浅谈赣江丰城龙头山枢纽以下航段碍航成因、整治措施及成效

刘立平，黄建宇

（江西省赣西航道事务中心，江西 宜春 336000）

赣江丰城龙头山枢纽至龙务洲航道里程约20公里，位于赣江中下游，上距赣江赣州水尺395 公里，下距南昌外洲水文站39.3 公里，航道现状等级为Ⅲ-（3），维护等级为Ⅲ-（3）。该航段以上河段都已渠化，以下河段属鄱阳湖湖区航段，故该航段是赣江三级通航的咽喉地。从上至下主要有龙头山滩、磨盘滩、小港口滩、大港口滩、罗汉石滩、龙务洲滩。

2005 年，南昌至樟树赣江三级航道整治开工建设，2007 年完工。完工后，该航段航道等级由整治前Ⅴ级提升到Ⅲ级，船舶通航能力由原来的500 吨级提高到1000 吨级，航道条件大大改善。

近年来，受丰城龙头山水电枢纽运行，水库蓄清排浑、水电站担任调峰负荷及人为采砂等因素影响，使下游河道发生较大的冲於变化，河床大幅下切，枯水期水位持续下降，最枯水位时该航段落差达到1.1 米，航道条件逐年持续恶化。同时由于河段中小港口滩、龙务洲滩局部河床覆盖层泥沙基本冲刷殆尽导致基岩裸露，航道条件明显恶化，枯水期水深不足，危及船舶航行安全，成为目前赣江Ⅲ级航道全线贯通的主要碍航瓶颈之一。

1 影响龙头山枢纽至市汊航段通航因素分析

1.1 龙头山枢纽下泄流量是影响该航段通航的主要因素

龙头山枢纽于2015 年开工建设，2019 年底基本完工。自2019 年以来，该枢纽开始蓄水发电，蓄水位一直在23.0m 左右。

龙头山水电枢纽电站投入运行后，特别是在枯水期水电站担任调峰负荷后，负荷高就开机发电增加流量，负荷低就关机减少流量。枯水期高时下泄流量在1500m3/s 左右，低时下泄流量在100m3/s 左右。电站下泄流量的不稳定性，致使下游水位变化幅度大。枯水期浅滩上的水深本来就小，再受电站调峰影响，扰乱了航道的相对稳定。整治前当下泄流量低于500m3/s 时，下游浅滩水深不满足三级通航条件，故行船经常被困堵在滩上滩下，不能即时过滩。

据统计，在2019 年丰城龙头山枢纽蓄水发电以前，该航段处于天然河段，龙头山枢纽下游丰城曲江码头最低水位如下表：

表1

龙头山枢纽蓄水发电后，丰城曲江码头最低水位如下表：

表2

从以上两个表数据分析，龙头山枢纽在没有蓄水发电以前（2013—2018 年），该航段处于天然河流状态，曲江码头最低水位在11.2-11.75 之间。在2019 年蓄水发电后，由于下泄流量不能保证，导致近三年曲江码头最低水位在10.6-10.7 之间，根据《江西省赣江龙头山水电枢纽工程通航安全评估报告（2015 年12 月）》，该枢纽运行后最小下泄流量为358 m3/s。

根据2020 年11 月至2022 年12 月龙头山枢纽下泄流量分析，当该枢纽下泄流量在400 m3/s 以下时，坝下水位在11米以下；当该枢纽下泄流量在400-500 m3/s时，坝下水位在11—11.5 米；当该枢纽下泄流量在500-700 m3/s 时，坝下水位在11.5—11.8 米，超过800 m3/s 时，水位在12 米以上。通过以上分析，龙头山枢纽在枯水期下泄流量，对该航段浅滩水深起主导作用，是影响该航段通航的主要因素。

图1 龙头山枢纽建闸后枯水期水位流量关系图（2020～2022 年）

1.2 前几年无序采砂，造成河床下切是影响该航段通航的人为因素

2007 年，该航段三级航道整治工程完成后，受无序采砂影响，该河段河床演变剧烈，破坏了原河床地质地貌。据江西省航务勘察设计院结合2003 年、2008年、2010 年、2012 年、2022 年五次测量资料和水文史料分析，该河段受采砂影响，河床演变剧烈，枯水位下降幅度4m 以上，河床平均下切5m 左右，枯水比降变陡，深槽大为萎缩，河势处于剧烈变化状态。在龙头山滩、磨盘滩、小港口滩、罗汉石滩、龙务洲滩，由于河床下切，覆盖层冲刷，部分河床下切深度已接近或超过临界深度，河床底质为礁板，严重影响航道的稳定和发展。随着采砂活动的限制，虽然河床演变变缓，但河床恢复需要一段相当长的时期。当流量一定，特别是在枯水期，河床下切将会导致明显水位下降，又会形成新的浅滩，这将大大降低航道通航能力。

1.3 降雨偏少和鄱阳湖水位是影响该航段通航不可预见的因素

近几年，受厄尔尼诺现象影响，极端天气频繁，降雨偏少，上面来水量减少，导致浅滩显露，水深不足。但也有例外，在2015 年丰水年，该段航道仅有6 天水深不足2.2 米。枯水期该航段受鄱阳湖水位影响较大，当鄱阳湖水位有顶托时，该航段水深良好。当鄱阳湖水位出现低水位时，该航段水位变幅较大。

1.4 船舶大型化，非标准化，超Ⅲ级航道标准运输是影响该航道通航效率的根本因素

在中洪水位时，水深条件良好，二、三千吨级甚至八千吨船舶都可自由进入丰城港。当枯水期来临时，由于企业和船民追求利益最大化，不愿过驳，甚至冒险超载，导致船舶搁浅。据我们对枯水期搁浅船舶调查，绝大多数是船舶超吃水配载导致搁浅。另外，丰城曲江码头一期工程设计货物吞吐量每年50 万吨，近2、3 年每年货物吞吐量都超过300 万吨，甚至达到400 万吨，远远高于设计标准，这是因为中洪水期大型船舶运输的结果。但在枯水期大型船舶、非标准化船舶空载时吃水均超2m，成为制约枯水通航效率的根本因素。

2 整治前该航段通航存在的主要问题

2.1 存在的问题

2021 年省高航中心对丰城龙头山枢纽以下航段磨盘滩、罗汉石滩进行的应急抢通疏浚，疏浚效果明显。2021 年最枯水位时，磨盘滩、罗汉石滩航道水深均在2.2米以上。由于龙头山水电枢纽下游河道近几年河床演变剧烈，上游来水量不足，枯水期水面线又下跌，导致龙务洲渡口上下游、小港口闸上下游、龙头山滩等碍航浅段显现，当曲江码头水位10.95 米时（黄海高程），龙务洲渡口上游浅段水深1.8 米，长约200 米，下游浅滩水深1.6 米，长约150 米；小港口闸上游浅段水深1.6 米，长约500 米；龙头山滩浅段水深1.5 米，上浅段约200 米，下浅段约400 米。以上三个浅段，原本都不碍航，但在2020 年枯水期开始出现散乱性浅段碍航。目前该三个浅段是制约该航段通航的主要浅段。

2.2 碍航成因及演变分析

龙头山水电枢纽运行后，低谷流量使库区下游河槽水位大幅下降，航槽变浅。受影响最严重的是水位降低，水面纵波变陡，航道演变加快，浅滩脊发育差。特别是在12 月-1 月低谷水位最低值时，水电站的调峰对不良类型的浅滩影响最大。

龙头山滩、小港口滩在2019 年以前一直满足三级通航标准，但自龙头山水电枢纽运行以后，龙头山枢纽至龙务洲航段处于频繁冲刷变化状态，导致该航段的洲滩多变，航槽不稳定，水深不足。

龙头山滩右岸是坝田，左岸是凹岸，因弯道凸岸受切割，凹岸弯顶上侧出现水下堆形心滩，形成新的碍航点。

小港口滩由于来流量减少后，滩脊坡降变陡。主流顶冲点上移，扫弯水较强，流速加大，流态紊乱，糙率降低，航道内因覆盖层冲刷殆尽，河床已至岩基。水深不足，流速流向多变，给船舶航行和航标设置带来不利影响。

大港口滩上游处于干支流交汇处，近年来由于悬移质增多，糙率增大，动床阻力大，致使造床系数高，凹岸有大量泥沙落淤，普遍淤积，深泓线偏移变窄。

罗汉石滩受局部冲刷和河床下切影响，由于地质原因，在航道上形成了一道长约300 米的“横坎”，在枯水期好似溢水坝，滩上游形成雍水，下游出现跌水，甚至“吊坎水”。

龙务洲滩受沿线河床下切、水位下降的影响，碍航特性突显。龙务洲航段碍航主要体现在两个方面：一是局部航道水深不足；二是罗汉石滩礁石拦断河道导致局部跌水影响通航安全。

龙务洲洲尾航段受大量挖砂影响，特别是官洲的挖失，使该河段形成了“喇叭”口。河型的变化，改变了河床边界条件，导致该航段分流比消失，纵比降变小，水流平缓，航道演变杂乱无序。由于水面宽阔，水流突变缓，每年在洪水期有大量悬移质淤积，悬移质在河床演变作用下，在航道内淤成一道动态的纵向泥沙淤积带，导致航道深泓线偏移，枯水期水深不足，弯曲半径不够。

3 航道整治工程方案及内容

3.1 整治工程方案

根据丰城龙头山枢纽至龙务洲航道通航存在的问题、碍航成因及演变分析，航道管理部门与设计单位经多次专题讨论、研究，提出了以下方案比选：

方案1：维持现状河床地形，通过增加枯水期龙头山枢纽下泄流量，使沿程航槽水深满足2.3m。经初步测算，该方案需保证龙头山枢纽下泄流量不小于950m3/s。

方案2：结合现状河床地形（小港口滩航槽底高程8.5m、龙务洲航槽底高程7.0m 控制），通过局部少量的疏挖，辅以上游龙头山枢纽下泄流量的调度，使沿程航槽水深满足2.3m。经初步测算，该方案需保证龙头山枢纽下泄流量不小于615m3/s。

方案3：不考虑龙头山枢纽下泄流量的调度，在80%、85%、90%、95%四级保证率流量下，通过工程措施实现Ⅲ级航道。

经初步测算，各方案主要工程量见下表：

表3 各方案主要工程量对比表

（4）针对上述各方案，由航道管理单位、枢纽管理单位等相关部门进行了讨论。从增大上游来流量的可行性、工程实施方案的经济性、工期合理性等方面进行了综合比选，确定了本次航道养护工程整治方式为加大上游来流量及整治措施（疏浚、炸礁）相结合，上游来流量取85%保证率天然流量，即上述方案3-3。

3.2 整治工程内容

根据比选成果，确定了本次航道养护工程整治方式为加大上游来流量及整治措施（疏浚、炸礁）相结合，上游来流量取85%保证率天然流量。

因此，本次航道养护工程设计边界条件为：上游来流量取85%保证率天然流量，下游水位采用该流量对应的水位。

本工程上起于赣江丰城龙头山枢纽船闸下引航道出口，下止于赣江丰城龙务洲尾，河段全长约20km，涉及龙头山滩、小港口滩、大港口滩、龙洲头滩以及龙洲尾滩共5 个浅滩。工程方案方案布置表如下：

表4 工程方案布置表

工程河段地理位置示意图如下：

图2

4 整治工程措施

4.1 整治工程技术措施

本次航道养护工程整治方式为加大上游来流量及整治措施（疏浚、炸礁）相结合，上游来流量取85%保证率天然流量。本工程采用综合历时曲线法计算得到龙头山枢纽坝址85%保证率流量值为581.4m3/s。

当上游来流量≥85%保证率流量时，通过实施航道整治工程实现Ⅲ级航道畅通；当上游来流量＜85%保证率流量时，联合调度龙头山枢纽、新干枢纽运行方式，分时段加大上游来流量（不小于85%保证率流量），以满足Ⅲ级航道通航尺度。

4.2 整治工程标准

工程河段现状按Ⅲ-（3）级航道标准进行维护，航道尺度2.2×60×480m（航深×航宽×弯曲半径）。

本次养护工程按Ⅲ-（3）级航道标准进行养护，考虑到工程河段多数为硬质河床，根据《内河通航标准》增加硬质河床富余水深0.1m，故航道尺度2.3×60×480m（航深×航宽×弯曲半径）。

4.3 设计水位

4.3.1 基本站设计水位

根据工程河段上下游水文（位）分布情况，选择下游赣江干流市汊站作为推求设计水位的基本站，由于龙头山枢纽坝址至市汊河段无支流汇入，近似认为龙头山坝址流量等于市汊站流量。

图3 市汊站水位-流量关系图（2015～2019 年）

由上述分析可知，近年来市汊站中枯水水位流量关系基本稳定，故选择2019 年作为水文代表年份，绘制“市汊站水位-流量关系曲线”，推求市汊站85%保证率水位。经计算，龙头山坝址85%流量值为581.4m3/s，对应市汊站水位为9.97m。

图4 龙市汊站水位-流量关系图（2019 年）

4.3.2 河段沿程设计最低通航水位计算

根据上述确定的龙头山坝址流量及市汊站水位组合，结合2021 年7 月全河道测图及2022 年工程区补测大比例测图，通过多个方案试验性模拟，得到既能满足水深要求，且开挖量较低的方案，工程前后设计最低通航水位见表5。

表5 工程前后设计最低通航水位成果表

4.3.3 航道整治底标高

本段航道按内河Ⅲ-（3）级标准养护，航道设计水深原则上按航道现状维护水深确定，即2.2m，由于工程河段工程区多数为硬质河床，根据《内河通航标准》，另取硬质河床富余水深0.1m，即工程河段航道设计水深为2.3m，设计河床底标高见下表：

表6 挖槽区设计河床底标高

表7 清礁区设计河床底标高

4.4 挖槽平面布置

4.4.1 规划航道走向

本次航线规划遵循“充分依托现有航道走向，尽量利用深泓”的原则，采用2022 年航道测图，对工程河段航道线进行规划，规划航道宽度60m，弯曲半径不小于480m。

4.4.1.1 龙头山滩、小港口滩

两滩段位于龙头山枢纽坝下，枯水河面宽度350～530m，大部分区域河床底质为岩石。历史上曾对该滩段进行了多次的疏浚、炸礁等整治，整治后起到一定的效果，航道条件有所改善，现状航道范围内河床标高多在8m～10m 左右。近年来受大规模采砂活动影响，赣江下游河床大幅下切，枯水水位持续下降，滩段内水深条件有所恶化。

该河段边滩交错分布，受边滩控制，河段内深槽上段（龙头山枢纽近坝段）偏居于左岸，坝下里程约3.5km（新越沥青公司附近）处开始向右岸过渡，至坝下里程约6.2km（小港口闸附近）处贴右岸前行。规划航线依托深槽布置，上段对接龙头山一线船闸后，由左岸深槽逐渐过渡至右岸深槽。

图5 龙头山滩、小港口滩规划航线布置图

4.4.1.2 大港口滩

该河段河势微弯，左岸边滩大片发育，主流和深槽居于右岸，枯水河面宽度300～650m。规划航线依托深槽布置，贴右岸前行。

图6 大港口滩规划航线布置图

4.4.1.3 龙务洲河段（龙洲头滩、龙洲尾滩）

该河段河面首尾宽，中段窄，呈“哑铃”状。中段罗汉石附近沿河道走向约有200m 长河床表层为基岩，近年来随着赣江下游枯水水位的下降，岩质河床难以冲刷，罗汉石附近航道水深不足，成为主要碍航瓶颈之一。

该滩段入口左岸边滩分布，深槽居于右岸；受右岸龙务洲高滩的控制，深槽逐渐向左偏折，于窄段向右贴高滩前行；至洲尾，河面开阔，深槽再次偏向右岸。规划航线依托深槽布置，自右岸过渡至左岸后，再次折向右岸。

图7 龙务洲河段规划航线布置图

4.4.2 整治工程平面布置

规划航道范围内设计水位下水深不足2.3m 的区域为疏浚区和清礁区。按照此标准，共布置4 条疏浚挖槽和10 条清礁挖槽，总长4831m。各滩段分布情况如下表：

表8 各滩段挖槽分布表

表9 各滩段清礁区分布表

4.5 挖槽断面设计

4.5.1 挖槽纵坡

挖槽纵坡根据工程后沿程水面线纵坡确定，各滩段挖槽纵坡均为平坡。

4.5.2 挖槽横断面

4.5.2.1 槽设计深度

H=H设=2.3m

式中：H— 挖槽设计深度（m）；

H设—航道设计水深（m）。

4.5.2.2 挖槽设计宽度

根据确定的Ⅲ-（3）级航道养护标准，航道宽度为60m，故挖槽设计宽度确定为60m。

4.5.2.3 挖槽设计边坡

根据地质钻探资料和《疏浚与吹填工程设计规范》，疏浚河段河床质以圆砾为主，挖槽设计边坡可采用1：2～1：5。考虑挖槽开挖深度和挖槽长度，挖槽边坡按1∶3 控制。

4.5.2.4 挖槽设计断面

挖槽设计断面如下图。

图8 挖槽断面图

图中：实线为设计断面，虚线为工程量计算断面。

H -挖槽设计深度；

B -挖槽设计底宽；

M -挖槽边坡系数；

Δh、Δb-分别为工程量计算超深和超宽。疏浚河段河床质以圆砾为主，拟选用抓斗挖泥船进行疏浚开挖。根据《疏浚与吹填工程设计规范》要求，4 方抓斗挖泥船超深、超宽取值分别为0.5m、4.0m。

4.6 清礁断面设计

4.6.1 纵坡设计

清礁区纵坡根据工程后沿程水面线纵坡确定，各滩段挖槽纵坡见下表：

表10 清礁区设计纵坡

4.6.2 清礁横断面设计

4.6.2.1 清礁设计深度

如前所述，清礁设计深度按设计最低通航水位以下2.3m 考虑。

4.6.2.2 清礁设计宽度

与设计航道宽度保持一致，确定为60m。

4.6.2.3 清礁设计边坡

根据地质钻探资料，炸礁河段河床质为礁石，Re=2.3MPa，根据《疏浚与吹填设计规范》，设计边坡可采用1：1.5～1：2.5。考虑到本工程清礁厚度普遍较小，故本次设计边坡采用1∶2。

4.6.2.4 清礁炸礁设计断面

清礁设计断面如下图。

图9 清礁断面图

图中：实线为设计断面，虚线为工程量计算断面。

H -清礁设计深度；

B -清礁设计底宽；

M -清礁边坡系数；

Δh、Δb-分别为工程量计算超深和超宽。根据《疏浚与吹填工程设计规范》，挖岩、清渣的计算超深、超宽值可取为1.0m、4.0m。考虑内河小型施工设备施工超深、超宽可适当减小，本工程计算超深、超宽值取为0.5m、4.0m。

5 整治工程效果

5.1 浅滩水深整治效果

整治工程自2022 年7 月开始施工，11 月底基本完工。12 月10 日全段单波束扫测验收通过，12 月15 日硬式扫床验收合格。整治工程完工后，2022 年12 月31日上午08 时龙头山枢纽：坝上水位24.13m，坝下水位11.17m，下游曲江码头水位11.0 米（接近设计最低通航水位11.1 米）。入库流量：554m3/s，出库流量：554m3/s（接近85%通航保证率龙头山枢纽下泄流量563m3/s），其中机组出库流量：554m3/s，闸门出库流量：0m3/s（闸门开0 孔）。经赣西通航办巡查科人员实测，当曲江码头水位11.0 米时，龙头山滩航道水深最低浅点2.4 米，小港口滩航道水深最浅点2.3 米。龙雾州渡口处航道水深最浅点2.5 米，龙雾州尾航道最浅点水深2.5 米，水深大于三级通航标准，整治超过预期效果。

5.2 水面线整治效果

2022 年12 月6 日，江西省航道工程局工程处、赣西航道事务中心通航办对龙头山滩至龙务洲滩上午8 时瞬时水位进行监测，曲江码头水位13.2 米，龙务洲滩水位12.9 米，落差30cm，比降为0.015‰。

从水位监测结果得出结论，整治后枯水期水面比降明显变缓，水流平缓，落差变小。

5.3 航道通航效果

2022 年11 月26 日，龙头山滩、小港口滩整治工程扫床验收合格，11 月29 日下午2 时，曲江码头水位11.10 米（设计最低通航水位），航道整治工程后的小港口滩迎来了两艘煤炭船和一艘集装箱货船首航，经过近1个小时的航行，3艘货船顺利驶过小港口滩，磨盘滩、龙头山滩，到达曲江码头，标志着丰城龙头山滩，小港口滩整治效果明显。