瀾滄江灘群河段施工超挖對整治效果的影響

馬李偉

(長江重慶航運工程勘察設計院，重慶 401147)

瀾滄江四級航道建設工程上起秀山碼頭、下至中緬243界碑，全長387 km。航道整治部分治理灘險43處[1]，其中西瓜灘、無名灘、繡花灘和勐宋灘分布在工程河段約3.0 km范圍內，是典型的灘群河段，具有以下特點：1)灘險密度大，需整治的部位多；2)河勢岸線參差不齊，河床地形起伏劇烈；3)灘槽相間，具有典型山區(qū)河流特性。單灘整治難度雖然不大，但是由于灘群集中，單灘整治易造成對鄰近灘險的不利影響[2-3]，在整治過程中既要實現(xiàn)單灘整治目的，又要保證整個灘群的整治效果。因此，在整治方案研究過程中，采用物理模型提出了推薦方案。工程于2020年開工，2021年施工基本完成，之后發(fā)現(xiàn)開挖高程偏低，超深過大，導致灘群出現(xiàn)新的礙航區(qū)，未達到預期設計效果。針對施工超挖對灘群河段整治效果的影響，本文分析了影響因子及影響程度，提出了補救改善措施，并建議在今后類似河段施工時，應控制超挖。

1 灘險概況及礙航特征

根據(jù)實測地形資料并結合現(xiàn)場調研，對工程河段各灘險的航道尺度和通航條件進行了核查分析，總體體現(xiàn)為急和險，同時兼有淺和彎。各灘險情況見表1。

表1 工程河段灘險概況及礙航特征

2 整治方案及預期效果

2.1 整治方案

針對工程河段灘險集中且相互影響的復雜礙航成因，根據(jù)灘險礙航特性及礙航成因的分析，采用物理模型進行研究[4]，整治方案見圖1。

圖1 灘險整治方案布置

2.1.1西瓜灘

針對西瓜灘枯水期航道尺度不足且流速大的礙航問題，切除兩岸礁石凸嘴，布置X1～X4共4處清礁區(qū)，清礁底部高程為設計最低通航水位以下5 m；為緩解因清礁而造成的水位跌落，布置了X1潛壩和X2復式壩；為緩解因X2壩修建造成的水位跌落，避免形成新的不可自航上灘區(qū)，在緊鄰X2下游修建X3潛壩。

2.1.2無名上灘

針對無名上灘枯水期航道尺度不足且灘險流急、航道彎曲的礙航問題，清除了無名上灘右岸無上嘴和無沖嘴，布置W1和W2兩處清礁區(qū)，清礁底部高程均為設計最低通航水位以下3.5 m。

2.1.3無名灘

針對無名灘枯水期航道尺度不足且流速大的礙航問題，采取清礁措施對航深和航寬不足的部分進行清除，布置W3、W4、W3～W5斜坡過渡區(qū)和W5共4處清礁區(qū)，清礁底部高程均為設計最低通航水位以下3.5 m；針對中、高水位流速急的問題，對2處凸嘴進行切除，布置W4A和W4B 2處清礁區(qū)，清礁底部高程為設計水位0 m；為緩解因清礁造成的水位跌落，布置了W1潛壩和W2丁潛復式壩，W2壩可在壩下形成緩流區(qū)供船舶自航上灘。

2.1.4繡花灘

針對繡花灘枯水期航道尺度不足且航道彎曲的礙航問題，對灘險右側淺區(qū)進行疏浚，疏浚深度為設計最低通航水位以下3.0 m；并在灘險右岸深沱原建丁壩壩頭上布置H1～H3共3道順壩，束水攻沙，保障航槽穩(wěn)定；在繡花灘灘尾布置1道丁潛壩H4，其目的是緩解疏浚后水位跌落所造成的影響。

2.1.5勐宋灘

針對勐宋灘枯水期航道尺度不足且水流急的礙航問題，對2側凸嘴進行清除，共布置了M1～M3共3處清礁區(qū)，清礁底部高程均為設計最低通航水位以下3.0 m；在清礁區(qū)下游布置1道潛壩M1和1道潛丁壩M2，緩解因清礁造成的水位跌落。

2.2 預期效果

采用物理模型對整治方案實施后的效果進行論證。河段內灘險礙航的問題主要有2方面：一是航道尺度問題；二是灘險河段急和險、流態(tài)復雜問題。

1)對于航道尺度問題，主要分析整治后航深、航寬、彎曲半徑是否滿足要求。根據(jù)研究成果，整治后工程河段內各灘險的航道尺度均達到Ⅳ級航道標準，且未產生新的礙航淺區(qū)。

2)對于灘險河段急和險、流態(tài)復雜問題，尤其是影響船舶行駛安全和自航上灘的礙航問題，引入了消灘指標E：

E=v+0.15J

(1)

式中：v為流速；J為比降。

當E小于消灘臨界指標EC=4.4時，表明船舶能自航上灘；反之，則表示船舶不能自航上灘。整治后無名上灘中、洪水期最大消灘指標Emax為4.48～5.02；無名灘枯、洪水期Emax為4.66～4.71；勐宋灘枯水期Emax為4.77，均大于EC，見圖2。雖然通航水域未完全消灘，但超標水域范圍較小，并具間斷性，同時各級流量均存在不小于30 m寬的自航區(qū)，具備自航上灘條件。

圖2 航槽Emax沿程分布

3 實施情況

為分析開挖區(qū)施工后地形與設計方案的差異，將完工后的地形圖與2016年設計地形圖進行比較。經統(tǒng)計，槽底開挖超深普遍在0.6～1.0 m，部分達到0.8～2.0 m；岸坡超深相對較大，普遍在0.6～2.0 m，部分達到3.0 m。其中H1開挖區(qū)壩頭區(qū)域地形最大變化達5 m，見表2。

表2 開挖區(qū)施工超深

4 超挖影響

4.1 對整治效果的影響

為了解超挖對于整治效果的影響，采用實測資料分析與模型研究相結合的方式確定[5]。超深影響主要基于設計方案地形和施工超挖地形進行分析。首先，在設計方案地形下施測水位、流速等；然后，將代表超挖部分的預制塊去掉，即變?yōu)槭┕こ诘匦危偈y水流條件；最后，將兩者進行對比分析。

4.1.1對水面的影響

超挖引起的水面降落較為明顯，不同流量降落有所差異，總體上呈現(xiàn)為流量越小，影響越大。枯水時，水面普遍降落0.25 m，最大降落出現(xiàn)在W1壩下(無名灘頭)，為0.37 m，到西瓜灘尾水位降落0.17 m；隨著流量增加，水位降落減小，到中水時普遍降落0.15 m，W1壩下降落減小到0.25 m；洪水時，普遍降落不到0.10 m，最大降落出現(xiàn)在X3壩下，為0.18 m，西瓜灘尾水位降落減小為0.09 m。

4.1.2對比降的影響

沿程各灘段均存在局部陡比降，超挖后比降產生一定變化，不同流量、不同灘段變化的方向和幅度有所不同。比降增大比較明顯的X3壩段在枯、中、洪水期增值分別為1.80‰、1.65‰、0.19‰；其次是H4壩段，枯、中、洪水期增值分別為1.61‰、1.36‰、1.19‰。由于此2處的比降本身就比較大，超挖使比降增大后，對通航水流條件的影響可能較大，但隨流量增大，影響明顯減小。對于開挖區(qū)，比降有所減小，這是對通航條件有利的一面。

4.1.3對流速的影響

（一）合理評價體系。培育高中生傳統(tǒng)文化素養(yǎng)不僅僅要從學校教師、學生的觀念上入手，還要將這一觀念落腳于實際。這就需要從整個教育系統(tǒng)的評價體系中有所體現(xiàn)，傳統(tǒng)文化素養(yǎng)的培育不僅要與課程相結合，還需要建立一套科學合理的評價標準，讓其成果得以量化評價。要轉變原先的“唯分數(shù)”論，應更加注重培育的過程及德育成果。只有將分數(shù)和傳統(tǒng)文化素養(yǎng)培育成果相結合，才能既保障教學工作、又兼顧素養(yǎng)提升。具體可以從學生的行為、禮貌、誠信等方面進行合理評價，并將評價按比例體現(xiàn)于分數(shù)之中。但該評價體系的建立健全還需要很多的探索與實踐。

超挖引起的流速變化體現(xiàn)在2個方面：開挖河段的減小和非開挖河段的增大，而流量越小影響越明顯。流速減小最明顯的是勐宋灘，枯、中、洪水期分別減小0.51、0.27、0.13 m/s；其次是繡花灘段，枯、中、洪水期分別減小0.43、0.19、0.10 m/s；其它如無名灘、無名上灘開挖區(qū)段也有不同程度的減小。流速增大最明顯的是H4壩段，枯、中、洪水期分別增大0.45、0.15、0.14 m/s；其次是X2～X3壩段，枯、中、洪水期分別增大0.23、0.12、0.07 m/s；W1壩段和西瓜灘尾在枯水期增大約0.20 m/s，中、洪水期增大不甚明顯。

4.2 對消灘指標的影響

根據(jù)航槽流速和比降分布，可獲得消灘指標的分布，判斷灘險是否成灘、消灘的典型代表參數(shù)是航槽內的最大消灘指標Emax。

通過對超挖方案和設計方案的Emax對比，可看出其變化規(guī)律與流速、比降一致，即開挖區(qū)段減小，非開挖區(qū)段增大，表明超挖對通航條件存在有利的一面，也存在不利的一面。有利影響為：勐宋灘枯水期Emax減小0.74，可達到EmaxEC，出現(xiàn)了礙航區(qū)，且因跌水增大、流態(tài)變差，自航上灘較困難；中水期Emax增大0.43達到4.34，趨近EC，給船舶順利上行增加了難度；H4壩段比降和流速的增加使得枯水期Emax增大0.65達到4.22，接近EC，加之流態(tài)變差，明顯增加了船舶上行難度。

4.3 礙航區(qū)的變化

結合設計方案和超挖方案的消灘指標平面分布，對比礙航區(qū)的變化情況，分析對通航條件的影響。

有利影響為：枯水時，設計方案在勐宋灘存在局部急區(qū)礙航，超挖方案中不僅急區(qū)消失，且近急區(qū)范圍大幅縮小，無名上灘也沒有出現(xiàn)近急區(qū)；中水時，設計方案在無名灘下段出現(xiàn)近急區(qū)，無名上灘下段出現(xiàn)急區(qū)，超挖后均消失，通航條件得到改善；洪水時，超挖方案中無名灘下段和無名上灘下段的急區(qū)范圍較設計方案明顯減小，近急區(qū)也有所縮窄。

不利影響為：枯水時，最不利影響出現(xiàn)在X2～X3壩段，超挖后不僅出現(xiàn)了急區(qū)和近急區(qū)，較緩區(qū)也充滿了整個航槽，上灘較為困難，而設計方案通航條件較好；其次是H4壩段，原本通航條件較好的河段出現(xiàn)了較長范圍的近急區(qū)，增加了上行難度；W1段增加的近急區(qū)在航槽外，對通航影響不大。中水時，超挖方案在X2～X3壩段出現(xiàn)全航槽的近急區(qū)，而設計方案通航條件較好。洪水時，超挖方案在X2～X3壩段的近急區(qū)范圍比設計方案有所增大。

5 改進措施

5.1 改進思路

5.2 工程布置

通過多次模型研究優(yōu)化，針對通航條件影響較大的H4、X2～X3壩段提出改善方案：1)超挖方案雖然惡化了H4壩段通航條件，但最大消灘指標并未超過臨界限值，且近急區(qū)范圍很窄，在H3和H4之間的繡花灘尾左岸凸嘴位置布置潛丁壩能調整流速分布，改善流態(tài)；2)超挖方案使得X2～X3壩段出現(xiàn)礙航區(qū)，但僅出現(xiàn)在航槽右側很小的范圍，Emax略大于4.4，在西瓜灘尾、X3壩下游約100 m處布置復式潛壩適當壅水，則礙航區(qū)消失。

6 結論

1)瀾滄江244界碑至臨滄港Ⅳ級航道建設工程西瓜灘—勐宋灘灘段河段施工中存在超挖的問題，對超挖后的效果與設計效果進行了對比分析，得出施工超挖同時存在有利、不利2方面的影響；

2)有利影響：體現(xiàn)在各灘開挖區(qū)河段，因水位降落小于開挖超深，故開挖區(qū)段流速和比降有所減小，通航條件得到一定改善，枯水時局部改善較大；

3)不利影響：體現(xiàn)在非開挖區(qū)段，因水位降落引起流速和比降增大，通航條件有一定劣化，最明顯的是枯水期壅水壩段；

4)施工超挖導致枯水期各灘頭和擬建壅水壩壩下的水面降落較明顯，局部河段通航條件變差，甚至形成礙航區(qū)，可以采取壅水或調流的補救措施以改善通航條件，保證整個灘段的整治效果。

5)施工超挖有利有弊，但為保障灘群河段的整體效果，仍應完全按照設計方案進行施工，同時，設計過程中應提出灘群施工的注意事項，并做好技術交底工作。