长江中游新洲—九江河段航道治理二期工程思路与方案研究

陆 英

(长江航道局，武汉 430010)

图1 新九河段河势图(2015-02)Fig.1 River regime of the Xin-Jiu reach of the Yangtze River

长江中游新洲—九江河段(以下简称新九河段)位于武汉至安庆河段，上起葫芦山，下迄九江港客运码头，全长35 km，包括新洲水道和九江水道。河段平面形态呈反S型(图1)，上段新洲水道为向左弯曲的新洲鹅头型分汊段；下段九江水道向右弯曲。新洲水道右汊历来是主通航汊道，左汊为支汊，仅通行地方小轮；九江水道中有鳊鱼滩，将河道分为左右两汊，主航槽一直稳定于右汊。2011年11月至2012年10月，长江航道局在新九河段实施了航道整治工程(以下简称“一期工程”)，主要包括：徐家湾边滩3道护滩带，鳊鱼滩滩头梳齿坝工程，左岸新洲洲尾护岸，蔡家渡护岸，鳊鱼滩滩头及右缘护岸，右岸大树下一带护岸加固。通过一期工程的整治，目前本河段的航道尺度由4.0 m提高至4.5 m水深，浅区航道条件有所改善。

根据水运发展需求结合及武汉至安庆段航道尺度建设标准，考虑本河段的防洪及环保的限制，新九河段二期工程航道建设目标尺度[1]确定为：6.0 m×110 m×1 050 m(水深×航宽×弯曲半径，下同)，实现13 000 t级内河货船、780TEU集装箱船、10 000 t级江海船全线双向通航及2 700 kW+4×5 000 t(分节驳)船队全线单向通航。本文分析了新九河段近期演变和航道条件，提出了河段建设6.0 m水深航道尺度的治理思路，并研究了工程方案效果。

1 河道概况及外部环境条件

1.1 河段概况

新九河段上段新洲鹅头型汊道，江中的新洲将河道分为两汊，右岸存在有徐家湾边滩，边滩上部蔓延至河心，较为低矮(滩脊高程为5 m)，边滩下部地势较高(滩脊高程为12 m)；中段为徐家湾至官湖港段，为顺直分汊段，进口深槽居左，鳊鱼滩将河段分为左右两汊，主航道在鲤鱼滩右汊。下段为九江弯道浅区位于二套口以下至弯顶一带，2000年以后，凸岸二套口边滩发育充分、完整，凹岸深泓贴岸，航道条件较好。

1.2 外部环境条件

新九河段左岸为湖北黄梅县，右岸为江西九江市，两岸经济相对比较发达，外部建设条件较为复杂。

(1)防洪、河势规划：新九河段防洪要求较高，对整治工程的力度和强度均有较严格的限制。

(2)沿岸港口、码头：九江港港区位于河段右岸，沿岸分布有大量码头，同时右岸岸线也是港区规划岸线，目前徐家湾边滩守护工程上游约1 050 m处有一饲料公司码头、下游约570 m处有一沙码头。

(3)取水口：在原XH3#护滩带下游约865 m，有九江顺风自来水厂、九江市第四水厂取水口，取水规模为10万t/d，取水头顶部高程为黄海高程2.69 m，对应当地航行基准面下3.0 m。

2 近期河床演变与航道条件

2.1 近期演变特点

根据近期实测资料和已有成果[2-5]分析可知：

(1)新九河段两岸岸线基本稳定，但河道内局部洲滩出现坍塌和冲蚀。一期工程重点对新洲尾、蔡家渡以及鳊鱼滩右缘中下段等岸线进行了守护，工程后上述岸线基本稳定，总体变化不大，但未守护岸线有所崩退，新洲右缘中上段最大崩退60 m，同时水下边坡变陡，岸线趋于不稳定。

(2)新洲水道近期演变主要表现为深泓摆动，上下深槽交错，浅区范围扩大，同时边滩冲刷、下移，滩体切割、分离，航道条件向不利方向发展。一期工程后，边滩冲刷、下移得到控制，滩槽格局得到初步控制，浅区航道条件有一定程度改善，但边滩头部低滩高程仍较低，浅区冲刷有限(图2)。

(3)九江水道近期演变特点主要表现为：受上游河道水流条件变化的影响，顺直段进口主流左摆，白沙边滩冲蚀后退，鳊鱼滩左汊发展，上下深槽交错，九江上浅区由正常型转化为交错型浅滩，浅滩形态恶化；同时鳊鱼滩洲头冲刷，河道展宽，航道出浅碍航；九江弯道段凸岸二套口边滩不断淤长，凹岸潜洲冲刷、消失，深槽右摆贴凹岸，主流趋于稳定。一期工程实施后，鳊鱼洲头有所恢复，浅区主流集中，航道条件改善，但由于工程对鳊鱼滩左汊控制较小，左汊分流比有小幅增加。

图2 河道治理规划工程、采砂区及主要涉水工程示意Fig.2 The planning projects for river regulation、area for sand excavation and mainly aquatic projects图3 新九河段一期工程实施以来河床冲淤Fig.3 The bed scour and sedimentation since the operation of the 1st project in the Xin-Jiu reach

2.2 航道条件

一期工程及时控制关键洲滩，稳定了滩槽格局，改善了航道条件，也为下一步航道尺度的提高奠定了良好基础。从近年来的实测地形来看(图3)，新洲浅区5 m等深线贯通，宽度在200 m左右，航道尺度达到了一期工程建设标准(4.5 m×200 m×1 050 m)，但6.0 m等深线断开，个别年份6.0 m线虽然贯通，但宽度不足110 m(见表1)；九江上浅区5 m等深线贯通，宽度均在250 m以上，较一期工程前，航道条件改善明显，6.0 m等深线也贯通，宽度大于200 m，但2015年10月、2016年3月以及2016年12月浅区6 m等深线断开，水深有所减小。

总的来说，一期工程后自然冲刷条件下新洲浅区和九江上浅区均不能达到6.0 m×110 m的尺度要求。

表1 新九河段航道尺度核查表(设计水位下)Tab.1 The verification of navigational scale (the design water level)

注：T表示贯通，量其最窄宽度；D表间断，量其间断长度；单位均为m。设计水位=现行航基面+0.06 m

2.3 航道变化趋势预测

通过平面二维水沙数模[6]预测新九河段未来6.0 m航道变化趋势(见图4和图5)，模型以2016年3月实测地形为起始，选取2011～2015年、1998年(减沙2/3)，2012～2015年共计10 a作为系列水沙年。水沙系列的选取考虑近年来实际发生的水沙年加上1998年(减沙2/3)，其中2011年为三峡蓄水以来的小水小沙年，2012、1998年为大水大沙年，其余为中小水沙年。1998年的减沙原则以2008年来九江站流量和输沙量关系的趋势线为依据。

趋势预测计算表明：系列水文年内，当遭遇大水大沙年后，新洲浅区航道条件恶化明显，设计水位下6 m水深线断开，6 a末6 m线断开340 m，10 a末断开90 m；九江浅区航道条件也有所恶化，但浅区6 m线仍贯通，航宽不满足规划要求；当遭遇小水小沙年后，新洲和九江浅区航道条件有所改善。同时，大水年作用后，河段滩槽冲淤幅度较大，新洲水道上深槽下探、右摆幅度明显加大，徐家湾沿岸槽分流明显增加；鳊鱼滩左汊冲刷幅度加剧，分流比也有一定幅度的增加。

图4 无工程10 a末河床冲淤Fig.4 The bed scour and sedimentation after 10 years in natural condition图5 无工程10 a末 6.0 m航道条件Fig.5 The navigation condition in the depth of 6.0 m after 10 years in natural condition

3 治理思路及工程部位确定

3.1 治理思路

对于4.5 m×200 m的航道尺度标准，河段已满足该航道尺度要求，但要提升至6.0 m水深，河段内还存在如下问题：(1)新洲水道上下深槽交错，浅区水流分散，水动力相对不足，并且随着上深槽冲刷发展，主流偏移，枯期浅区冲刷有限，航道水深难以大幅增加；(2)徐家湾边滩沿岸槽分流能力仍较强，造成主航槽分流减小，对浅区航道改善不利；(3)受沿岸槽吸流以及鳊鱼滩左汊进口冲刷的影响，鳊鱼滩右汊分流比减小，九江上浅区冲刷幅度有限，6 m航槽不稳定。

鉴于防洪及环保等外部条件的限制，考虑本期建设标准、河道自身的特性以及已建工程实施后河道演变特点，二期工程整治思路确定为：在已有一期工程的基础上，增强边滩的控制力度，限制沿岸槽及支汊发展，同时辅助基建性疏浚及不利年份维护性疏浚，达到6 m×110 m×1 050 m的航道尺度。

3.2 工程部位确定

为了进一步明确工程实施部位，通过数模[6-7]开展了不同部位的单方案效果计算分析。从上述不同部位、不同措施研究发现：对新洲浅区航道问题，在徐家湾边滩已建工程加高，在边滩上游修建丁坝可实现新洲浅区流速的增加，而在沿岸槽倒套内修建潜锁坝可限制沿岸槽发展，有利于主流的集中(表2)；对九江上浅区的航道问题，在鳊鱼滩左汊实施护底带，在白沙边滩修建丁坝可限制左汊进流，抑制左汊发展，有利于浅区主流的稳定(表3)。

因此，对于新洲浅区的治理，限制沿岸槽分流，增大浅区流速，工程部位选在徐家湾边滩是合适的；对于九江上浅区的治理，主要是左汊发展，维持右汊稳定，工程部位选在鳊鱼滩头部及左汊进口是合适的。

表2 新洲水道工程部位方案探索性计算Tab.2 The calculated result for the exploratory scheme in the engineering sites in Xinzhou waterway

表3 九江水道工程部位方案探索性计算Tab.3 The calculated result for the exploratory scheme in the engineering sites in Jiujiang waterway

4 治理方案及工程效果

4.1 方案平面布置

在上述单方案效果计算分析基础上，形成组合方案，并经过多次优化[6,8]，最终形成二期工程的推荐方案，方案由整治、疏浚工程两部分组成(见图6)，具体如下：

(1)徐家湾边滩守护工程。对徐家湾边滩，在已建工程上游新建2道丁坝，1#丁坝长538 m，头部余排180 m，坝头高程按5.79 m控制；2#丁坝长711 m，头部余排长200 m，坝头高程按4.29 m控制，守护宽度均为180 m。在已建工程下游新建1道护底带，长1 023 m，近岸侧373 m长轴线抛石按-8.21 m高程控制(设计水位下14 m)，宽度为180 m。同时对已建前2道带护滩带加高，3#丁坝是在原XH1#护滩带轴线抛石加高，高程为4.29 m(设计水位下1.5 m)，4#护滩带是在原XH2#护滩带轴线加高1.5 m，长度分别为1 093 m、1 340 m。

图6 新九河段航道治理二期工程推荐方案平面布置Fig.6 The layout chart in the recommended scheme of the 2nd channel regulation project of the Xinzhou-Jiujiang reach

(2)鳊鱼滩洲头守护工程。沿鳊鱼滩洲头滩脊布置1道护滩带，长377 m，与已建梳齿坝衔接；同时增加1道横向护滩带，与左岸相接，根部采用护岸方式，长度为585 m，护滩带宽度均为180 m。

(3)护岸及护岸加固工程：新洲右缘上段新建4 677 m护岸、蔡家渡新建2 675 m护岸，左汊护底新建814 m根部护岸。

(4)疏浚工程:对新洲浅区进行疏浚，疏浚底高程为设计水位下6.5 m，范围为22.69万m2。

图7 10 a末工程引起的河床冲淤Fig.7 The bed scour and sedimentation after 10 years with the recommended project scheme图8 推荐方案10 a末 6.0 m航道条件Fig.8 The navigational condition after 10 years with the recommended project scheme

4.2 方案工程效果

物理模型[8]和数学模型[6]分别对推荐方案开展了系列年效果研究，模型起始地形为2016年3月，水沙系列选取2011～2015年、1998年(减沙2/3)、2012～2015年。两模型结果相近，其中数模预测的效果见图7和图8。结果表明：推荐方案实施后能减小徐家湾沿岸槽分流比，增加新洲、九江浅区流速，限制鳊鱼滩左汊分流比，其中，整治流量下徐家湾沿岸槽减小1.3%，新洲、九江浅区流速增幅分别为0.08 m/s、0.03 m/s，鳊鱼滩左汊分流减小0.7%；工程实施后，系列年内6 m×110 m×1 050 m的航道尺度基本得到满足，疏浚区年回淤率在41%左右，但不利水文年(第6年)新洲水道6 m线宽度不满足要求，需要疏浚维护。

5 结论

(1)新九河段航道治理一期工程实施后，已满足4.5 m×200 m航道尺度要求，但要提升至6.0 m水深，河段内还存在如下问题：新洲水道上下深槽交错，浅区水流分散，且随着上深槽冲刷发展，主流偏移，枯期浅区冲刷有限；徐家湾边滩沿岸槽分流能力仍较强，造成主航槽分流减小，对浅区航道改善不利；受沿岸槽吸流以及鳊鱼滩左汊进口冲刷的影响，鳊鱼滩右汊分流比减小，九江上浅区冲刷幅度有限，6 m航槽不稳定；(2)鉴于防洪及环保等外部条件的限制，二期工程整治思路确定为：在已有一期工程的基础上，增强边滩的控制力度，限制沿岸槽及支汊发展，同时辅助基建性疏浚及不利年份维护性疏浚，达到6 m×110 m×1 050 m的航道尺度；(3)通过数模开展了不同部位、不同措施效果，确定工程部位。对新洲浅区，限制沿岸槽分流，增大浅区流速，工程部位选在徐家湾边滩是合适的；对九江上浅区，主要是左汊发展，维持右汊稳定，工程部位选在鳊鱼滩头部及左汊进口是合适的；(4)采用物模和数模研究二期工程推荐方案的效果。结果表明：方案实施后能减小徐家湾沿岸槽分流比，增加新洲、九江浅区流速，限制鳊鱼滩左汊分流比，系列年内6 m×110 m×1 050 m的航道尺度基本得到满足，但不利水文年新洲水道需要疏浚维护。