雅鲁藏布江某裸露沙洲河段治理措施研究

诸 青，黄 伟

（长江河湖建设有限公司，湖北 武汉 430010）

雅鲁藏布江中游某宽谷河段内有大面积的沙洲，枯水期水流集中在沙洲间的枯水深槽内，河道内沙滩大面积裸露。地形和风场耦合形成狭管效应，强风情况下沙滩泥沙起动形成扬沙天气，沙尘严重时迫使附近机场的飞机无法安全起飞或返航，因机场周边扬沙导致飞机停飞或返航的事件几乎每年都会发生数次。扬沙天气也影响了当地人民群众日常的生产、生活，威胁人民生命财产安全，制约了地区经济社会的持续健康发展，也给西藏地区的国防安全留下了隐患。为落实国家治边稳藏方略，显著缓解机场周边的沙害问题，改善区域生态环境，促进民族团结，维护国家安全，支撑沿岸社会经济高质量发展，实施雅鲁藏布江中游某机场周边河道沙化应急治理是非常必要、非常迫切的。工程建设内容包括湿地面积846.7 hm2、生态治沙面积2 666.7 hm2、生态护岸8 段总长23.3 km，初步匡算工程投资约17.4 亿元。河段内裸露沙洲治理面积2 013.3 hm2，沙地治理率37.19%，河道内裸露沙洲占比由36.50%降至22.93%。此外，工程实施后，T8滩面可形成约1 506.7 hm2土地，遭遇5 a 一遇洪水时不会被淹没。

1 水文地质条件

1.1 径流泥沙

羊村水文站多年平均流量为933 m3/s，径流量为294亿m3，径流年内分配极不均匀，主要集中在6—10月，约占全年的80.1%；8月平均流量为3 100 m3/s，1—4月平均流量仅为252～283 m3/s，仅占8月平均流量的8.1%～9.1%。羊村水文站多年平均输沙量为1 512 万t，多年平均含沙量为0.51 kg/m3。羊村水文站年内输沙量分配也极不均匀，6—10 月输沙量占全年的97.8%，其余月份输沙量合计仅占全年的2.2%[1]。

1.2 设计洪水位

本次推荐采用《雅鲁藏布江流域综合规划》成果，确定羊村水文站100、50 a 一遇洪水流量分别为10 200、9 340 m3/s。对比工程区滩面高程以及不同频率洪水位可以看出，CS1 断面工程区滩面平均高程约3 569 m，与10 a一遇洪水位基本齐平；CS2断面工程区滩面平均高程约3 568 m，与30 a一遇洪水位基本齐平；CS3断面工程区滩面高程平均约3 566 m，与5 a 一遇洪水位基本齐平[2]。总的来说，工程区的滩面高程相对较高。

1.3 地质概况

工程区内雅鲁藏布江流向自西向东，河谷呈“U”形宽谷或较宽谷，为辫状河道，心滩、边滩发育，汊流密布，水流较平缓，水面宽200～400 m，洪水期最宽可达5 km；两岸Ⅰ级阶地或漫滩顺河向发育，规模大小不一，宽度为0.1～2.5 km。工程区内第四系地层广泛分布，主要为全新统新近冲积层（Q42al）粉细砂、砂砾（卵）石，部分为洪积层（Qpl）碎石土、冲洪积层（Qal+pl）碎石土、砂砾（卵）石及上更新统河湖积层（Q3hl）粉细砂、砂砾石。不良地质现象主要为崩岸、风沙侵害及冻融侵蚀。主要工程地质问题有抗冲稳定问题和饱和砂土液化问题。新建护岸工程岸坡工程总长10.36 km，岸坡稳定状态为工程地质条件差（D 类）为主。为此，应采取防护处理措施，对岸基上部厚度不大的粉细砂层可与清表结合清除，对厚度较大的粉细砂层根据需要采取夯实及必要的抗液化处理措施。

2 沙化成因及治理思路

2.1 沙粒运动基本原理

沙粒在重力、推力、升力共同作用下以震动、滚动、飞升、跳跃几种形式起动。地表沙粒由静止状态变为运动状态的临界风速约为4.5～5 m/s。沙粒蠕移运动（0.5～2.00 mm），约占总输沙量的20%～25%；跃移运动（0.05～0.50 mm），为风沙运动的主体成分，约占总输沙量的75%；悬移运动（一般＜0.05 mm），约占总输沙量5%以下，为沙尘暴（浮尘）的主要来源。输沙率影响因素有风力、粒径、地面粗糙度、地面斜度、湿度、植被盖度。

气流搬运的沙量约80%在0～10 cm 的高度内，约90%在30 cm 高度内。这对防沙工程设计具有重要参考价值。例如，沙障高于沙面20～30 cm 即可收到良好效果。引起扬沙的风向中，东风占33.3%，偏西风占38.4%，受偏东风和偏西风的影响最大；引起浮尘的风向中，偏东风占74.55%，受东风影响最大[3]。

工程区域全年风向以东风和西风为主，其中东风发生频率14.27%、西风发生频率10.00%；11—次年4 月风向以东风和西风为主，其中东风发生频率10.95%、西风发生频率12.53%，所以偏东（西）风对沙尘的形成影响较大。

受河段地质构造影响，上游峡谷段水沙进入宽谷河段后流速降低，泥沙持续淤积，枯水期径流集中在沙洲间的枯水深槽内，河段内形成了大面积的裸露洲滩；且河沙粒径小，以粉砂为主。雅鲁藏布江流域河床沙以极细沙为主（58%），为风沙灾害形成提供了最主要的物源，并以就地起沙的方式在河道北岸、江心洲、河漫滩和山麓地带形成沙地。大风来临时，河道洲滩均可能出现起沙现象[4]。

2.2 治理思路

由风沙运动学原理及沙化成因分析可知，防沙治沙须从沙粒状态和起沙的动力条件2 个方面入手，通过采取措施增加沙粒起动难度或降低风速进而控制风沙灾害。本着分阶段、分部位、优先治理的原则，本次试点工程（以下简称本工程），根据2亿元投资规模，结合《应急治理实施方案》，治理对象选择距离机场较近、沙地面积较大且治理对机场风沙灾害有明显效果的T8 洲滩先期开展工程措施部分。该河段总长度31 km，其中机场上游段14 km、下游段17 km。其横向治理范围为河道管理范围线内的区域，为后续的沙障、生物固沙等措施奠定基础。

2.3 河道演变分析

由于风沙运动影响，本工程河段总体呈缓慢淤积态势。长期来看，自然条件下，由于河道不断淤积，枯水期裸露的滩面面积将逐渐增大，河道沙化现象趋于严重，扬沙天数也呈增加趋势。受天然或人工节点控制，工程河段总体河势变化趋于稳定。

3 治理方案比选和工程设计

3.1 治理方案比选分析

治理方案工程分布如图1—2 所示，治理方案对比分析详见表1。

表1 治理方案对比分析

图1 方案1工程分布

图2 方案2工程分布

从与《应急治理实施方案》的衔接、保障工程治理效果的角度考虑，经过综合比较推荐方案2，但填方区具体的形态还需结合防洪、河势等要求进一步优化完善[5，6]。

3.2 工程主要类型和设计

3.2.1 疏浚工程

为保障疏挖区在枯水期也被水淹没、避免该区域泥沙被风吹起、减少扬沙天数，本次挖方底高程确定为设计枯水位，高程范围为3 561.49～3 564.92 m，疏挖方量为249.8 万m3。本工程疏浚区的土质以砂性土为主，根据《疏浚与吹填工程设计规范》（JTS181-5-2012），结合类似工程的经验，河道侧疏浚边坡设计坡比为1∶5。

3.2.2 土方填筑工程

249.8 万m3疏浚砂及护岸工程开挖料全部用于T8疏浚区北侧填筑，填筑区面积约473.3 hm2，填筑至5 a一遇设计洪水位，高程范围为3 563.88～3 565.3 m，填筑区边坡坡比为1∶4。

3.2.3 护岸工程

坡式护岸工程主要有干砌块石、浆砌块石、预制混凝土六方块、预制混凝土植生块、土工格栅石垫、雷诺石垫等形式。综合交通、经济、施工等多个因素，经过比选，生态护岸工程水上护坡采用格宾石笼挡墙结构。水下护脚形式主要有抛石、模袋混凝土、铰链排、格宾石笼等。经过比选，生态护岸工程水下护脚采用格宾石笼结构。根据施工总进度要求及施工特性，本工程施工程序一般遵循“先护坡，后护脚，最后路面”的原则[7]。

T8 洲滩回填是将回填区域外围区域疏挖，并用疏挖料回填抬高回填区，土方填筑工程量约256.99万m3。考虑到T8洲滩回填施工是在枯水期进行，且枯水期大部分疏挖区域位于设计枯水期水位以上，因此疏挖回填施工方式以挖掘机配自卸汽车挖运为主、链斗式挖泥船疏挖为辅。

（1）护坡设计。格宾石笼挡墙墙底高程位于设计枯水位以下0～0.5 m，墙顶高程与5 a 一遇洪水位一致。参考类似工程的经验，挡墙迎水侧设置为阶梯形状，每级台阶高0.5 m、宽0.5 m，背水侧采用直立边坡，墙高2 m 或2.5 m。单个格宾石笼的规格采用6 m×2.0（1.0/1.5）m×0.5 m（长×宽×高），本次设计格宾石笼充填块石粒径范围为0.10～0.25 m。挡墙基础位于承载力较差的砂土层，为确保墙体稳定，基础采用块石换填基础，换填厚度为0.5～2.0 m，平均厚度约1 m。块石料平均粒径范围为20～25 cm。护坡横截面，如图3所示。

图3 护坡横截面

为降低墙后土压力和工程风险，墙后填土选用含砾砂土回填。为保障T8洲滩的防汛交通，在护岸工程后方建设1条防汛便道，便道采用碎石路面，碎石厚度50 cm，路肩宽5 m，路面宽4.5 m。

（2）护脚设计。本工程拟建护岸工程护宽依据护岸范围内各断面水下地形情况具体确定，最小护宽为8 m，迎流顶冲段取10 m。参照已建类似的施工经验，格宾石笼厚度取0.5 m。设计水深取2.5 m，设计流速取2.5 m/s，经计算冲刷深度1.0 m，所需格宾石笼量为3.75 m3/m。本次设计水下最小护宽8.0 m，厚度0.5 m，方量最小4.0 m3/m，可以满足冲刷计算的要求。护脚格宾石笼钢丝网技术参数与格宾石笼挡墙钢丝网参数一致。

3.3 挡墙稳定计算

挡墙稳定计算工况分为3 种：①工况1：基本荷载组合，墙前水位与墙顶齐平，墙后水位与墙前水位相同；荷载考虑结构自重、水压力、土压力、基底扬压力以及坡顶汽车活荷载。②工况2：基本荷载组合，墙前水位与墙底齐平，墙后水位与墙前水位相同；荷载考虑结构自重、水压力、土压力、基底扬压力以及坡顶汽车活荷载。③工况3：特殊荷载组合Ⅰ，墙前水位由墙顶骤降最大墙高，荷载考虑结构自重、水压力、土压力、基底扬压力以及坡顶汽车活荷载。

在3 种计算工况下，按照抗滑稳定安全系数、抗倾稳定安全系数、地基应力计算公式计算挡墙稳定性[8]，具体数据详见表2。

表2 挡墙稳定计算成果

4 结语

本工程是《应急治理实施方案》中T8 洲滩生态治理的部分工程。本工程疏浚及土方填筑工程实施后，形成了面积约473.3 hm2的滩地，在遭遇5 a 一遇以下洪水时不会被淹没。根据《应急治理实施方案》，为减少扬沙天数，还应在473.3 hm2填筑区实施沙障、植树种草等治沙措施。因此，为达到减少沙化面积、降低扬沙天数、改善区域生态环境的目的，建议及时跟进本工程对应的生态治沙措施，以保障治沙效果。同时，工程区相关资料欠缺，为分析本工程效果，建议在本工程实施前后加强水文、泥沙、扬沙等的观测。另外，总结本工程经验，为后续《应急治理实施方案》其他区域治沙提供借鉴，确保投入取得实效。