长江下游航道整治工程对河道防洪影响分析

张 杨 ，孔 民 ，张秀敏

（1.济宁市洙赵新河管理处，山东 济宁 272000；2.济宁市梁济运河工程养护服务中心，山东 济宁 272000；3.济宁市水文局，山东 济宁 272000）

1 引言

河道整治工程是指遵循河床演变的规律和河流动力学原理条件下，在河床上修筑建构筑物或者采取一定的措施引导水流，合理规划工程各个环节，以促进生产或者航运的工程措施[1]。从古至今河流航道整治工程一直受到国家政府的高度重视，中国古代就提出了“顺水之性，因势利导”的河流治理原则，新中国成立后我国更加重视河流航道整治工作，改善了内河航运条件，促进河道沿岸居民经济发展与生活水平。航道作为重要的调蓄洪水河道，航道整治工程还应该根据河流形势，采取疏浚、筑坝、挖槽、炸礁等工程措施，改善通航水流条件，把防洪、行洪当作重中之重[2]。

2 工程概况

江心洲至乌江河段上起东、西梁山，下至下三山，位于长江下游段，全长约56 km，平面形态两头窄、中间宽，呈藕节状，江心洲河段全长约24 km，河段平面两头窄、中间宽，呈顺直分汊状，为江心洲至乌江河段的3个河段之一。江心洲左汊航道从东梁山以下沿彭兴洲顺直而下，为江心洲水道，然后沿左岸至小黄洲洲头，经小黄洲头从何家洲与小黄洲间下泄过渡到小黄洲右汊，进入马鞍山水道。过渡段长约3 km，从左至右急剧转折，形成上下两个接近90°的急弯，见图1。

江心洲河段河床为砂夹砾孵石质，枯水期河面宽阔，汊道分流，航深仅为0.8 m～1.5 m浅滩，船舶难以顺利通过。为了进一步稳定江心洲航道条件，加强河道防洪能力，采取了包括航道疏浚、切滩、裁弯取直及部分河段护坡护岸等在内的航道整治工程措施，并对航道整治工程措施进行防洪评价和建议。

图1 江心洲水道航道图

3 航道整治工程措施

3.1 滩险整治措施

江心洲河段共有碍航浅滩约5个，目前有2个保护良好。为达到既能提高枯水通航水深，又能冲刷浅滩起到防洪作用，采取基本不抬高洪水位，又能保护两岸防洪大堤的措施。彭兴洲江心洲左缘大堤是重点防洪险段，初步设计左岸建堆石坝，由于河面宽度仅为637 m，大坝修建难度大，设计在该滩右汊采用其他建筑材料逐渐堆积至河滩左汊。江心洲心滩工程原左岸修建3座堤坝，右岸采用石块平铺护滩带护岸，加固长度约4124 km，宽约88 m。护滩带为混凝土块软体排加排上抛石组成，头部边缘抛防冲石防冲，为增加右岸堤前缘护袒，将水流动力轴线挤向河中间，降低左岸堤坝增加右岸数量，保留原有护岸工程，提高江心洲心滩工程的抗洪能力。上何家洲与江心洲底部修建2条由混凝土块软体排和排上抛石组成的护底带铺塑垂直土工防渗膜。位于下游的下河家洲、小黄洲原设计采用走右汊且靠近右岸堤坝的单一疏浚工程方案投资成本低、可靠性强，但是增加河流流速，经常冲击堤坝，为保护右岸堤坝，选取航道走左汊的工程方案，将水流动力轴线挤向河中间疏浚左汊，左岸三洲增加护岸长1600 m，采用平顺护岸方式提高下游滩险抗洪能力。

3.2 疏浚挖泥措施

江心洲河段下游沉积河滩中存在许多淤泥土、砂卵石等长期堆积的浅滩，滩险整治需要遵循“疏浚为主，辅以护岸固滩”的原则。利用绞吸式挖泥船对堆积淤泥土进行疏浚清除，若通过疏浚可以使滩岸稳定，可增加疏浚挖槽数量，例如对下河家洲、小黄洲在原有15条增加疏浚挖槽的基础上增加8条挖槽，疏浚挖槽方量近150万m3，在此基础上进行建坝固滩，同时注意充分利用挖取的淤泥砂石，经过加固处理可作为建筑基材，这对防洪堤坝具有重要意义，达到综合利用的目的。

3.3 护岸与环境整治措施

江心洲河段护岸工程采用平铺块石固定岸线，可以达到保护堤脚前缘台地，增强堤坝的抗洪能力，当堤坝外岸台地较高时，采用平铺块石的护岸工程可以固定河道边界条件，稳定和改善航道条件，同时达到保护堤外台地免受冲刷，保护周围土地和建筑的作用，综合作用显著。

4 防洪影响的分析

4.1 对堤防渗流稳定影响

江心洲河段修建河堤所采用的材料多为就近取土，由于河堤附近地层土体性质一般，堤身材料与堤基浅层土体材料基本一致，土质软弱，结构松散，施工过程碾压不够充分，在1998年洪水爆发时江心洲河段修建河堤发生多处管涌、散浸等重大险情。河堤堤基土质主要呈二元结构状态，上部为弱透水的粉细砂夹黏土层，下部为强透水砂土层，另一部分由各类的粘性土构成。

结合江心洲河段地质条件和以往险情，在设计洪水位条件下，航道整治工程措施实施前，选取彭兴洲江心洲东西两侧大堤2个河堤典型断面（图2）采用autobank软件构建大堤典型断面渗流计算模型，进行渗流稳定性分析，彭兴洲江心洲东缘08+321.5断面和西缘08+335断面地表地基渗流比降系数分别为0.73和0.81，此渗流比降系数不满足稳定要求，可见部分堤内地表地基渗流不满足工程设计的稳定性要求，通过修建混凝土块软体排护底带铺塑垂直土工防渗膜，航道整治工程措施实施后，根据autobank计算结果彭兴洲江心洲两侧典型断面地表地基渗流比降降至0.5以下，小于设计要求的渗流允许比降，满足稳定性要求，未修建护底带铺塑土工防渗膜的部位堤内地表渗流比降相应增大，堤防变得更加不稳定。航道疏浚工程的实施对两岸堤防渗流稳定较为不利，采取铺设塑土工防渗膜可有效提高堤防渗流稳定性。

图2 彭兴洲江心洲典型断面示意图

4.2 对堤防边坡、河道岸坡稳定影响

现阶段，随着航道等级持续升级，河道来往船只更为频繁密集，且船只的吨位不断加大，船只运行将进一步加剧河道两岸的冲刷，影响河岸稳定。因此航道疏浚工程的实施对河道堤岸线稳定和防洪堤防安全产生不利影响。江心洲河段河道及外滩相对狭窄，两岸堤防地质条件差，堤基底部为细砂层，在进行疏浚挖泥工程措施完成后，如不严格控制，岸边的外滩变得更为狭窄，部分位置外滩被挖除，变得无外滩，疏浚边线紧邻堤防外堤脚，尤其是心滩守护工程左岸河道岸坎线紧邻堤防外堤脚，挖除外滩地，将会影响堤防及岸坡的稳定，存在较大安全隐患。

对采取航道整治工程实施后江心洲河段进行抗滑稳定计算分析，选取彭兴洲江心洲两侧大堤2个河堤典型断面分别计算设计水位下降期、平滩水位下降期两种工况，航道整治工程实施前，彭兴洲江心洲东缘08+321.5断面岸坡抗滑稳定安全系数在设计水位下降期为1.214，小于设计允许最小值1.25，在平滩水位下降期工况条件下为1.056小于允许最小值1.15；彭兴洲江心洲西缘08+335断面岸坡抗滑稳定安全系数在设计水位下降期为1.179小于设计允许最小值1.25，在平滩水位下降期工况条件下为0.983小于允许最小值1.15，2个断面均不满足抗滑稳定要求。航道整治工程实施后2个断面的抗滑稳定安全系数均大于设计要求值，河床纵向平均稳定性系数为1.73，横向平均稳定性系数为2.51，工程河段属稳定河段，在现有及未来一段时间内，工程河道将持续保持稳定态势。因此，江心洲河段航道整治工程对工程河段总体河势及局部河势稳定将会产生有利影响[3]。

4.3 对河道行洪的影响

江心洲河道位于长江下游段，入江口与长江接近垂直，江水流度由快变慢因砂石土体堆积沉淀，引起淤积，同时水体在渗流力与摩擦力作用下使河道水体与长江中上游水流进行水体交换，造成了航道内部淤积，汛期受江水影响，江心洲河道与长江水体含沙量差异，造成河口段淤积。航道整治工程的主要目的针对航道河槽宽度或弯曲半径不足处，通过切滩、疏浚等措施拓宽航槽。江心洲航道疏浚、挖泥措施实施后，加速了河水流畅性，增大了过水断面，提高了河道泄洪能力，有利于河道汛期的航道行洪及排涝。但扩大的断面占行洪断面的比重较小，因此对河道水位变化的影响也较小，但是护坡护岸措施减少整治工程措施及船行波对河岸及堤防稳定带来的影响，短期内有利于河道及两岸的稳定，综合使用航道整治措施对河道汛期行洪及排涝具有重要意义[4]。

4.4 对河势稳定的影响

经过调查江心洲航道整治历史过程发现，在20世纪80年代左右，我国水利部门对江心洲前航道进行过一次大规模整治治理，相比起以前的航道治理后航道线路路径更为平直。此次的航道整治工程基本沿用了上世纪治理后的航道路径，所采用的航道中心线与原河道深泓线基本一致，尽量维持河道原有的平面形态，在对江心洲河道狭窄、弯道水流顶冲段航道疏浚工程的实施和河岸防护的过程中，基本保持了现有河道的稳定形态。对彭兴洲江心洲两侧2个典型断面河道稳定性计算，河床横向稳定性系数为2.36，纵向稳定性系数为0.326，经计算此段工程整治河段处于稳定中。在现状的边界条件下，江心洲航道整治河段仍然会保持长时间的稳定状态。可见，航道疏浚整治工程对江心洲航道工程河段总体及局部河势稳定性不会产生明显不利影响。

5 结论及建议

以长江下游江心洲河道航道整治工程为背景，介绍了以滩险整治措施、疏浚挖泥措施和护岸与环境整治措施为主的航道整治措施，通过对江心洲河道几个典型断面渗流稳定性与堤防边坡、河道岸坡的计算，分析河道整治工程对河道防洪的影响，得到如下结论:

（1）航道疏浚挖泥措施对江心洲两岸堤防的渗流稳定将产生不利影响，通过详细地质勘探，采用铺塑垂直土工防渗膜的措施可以降低此影响，确保堤防稳定和防洪安全。

（2）航道整治工程中疏浚挖泥可以达到拓宽理顺航槽，增加河水的流畅性，同时可以增加河道过水断面宽度，提高河道泄洪能力。

（3）航道整治工程扩大的断面占行洪断面的比重较小，对河道水位变化的影响较小，通过护坡护岸措施减少整治工程措施及船行波对河岸及堤防稳定带来的影响，有利于河道及两岸的稳定。