閆 軍 ,曹志先 ,劉懷漢
(1.武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室,武漢430072;2.長江航道規劃設計研究院,武漢430011)
“九五”期間實施的長江中游界牌河段綜合治理工程正式拉開了長江中下游航道整治的序幕。經過近20 a的航道整治,長江中下游航道維護尺度得到了較大幅度的提高,航槽內的流速流態也得到了明顯改善,消除了中下游一些重點淺、險水道的礙航隱患,使長江逐步發揮出世界第三大河所蘊藏的航運優勢。目前長江中下游航道整治工作仍在進行中。本文選取長江中下游五類典型河段對應的具體航道整治工程,總結歸納了各類典型河段航道整治工程所取得的經驗,可為后續類似河段的航道整治提供參考。
此類典型河段以長江中游周天河段航道整治控導工程為例。
1.1.1 航道概況
周天河段位于長江中游上荊江河段末端與下荊江河段進口段,上起郝穴,下至古長堤,全長約28 km,是順直微彎的放寬型河段(圖1)。自郝穴磯頭以下河道江面迅速展寬,水流擴散,加之洲灘沖淤變化的影響,主流擺動及過渡段位置變化較為頻繁,對防洪安全及航道穩定產生不利影響。

圖1 周天河段航道整治工程方案平面布置圖Fig.1 Layout plan of Zhoutian waterway regulation project
該段航道條件惡劣,歷史上曾因嚴重礙航而被稱為“瓶子口”河段,是長江中游重點礙航淺灘河段之一。20世紀70年代以后,該河段雖經過一系列的航道整治工程,航道條件一時也有所改善,但不能從根本上解決過渡段深泓上提下挫、左右擺動頻繁、航槽不穩的態勢[1]。
20世紀90年代以來,周天河段灘槽相對穩定,上、下邊灘交錯分布,上、下深槽平順連接,過渡段擺動幅度較小,航道條件較好,即該河段正處于有利的河道形勢。1998年、1999年連續2年大洪水后,河床發生超常淤積,灘形散亂,航道條件又有所惡化,汛后航道維護較為困難,為恢復航道維護的正常條件,2001年汛后實施了清淤應急工程,航道條件基本得到恢復。
河床演變分析表明:周天河段的航道條件在自然條件下不可能長期穩定,三峽工程蓄水運用后增加了河段演變的復雜性,如果不及時采取工程措施,周天河段過渡段存在左擺和下移的趨勢,航槽難以穩定,航道條件將向不利方向發展[2]。為此,2006年原交通部批準實施周天河段航道整治控導工程,對其進行航道整治。
1.1.2 工程概況
(1)建設標準:設計航道尺度為2.9 m×150 m×1 000 m(水深×航寬×彎曲半徑,下同),通航保證率為98%。
(2)工程方案由以下3部分組成(圖1)。
一是進口左岸九華寺一帶的5道潛丁壩工程,主要作用是限制枯水期主流左擺下移,維持過渡段穩定。
二是在進口左岸周公堤一帶布置2道潛丁壩,并將蛟子淵附近原清淤應急工程中前2道護灘建筑物頭部延長,潛丁壩的主要作用是封堵周公堤心灘左側竄溝,使得心灘和蛟子淵邊灘頭部連成一個整體,防止主流擺動。原清淤應急工程中,延長前2道護灘建筑物是為了與潛丁壩共同鞏固蛟子淵邊灘,促進灘頭的完整和穩定。
三是右岸張家榨護岸加固工程,其作用是為了提高右岸岸線的穩定和防洪安全。
1.1.3 整治工程實施后效果
從工程前后的測圖比較來看,有利于周公堤水道航道條件的灘槽形勢穩定,維持了河段上段深槽上過渡、下段左槽一次過渡的形式,3 m等深線之間寬度為400~1 000 m,4 m等深線之間寬度為380~800 m。航道尺度達到設計標準,航道維護壓力減輕,通航條件明顯改善。整治建筑物總體保持穩定,工程區域河床地形普遍淤積,僅建筑物局部有所沖刷。
此類典型河段以長江中游羅湖洲水道航道整治工程為例。

圖2 羅湖洲水道航道整治工程方案平面布置圖Fig.2 Layout plan of Luohuzhou waterway regulation project
1.2.1 航道概況
羅湖洲水道位于長江中游湖北省團風縣境內,上起泥磯,下迄三江口,全長12 km,屬典型的鵝頭型分汊彎道,右汊(磧磯港)為主航道(圖2)。
該水道呈周期性變化,主流不穩定,航槽擺動,洲灘沖淤頻繁,汊道周期性興衰交替,航道時好時壞,多次出現礙航局面,嚴重影響船舶航行。盡管近期磧磯港航道條件較好,但已出現向不利方向變化的趨勢。主要表現為洲頭竄溝沖深拓寬和東槽洲的持續崩退[3]。
1.2.2 工程概況
(1)建設標準:設計航道尺度為4.5 m×200 m×1 050 m,通航保證率為98%。
(2)工程方案由3部分組成(圖2)。
一是東槽洲護岸工程,長約6 100 m,主要作用是守護江心洲,制止東槽洲岸線的持續崩退,限制主流擺動;
二是竄溝內2道鎖壩工程,主要作用是防止東槽洲與心灘之間竄溝的沖刷發展,維持左槽適當的分流比;
三是洲頭低灘護灘帶工程,主要作用是保持心灘的相對完整,減少橫流對灘體的切割,促進枯水歸槽,改善中枯水的通航條件。
1.2.3 整治工程實施后效果
整治后,工程達到了預期設計目標,進口段水深和出口段彎曲半徑加大,利于船舶安全航行,河道的不利變化趨勢得到抑制,磧磯港保持微彎形態,航道順暢,洲頭竄溝的發展得到限制,磧磯港航道條件得到改善。同時由于洲頭心灘護灘建筑物和竄溝鎖壩工程的修建,園港進流更為集中,對減緩園港的衰退起到了積極的作用[4]。
此類典型河段以長江中游武穴水道航道整治工程為例。
1.3.1 航道概況
武穴水道位于長江中游,下距九江市45 km。上起仙姑山,下止葫蘆山,全長14.5 km(圖3)。
該水道為向右彎曲的鯉魚山彎道和向左彎曲的新洲鵝頭型汊道之間的連接段。該水道進口寬約1.1 km,狗頭磯以下至葫蘆山沿程放寬,狗頭磯處江寬1.35 km,至泥灣處寬達2.1 km,葫蘆山處寬約2.2 km。狗頭磯以上,深槽貼右岸分布;自狗頭磯以下呈水下分汊形勢,主流由右岸向左岸過渡入北槽,其右側由于河岸凹進,且沿程吸納了北槽的漫灘水流,貼右岸形成南槽,因此北槽水深沿程減少,而南槽則沿程增加。兩槽之間因斷面擴大、流速減緩,泥沙落淤,加上由橫向水流所帶來的底沙在此滯留,形成由狗頭磯直抵新洲頭的長沙埂,即鴨兒洲心灘??傮w上看,該水道呈兩槽一灘的河勢格局。南槽為常年通航槽口,其進口段(泥灣附近)為主要礙航淺區[5]。
1.3.2工程概況
(1)建設標準:設計航道尺度為4.5 m×200 m×1 050 m,通航保證率為98%。
(2)工程方案:鴨兒洲心灘布置一道長5 988 m的順壩,順壩尾端建1道長850 m的條形護灘帶(圖3),通過整治建筑物減少漫灘水流,增加南槽進口流量、流速,減少淤積,維持航槽相對穩定,提高航道尺度。

圖3 武穴水道航道整治工程方案平面布置圖Fig.3 Layout plan of Wuxue waterway regulation project
1.3.3 整治工程實施后效果
整治工程實施后,航道尺度可滿足設計標準,在整治流量級時,南槽進口流速、分流比值較工程前增大約11.3%,長順壩攔截漫越鴨兒洲心灘橫向水流的效果較好。
此類典型河段以長江下游張家洲水道南港下淺區航道整治工程為例。
1.4.1 航道概況
張家洲水道上起九江市的鎖江樓,下止八里江口,全長約30 km,為微彎雙分汊河型(圖4),其中左汊又稱為北港,河道彎曲,淺區多達三、四處,淺灘變化復雜,航道不便于維護;右汊又稱為南港,河道順直,歷來為中洪水主航道,20世紀90年代以來,南港航道條件有了較大改善,并已成為全年通航的主航道。1998年及1999年連續特大洪水后,南港航道條件惡化,但作為主航道的地位沒有改變。南港有2處淺區,上淺區位于新港河段,淺區年內漲淤落沖的規律明顯,航道比較穩定;下淺區位于官廠—鄱陽湖口之間的過渡段,因江面放寬,水流分散,淺情最為嚴重,此處是影響張家洲水道枯水期航道暢通的關鍵[6]。

圖4 張家洲水道航道整治工程方案平面布置圖Fig.4 Layout plan of Zhangjiazhou waterway regulation project
1.4.2 工程概況
(1)建設標準:設計航道尺度為4.0 m×120 m×1 050 m,通航保證率為98%。
(2)工程方案由3部分組成(圖4)。
一是左岸6道丁壩,總長2 772 m,主要作用是鞏固新洲邊灘,阻止主流北移,適當束窄枯水期過渡段河寬,集中水流,沖刷航槽,6道丁壩功能各有不同,前4道丁壩主要起挑流作用,設計為下挑勾頭丁壩,壩頭高程均為設計水位上3 m,后2道丁壩主要起固灘作用,壩頭高程分別為設計水位上2 m和1 m。
二是右岸梅家洲尾2道護灘帶,長900 m,主要作用是保持梅家洲邊灘的穩定,防止官洲夾出流對梅家洲尾邊灘的破壞。
三是官洲尾護岸工程,長1 070 m,主要作用是保持航槽右岸邊界的穩定,防止河岸沖刷后退。
1.4.3 整治工程實施后效果
整治工程實施后,下淺區深泓右擺,航道內普遍沖刷,水深達4.5 m以上,航寬達280 m,航道條件明顯改善;丁壩壩田間普遍淤積,保持新洲邊灘的完整并使之淤積擴大,限制了深泓左擺的趨勢,同時官洲護岸及梅家洲護灘帶起到了控制邊灘沖刷的作用,使其保持穩定;從水流測驗資料上看,南、北港兩汊分流比穩定,而新洲夾套分流比較往年同期均明顯減少,丁壩起到了對水流結構的調整作用,主流右移,左邊灘上流速減小,航槽內流速加大,斷面流速分布由平坦型轉為相對集中型。由此可見,工程達到了預期目的。
此類典型河段以長江下游東流水道航道整治工程為例。
1.5.1 航道概況
東流水道上起華陽河口,下迄吉陽磯,全長約34 km,為順直分汊河型,洲灘汊道眾多、沖淤變化頻繁,主流擺動,航槽多變。水道中順列分布有老虎灘、天沙洲、玉帶洲、棉花洲,將水道分為三汊,從左到右分別為蓮花洲港、西港、東港,蓮花洲港為汛期主汊,西港為枯季主汊,東港為支汊。湖東村以下,微彎窄深,河岸較為穩定(圖5)。
東流水道在航道整治前一直是長江下游重點淺險水道之一,絕大多數年份枯季被列為長江航道局戰枯水的一類水道,在1950~2003年的實際維護過程中,有近1/3的年份枯季出現過水深或航寬不足的情況。航道的礙航特性總體表現為:航道隨主流的變化在西港和蓮花洲港兩汊道間擺動,在交替過渡期間,枯季航道條件惡劣,航道維護尺度難以得到保證,且改槽頻繁、船舶擱淺及海損事故多,航道維護難度大。2000年后,東流水道演變到一個相對有利的時期,灘槽形態較好,航道形勢明顯好轉,西港為全年主航道,自然水深、航寬均可滿足航道維護的要求,為1950年以來航道條件較好的時期[7]。

圖5 東流水道航道整治工程方案平面布置圖Fig.5 Layout plan of Dongliu waterway regulation project
1.5.2 工程概況
(1)建設標準:設計航道尺度:4.5 m×120 m×1 050 m,通航保證率為98%。
(2)工程方案由以下3部分組成。
一是在老虎灘灘頭及灘體布置護灘帶,防止灘體沖刷、切割,保持老虎灘的完整。
二是在左岸娘娘樹一帶布置丁壩群工程,限制蓮花洲港的發展,適當調整分流比,引導水流向西港過渡。
三是在玉帶洲頭布置魚骨壩工程,防止玉帶洲洲頭及頭部低灘崩退、切割,控制西港和蓮花洲港的分流比,穩定西港過渡段航槽。
1.5.3 整治工程實施后效果
整治工程實施后,西港枯水期水深超過5 m,寬度超過200 m,滿足4.5 m×200 m的設計航道尺度,提高了航道通過能力和航運效益,降低了航道維護成本。
左岸丁壩群工程防止了左岸沿岸槽與上深槽的貫通,并促使左邊灘的形成,保持河勢穩定,有效防止了蓮花洲港的發展,有利于水流平順過渡到西港。
魚骨壩工程遏制了玉帶洲洲頭低灘沖刷后退的趨勢,并促使玉帶洲洲頭低灘淤高,穩定了玉帶洲洲體,一定程度上限制了天玉竄溝的快速發展,有利于集中水流沖刷西港。
老虎灘中上部的守護工程對防止老虎灘上沖下淤有一定作用。雖然老虎灘頭部仍有一定沖刷,但沖刷幅度已大為減小,對穩定老虎灘頭部已發揮作用,起到了穩定老虎灘左側主河槽的作用,避免了上段河道的過度展寬、淤淺,同時可減少老虎灘中下部泥沙來源,減緩老虎灘尾淤積下延速度,有利于西港的穩定。
整治建筑物整體穩定性良好,僅部分建筑物局部出現了一定沖刷,沖刷部位一般都在施工區域以外。經維修加固后,修復區域邊緣普遍淤積,未發現新的沖刷變形。
受磯頭控制的微彎放寬河道演變特性表現為:受自身河床形態(磯頭作用、河道放寬)和來水來沙條件影響,在放寬段形成發育不完整的江心灘,心灘的不穩定引起深泓的擺動和灘槽形態變化,過渡段航槽呈不同的過渡形式,如周公堤水道航槽呈上過渡、中過渡和下過渡3種形式;同樣該類河段的邊灘往往也難以穩定,多呈淤長與沖刷切割的往復性變化,如蛟子淵邊灘灘體。該類河段航道整治取得的經驗如下:
(1)把握相對有利的整治時機。
利用淺灘演變周期中,洲灘相對高大完整、航道條件較好的時期,及時實施航道整治工程。如周天河段是礙航嚴重的淺灘河段之一,在對周天河段的演變規律、發展趨勢和主要影響因素深入分析的基礎上,認為周公堤水道過渡航槽呈上過渡,天星洲水道過渡航槽呈左槽一次過渡,蛟子淵邊灘和新廠邊灘高大完整,河勢條件對航道整治較為有利。但從三峽工程蓄水運用以來的變化看,周天河段主流、洲灘有不穩定的發展趨勢,航道尺度較三峽蓄水前有所減小,如果不及時實施相應的航道整治工程,在目前的水沙條件作用下,航道條件有可能進一步惡化,不僅喪失有利的整治時機,而且將增大整治難度和工程量。因此在航道整治中,抓住有利時機顯得尤為重要。
(2)確定總體工程的實施步驟。
由于對天然河道水流泥沙運動機理、河床演變機理等認識深度有限,缺乏實測資料,難以充分掌握整治河段的演變規律,需要更長的時間來檢驗,特別是三峽工程蓄水運用周期尚短,河段內灘槽新的變化規律難以充分體現。因此先期應保持灘槽的有利形態,抑制航道條件惡化,待河床調整達到新的沖淤平衡,實施后續工程。如周天河段的整治,先期抓住有利時機,實施控制枯水期進口主流和固灘促淤作用的控導工程,為后續整治工程的實施奠定了重要基礎,符合航道整治“因勢利導”的治理原則,收到了較好的整治效果。
(3)選擇好過渡航槽位置,合理確定先期工程的關鍵部位。
由于此類河段放寬段灘槽變化較大,過渡航槽的位置擺動頻繁,因此對于過渡航槽的選擇十分重要,將直接影響工程部位的確定。查閱大量實測航道圖,特別是航道條件較好時期的過渡航槽位置,航道優良時期的灘槽形態可能成為此類河段整治的目標河型。如在周天河段的整治中,分析了多年航道條件較好的時期,周公堤水道的過渡航槽一般位于上過渡,天星洲水道的過渡航槽一般位于左槽一次過渡。依據此目標河型,確定了先期工程的關鍵部位,即進口放寬段和蛟子淵邊灘的中上部。
鵝頭型分汊彎曲河段大多由微彎型進一步發展而成。當彎曲一汊的凹岸是廣闊的易沖性河漫灘時,隨著水流對河岸的不斷沖刷,彎道不斷發展,彎頂逐漸下移,江心洲也相應向凹岸增長。使得該汊更加彎曲,如同鵝頭。由于凹岸一汊較長又是急彎,另一汊較短又位于凸岸,原來單一的江心洲被水流分割成2個甚至幾個江心洲。水流分散而形成多汊河段,其穩定性愈來愈差。如羅湖洲水道,屬典型的鵝頭型分汊彎道,東槽洲、羅湖洲將其分為磧磯港、園港和老港。磧磯港為微彎汊道,處在興盛期,為全年通航汊道,航道條件較好;園港為新的鵝頭型分汊彎道,現已嚴重萎縮;老港為老的鵝頭型分汊彎道,現已淤廢。此類河段航道整治取得的經驗如下:
(1)維持分汊格局,不影響支汊功能。
鵝頭型分汊河段的主支汊地位一般較明顯,整治過程中要充分把握其分汊格局的特點,在重視整治主汊的同時,不能影響支汊功能的發揮,支汊盡管不適合作主航道,但作為河道仍有其存在的必要,如汛期分洪泄流,沿岸水利設施等均離不開支汊。因此,在航道整治過程中,要維持其分汊格局,在確保主汊實現通航目標的同時,不影響支汊功能的發揮。如羅湖洲水道航道整治工程實施3年多來,分汊總格局沒有發生改變,磧磯港保持主汊地位,園港保持支汊地位并繼續發揮著原有的自然功能。
(2)把握演變周期,找準航道向不利方向變化的根源。
鵝頭型分汊河段的演變往往呈周期性變化,航道時好時壞,如羅湖洲水道在演變過程中就曾多次出現礙航局面,而近期則磧磯港航道條件較好,但出現了向不利方向變化的趨勢。原因主要在于進口主流的擺動和東槽洲的持續崩退。因此在此類河段的整治中,要善于把握其演變周期中航道條件較好時的整治時機,分析航道向不利方向變化的根源,通過工程措施加以控制,保持較好的航道條件。
(3)守護凹岸邊界,塑造彎曲航槽。
一旦確定了鵝頭型分汊彎曲河段的整治主汊,整治思路更多地轉化為單一彎曲航道的整治,重點基本集中在彎曲航槽進口段、彎頂段以及出口段的控制。對于進口段重點延長凹岸彎道邊界,控制主流不發生擺動,如羅湖洲水道對進口段低灘進行了守護,同時封堵了低灘與高灘之間的竄溝,這些都有助于限制主流擺動。彎頂段以加強守護為主,防止水流的頂沖,岸坡崩退,如羅湖洲水道在彎頂段的護岸設計中,為確保彎頂段護岸不沖刷破壞,打破常規,提出了“隨坡就勢”與“減少折線段,平順拐點段”相結合的護岸工程設計原則,同時將排水盲溝設計成穿過枯水平臺直至最低水位(在水位退下后施工),使岸坡滲流得以排出。這些措施消除了岸坡穩定的隱患,有利于彎頂段的穩定。出口段以平順導引水流為主,在出口凹岸邊界較為完整的情況下,通??刹捎闷巾樧o岸來實現;而在出口凹岸邊界不完整的情況下,則可布置適當長度的導流順壩。
受河岸地質等因素的影響,長江中下游存在此類河段,從上、下游河勢看,這類河段介于兩反向彎道之間,主流沿上彎道凹岸向下彎道凹岸過渡,連接段起傳遞水流的作用。若連接段比較短,則傳遞的主流在該段的擺動幅度不會太大,也會穩定地將主流傳遞到下彎道;但若連接段較長,則傳遞過程中,主流的擺動幅度空間較大,不利于穩定主流的傳遞路徑,加上長江中下游的地質特性,這類河段的下彎道往往為分汊河段,連接段主流的擺動會造成兩汊分流比的變化,進而影響航槽的穩定,特別是進口段易形成礙航淺區。如長江中下游的戴家洲河段、武穴水道等。此類河段(下彎道為分汊水道)航道整治經驗如下:
(1)歸順下段水流,穩定兩汊分流比。
兩反向彎道連接段的上段在上彎道水流動力的作用下,主流比較穩定;而下段由于受到來水來沙的變化以及下彎道兩汊入流條件的不同,主流擺動頻繁,通常在分汊段頭部形成較長的水下大沙埂,如武穴水道的鴨兒洲心灘、戴家洲河段的新洲頭灘地。在不同的來水來沙條件下,兩汊分流比難以穩定,因此在整治思路上首先應通過工程措施歸順下段水流,穩定兩汊分流比。
(2)阻止漫灘水流,合理確定工程起止點和高度。
從長江中下游目前的實測資料來看,連接段下彎道分汊段的低灘上,往往存在漫灘水流。這類水流的存在,加劇了分汊水沙輸移的復雜性。整治中通??紤]在分汊段低灘上布置工程,在穩定兩汊分流比的同時,重在阻斷漫灘水流,通常考慮采用長順壩或長魚骨壩。這類建筑物起止點和高度的確定尤為重要,太短難以達到工程效果;太長則提高工程造價;太高對水流改善作用太強,也不利于行洪;太低則對漫灘水流的阻止作用弱。從戴家洲河段和武穴水道整治建筑物來看,二者有一定的相似之處,在建筑物長度的確定上,均沿低灘灘脊線布置,起點由統計多年實測的枯水期分流點來確定,終點與枯水期不過流的高灘相銜接;依據多年來航道條件較好時灘脊的平均高度,來確定建筑物高度,且順應水流形式,高度從起點至終點呈均勻變坡的形態,如武穴水道中,整個順壩長5 988 m,起點高程6.31 m(該處航行基面),終點高程10.31 m。
(3)重視壩面結構,確保結構穩定。
此類沿水流方向較長布置的建筑物,在改善水流作用的同時,也會受到水流沿堤流沖刷及局部渦流淘刷的影響,往往在壩面形成破壞。已有研究成果表明,干砌塊石壩面的破壞通常表現為壩頂面和壩坡面同時被水流破壞,而漿砌塊石壩面由于對壩頂面用沙漿對塊石進行了粘合處理,破壞一般從壩坡面開始逐漸擴大,最后導致整個壩面破壞。武穴水道整治中,對壩面結構進行改進,提出了新型的壩面結構——模袋混凝土壩面。模袋混凝土是向柔性的土工織物中沖灌混凝土,其設計機理為:在壩芯上鋪設土工織物(模袋),利用其柔性的特點,使其與壩芯貼合在一起,其中沖灌具有流動性的混凝土,固結后形成剛性的整體,并與壩芯成為一體,通常采用柔韌性較好的沙枕作為壩芯。模袋混凝土壩面在武穴水道整治工程實施后,已顯示出抗沖刷能力強、整體性能好、施工方便快捷、整體美觀的優點。
微彎分汊河段是沖積平原河道中的常見河型,在長江中下游比較多見,如戴家洲水道、張家洲水道等。這類河段兩汊的分流比較接近,均具有一定的發展潛能,最常見的變化主要是主支汊易位,但周期比較長,有的長達數十年。主要整治經驗有:
(1)穩定汊道現狀,合理選擇通航主汊。
由于此類河段兩汊均具有發展成為主汊的可能,整治中要首先考慮穩定兩汊現狀,理論上的堵汊措施往往不符合實際。因此需要一定的建筑物來穩定汊道現狀(如水利方面的護岸等),避免任何一汊向不利方向轉化。在穩定了汊道現狀后,需要通過分析來確定通航主汊,這是一個較復雜的問題,需要全面分析兩汊的優劣。如戴家洲水道和張家洲水道航道整治中,均對兩汊從航行條件,中、洪水流勢,邊界條件及后續整治難度等方面進行了綜合比較,最終確定通航主汊。
(2)適當抬高分流區低灘高程,穩定兩汊分流比。
穩定該類河段汊道分流比可促進整治汊道的自然演變,增強淺灘部位的沖刷力度,引導整治汊道逐步向有利方向轉化,整治措施通常采用在分流區的低灘上布置整治工程,抬高并穩定灘頭以達到穩定分流比的目的。如戴家洲水道整治中,在新洲頭灘地布置魚骨壩工程;張家洲水道整治中在官洲頭部布置梳齒壩等。
(3)縮窄河寬,整治汊內淺灘。
在穩定了兩汊分流比后,對選定主汊的淺灘整治已基本轉化為對單淺灘的整治,通常主要是由于枯水期河道太寬,水流分散引起的礙航淺灘,整治措施僅需根據淺灘位置,布置相應的束水攻沙整治建筑物,改善淺灘段的水深條件,如張家洲水道南港下淺區的整治主要通過布置低水丁壩縮窄淺區枯水期河槽來達到整治目的。
順直分汊河段通常沖淤變化復雜,以主流擺動、航槽多變為主要演變特征,航道往往隨主流的變化在汊道間擺動,在交替過渡期間,枯水期航道條件惡劣,維護困難,易發水上交通事故,如長江下游的東流水道。主要整治經驗如下:
(1)重視河床演變分析,掌握洲灘變化規律。
此類河段河床演變復雜,要充分重視河床演邊分析,準確掌握河床演變的規律、特點以及洲灘的變化過程。如在東流水道的整治中,通過河床演變分析,確定了東流水道各洲灘不斷下移的重要演變規律,老虎灘的沖刷下移將導致西港的衰退和蓮花洲港的沖刷發展,現有的航道條件將被破壞,而在工程開始實施之際,老虎灘頭部沖刷尾部淤積下延的趨勢明顯,娘娘樹一帶沿岸槽迅速沖刷發展,大有與蓮花洲港深槽貫通之勢,印證了演變分析的結論。實踐表明,準確的河床演變分析為制定合理的工程方案提供保障。
(2)合理規劃航槽,依靠整治建筑物相互配合控制航道邊界。
此類水道灘槽多變,航槽位置擺動頻繁,因此要在河床演變規律的基礎上合理規劃航槽。確定航道邊界后,通過兩側天然節點和固定洲灘的整治建筑物群來共同確保航道邊界的穩定。如東流水道航道整治中,在進口天然節點控制下,利用左岸丁壩群工程、老虎灘守護及灘尾順壩工程以及天沙洲頭魚嘴工程來配合守護航道兩側邊界,取得了良好的整治效果。
(3)重視護灘結構設計,確保守護效果。
此類河段航道整治對水流改善作用較為明顯,一些迎流頂沖部位的護灘結構會受到強烈沖刷,這對護灘結構設計的要求較高,傳統的護灘帶結構需要改進。如在東流水道的老虎灘守護上,由于采用了常規的X型排結構,老虎灘頭部在水流劇烈沖刷下,部分護灘帶邊緣發生局部破壞。后來的研究表明,此類灘體守護采用的護灘帶結構應考慮設立預留變形區,守護效果會更為突出。
本文總結了長江中下游5類典型淺灘河段的航道治理經驗:(1)磯頭控制的微彎放寬河段淺灘整治,要把握相對有利的整治時機;確定總體工程的實施步驟;選擇好過渡航槽位置,合理確定先期工程的關鍵部位。(2)鵝頭型分汊彎曲河段淺灘整治,要維持分汊格局,不影響支汊功能;把握演變周期,找準航道向不利方向變化的根源;守護凹岸邊界,塑造彎曲航槽。(3)兩反向彎道之間連接河段淺灘的整治,要歸順下段水流,穩定兩汊分流比;阻止漫灘水流,合理確定洲頭低灘工程起止點和高度;重視壩面結構,確保結構穩定。(4)微彎分汊河段淺灘的整治,要穩定汊道現狀,合理選擇通航主汊;適當抬高分流區低灘高程,穩定兩汊分流比;縮窄河寬,整治汊內淺灘。(5)順直分汊河段淺灘的整治,要重視河床演變分析,掌握洲灘變化規律;合理規劃航槽,依靠整治建筑物相互配合控制航道邊界;重視護灘結構設計,確保守護效果。
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