长江中游黑沙洲水道整治一期工程效果的分析

(武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050)

黑沙洲水道上接荻港水道，下接白茆水道，上起板子矶，下至高安圩，平面形态为首尾窄、中间向左展宽的典型的鹅头型分汊河道(见图1),河宽分别为900 m和1100 m，中间展宽处达9.6 km，进口右岸受板子矶节点控制，南水道转折角度达到60°。江中的黑沙洲、天然洲将河道分成南、中、北三个水道。黑沙洲南水道为捷水道，长约8.5 km，分流比为28.9%～63.4%，现为全年通航的主航道，是长江下游重要浅险水道之一，枯水期航道狭窄，在新港附近水深较浅，有的年份需疏浚以维护航道水深。中水道上段7.5 km与北水道重叠，下段6.5 km与北水道走向约成110°交角，历史上曾为主航道，近20多年来已淤塞不再开放。北水道系鹅颈形弯道，长约21 km，常年分流比为31.8%～43.0%。茅山至三山河航段在上世纪90年代初岸崩剧烈，后经过护岸,近年较为稳定。黑沙洲左汊曲折率达到2.47，在小江坝附近弯曲半径为2公里，河弯中心角度为80°。

图1 黑沙洲水道(2014年2月)河势图

1 碍航特性

1983年以前，黑沙洲南水道和中水道交替使用，航道频繁改槽，1983年以后，中水道封闭不再开放，南水道为全年通航主汊道。近几年，南水道全年分流比稳定在60%左右，南水道进口较宽、出口较窄，呈喇叭状，江中心滩将南水道分为左、右两槽，左槽进口位于天然洲头，存在浅区，右槽浅区位于新港附近。左槽属于近年才发展形成的汊道，断面窄深，流态紊乱，有些船舶上水走左槽。右槽比较稳定，是习惯航道，现行维护水深为航行基面(黄海高程0.99 m)下5.0 m(2007年5月1日起实行，此前为4.5 m)，有的年份需疏浚才能达到(1991年1月，浅滩最小水深为4.1 m)，本河段右岸新港岸边多礁石，尤以七星石及宝塔石较突出，枯水期设有标志标示。

碍航特性主要表现为：枯水期航道浅窄，航道尺度难以达到6.0 m×200 m的规划标准，航行船舶海损事故时有发生，1980年～2005年共发生船舶海损事故15起，其中由于航道窄浅而导致的船舶碰撞事故9起，船舶搁浅事故1起，同时航标碰损事故频繁发生，维护工作量大。

2 整治工程一期方案简介[1,2]

2.1 一期工程整治原则及目标

整治原则：巩固洲头，稳定分流条件；调整枯水断面形态，减少漫滩水流，遏制倒套发展，集中水流冲刷主通航槽；有利于港口、堤防安全等。

整治目标：选择黑沙洲南水道右槽为主通航槽，采用整治建筑物减少漫滩水流，增加浅滩流速、流量，改善右槽航道条件，并使航道尺度达到6.0 m×200 m×1050 m的规划标准。

2.2 整治方案

整治工程布置方案为：在南水道左槽内布置四道长分别为663 m、504 m、399 m、464 m的潜坝，其中，前三道潜坝坝顶面高程分别为设计水位下7.0 m、7.0 m、8.0 m，其功能是抬高南水道左槽河床，减小左槽过水面积、过水流量，遏制左槽发展，以增加右槽流速、流量，提高挟沙能力，增加水深；后一道潜坝顶面高程为设计水位下9.0 m，坝根护岸500 m，且考虑#4潜坝根部500 m护岸下段出现新的崩岸，因而在原500 m护岸的下游尾端增加60 m长的衔接段，其功能是遏制下深槽左摆，减少吸流，使右槽浅滩水流相对集中、稳定；沿心滩中下部滩脊布置一道水下护滩带，长1583 m，宽度为100～200 m，#1～#3潜坝坝头与之相连，其功能为固定心滩、稳定航槽；在天然洲头布置鱼嘴形水下护滩工程，守护天然洲头滩体，稳定南、北两汊的分流条件。工程方案总平面布置见图2。

图2 航道整治工程布置方案

3 整治效果分析

3.1 工程前后河道变化

航道整治工程实施以来，黑沙洲水道河道变化主要为分流比，航槽和心滩等变化。

3.1.1分流比变化

从黑沙洲水道多年汊道分流比变化来看(见表1)，八十年代初期，黑沙洲水道南、北、中三汊分流比相对均衡。八十年代中期至1998年大洪水前，此阶段中水道走向衰退，分流比呈逐年衰减趋势，从33%左右减小到12%左右；南水道则呈发展趋势，分流比从31%增大到50%。1998年大洪水后，中水道分流比再次减小，近年枯水期已淤塞断流；南水道分流比迅速增大，分流比增大至60%左右。从工程实施后的分流比变化来看，2004年7月与2010年8月相比，高水位时分流比变化不大；从2004年3月与2009年10月相比，枯水期分流比变化幅度也不大，都在60%左右。工程实施后，有效的遏制了天然洲洲头及右缘冲刷崩退，巩固洲头，稳定分流条件，使南水道分流比基本稳定在60%左右。

表1 黑沙洲水道汊道分流(沙)比统计表

3.1.2河槽变化

工程实施后，北水道深泓平面位置总体上比较稳定；中水道地形变化不大，仍保持稳中略淤态势。南水道则表现为右槽冲刷、左槽相对稳定态势。具体分析如下：

右槽：2008年11月与工程前2007年9月相比，右槽浅滩处深泓变得更加顺直(见图3)；右槽中上段深泓冲淤变化不大，浅滩处河床有所冲刷，冲刷幅度约1 m左右，最浅点水深为6.8 m；相应地，浅滩处6 m线宽从工程前2007年9月中断500 m左右冲刷发展贯通(图4)，2008年11月最窄处6 m线宽为420 m。2009年9月与上年相比，右槽浅滩处深泓平面及水深总体上比较稳定，年内6 m线贯通。2010年汛期(近十年来最大洪水年)，右槽出现明显淤积，6 m线中断长度达1.8 km左右；汛后退水期，右槽冲刷比较明显，至2011年5月，6 m线再次贯通，但宽度较窄，最窄处为210 m左右，仍能满足设计要求。

左槽：工程实施前后深泓平面位置变化不大，工程初期2008年11月与2007年9月相比，左槽上段深泓有所右移，下段深泓平面变化不大；从左槽深泓纵剖面变化来看，左槽呈年际间冲淤交替变化，近期#1潜坝上游段略有淤积，而#1潜坝-#2潜坝间上段有所冲深，下段变化不大，而#3潜坝上下游段均呈现冲刷态势，#4潜坝下仍略有淤高。从左槽6 m线变化来看，工程实施以来至2010年间，进口段6 m线一直中断600 m左右，往下直至出口段多年来宽度变化不大，2010年汛后左槽进口一带冲刷发展，6 m线贯通，最小宽度约90 m。

图3 工程前后深泓变化图

图4 黑沙洲南水道航行基面下6 m线比较图

3.1.3心滩变化

心滩仍呈现涨淤落冲的变化规律，且比工程前更加明显。从心滩4 m线变化来看(见图5)，2008年10月与2007年9月相比，心滩滩体分别向头、尾两端淤长，滩体有所扩大，面积从2007年9月的0.72 km2增加到2008年10月的1.01 km2；但2008年11月，心滩有所回缩，滩体面积小于工程前2007年9月。 2009年3月、6月、10月与2008年11月相比，变心滩面积化不大，基本维持在0.65 km2左右。2010年10月，滩尾略有上提，滩头上延，滩体右缘整体展宽，面积由0.65 km2(2009年10月)增加至1.46 km2。至2011年5月，心滩滩头左右缘冲刷，滩尾进一步上提。新港边滩近期有所发展，滩尾向河心方向略有淤积，但滩尾与右岸之间的倒套仍保持较好的水深条件。

图5 黑沙洲南水道航行基面下4m线比较图

3.2 模型试验预测成果分析

3.2.1模型试验预测成果

模型方案布置在2007年4月初始地形上，施放系列典型年(2004、1999、2005、2006)水沙过程，预测整治工程效果如下：

推荐方案中工程经系列年水沙过程作用后，1#、#2潜坝坝头部较稳定，#3、#4潜坝坝头部冲刷比较严重，坝头部冲刷坑深度逐渐冲深至14.5 m、15.0 m。系列年水沙过程作用后，黑沙洲水道两汊分流变化不大，南港心滩基本稳定，南港右槽航道略有冲刷，整治工程基本达到了抑制南港右槽边滩发育、稳定右槽的作用。

3.2.2河道变化与预测成果的对比分析

工程于2010年施工完成，整治效果已逐步显现。工程后北港分流比没有大的变化，整治工程对南北两汊分流比影响不大，工程主要调整了南港内单宽流量的分布变化。

河道主航槽稳定在天然洲南港右槽之中，控制了本河段航道条件的持续恶化。模型预测航道条件及河道形态与实际基本一致。

3.3 工程前后航道条件变化

3.3.1航宽与航深

整治工程实施以前，航道维护尺度为5.0 m×200 m×1050 m(水深×航宽×弯曲半径)，新港一带浅滩经常出浅，如2007年9月，主航槽5 m线虽然贯通，但航道内有水深小于5 m的零星浅包；浅滩处6 m线中断约500 m；浅滩处退水期冲淤幅度不明显。另存在新港港区逐年淤积，浅区航道条件逐渐变坏的趋势。

整治工程实施以来，右槽浅滩处明显冲刷，航道变得更加顺直，航道条件明显改善，达到了设计所要求的航道尺度：6.0 m×200 m×1050 m(水深×航宽×弯曲半径)，如2008、2009年(一般水文年)汛后主航槽6 m线贯通，最窄处宽度400余米；而2010年为近十年来最大的洪水年，主航槽6 m线也保持贯通，最窄处宽度为210 m，基本满足设计尺度要求。同时，工程实施以来，对新港倒套内航道水深条件基本上没有造成不利影响。

3.3.2弯曲半径

工程实施后，浅滩段航槽更加顺直，航道的弯曲半径均在1050 m以上，满足工程实施后的通航要求。

4 结 语

(1)黑沙洲水道航道整治工程以黑沙洲南水道右槽为主通航槽，通过工程措施巩固洲头，稳定了分流条件；在左槽内筑潜坝适当封堵左槽，限制倒套的发展，并调整断面形态，减少分流，集中水流冲刷主通槽，有效的改善航道条件。

(2)工程的实施限制了漫滩水流，增加了浅区的流速，使上深槽的水流能够集中冲刷浅区，枯季最小能维持6.0 m×200 m×1050 m(水深×航宽×弯曲半径)的航道条件，船舶通过能力大幅提高。

(3)工程的实施稳定了分流条件，调整了南水道的断面形态，减少分流，集中水流冲刷右槽主通槽，改善了航道条件。新港港区前沿水深满足港区的正常作业要求。同时，由于工程稳定了分流条件，保证了大堤的安全。

综上，黑沙洲航道整治工程实施后稳定了水流条件，减少了漫滩水流，增加浅滩流速、流量，改善了右槽航道条件，达到了整治的预期目标。