神背嘴灘整治方案與治理效果分析

解中柱

（長江重慶航運工程勘察設計院，重慶401147）

長江上游神背嘴灘地處四川省瀘縣彌沱鎮附近，下距重慶朝天門212 km，上離瀘州41 km，為枯水淺險灘，具有彎淺險的礙航特征，礙航機理復雜，是制約提高瀘州至重慶河段航道等級、航道通過能力的關鍵河段，歷史上曾對該灘進行過多次整治，整治以治理改善左槽為目的，但治理后效果難以維持。

1 灘險概況

長江上游神背嘴灘險距宜昌航道里程約871 km，呈約70°的回頭急彎（圖1）。灘段中枯水河槽寬約600 m，河心有長約1 200 m的窄長卵石磧壩將河道分為左右兩槽。左槽為彎曲汊道，進口彎窄，河底縱坡起伏大；中下段較為窄深，枯期水面寬度約150 m。本次治理前左槽仍為枯水航槽，航道維護尺度為1.8 m×40 m×220 m（航深×航寬×彎曲半徑，下同）。右槽較為順直，枯水期水面寬度約260 m。進口河底為9.5%陡急的倒坡，中下段河床縱斷面較平順，平均河底縱坡為1.35‰。設計最低通航水位時，右槽中上段航深僅1.7 m左右，入口處右側有青蛙石等礁石，設計最低通航水位2 m時右槽通航。在低水位時，左槽分流較大，而右槽分流較小，如2 899 m/s流量時，左槽分流比為71.3%，右槽分流比為28.7%。右岸為寬1 000～1 500 m的平坦開闊古河床階地，設計最低通航水位10 m以上時，水面寬增至1 500～2 000 m。中低水河岸有彌沱石壁，大、小罐口漏浩，九條龍、豬兒石、青蛙石等巖盤，以及大中壩卵石磧壩，岸線極不規則。

由于神背嘴灘河床地形與灘情較為復雜，1985年進行了整治方案的河工模型試驗。試驗分析結論：右槽下口急、上口仍易出淺，故確定整治左槽，在稱桿磧建磧頭壩1座，攔截沖向左岸的橫流，同時拓寬左汊航槽。整治后，疏浚區流速由1.5 m/s增至2.5 m/s，航寬70 m，航深3 m，但彎曲半徑僅增大至420 m，仍達不到設計要求，不過在左槽上口有一河床寬深、水流平穩的緩流區，可供下行船舶調順船向，安全進入左槽，航行條件有較大改善。由于左槽灘脊為推移質輸沙帶所處位置，浚深后的航槽淤淺，航線又逐漸上提，彎曲半徑減小，目前已基本恢復至整治前的狀況。

2 灘險演變及礙航原因分析

2.1 灘險演變分析

2.1.1 左槽的河床演變

圖1 神背嘴灘勢圖Fig.1 Sketch of Shenbeizui Shoal

神背嘴灘段河勢平面上呈約70°的急彎，左槽進口位于神背嘴突嘴下方，汛期上游泥沙進入彎曲河段后，受彎道環流的影響，推移質大量進入左槽。左槽汛期分流比相對較小，進口比降小，流速與枯期相當，水深較大，故推移質易在該區域落淤。由于汛期神背嘴突嘴下方存在大范圍回流區，懸移質也會在此落淤。2003年4月、7月、9月河床地形圖顯示，處于神背嘴下方回流區的左槽進口部位汛期淤積量大；汛期大部分推移質泥沙沿神背嘴下方回流區外緣、經秤桿磧磧腦進入左槽，左槽進口汛期落淤的泥沙在汛末未能全部往下游輸移而大量淤積；神背嘴下方回流區的淤積主要與懸移質落淤有關，從而造成汛期左槽進口淤高。汛期進入左槽的推移質沿秤桿磧左側向下游輸移，下段出口水深淺、比降、流速較大，下段呈現沖刷趨勢。

汛后上游來沙減少，左槽分流比增加，水流動力軸線挫彎，進入左槽的流線轉彎半徑減小，神背嘴突嘴附近回流區位置上提，回流區面積增大，進口比降、流速增大。由于汛后主流挫彎上提，主流帶位置不再位于進口左槽秤桿磧磧腦處，該區域沖刷不力而出淺；進入左槽的橫流沿回流區邊緣沖刷出彎淺航槽。汛后左槽內上段淤積的泥沙被沖刷向下推移進入下段深槽，使下段產生泥沙淤積。

綜上所述，左槽呈現上段洪淤枯沖、下段洪沖枯淤的演變規律，年際間基本平衡。

2.1.2 右槽的河床演變

右槽汛期分流量大于左槽，但進入右槽的推移質量較少，泥沙顆粒粒徑小，且航槽順直、汛期流速較大，推移質不會在汛后大量落淤。隨著流量的降低，右槽分流量逐漸減小，流速降低，輸沙能力逐漸減弱，且從地質鉆探資料知，河床質中值粒徑達150 mm，并為中度密實，因此年內汛期淤積的推移質沖刷完畢后，河床也不能繼續下切，故右槽年內沖淤變化幅度較小。1979年和2003年實測地形表明右槽汛期有少量淤積，汛后又有少量沖刷，但總的來說年內沖淤變化不大。

2.2 礙航特性及原因分析

2005年整治前左槽仍為枯水航槽，左槽進口航道維護尺度為1.8 m×40 m×220 m，滿足不了該河段規劃設計的2.7 m×50 m×560 m尺度要求；加之進口橫流強、流態紊亂，滿足不了船舶安全航行要求。枯水期下水船舶必須繞神背嘴往左大轉彎進入左槽，隨即需向右轉沿秤桿磧翅下駛，若轉向操作不當則容易在磧腦擱淺或左岸掃彎觸礁。

在設計最低通航水位上2 m時，對應流量為4 500 m3/s左右，此時右岸小罐口開始少量泄流。右岸大罐口、九條龍階地高程約為設計最低通航水位上4 m，當流量大于7 800 m3/s（多年平均流量）時，右岸大小罐口、九條龍上分流，水位漫過石梁，產生強烈的滑梁水，而水流受凹岸石梁的反擊下切，沿石梁邊緣形成深約40 m、寬約200 m的深槽，底流至江中上翻而形成巨泡，且神背嘴處有大面積回流。通航船舶左怕漩流，右怕滑梁跨浩，對航行造成威脅。隨水位升高，泡水加強與神背嘴下的回流連成一片，此時泡水與九條龍之間僅有一線水流，航行困難，操作不當即有跨浩和觸礁的危險。

其礙航主要原因為［1-2］：神背嘴河段呈明顯的急彎河勢，受彎道環流的影響，汛期輸移質輸沙帶主要位于秤桿磧左槽灘脊，而細顆粒的懸移質則在神背嘴突嘴下游、左槽進口上游的大面積回流區、秤桿磧磧腦部位大量淤積。汛后左槽入口處流速較小，不能將淤積物全部帶走，僅沖出一條狹窄的航槽，水流又受磧頭擠壓形成橫流，使左槽進口變得彎淺而礙航。山區河流洪水水位陡漲陡落，對于洪水期流態紊亂的礙航特征，由于歷時較短，加之本灘的河床地形特點，治理難度大，不作為主要治理目標。

3 整治方案的確定

從歷史治理效果和模型試驗方案來看，枯水期對左槽進行治理后，由于泥沙的落淤，經過一段時間后左槽又變得彎、窄，不能滿足Ⅲ級航道的尺度要求。加之在左槽入口處易形成攔門沙，且有沖向左槽的橫流。從右槽入口河床的倒坡看，水流也有沖刷右槽的趨勢，只是河床質為較緊密的較大卵石，可以推測右槽的淤填為罕見豐沙年形成，且多年未改變，難于沖刷。由此考慮開右槽的方案進行治理，借助物理模型定床及動床試驗確定如下措施［3-4］（圖2）：（1）沿右槽深泓線挖槽以增加航深。槽深為設計最低通航水位下3.5 m，寬80 m，長約1 300 m，挖槽邊坡為1：3；（2）在左槽筑壩增加右槽枯期分流量。在左槽修筑3道潛壩，頂高程為設計最低通航水位下4 m。同時對潛壩右側與稱桿磧灘脊間采取護灘措施，防止沖刷；（3）在右槽進口、中部修筑丁壩束水攻沙。原稱桿磧江心順壩是以左槽作為整治汊道而布置的，右槽青蛙石附近枯水河面相對較寬。動床試驗表明，右槽挖槽上中段淤積量相對較大，故在中上段布置3道短丁壩，束水攻沙。右槽進口流速較小，故布置4#勾頭丁壩，動床試驗表明丁壩勾頭能明顯減輕壩頭沖刷；（4）江心順壩加高至設計高程，凹岸小罐口建堵壩阻擋小罐口分流。

圖2 右槽整治方案平面圖Fig.2 Plan layout of the right channel regulation scheme

4 整治效果分析

4.1 左右汊分流比變化

方案實施后測流斷面取在河床相對順直的稱桿磧近磧頭處，測時水位為215.377 m，比設計最低通航水位（213.77 m）高出1.607 m，測得左汊流量為2 085 m3/s，占總流量的51%；右汊流量為2 025 m3/s，占總流量的49%。與整治前及模型試驗研究的比較結果見表1。

表1 分流比變化Tab.1 Variation of diversion ratio

由表1可以看出，方案實施后，右汊流量明顯增加，增加的幅度大于物理模型試驗研究數據，一方面因為實測流量小于試驗流量，另一方面與右槽實際水深大于3.5 m（施工有超挖0.4 m）有關，這樣更利于對右槽在洪水期落淤泥砂的沖刷。

4.2 沖淤變化分析

（1）2006年5月疏浚后交工測圖與2006年8月汛后測圖分析比較。

疏浚以后汛期前2006年5月16日測圖和汛后2006年8月31日測圖分析表明，挖槽進口段有所淤積，從0+000～0+360斷面總體呈淤積趨勢，其中0+140斷面淤積較明顯，淤積0.4 m，而0+300斷面有所沖刷，沖深約0.3 m，航槽中心線的水深均大于3.5 m；0+440斷面之下，總體呈現沖刷現象，其中0+880沖深約0.5 m。0+120、0+300及0+360斷面挖槽右側有所淤積，淤積寬度約15 m，但在2.9 m水深條件下能保證70 m寬度［5］。

動床輸沙試驗表明，右槽疏浚后在1974年的水沙條件下進口將淤積0.46 m，而在連續實驗1980年、1974年、1980年這3個水沙年組合后，右汊挖槽沖淤基本平衡，右槽上段最大淤積0.34 m，挖槽中下段河床有所沖刷。該次測圖與模型試驗結果基本一致。

圖3 右槽中心線河床縱斷面圖Fig.3 Longitudinal centerline of the right channel bed

（2）2008年1月測圖分析。

在2006年8月測圖經過了1個水文年之后，于2008年1月枯水期再次進行了本河段的地形觀測。測圖分析發現，新開航槽穩定良好，航槽中心線的最小水深達3.8 m（位于0+120和1+140斷面），與2006年2次測圖比較，0+440斷面之上，河床地面線低于前2次測圖，有約0.2 m的沖深，該斷面之下，河床地面線高于2006年8月測圖而低于2006年5月測圖，即基本介于2006年汛前測圖和汛后測圖之間。分析認為，該圖是在汛后2008年1月所測，河床已經歷了較長時間的沖刷，上深槽已較少有卵石輸移到新開航槽，而新開航槽段的上段則被沖刷移至下段，導致下段較汛后有所淤高。從新開航槽縱斷面分析（圖3），航槽左側在開挖基線內0+780和0+860斷面有最淺3.3 m的水深點，航槽右側在開挖基線內0+180斷面有最淺2.9 m的水深點，但滿足2.9 m水深的區域寬度均大于70 m。

以上分析表明，航槽穩定良好，達到預期目標。

4.3 水流條件變化分析

由2003年4月測圖（測時水位為設計最低通航水位上0.8 m）看，工程實施前，右槽表面最大流速為2.65 m/s，位于右岸青蛙石對出的江中；右槽尾部的流速在1.9 m/s左右。左槽最大流速2.9 m/s，位于稱桿磧中部位置。

新開航槽后，航槽內水流流態較好，從2008年1月測圖（測時水位為設計水位上1.7 m）看，右槽表面最大流速3.27 m/s，位于右岸青蛙石對出的江中；疏浚區尾部的流速在2.5 m/s左右，比降在0.5‰左右；平均流速2.12 m/s左右，既保證航槽的沖刷力度，又滿足船舶航行要求。模型試驗研究結果為在青蛙石附近的航槽中（Q＝4 500 m3/s）最大流速為3.01 m/s，疏浚區尾部流速在2.7 m/s左右，總體上接近［5］。

從實船適航看，2008年3月31日（Q=4 110 m/s）千t級船舶渝申2502順利過灘，其主機功率2×300 kW、實際載量1 200 t，上行最小航速3 km/h，最大航速11 km/h；滿足設計船型正常航行的要求［6］。

5 結語

在總結歷史治理經驗的基礎上，借助模型試驗手段，確定了神背嘴灘新開右槽、建整治建筑物調整分流比和束水攻沙等整治措施，切實改善了枯水彎、淺、險的礙航問題，且有力保證了航槽的穩定，整治方案合理有效，為改善瀘州至重慶河段航行條件，提高貨運通過能力提供了有力支持。

［1］謝遠華，趙志舟，周華君.長江上游城背嘴灘險成因分析［J］.水道港口，2005，26（1）：26-29.XIE Y H，ZHAO Z Z，ZHOU H J.Genetic Analysis of Chengbeizui Rapids in the Upper Reach of the Yangtze River［J］.Journal of Waterway and Harbor，2005，26（1）：26-29.

［2］趙志舟，周華君.長江城背嘴灘險成因分析與整治技術［J］.水利水運工程學報，2008（3）：58-63.ZHAO Z Z，ZHOU H J.Regulation Measures and Effect Analysis for the Chengbeizui Shoal in Yangtze River［J］.Hydro-science and Engineering，2008（3）：58-63.

［3］周華君，趙志舟，鄧桂香，等.長江上游神背嘴灘險航道整治工程河工模型試驗研究［R］.重慶：重慶交通學院，2003.

［4］蔡汝哲，蔡創，李曉飚，等.長江斗笠子、神背嘴河段灘險整治船模通航試驗研究報告［R］.重慶：重慶西南水運工程科學研究所，2003.

［5］長江重慶航運工程勘察設計院.長江上游瀘州納溪至重慶婁溪溝航道建設工程航道整治效果觀測分析報告［R］.重慶：長江重慶航運工程勘察設計院，2008.

［6］實船試驗工作組.長江干線瀘州納溪至重慶婁溪溝航道建設工程實船適航試驗報告［R］.重慶：長江航道局，2008.