闫 军 ,曹志先 ,刘怀汉
(1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;2.长江航道规划设计研究院,武汉430011)
“九五”期间实施的长江中游界牌河段综合治理工程正式拉开了长江中下游航道整治的序幕。经过近20 a的航道整治,长江中下游航道维护尺度得到了较大幅度的提高,航槽内的流速流态也得到了明显改善,消除了中下游一些重点浅、险水道的碍航隐患,使长江逐步发挥出世界第三大河所蕴藏的航运优势。目前长江中下游航道整治工作仍在进行中。本文选取长江中下游五类典型河段对应的具体航道整治工程,总结归纳了各类典型河段航道整治工程所取得的经验,可为后续类似河段的航道整治提供参考。
此类典型河段以长江中游周天河段航道整治控导工程为例。
1.1.1 航道概况
周天河段位于长江中游上荆江河段末端与下荆江河段进口段,上起郝穴,下至古长堤,全长约28 km,是顺直微弯的放宽型河段(图1)。自郝穴矶头以下河道江面迅速展宽,水流扩散,加之洲滩冲淤变化的影响,主流摆动及过渡段位置变化较为频繁,对防洪安全及航道稳定产生不利影响。
图1 周天河段航道整治工程方案平面布置图Fig.1 Layout plan of Zhoutian waterway regulation project
该段航道条件恶劣,历史上曾因严重碍航而被称为“瓶子口”河段,是长江中游重点碍航浅滩河段之一。20世纪70年代以后,该河段虽经过一系列的航道整治工程,航道条件一时也有所改善,但不能从根本上解决过渡段深泓上提下挫、左右摆动频繁、航槽不稳的态势[1]。
20世纪90年代以来,周天河段滩槽相对稳定,上、下边滩交错分布,上、下深槽平顺连接,过渡段摆动幅度较小,航道条件较好,即该河段正处于有利的河道形势。1998年、1999年连续2年大洪水后,河床发生超常淤积,滩形散乱,航道条件又有所恶化,汛后航道维护较为困难,为恢复航道维护的正常条件,2001年汛后实施了清淤应急工程,航道条件基本得到恢复。
河床演变分析表明:周天河段的航道条件在自然条件下不可能长期稳定,三峡工程蓄水运用后增加了河段演变的复杂性,如果不及时采取工程措施,周天河段过渡段存在左摆和下移的趋势,航槽难以稳定,航道条件将向不利方向发展[2]。为此,2006年原交通部批准实施周天河段航道整治控导工程,对其进行航道整治。
1.1.2 工程概况
(1)建设标准:设计航道尺度为2.9 m×150 m×1 000 m(水深×航宽×弯曲半径,下同),通航保证率为98%。
(2)工程方案由以下3部分组成(图1)。
一是进口左岸九华寺一带的5道潜丁坝工程,主要作用是限制枯水期主流左摆下移,维持过渡段稳定。
二是在进口左岸周公堤一带布置2道潜丁坝,并将蛟子渊附近原清淤应急工程中前2道护滩建筑物头部延长,潜丁坝的主要作用是封堵周公堤心滩左侧窜沟,使得心滩和蛟子渊边滩头部连成一个整体,防止主流摆动。原清淤应急工程中,延长前2道护滩建筑物是为了与潜丁坝共同巩固蛟子渊边滩,促进滩头的完整和稳定。
三是右岸张家榨护岸加固工程,其作用是为了提高右岸岸线的稳定和防洪安全。
1.1.3 整治工程实施后效果
从工程前后的测图比较来看,有利于周公堤水道航道条件的滩槽形势稳定,维持了河段上段深槽上过渡、下段左槽一次过渡的形式,3 m等深线之间宽度为400~1 000 m,4 m等深线之间宽度为380~800 m。航道尺度达到设计标准,航道维护压力减轻,通航条件明显改善。整治建筑物总体保持稳定,工程区域河床地形普遍淤积,仅建筑物局部有所冲刷。
此类典型河段以长江中游罗湖洲水道航道整治工程为例。
图2 罗湖洲水道航道整治工程方案平面布置图Fig.2 Layout plan of Luohuzhou waterway regulation project
1.2.1 航道概况
罗湖洲水道位于长江中游湖北省团风县境内,上起泥矶,下迄三江口,全长12 km,属典型的鹅头型分汊弯道,右汊(碛矶港)为主航道(图2)。
该水道呈周期性变化,主流不稳定,航槽摆动,洲滩冲淤频繁,汊道周期性兴衰交替,航道时好时坏,多次出现碍航局面,严重影响船舶航行。尽管近期碛矶港航道条件较好,但已出现向不利方向变化的趋势。主要表现为洲头窜沟冲深拓宽和东槽洲的持续崩退[3]。
1.2.2 工程概况
(1)建设标准:设计航道尺度为4.5 m×200 m×1 050 m,通航保证率为98%。
(2)工程方案由3部分组成(图2)。
一是东槽洲护岸工程,长约6 100 m,主要作用是守护江心洲,制止东槽洲岸线的持续崩退,限制主流摆动;
二是窜沟内2道锁坝工程,主要作用是防止东槽洲与心滩之间窜沟的冲刷发展,维持左槽适当的分流比;
三是洲头低滩护滩带工程,主要作用是保持心滩的相对完整,减少横流对滩体的切割,促进枯水归槽,改善中枯水的通航条件。
1.2.3 整治工程实施后效果
整治后,工程达到了预期设计目标,进口段水深和出口段弯曲半径加大,利于船舶安全航行,河道的不利变化趋势得到抑制,碛矶港保持微弯形态,航道顺畅,洲头窜沟的发展得到限制,碛矶港航道条件得到改善。同时由于洲头心滩护滩建筑物和窜沟锁坝工程的修建,园港进流更为集中,对减缓园港的衰退起到了积极的作用[4]。
此类典型河段以长江中游武穴水道航道整治工程为例。
1.3.1 航道概况
武穴水道位于长江中游,下距九江市45 km。上起仙姑山,下止葫芦山,全长14.5 km(图3)。
该水道为向右弯曲的鲤鱼山弯道和向左弯曲的新洲鹅头型汊道之间的连接段。该水道进口宽约1.1 km,狗头矶以下至葫芦山沿程放宽,狗头矶处江宽1.35 km,至泥湾处宽达2.1 km,葫芦山处宽约2.2 km。狗头矶以上,深槽贴右岸分布;自狗头矶以下呈水下分汊形势,主流由右岸向左岸过渡入北槽,其右侧由于河岸凹进,且沿程吸纳了北槽的漫滩水流,贴右岸形成南槽,因此北槽水深沿程减少,而南槽则沿程增加。两槽之间因断面扩大、流速减缓,泥沙落淤,加上由横向水流所带来的底沙在此滞留,形成由狗头矶直抵新洲头的长沙埂,即鸭儿洲心滩。总体上看,该水道呈两槽一滩的河势格局。南槽为常年通航槽口,其进口段(泥湾附近)为主要碍航浅区[5]。
1.3.2工程概况
(1)建设标准:设计航道尺度为4.5 m×200 m×1 050 m,通航保证率为98%。
(2)工程方案:鸭儿洲心滩布置一道长5 988 m的顺坝,顺坝尾端建1道长850 m的条形护滩带(图3),通过整治建筑物减少漫滩水流,增加南槽进口流量、流速,减少淤积,维持航槽相对稳定,提高航道尺度。
图3 武穴水道航道整治工程方案平面布置图Fig.3 Layout plan of Wuxue waterway regulation project
1.3.3 整治工程实施后效果
整治工程实施后,航道尺度可满足设计标准,在整治流量级时,南槽进口流速、分流比值较工程前增大约11.3%,长顺坝拦截漫越鸭儿洲心滩横向水流的效果较好。
此类典型河段以长江下游张家洲水道南港下浅区航道整治工程为例。
1.4.1 航道概况
张家洲水道上起九江市的锁江楼,下止八里江口,全长约30 km,为微弯双分汊河型(图4),其中左汊又称为北港,河道弯曲,浅区多达三、四处,浅滩变化复杂,航道不便于维护;右汊又称为南港,河道顺直,历来为中洪水主航道,20世纪90年代以来,南港航道条件有了较大改善,并已成为全年通航的主航道。1998年及1999年连续特大洪水后,南港航道条件恶化,但作为主航道的地位没有改变。南港有2处浅区,上浅区位于新港河段,浅区年内涨淤落冲的规律明显,航道比较稳定;下浅区位于官厂—鄱阳湖口之间的过渡段,因江面放宽,水流分散,浅情最为严重,此处是影响张家洲水道枯水期航道畅通的关键[6]。
图4 张家洲水道航道整治工程方案平面布置图Fig.4 Layout plan of Zhangjiazhou waterway regulation project
1.4.2 工程概况
(1)建设标准:设计航道尺度为4.0 m×120 m×1 050 m,通航保证率为98%。
(2)工程方案由3部分组成(图4)。
一是左岸6道丁坝,总长2 772 m,主要作用是巩固新洲边滩,阻止主流北移,适当束窄枯水期过渡段河宽,集中水流,冲刷航槽,6道丁坝功能各有不同,前4道丁坝主要起挑流作用,设计为下挑勾头丁坝,坝头高程均为设计水位上3 m,后2道丁坝主要起固滩作用,坝头高程分别为设计水位上2 m和1 m。
二是右岸梅家洲尾2道护滩带,长900 m,主要作用是保持梅家洲边滩的稳定,防止官洲夹出流对梅家洲尾边滩的破坏。
三是官洲尾护岸工程,长1 070 m,主要作用是保持航槽右岸边界的稳定,防止河岸冲刷后退。
1.4.3 整治工程实施后效果
整治工程实施后,下浅区深泓右摆,航道内普遍冲刷,水深达4.5 m以上,航宽达280 m,航道条件明显改善;丁坝坝田间普遍淤积,保持新洲边滩的完整并使之淤积扩大,限制了深泓左摆的趋势,同时官洲护岸及梅家洲护滩带起到了控制边滩冲刷的作用,使其保持稳定;从水流测验资料上看,南、北港两汊分流比稳定,而新洲夹套分流比较往年同期均明显减少,丁坝起到了对水流结构的调整作用,主流右移,左边滩上流速减小,航槽内流速加大,断面流速分布由平坦型转为相对集中型。由此可见,工程达到了预期目的。
此类典型河段以长江下游东流水道航道整治工程为例。
1.5.1 航道概况
东流水道上起华阳河口,下迄吉阳矶,全长约34 km,为顺直分汊河型,洲滩汊道众多、冲淤变化频繁,主流摆动,航槽多变。水道中顺列分布有老虎滩、天沙洲、玉带洲、棉花洲,将水道分为三汊,从左到右分别为莲花洲港、西港、东港,莲花洲港为汛期主汊,西港为枯季主汊,东港为支汊。湖东村以下,微弯窄深,河岸较为稳定(图5)。
东流水道在航道整治前一直是长江下游重点浅险水道之一,绝大多数年份枯季被列为长江航道局战枯水的一类水道,在1950~2003年的实际维护过程中,有近1/3的年份枯季出现过水深或航宽不足的情况。航道的碍航特性总体表现为:航道随主流的变化在西港和莲花洲港两汊道间摆动,在交替过渡期间,枯季航道条件恶劣,航道维护尺度难以得到保证,且改槽频繁、船舶搁浅及海损事故多,航道维护难度大。2000年后,东流水道演变到一个相对有利的时期,滩槽形态较好,航道形势明显好转,西港为全年主航道,自然水深、航宽均可满足航道维护的要求,为1950年以来航道条件较好的时期[7]。
图5 东流水道航道整治工程方案平面布置图Fig.5 Layout plan of Dongliu waterway regulation project
1.5.2 工程概况
(1)建设标准:设计航道尺度:4.5 m×120 m×1 050 m,通航保证率为98%。
(2)工程方案由以下3部分组成。
一是在老虎滩滩头及滩体布置护滩带,防止滩体冲刷、切割,保持老虎滩的完整。
二是在左岸娘娘树一带布置丁坝群工程,限制莲花洲港的发展,适当调整分流比,引导水流向西港过渡。
三是在玉带洲头布置鱼骨坝工程,防止玉带洲洲头及头部低滩崩退、切割,控制西港和莲花洲港的分流比,稳定西港过渡段航槽。
1.5.3 整治工程实施后效果
整治工程实施后,西港枯水期水深超过5 m,宽度超过200 m,满足4.5 m×200 m的设计航道尺度,提高了航道通过能力和航运效益,降低了航道维护成本。
左岸丁坝群工程防止了左岸沿岸槽与上深槽的贯通,并促使左边滩的形成,保持河势稳定,有效防止了莲花洲港的发展,有利于水流平顺过渡到西港。
鱼骨坝工程遏制了玉带洲洲头低滩冲刷后退的趋势,并促使玉带洲洲头低滩淤高,稳定了玉带洲洲体,一定程度上限制了天玉窜沟的快速发展,有利于集中水流冲刷西港。
老虎滩中上部的守护工程对防止老虎滩上冲下淤有一定作用。虽然老虎滩头部仍有一定冲刷,但冲刷幅度已大为减小,对稳定老虎滩头部已发挥作用,起到了稳定老虎滩左侧主河槽的作用,避免了上段河道的过度展宽、淤浅,同时可减少老虎滩中下部泥沙来源,减缓老虎滩尾淤积下延速度,有利于西港的稳定。
整治建筑物整体稳定性良好,仅部分建筑物局部出现了一定冲刷,冲刷部位一般都在施工区域以外。经维修加固后,修复区域边缘普遍淤积,未发现新的冲刷变形。
受矶头控制的微弯放宽河道演变特性表现为:受自身河床形态(矶头作用、河道放宽)和来水来沙条件影响,在放宽段形成发育不完整的江心滩,心滩的不稳定引起深泓的摆动和滩槽形态变化,过渡段航槽呈不同的过渡形式,如周公堤水道航槽呈上过渡、中过渡和下过渡3种形式;同样该类河段的边滩往往也难以稳定,多呈淤长与冲刷切割的往复性变化,如蛟子渊边滩滩体。该类河段航道整治取得的经验如下:
(1)把握相对有利的整治时机。
利用浅滩演变周期中,洲滩相对高大完整、航道条件较好的时期,及时实施航道整治工程。如周天河段是碍航严重的浅滩河段之一,在对周天河段的演变规律、发展趋势和主要影响因素深入分析的基础上,认为周公堤水道过渡航槽呈上过渡,天星洲水道过渡航槽呈左槽一次过渡,蛟子渊边滩和新厂边滩高大完整,河势条件对航道整治较为有利。但从三峡工程蓄水运用以来的变化看,周天河段主流、洲滩有不稳定的发展趋势,航道尺度较三峡蓄水前有所减小,如果不及时实施相应的航道整治工程,在目前的水沙条件作用下,航道条件有可能进一步恶化,不仅丧失有利的整治时机,而且将增大整治难度和工程量。因此在航道整治中,抓住有利时机显得尤为重要。
(2)确定总体工程的实施步骤。
由于对天然河道水流泥沙运动机理、河床演变机理等认识深度有限,缺乏实测资料,难以充分掌握整治河段的演变规律,需要更长的时间来检验,特别是三峡工程蓄水运用周期尚短,河段内滩槽新的变化规律难以充分体现。因此先期应保持滩槽的有利形态,抑制航道条件恶化,待河床调整达到新的冲淤平衡,实施后续工程。如周天河段的整治,先期抓住有利时机,实施控制枯水期进口主流和固滩促淤作用的控导工程,为后续整治工程的实施奠定了重要基础,符合航道整治“因势利导”的治理原则,收到了较好的整治效果。
(3)选择好过渡航槽位置,合理确定先期工程的关键部位。
由于此类河段放宽段滩槽变化较大,过渡航槽的位置摆动频繁,因此对于过渡航槽的选择十分重要,将直接影响工程部位的确定。查阅大量实测航道图,特别是航道条件较好时期的过渡航槽位置,航道优良时期的滩槽形态可能成为此类河段整治的目标河型。如在周天河段的整治中,分析了多年航道条件较好的时期,周公堤水道的过渡航槽一般位于上过渡,天星洲水道的过渡航槽一般位于左槽一次过渡。依据此目标河型,确定了先期工程的关键部位,即进口放宽段和蛟子渊边滩的中上部。
鹅头型分汊弯曲河段大多由微弯型进一步发展而成。当弯曲一汊的凹岸是广阔的易冲性河漫滩时,随着水流对河岸的不断冲刷,弯道不断发展,弯顶逐渐下移,江心洲也相应向凹岸增长。使得该汊更加弯曲,如同鹅头。由于凹岸一汊较长又是急弯,另一汊较短又位于凸岸,原来单一的江心洲被水流分割成2个甚至几个江心洲。水流分散而形成多汊河段,其稳定性愈来愈差。如罗湖洲水道,属典型的鹅头型分汊弯道,东槽洲、罗湖洲将其分为碛矶港、园港和老港。碛矶港为微弯汊道,处在兴盛期,为全年通航汊道,航道条件较好;园港为新的鹅头型分汊弯道,现已严重萎缩;老港为老的鹅头型分汊弯道,现已淤废。此类河段航道整治取得的经验如下:
(1)维持分汊格局,不影响支汊功能。
鹅头型分汊河段的主支汊地位一般较明显,整治过程中要充分把握其分汊格局的特点,在重视整治主汊的同时,不能影响支汊功能的发挥,支汊尽管不适合作主航道,但作为河道仍有其存在的必要,如汛期分洪泄流,沿岸水利设施等均离不开支汊。因此,在航道整治过程中,要维持其分汊格局,在确保主汊实现通航目标的同时,不影响支汊功能的发挥。如罗湖洲水道航道整治工程实施3年多来,分汊总格局没有发生改变,碛矶港保持主汊地位,园港保持支汊地位并继续发挥着原有的自然功能。
(2)把握演变周期,找准航道向不利方向变化的根源。
鹅头型分汊河段的演变往往呈周期性变化,航道时好时坏,如罗湖洲水道在演变过程中就曾多次出现碍航局面,而近期则碛矶港航道条件较好,但出现了向不利方向变化的趋势。原因主要在于进口主流的摆动和东槽洲的持续崩退。因此在此类河段的整治中,要善于把握其演变周期中航道条件较好时的整治时机,分析航道向不利方向变化的根源,通过工程措施加以控制,保持较好的航道条件。
(3)守护凹岸边界,塑造弯曲航槽。
一旦确定了鹅头型分汊弯曲河段的整治主汊,整治思路更多地转化为单一弯曲航道的整治,重点基本集中在弯曲航槽进口段、弯顶段以及出口段的控制。对于进口段重点延长凹岸弯道边界,控制主流不发生摆动,如罗湖洲水道对进口段低滩进行了守护,同时封堵了低滩与高滩之间的窜沟,这些都有助于限制主流摆动。弯顶段以加强守护为主,防止水流的顶冲,岸坡崩退,如罗湖洲水道在弯顶段的护岸设计中,为确保弯顶段护岸不冲刷破坏,打破常规,提出了“随坡就势”与“减少折线段,平顺拐点段”相结合的护岸工程设计原则,同时将排水盲沟设计成穿过枯水平台直至最低水位(在水位退下后施工),使岸坡渗流得以排出。这些措施消除了岸坡稳定的隐患,有利于弯顶段的稳定。出口段以平顺导引水流为主,在出口凹岸边界较为完整的情况下,通常可采用平顺护岸来实现;而在出口凹岸边界不完整的情况下,则可布置适当长度的导流顺坝。
受河岸地质等因素的影响,长江中下游存在此类河段,从上、下游河势看,这类河段介于两反向弯道之间,主流沿上弯道凹岸向下弯道凹岸过渡,连接段起传递水流的作用。若连接段比较短,则传递的主流在该段的摆动幅度不会太大,也会稳定地将主流传递到下弯道;但若连接段较长,则传递过程中,主流的摆动幅度空间较大,不利于稳定主流的传递路径,加上长江中下游的地质特性,这类河段的下弯道往往为分汊河段,连接段主流的摆动会造成两汊分流比的变化,进而影响航槽的稳定,特别是进口段易形成碍航浅区。如长江中下游的戴家洲河段、武穴水道等。此类河段(下弯道为分汊水道)航道整治经验如下:
(1)归顺下段水流,稳定两汊分流比。
两反向弯道连接段的上段在上弯道水流动力的作用下,主流比较稳定;而下段由于受到来水来沙的变化以及下弯道两汊入流条件的不同,主流摆动频繁,通常在分汊段头部形成较长的水下大沙埂,如武穴水道的鸭儿洲心滩、戴家洲河段的新洲头滩地。在不同的来水来沙条件下,两汊分流比难以稳定,因此在整治思路上首先应通过工程措施归顺下段水流,稳定两汊分流比。
(2)阻止漫滩水流,合理确定工程起止点和高度。
从长江中下游目前的实测资料来看,连接段下弯道分汊段的低滩上,往往存在漫滩水流。这类水流的存在,加剧了分汊水沙输移的复杂性。整治中通常考虑在分汊段低滩上布置工程,在稳定两汊分流比的同时,重在阻断漫滩水流,通常考虑采用长顺坝或长鱼骨坝。这类建筑物起止点和高度的确定尤为重要,太短难以达到工程效果;太长则提高工程造价;太高对水流改善作用太强,也不利于行洪;太低则对漫滩水流的阻止作用弱。从戴家洲河段和武穴水道整治建筑物来看,二者有一定的相似之处,在建筑物长度的确定上,均沿低滩滩脊线布置,起点由统计多年实测的枯水期分流点来确定,终点与枯水期不过流的高滩相衔接;依据多年来航道条件较好时滩脊的平均高度,来确定建筑物高度,且顺应水流形式,高度从起点至终点呈均匀变坡的形态,如武穴水道中,整个顺坝长5 988 m,起点高程6.31 m(该处航行基面),终点高程10.31 m。
(3)重视坝面结构,确保结构稳定。
此类沿水流方向较长布置的建筑物,在改善水流作用的同时,也会受到水流沿堤流冲刷及局部涡流淘刷的影响,往往在坝面形成破坏。已有研究成果表明,干砌块石坝面的破坏通常表现为坝顶面和坝坡面同时被水流破坏,而浆砌块石坝面由于对坝顶面用沙浆对块石进行了粘合处理,破坏一般从坝坡面开始逐渐扩大,最后导致整个坝面破坏。武穴水道整治中,对坝面结构进行改进,提出了新型的坝面结构——模袋混凝土坝面。模袋混凝土是向柔性的土工织物中冲灌混凝土,其设计机理为:在坝芯上铺设土工织物(模袋),利用其柔性的特点,使其与坝芯贴合在一起,其中冲灌具有流动性的混凝土,固结后形成刚性的整体,并与坝芯成为一体,通常采用柔韧性较好的沙枕作为坝芯。模袋混凝土坝面在武穴水道整治工程实施后,已显示出抗冲刷能力强、整体性能好、施工方便快捷、整体美观的优点。
微弯分汊河段是冲积平原河道中的常见河型,在长江中下游比较多见,如戴家洲水道、张家洲水道等。这类河段两汊的分流比较接近,均具有一定的发展潜能,最常见的变化主要是主支汊易位,但周期比较长,有的长达数十年。主要整治经验有:
(1)稳定汊道现状,合理选择通航主汊。
由于此类河段两汊均具有发展成为主汊的可能,整治中要首先考虑稳定两汊现状,理论上的堵汊措施往往不符合实际。因此需要一定的建筑物来稳定汊道现状(如水利方面的护岸等),避免任何一汊向不利方向转化。在稳定了汊道现状后,需要通过分析来确定通航主汊,这是一个较复杂的问题,需要全面分析两汊的优劣。如戴家洲水道和张家洲水道航道整治中,均对两汊从航行条件,中、洪水流势,边界条件及后续整治难度等方面进行了综合比较,最终确定通航主汊。
(2)适当抬高分流区低滩高程,稳定两汊分流比。
稳定该类河段汊道分流比可促进整治汊道的自然演变,增强浅滩部位的冲刷力度,引导整治汊道逐步向有利方向转化,整治措施通常采用在分流区的低滩上布置整治工程,抬高并稳定滩头以达到稳定分流比的目的。如戴家洲水道整治中,在新洲头滩地布置鱼骨坝工程;张家洲水道整治中在官洲头部布置梳齿坝等。
(3)缩窄河宽,整治汊内浅滩。
在稳定了两汊分流比后,对选定主汊的浅滩整治已基本转化为对单浅滩的整治,通常主要是由于枯水期河道太宽,水流分散引起的碍航浅滩,整治措施仅需根据浅滩位置,布置相应的束水攻沙整治建筑物,改善浅滩段的水深条件,如张家洲水道南港下浅区的整治主要通过布置低水丁坝缩窄浅区枯水期河槽来达到整治目的。
顺直分汊河段通常冲淤变化复杂,以主流摆动、航槽多变为主要演变特征,航道往往随主流的变化在汊道间摆动,在交替过渡期间,枯水期航道条件恶劣,维护困难,易发水上交通事故,如长江下游的东流水道。主要整治经验如下:
(1)重视河床演变分析,掌握洲滩变化规律。
此类河段河床演变复杂,要充分重视河床演边分析,准确掌握河床演变的规律、特点以及洲滩的变化过程。如在东流水道的整治中,通过河床演变分析,确定了东流水道各洲滩不断下移的重要演变规律,老虎滩的冲刷下移将导致西港的衰退和莲花洲港的冲刷发展,现有的航道条件将被破坏,而在工程开始实施之际,老虎滩头部冲刷尾部淤积下延的趋势明显,娘娘树一带沿岸槽迅速冲刷发展,大有与莲花洲港深槽贯通之势,印证了演变分析的结论。实践表明,准确的河床演变分析为制定合理的工程方案提供保障。
(2)合理规划航槽,依靠整治建筑物相互配合控制航道边界。
此类水道滩槽多变,航槽位置摆动频繁,因此要在河床演变规律的基础上合理规划航槽。确定航道边界后,通过两侧天然节点和固定洲滩的整治建筑物群来共同确保航道边界的稳定。如东流水道航道整治中,在进口天然节点控制下,利用左岸丁坝群工程、老虎滩守护及滩尾顺坝工程以及天沙洲头鱼嘴工程来配合守护航道两侧边界,取得了良好的整治效果。
(3)重视护滩结构设计,确保守护效果。
此类河段航道整治对水流改善作用较为明显,一些迎流顶冲部位的护滩结构会受到强烈冲刷,这对护滩结构设计的要求较高,传统的护滩带结构需要改进。如在东流水道的老虎滩守护上,由于采用了常规的X型排结构,老虎滩头部在水流剧烈冲刷下,部分护滩带边缘发生局部破坏。后来的研究表明,此类滩体守护采用的护滩带结构应考虑设立预留变形区,守护效果会更为突出。
本文总结了长江中下游5类典型浅滩河段的航道治理经验:(1)矶头控制的微弯放宽河段浅滩整治,要把握相对有利的整治时机;确定总体工程的实施步骤;选择好过渡航槽位置,合理确定先期工程的关键部位。(2)鹅头型分汊弯曲河段浅滩整治,要维持分汊格局,不影响支汊功能;把握演变周期,找准航道向不利方向变化的根源;守护凹岸边界,塑造弯曲航槽。(3)两反向弯道之间连接河段浅滩的整治,要归顺下段水流,稳定两汊分流比;阻止漫滩水流,合理确定洲头低滩工程起止点和高度;重视坝面结构,确保结构稳定。(4)微弯分汊河段浅滩的整治,要稳定汊道现状,合理选择通航主汊;适当抬高分流区低滩高程,稳定两汊分流比;缩窄河宽,整治汊内浅滩。(5)顺直分汊河段浅滩的整治,要重视河床演变分析,掌握洲滩变化规律;合理规划航槽,依靠整治建筑物相互配合控制航道边界;重视护滩结构设计,确保守护效果。
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