流逐漸分散，防止整治后下段流速過大，船舶上灘困難。

2）在江心建1道順壩、3道齒丁壩，右槽建1道潛壩并對潛壩附近河床進行護底。

目的是:調整左右兩槽河道分流，增大新開航槽流量，以穩定新開航槽。

3 整治建筑物結構研究

3.1 順壩

根據模型試驗成果，順壩全長550 m。壩頂高設計水位上2 m。根據JTJ312—2003《航道整治工程技術規范》［7］和川江航道整治經驗，壩體頂寬3.0 m，迎水坡1∶2，背水坡1∶2。順壩位于河心，中枯水期，水流向右岸落灣時，會長期頂沖該順壩，為進行順壩背水坡消能，減小水流對背水坡腳的沖刷，在背水坡設置一平臺寬1 m，位置在壩頂以下1.5 m。該順壩壩頭常年受水流頂沖，壩頭40 m范圍內，壩頂逐漸加寬至8.0 m，迎水坡1∶3，背水坡 1∶5，壩頭坡1∶5，使壩頭平順伸入河床，減弱水流對壩頭的沖擊力。

3.1.2 結構材料

壩頭:考慮到該處水流急，對壩頭的沖刷力量大，為保證壩頭穩定，對壩頭結構進行了兩種方案的比選論證，即常規的鋼絲石籠壩頭結合鉸鏈排護面方案和在長江上首次提出的鋼絲石籠壩頭結合扭王字塊護面方案。川江平時流速較穩定，在漲、退水時，流速變化較大，水流對壩頭沖擊力大。扭王字塊結構在水下的抗沖性能是較好的，其作為海港防波提的主要結構材料，能夠經受住海浪的沖擊，通過測算也能夠在川江中保持穩定。對于石籠壩體配鉸鏈排維護的壩頭結構，其有一個不能回避的缺陷。鉸鏈排一般是順水流方向鋪設才能較好的維持自身和覆蓋物的穩定。由于壩頭位置特殊，鉸鏈排只能垂直水流鋪設，容易被水流從側面掀翻破壞。

通過比較，采用鋼絲石籠拋筑壩頭段的壩身，然后對壩頭迎背水坡、壩頭坡以及壩面采用散拋一層0.8 t規格的扭王字塊進行壩頭護面［8］。另外，考慮到水流翻壩后對河床的沖刷，對坡腳河床采用鉸鏈排護底，鋼絲石籠壓排。

壩身:川江傳統采用塊石結構。隨技術的發展，鋼絲石籠也逐漸應用到壩體中。考慮到壩體在枯水期會露出水面，上部壩體處于水位變動區，若采用鋼絲石籠結構，鋼絲網很容易銹蝕，導致石籠內卵石被水流沖走，引起局部石籠破壞，然后逐步擴大最終導致整個壩體的毀壞。若采用塊石結構，就可以避免這個問題。雖然壩體背水坡塊石容易被翻壩水流帶走，在采取一定防護措施后，這個問題也是可以解決的。

為此壩體采用塊石結構，壩頂0.5 m厚范圍內采用現澆C30塊石混凝土壓頂結構。混凝土內豎向插鋼筋，伸入壩體。該壩面結構使壩面和壩體形成了一個整體，建筑物的整體性和穩定性得到增強。

3.2 丁壩

3.2.1 壩體尺寸

與順壩壩體尺寸的確定方法類似，1#丁壩長63 m，2#丁壩長45 m，3#丁壩長43 m。壩頂高為設計水位上2 m。壩頂寬 3.0 m，迎水坡 1∶1.5，背水坡1∶2。壩頭10 m范圍內，壩頂加寬至5.0 m，迎水坡 1∶3，背水坡 1∶5，壩頭坡 1∶5。

3.2.2 結構材料

壩頭采用塊石拋筑，表面采用扭王字塊護面。壩頭坡腳河床散拋鋼絲石籠護底鎮腳。壩身采用塊石拋筑。壩頂0.6 m厚現澆塊石混凝土?；炷霖Q向插鋼筋。壩身背水坡采用混凝土鉸鏈排護面，防止背水坡塊石被水流沖走。

3.3 潛壩

根據模型試驗成果，潛壩長127 m，壩頂高為設計水位下2 m。根據JTJ312—2003《航道整治工程技術規范》和川江航道整治經驗，壩頂寬5.0 m，迎水坡 1∶2，背水坡 1∶2.5，壩頂縱坡 1.5‰，右高左低。潛壩結構采用鋼絲石籠。

4 治理效果

銅鼓灘是長江上游最復雜的礙航灘險之一，也是當時長江上游單灘治理投資規模最大的灘險。該灘的治理效果也是很好的。銅鼓灘整治工作已全部完工，并正式開通左槽。從完工后現場踏勘情況和測圖情況看，該灘整治效果很好，具體表現在，前期研究過程中技術人員擔心的幾個問題都得到好的解決。

1）銅鼓灘新開航槽的挖槽范圍大，挖槽長達1 160 m，如此大范圍的新開航道，能否保證航槽不回淤是一個問題。從目前的測圖情況看，新開航槽斷面尺寸穩定，達到設計要求，新開航槽沒有回淤，穩定性較好。

2）江中拋筑的整治建筑物起著調整兩汊分流，維持新槽穩定的作用，其結構能否保持穩定是工程成敗的關鍵，特別是順壩和齒丁壩長期受水流頂沖，其結構能否保持穩定也是一個問題。目前銅鼓灘已經整治完工并經過一個汛期，測圖資料和現場踏勘情況反映，這些整治建筑物結構都保持穩定，充分發揮著整治作用，保障了整治效果。

3）整治前，銅鼓灘淺區主要位于灘的上段，為防止新槽上段泥沙回淤，特在江中拋筑順壩和齒丁壩調整分流，沖刷淺區位置，齒丁壩的位置主要也集中在上段。由于整治前，銅鼓灘下段水流流速就比較大，如果上段入槽水流過多，就可能引起下段水流流速進一步加大，導致該位置上水船舶航行困難。這也是一個問題。針對這個問題，整治方案還特將挖槽下口逐漸放寬，以放緩下口流速。目前的實際情況是，整個航槽水流平順，上下水船舶航行都很方便，沒有出現航槽下段流速過大，船舶上灘困難的情況。

4）左槽開通后，該灘上下游深槽平順連接，航道變得順直，水流平順，流速流態都相當好。該灘航道彎曲、流態紊亂，局部位置水深不足的問題都得到解決，上下水船舶航行都變得容易。江中整治建筑物結構穩定，能夠達到穩定兩汊分流，維持左槽穩定的目的。新槽開通后，船舶從此走左槽，徹底避開同時具有“彎淺險”特征的右槽。礙航情況得到根治。據經常航行于該河段的船長評論，該灘治理效果被認為是川江重慶至宜賓河段整治效果對比最好的灘之一。

5 結論

對于類似銅鼓灘這樣的彎道淺險灘，治理技術歸納起來主要有以下幾點:

1）治理方案的思考不一定局限于已有的治理思路，有時可跳出這個思維束縛，從另一角度思考問題，從而提出好的方案。

2）整治建筑物結構材料應結合實際情況進行選定，必要時進行創新是保障建筑物穩定，發揮整治效果的重要因素。

3）類似銅鼓灘這樣的川江彎曲汊道淺險灘，航槽彎淺、水流條件較差，在航行條件難以徹底改善時，可開辟磧槽通航。以疏浚與筑壩相結合的枯水整治方法，維護挖槽穩定。疏浚挖槽方向與主流方向一致，并位于主流線上，與主流向交角不應超過15°;挖槽在平面上宜設計成微彎型;挖槽斷面宜采取窄深型斷面型式，寬深比 B/H=17.8～21.5較好。

總之，銅鼓灘采用新開航槽，并筑壩維持挖槽穩定的措施，徹底解決了該灘礙航問題，工程效果良好。該工程在治理思路、整治建筑物結構材料等方面獲得一定突破，在整治措施研究、挖槽設計等方面取得一定經驗，這些經驗可為長江上游及其他山區河流類似灘險的治理提供參考。

［1］ 長江航道局.川江航道整治［M］.北京:人民交通出版社，1997:133-139.

［2］ 長江重慶航運工程勘察設計院.長江干線宜賓合江門至瀘州納溪航道建設二期工程可行性研究報告［R］.重慶:長江重慶航運工程勘察設計院，2006:14-29.

［3］ 重慶交通學院.長江上游銅鼓灘航道整治數值模型研究報告［R］.重慶:重慶交通學院，2005:33-37.

［4］ 重慶西南水運工程科學研究所.長江干線敘瀘段銅鼓灘航道整治定床模型試驗研究報告［R］.重慶:重慶西南水運工程科學研究所，2006:36-39.

［5］ 重慶西南水運工程科學研究所.長江干線敘瀘段銅鼓灘航道整治動床模型試驗研究報告［R］.重慶:重慶西南水運工程科學研究所，2006:18-20.

［6］ 重慶交通大學.長江敘渝段典型卵石淺險灘的整治技術研究報告［R］.重慶:重慶交通大學，2007.

［7］ JTJ 312-2003航道整治工程技術規范［S］.

［8］ 長江重慶航運工程勘察設計院.長江干線宜賓合江門至瀘州納溪航道建設二期工程初步設計［R］.重慶:長江重慶航運工程勘察設計院，2007:10-49.

Regulation Measures of Tonggu Beach at Upstream of Yangtze River

YANG Xiang-fei1，2
（1.School of River＆ Ocean Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;
2.Survey＆ Design Institute of Yangtze River Harbor＆ Waterway Engineering，Chongqing 401147，China）

Tonggu Beach is located in the transition section of two reverse rivers.The upstream of the beach can’t satisfy the requirements of water level in dry season;the middle section is the navigation channel with small bending radius;and the down section is of high flowing speed and disordered flow pattern，which is dangerous to navigate.The regulation treatments of dangerous shoal and building structures are discussed through the analysis of the evolution rule and hindering mechanism of the beach based on experimental results of relative models.Furthermore，the effect of regulation treatment is evaluated.The method proposed provides certain references for the regulation treatment of similar beaches of rivers at the mountainous area.

waterway treatment;Yangtze River;Tonggu Beach

U617

A

1674-0696（2010）01-0133-05

2009-10-21;

2009-11-23

楊祥飛（1977-），男，重慶市人，高級工程師，碩士，主要從事航道整治研究方面的工作。E-mail:49511980@qq.com。