窎鱼嘴浅滩2018年航道维护性疏浚工程后评估

闫 霞, 姚仕明，夏 炜，周银军，李志晶

(1.长江科学院 河流研究所，武汉 430010；2.长江航道局 疏浚养护处，武汉 430010)

1 研究背景

三峡工程蓄水运用改善了库区航道条件，其中变动回水区下段涪陵至重庆段航道等级提高到Ⅱ级，最小维护水深3.5 m，上段重庆至江津航道等级为Ⅲ级，最小维护水深2.9 m[1]。但由于消落期变动回水区水位快速降低，部分河段出现暂时性淤积引起航深不足[2]，加之库区泥沙淤积趋势不可避免，因此，除开展重点浅滩的航道整治工程外，实施维护性疏浚是应对三峡175 m蓄水期由于泥沙淤积造成的库区航道碍航问题，保障消落期航道畅通的有效措施。自2010年开始，三峡库区已经陆续开展了多项维护性疏浚工程[1,3-5]，主要根据当年通航条件监测及调研情况，对变动回水区重点碍航水道实施维护性疏浚，保障当年消落期重点水道航道畅通。

图1 窎鱼嘴浅滩示意图及疏浚区位置Fig.1 Schematic diagram of Diaoyuzui shoal and its dredging scheme

窎鱼嘴浅滩位于长江上游三峡变动回水区上段，是长江上游常见的弯曲分汊型水道，天然情况下，河段年内处于“汛淤枯冲”演变过程中。三峡水库试验性蓄水后，河段位于水库变动回水区上段，受水库汛末蓄水影响，河道水位抬高，汛后冲刷不畅，泥沙逐渐落淤，水库蓄水以来主要通过调整航标来保障最小航道尺度。近期由于窎鱼嘴浅碛持续淤积扩张，右侧水道航槽弯曲半径和航宽进一步减小，为防止通航条件持续恶化，2018年汛后首次在窎鱼嘴浅滩实施了维护性疏浚工程，本文通过对窎鱼嘴浅滩疏浚工作技术后评估，分析疏浚工作的合理性、适应性、可持续性等，为河段今后维护疏浚工作及上游类似航道维护性疏浚工作提供技术参考。

2 河段概况及碍航特性

窎鱼嘴滩段紧邻长江上游鱼洞水道，河道平面弯曲狭窄(图1)，凸咀、石梁、暗礁、深潭密布，水势复杂，流态紊乱。左岸从上至下依次分布有洪漫碛、小筏子石石梁、香炉石石梁、窎钩碛、铜盆碛大型边滩，右岸依次分布有鸡翅碛、周家碛、梅家梁、虾子梁，其中虾子梁长约1 500 m，又分小二口、大二口石梁纵卧江中。水流主流从鱼洞长江大桥流出后，受两侧浅碛挟持居江心下行，过小筏子石之后分为左右两汊，右汊偏向右岸深槽，过弯顶后集中在虾子梁礁石群，左汊贴左岸下行，在铜盆碛头部转向右侧，与右汊汇合，右汊为主汊。

根据两汊通航条件，当地水位0.5 m(航行基面，下同)以下时，上水船舶抱窎鱼嘴浅碛右缘缓流区上行；当地水位0.5 m以上时，上行船舶则抱浅碛左缘上行，在香炉石过渡至河心偏南岸上行。受弯道及虾子梁限制，该河段下水船舶转向困难，尤其是当地水位退至0.5 m以下鱼洞石露出时，下水船操作更为困难。曾发生过上行船在窎钩碛搁浅、下行船在虾子梁触礁事故。

该河段在三峡175 m蓄水期，为库区河段，蓄水期水深条件有所改善，但消落期需要调整航标来保障航道最小维护尺度。河段目前航道等级为Ⅲ级，最小航道维护尺度为2.9 m×50 m×560 m(航深×航宽×弯曲半径，下同)，通航保证率为98%。其中年内12月至次年4月执行2.9 m×50 m×560 m的维护尺度，5月份和11月份执行3.2 m×60 m×600 m的维护尺度，6月份和10月份执行3.5 m×60 m×600 m的维护尺度，7—9月份执行3.7 m×80 m×700 m的维护尺度。

3 疏浚维护方案及施工过程

窎鱼嘴浅滩河段具有急、弯、险的特点，且近年来窎鱼嘴浅区碛翅及碛尾年际间呈现缓慢淤积趋势。窎鱼嘴浅区在碛尾和上下游深槽过渡段汛期均存在一定的淤积，淤积幅度在0.3～1.0 m之间。根据2018年8月份测图，3 m线(水深线)已深入航槽30余米。鉴于此，2018年9月长江重庆航运工程勘察设计院编制了《2018年度长江航道疏浚维护(合江门至丰都段)窎鱼嘴浅滩单项设计》[6]，根据设计方案，对窎鱼嘴浅碛右侧碛翅至碛尾进行疏浚开挖，初定疏浚基线长743 m(图1)，相对顺直段疏浚基线基本平行设计航槽布置，以设计航槽边线外10 m控制；下游末端入口处为喇叭口型，以设计航槽边线外20 m控制。抛泥区为疏浚区下游6 km的长江右岸马尾碛(上游航道里程685.5 km处)。窎鱼嘴浅滩疏浚方案典型断面图,如图2所示。考虑与周边地形平顺衔接，抛泥顶高程基本控制为165 m，约为设计水位下3.0 m。

图2 窎鱼嘴浅滩疏浚方案典型断面Fig.2 Profile of dredging scheme of Diaoyuzui shoal

工程施工时间为2018年10月21日—12月11日，机具为4 m3抓斗挖泥船。工程实施过程中，对抛泥区位置和施工工程量进行了变更。抛泥区变更为滑石滩水域，并取消了K0+520至末端约223 m长的改善性疏浚区施工。工程量变更主要原因有两点：一是该范围必须禁航施工，且时间较长，但由于航道弯曲狭窄，无法解决下行船舶调头作业区域和等让区选定问题；二是河段马上进入禁渔期，地方渔业管理部门禁止开展疏浚作业。因此，取消了下半段的疏浚工程。

4 疏浚维护工程分析及评价

4.1 设计方案适应性分析

4.1.1 与河床演变规律的适应性

长江上游的弯曲型航道，自然情况下年内浅滩演变规律为“洪淤枯冲”，深槽演变规律为“洪冲枯淤”。由于三峡工程汛期及汛末防洪调度和提前蓄水，压缩了变动回水区河段汛后退水冲刷时间和力度，引起泥沙累积性淤积，呈现出“淤滩冲槽”的演变趋势[7]。

2007—2018年窎鱼嘴浅区3 m等深线(图3)呈持续扩展趋势，其中2007年3月至2014年3月，头部冲刷后退、尾部淤积后延，整体宽度及长度均有所增加；2014年3月至2018年3月，浅碛右缘向河心淤展明显，淤展宽度约10～22 m，碛尾向下游延伸约30 m，至2018年8月，浅碛尾部继续淤积外延，挤压右侧航槽，使航线更加弯曲。同时浅碛碛脑位置2007—2014年基本保持稳定，左汊入口满足3 m水深宽度约95～120 m，但2014年—2018年3月淤积明显，出现浅梗，左汊入口3 m等深线断开，最浅点水深1.2 m，较2014年同期淤高约2.2 m(图4)。河段内除浅区持续淤积外，右侧深槽呈持续冲刷下切趋势，2014—2018年，深坑平均高程降低约15 m，导致右岸汊道吸流增强，主流右移，进一步加剧了江心浅碛的淤积展宽。

图3 浅滩3 m等深线变化Fig.3 Variation of the shoal’s 3 m isobath

图4 2014—2018年浅滩冲淤分布Fig.4 Sediment distribution from 2014 to 2018

综上，由于窎鱼嘴浅滩存在持续淤积扩展趋势，一方面挤压右侧航槽，导致航宽及弯曲半径不足，另一方面影响左侧航槽的进流条件，导致进口处淤积出浅。加之下游深槽的持续冲刷下切有可能进一步加剧航道的恶化，若不及时维护，可能会导致枯水期航道尺度不足。

4.1.2 与年度水沙输移趋势的适应性

受三峡水库蓄水影响，变动回水区水位每年的10月中旬至次年4月上旬水位抬高，其他月份恢复天然径流状态。2018年汛期寸滩站共出现6次洪峰过程(图5)[6]，洪峰陡升陡降，持续时间短，峰值较大，年内流量、水位基本同步。最大洪峰出现在7月中旬，达到57 100 m3/s，此时三峡水库实施防洪调度，抬高水位，坝前平均水位达150.8 m，比汛限水位高5.8 m，汛期最高水位为156.76 m(7月21日)，坝前蓄水高水位与上游洪峰来流结合，上游输移泥沙可能会有大部分落淤到库区；主汛期8月三峡水库持续实施防洪调度，坝前水位较高，月平均水位达152.4 m，比汛限水位高7.4 m，9月上旬三峡水库进行175 m试验性蓄水，至10月31日水库坝前水位达到175 m，累积水位上升22 m，均不利于泥沙冲刷。

图5 寸滩站2018年6—8月流量水位变化过程线[6]Fig.5 Process lines of flow rate and water level at Cuntan Station from June to August, 2018[6]

根据浅滩“洪淤枯冲”的规律，2018年汛期洪峰流量大持续时间长，导致大量泥沙落淤在浅区，而汛后三峡水库的防洪调度和试验性蓄水，又不利用泥沙冲刷下移。因此，从年度水情考虑，枯水期浅区航道条件趋于恶劣，需提前考虑维护疏浚工作。

4.2 施工时机合理性分析

4.2.1 疏浚时机合理性

长江上游航道航槽普遍较窄，通航密度大，过往船舶密集，施工与通航矛盾突出，因此施工时段需避免选取在水位较低的时间，以缓解施工与通航的矛盾[8]。对于变动回水区河段，利用汛后三峡水库蓄水水位抬高时施工即可保障施工水位和通航要求，10—12月份窎鱼嘴滩段逐渐受三峡蓄水顶托，成为库区河段，此时上游来流减小、流速减缓，可确保施工和通航安全。

此外，汛后施工避开了泥沙落淤时间，充分利用了汛末水流的自然冲刷能力，可以达到“事半功倍”的效果。

4.2.2 设计变更的合理性

窎鱼嘴浅滩单项设计报告于2018年9月完成，设计及施工图采用2018年8月实测航道测图，10月下旬工程施工。长江上游典型的“洪淤枯冲”特性导致洪水期泥沙在浅滩段落淤，但一般情况下汛后大部分落淤泥沙会被冲刷带往下游。利用汛期河道地形进行疏浚设计，可能会增加设计的工程量。由于航道疏浚项目市场化对设计、施工、监理等各环节的要求，疏浚方案的设计时间较施工时间均会提前，因此，需要在施工过程中进行动态管理，及时对疏浚方案及施工组织设计进行相应必要的调整和变更，以适应外部条件的要求。

在窎鱼嘴浅滩维护性疏浚施工过程中，对疏浚部位和疏浚工程量均进行了变更，一方面充分考虑了河段通航、禁采期等管理要求；另一方面通过对河道水下地形的观测确定能够满足枯水期航道维护尺度。尽管设计变更后并没有影响疏浚效果，但在之后的工程中应充分考虑施工中可能遇到的问题，如禁航施工所需要的船舶停泊等候区域，施工面临的环境保护、鱼类保护等要求，提前谋划，统筹推进。

4.3 航道可持续性分析

目前，三峡水库蓄水已经15 a，经过了139 m蓄水、156 m蓄水及175 m试验性蓄水3个阶段，进入175 m试验性蓄水阶段后，汛末蓄水时间提前、水库高水位运行历时延长都会增大水库泥沙淤积[9]。库尾河段走沙能力主要受入库流量、含沙量、坝前水位等方面因素共同影响[10]，整体来看，变动回水区河段累积性淤积发展较缓，试验性蓄水以来，工程所处的变动回水区上段航道年内冲淤过程主要表现为：汛期与天然情况一致，汛后泥沙先冲(未受蓄水影响)后淤(受蓄水影响)，蓄水期基本稳定，消落期冲刷。随着消落期坝前水位逐渐消落，水库自上而下逐渐进入天然航道，水动力条件逐渐加强，泥沙逐渐开始冲刷下移，河段主要表现为冲刷，此时如果长江上游来流不大，淤积泥沙冲刷不完全，挖槽回淤，影响维护疏浚工程的实施效果，造成航道尺度不足。

此外，窎鱼嘴浅区位于弯道凸岸，天然情况下，弯道演变遵循凸岸淤积，凹岸冲刷的规律，即窎鱼嘴边滩存在持续淤长的趋势。而上游水库群的梯级调度和三峡水库汛期提前蓄水等[11-13]，将进一步改变库区水沙情势，河段下游大沙坝的采砂活动[14]也将导致河床边界条件产生变化，以上因素均会导致航槽不稳。此次维护性疏浚工程并未改变河段的水沙条件和边界条件，因此，仍需对该区域加强观测和分析，尤其是汛后冲刷期河道冲淤的观测，以便及时制定维护疏浚方案，确保航道维护尺度。必要时结合航道整治措施，修建航道整治建筑物，强化束水攻沙力度，减少泥沙回淤，维护航槽的稳定[15]。

5 结论及讨论

(1)窎鱼嘴浅滩近期存在持续淤积扩展趋势，挤压右侧航槽，影响左侧航槽的进流条件，加之年度汛期高水位持续时间长，泥沙大幅落淤，汛后三峡水库提前蓄水减弱了枯期冲刷力度，因此，对浅滩开展维护性疏浚与河道演变规律及水沙输移趋势是适应性的。

(2)疏浚时机选在汛后水库蓄水高水位，有效缓解了施工与通航的矛盾，并且利用汛后冲刷的规律达到了事半功倍的效果，疏浚过程中定期对河道水下地形进行测量，统筹考虑疏浚工作与外部因素关系，及时变更设计方案，整体来看，疏浚过程是规范合理的。

(3)由于疏浚工程仅在航道主槽局部进行，未改变引起河床演变的水沙条件及边界条件，因此，维护疏浚工程难以保证航道的稳定性和可持续性。今后仍需对该区域加强观测和分析，尤其是汛后冲刷期河道冲淤的观测，以便及时制定维护疏浚方案，确保航道维护尺度。

由于河床演变规律及水沙输移情势与天然情况有所不同，因此，疏浚滩段选择和方案制定应充分考虑蓄水后河道冲淤规律及水沙输移趋势。另外，长江上游航道狭窄，主城区河段通航密度大，疏浚时机的选择要统筹考虑河段水位条件及通航要求，也要尽量避免汛期施工，防止滩段泥沙大幅回淤。从窎鱼嘴浅滩的设计方案及其变更过程来看，长江上游尤其是重庆主城区河段，维护性疏浚工作需要统筹考虑通航要求、环境保护、鱼类保护等各方面要求，事前沟通协调工作比较重要。