周天河段航道整治工程對荊江右岸堤防的影響

劉明忠 ，楊夢云，2 ，張根喜

(1.湖北瑞洪工程管理有限公司，湖北 荊門448156；2.荊州市長江河道管理局公安分局勘測設(shè)計院，湖北公安434300；3.荊州市長江河道管理局，湖北荊州434000)

0 引 言

長江周天河段上起郝穴，下至古長堤，全長28 km，該段航道整治工程采用在九華寺以下建5道潛壩，使河道經(jīng)郝穴磯頭放寬處后，主流從九華寺開始過渡到右岸的覃家淵一帶。另對原清淤應(yīng)急工程中的Y1#、Y2#護灘建筑物加長，再在其上游建Z6#、Z7#兩道潛壩，主要作用是封堵蛟子淵心灘左側(cè)的深槽及抬高蛟子淵邊灘，使蛟子淵邊灘成為一完整高大的邊灘(見圖1)。主要通過潛壩、護灘帶兩種工程類型達到控導的目的。潛壩采用堆石壩結(jié)構(gòu)型式，壩體、壩頭采用全拋石結(jié)構(gòu)，用D型排護底，Z7#壩根做接岸處理；護灘帶采用D型混凝土塊軟體排守護[1]。

由于荊江右岸的荊南長江干堤和南五洲崩岸在荊江兩岸的整治中，無論是防洪還是航運皆屬于從屬地位，長江科學院對此航道整治控導工程的防洪評價[2]主要側(cè)重于對荊江左岸荊江大堤的影響分析，對荊江右岸堤防的影響分析并未詳細敘述，荊南長江干堤是荊江分洪區(qū)圍堤的一部分，南五洲則是荊南長江干堤的防洪屏障，鑒此，本文擬就周天河段航道整治控導工程對荊江右岸堤防的影響加以論述。

圖1 周天河段航道整治控導工程及典型斷面布置示意圖

1 河道基本情況

分析河段的范圍上起楊家廠，下至古長堤，其中荊65(楊家廠)—荊84(鄭家河頭)屬公安河段郝穴河彎，該段河道屬上荊江一部分，為彎曲分汊性河道，沿程兩岸主要有采石洲、七姓臺邊灘、戚家臺邊灘、九華寺邊灘、周公堤邊灘，蛟子淵邊灘等。楊家廠—郝穴為束窄河段，河寬750 m～900m，郝穴—新廠段河寬逐漸擴大到1 620m，河道內(nèi)南五洲長約24 km，寬約3 km，地面高程32.0 m～38.0 m(黃海高程)，洲上建有民堤及居民點，左汊為主汊，右汊黃水套僅在中、高水位時才通流，最大過流量300 m3/s，分流比不到1%。

1.1 水文泥沙特征

分析河段內(nèi)的水沙主要來源于上游干支流。洲灘在江口以下為純沙質(zhì)，而水下床沙在郝穴以下河段為純沙質(zhì)級配[3]。河道水沙特征呈如下特點:由于三口分流的原因，上荊江水沙量沿程減少；受各種自然和人為因素影響，藕池口分流分沙歷年呈遞減趨勢；由于郝穴以下河段汛期受洞庭湖出流頂托影響，郝穴以上河段各站水位年變幅沿程遞減，郝穴以下河段水位年變幅沿程遞增，且越接近洞庭湖口所受頂托越強，水位變幅也越大。

1.2 地質(zhì)及河床邊界條件

該段河床由沖積層組成，河底上層為粘土與砂壤土組成，中層為中、細沙層，最下層為卵石層。郝穴河彎左岸的粘性土層厚度比南五洲大，一般超過10 m，且土質(zhì)組成比南五洲好。該段河岸以粉質(zhì)壤土為主，局部有砂壤土，粉細砂、粉質(zhì)粘土，由于近期河勢的演變，部分堤段或迎流頂沖，或受對岸磯頭群挑流及邊灘之影響，河道深泓線逼近，江水環(huán)流側(cè)向侵蝕，造成堤腳嚴重沖刷，雖有部分堤段進行了護岸，但因處理不徹底，目前仍存在坡腳淘蝕，坡面下沉，崩岸等現(xiàn)象，其中以覃家淵、草房關(guān)、胡汾溝、黃水套最為險要。

1.3 現(xiàn)有水利工程及險段基本情況

該段河道右岸為荊江分洪區(qū)圍堤之荊南長江干堤，屬國家二級堤防。自荊南長江干堤加固工程實施以來，黃水套—鄭家河頭一帶實施了護岸工程，南五洲覃家洲、草房關(guān)一帶僅有零星的砌石護岸。主要的水利及碼頭設(shè)施有南五洲水閘取水口，黃水套新閘、黃水套水文觀測站、南五洲磚瓦廠簡易碼頭，黃水套分洪專用滑坡式碼頭，黃水套渡口等。

黃水套—鄭家河頭險段上起柳梓河出口，下抵吳量庵泄洪口，樁號615+460—620+775，長 5 315 m。該段江面寬闊順直，河道深泓線擺動頻繁，河床沖淤變幅較大，現(xiàn)灘寬最窄處僅18 m，目前僅初步控制住岸線的進一步崩坍。

戚家臺—胡汾溝險段上起新江村，下抵農(nóng)豐村，樁號23+000—32+500，長9 500 m。1957年開始北岸流速滯緩，泥沙開始淤積，洲灘形成并日漸擴展增高，河泓不斷南移，南岸連年崩塌。1960年以來曾19次退堤，退堤長度16 km。至2011年止，每年均有崩岸發(fā)生，目前僅初步控制住岸線的進一步崩坍。

1.4 近期河床演變

長江科學院曾在其分析河段內(nèi)布設(shè)了11個斷面(見圖1)，經(jīng)對河段右岸有一定影響的5#斷面—7#斷面的分析，5#斷面—7#斷面右岸的近岸河床近年來總體上呈沖刷狀態(tài)，其中5#斷面右岸的近岸河床沖刷，6#斷面右岸近岸河床呈單向下切型，7#斷面右岸近岸河床則呈沖淤交替。覃家淵、張家榨、草房關(guān)受主流的沖刷及側(cè)向侵蝕影響較大，草房關(guān)—胡汾溝一帶的近岸河床除尚處沖刷期不容忽視外，蛟子淵邊灘及新廠邊灘的淤長也將對其產(chǎn)生一定的負面影響[4]。

2 航道整治工程對河道右岸的影響

2.1 航道整治工程的水位影響

根據(jù)長江科學院的平面二維水流數(shù)學模型[2]分析，在防洪設(shè)計洪水位流量下，最大壅高值1.8 cm，Z1#—Z5#潛壩影響范圍上游250 m，下游100 m，Z6#—Y1#壩及Y2#護灘帶影響范圍上游500 m，下游250 m，此壅高值對右岸的防洪影響甚微。

2.2 航道整治工程的流速影響

長江科學院的分析[2]表明，在整治水位流量下，工程右側(cè)工程掩護區(qū)外流速增加，流速增加值一般為0.01 m/s～0.2 m/s，最大增加值為 0.31 m/s，Z1#—Z5#潛壩流速影響范圍上游400 m，下游1 300 m，Z6#—Y1#潛壩、Y2#護灘帶的流速影響范圍上游1 500 m，下游1 100m，在此流量條件下，河道主槽流速增大，增加值一般為0.01 m/s～0.1 m/s，右岸流速增加值一般為0.01 m/s～0.05 m/s，對右岸的防洪影響不大。

2.3 河道深泓線的變化

三峽水庫蓄水后，荊江河段將處于長時段沖刷，深槽沖深，可能使護岸段近岸岸腳沖刷，灘槽高差加大，岸坡逐漸失穩(wěn)，以致發(fā)生崩岸險情[5]。根據(jù)南京水利科學研究院的動床模型試驗[6]，該工程實施后，過渡段的下段穩(wěn)定在覃家淵—張家榨一帶，結(jié)合郝穴磯頭群、Z1#—Z5#潛壩的挑流作用，河道深泓線將進一步向右岸偏移，頂沖點也將上提到戚家臺下游附近，在Z6#—Z7#潛壩及Y2#護灘帶的綜合影響下，河道深泓線則向草房關(guān)-胡汾溝靠移，尤其是草房關(guān)將和覃家淵一樣受到頂沖、下切及側(cè)向侵蝕的多重影響。

2.4 邊灘的變化

三峽工程蓄水運用后，黃家臺至鄭家河頭一帶邊灘仍存在遭沖刷的可能性[7]。南京水利科學研究院主要對蛟子淵邊灘做了動床模型試驗，試驗結(jié)果[5]表明，該工程實施后，蛟子淵灘頭呈現(xiàn)緩慢淤積的態(tài)勢，30 m線灘頭上延1 600 m，這將加劇對張家榨-草房關(guān)的沖刷，蛟子淵邊灘的淤長有利于新廠邊灘的發(fā)育，從而加劇對黃水套—鄭家河頭的沖刷。

3 航道整治工程對右岸影響的綜合評價

3.1 航道整治工程對右岸近岸河床的影響

該河段航道整治工程5道潛壩的作用，使主流從九華寺開始過渡到右岸的覃家淵一帶，隨著河道主泓線進一步南移，頂沖點上提，戚家臺下游—胡汾溝的沖刷加劇，尤其是覃家淵—草房關(guān)受到較大影響，新廠邊灘的發(fā)育也增加了黃水套—鄭家河頭河床的不穩(wěn)定因素。

3.2 航道整治工程對右岸岸線及護岸工程的影響

(1)該河段內(nèi)右岸土體結(jié)構(gòu)松散，抗沖刷能力差，在迎流頂沖、河道主泓線向右岸逼近的情況下，受水流的沖刷及側(cè)向侵蝕的影響和波浪的淘刷，覃家淵—草房關(guān)的岸線呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)6#斷面 2002年—2004年最大沖刷深度12.0 m，該河段航道整治工程運行期間將進一步對覃家淵—張家榨一帶的護岸工程造成不利影響，而對黃水套-黃水套護岸工程的影響則有待于根據(jù)其后的實測資料做進一步的評價。

3.3 航道整治工程對河道行洪的影響

該河段航道整治工程為低水整治建筑物，在防洪設(shè)計洪水條件下，修建潛壩減少過水面積最大為600m3，占工程前河道行洪斷面面積的3%，工程后河道水位和流速的變化主要在工程附近局部范圍，水位最大壅高值小于2.0 cm，不會對河道行洪產(chǎn)生明顯不利影響，但在汛期，由于主航道貼近右岸，大型船隊及船舶過往的波浪對右岸的堤坡及護岸工程產(chǎn)生一定的淘刷，對右岸的防洪產(chǎn)生不利的影響。

3.4 航道整治工程對右岸水利工程及設(shè)施的影響

該河段航道整治工程的主要作用是使主流從九華寺開始過渡到南岸，并使蛟子淵邊灘抬高成為一完整高大的邊灘，以滿足周天水道設(shè)計水位下的最小航道尺寸，該工程運行期間，不會造成右岸的淤積。對黃水套閘、黃水套分洪專用滑坡式碼頭、黃水套渡口的運用不會產(chǎn)生不利影響，但在主泓南移的影響下，對黃水套閘、黃水套分洪專用滑坡式碼頭的臨江面翼墻及其它設(shè)施有可能造成一定的沖刷從而導致個別部位的坍塌、損毀。

4 結(jié) 語

(1)周天河段航道整治工程的潛壩群和護灘帶雖屬低水整治，卻進一步改變了河床的自然邊界條件，在郝穴原有磯頭群及航道整治工程的潛壩和護灘帶的綜合作用下，受其挑流影響，河道深泓線將進一步向右岸逼近并加劇對右岸近岸河床的縱向下切和側(cè)向侵蝕及沿程沖刷，尤其是覃家淵—草房關(guān)受到的影響最大。應(yīng)對戚家臺—胡汾溝一帶采取加固防護措施，其中對覃家淵—草房關(guān)進行重點守護。

(2)護灘帶的構(gòu)筑將抬高蛟子淵邊灘并有利于新廠邊灘的發(fā)育，這將對黃水套—鄭家河頭的護岸工程產(chǎn)生不利影響，同時，黃水套閘及黃水套分洪專用滑坡式碼頭的進口段將受到一定程度的淘刷。

(3)該處航道整治工程的潛壩群，在防洪設(shè)計水位條件下對河道行洪無明顯不利影響，但在中、高水位期間，由于主航道貼近右岸，大型船隊及船舶過往的波浪也將對右岸的堤坡及護岸工程產(chǎn)生一定淘刷與沖擊。應(yīng)對戚家臺—胡汾溝及黃水套—鄭家河頭近岸河床進行常年監(jiān)測，出現(xiàn)不利因素時及時采取相應(yīng)工程措施。

[1]長江航道設(shè)計研究院.長江中游周天河段航道整治控導工程可行性研究報告[R].武漢:長江航道設(shè)計研究院，2004.

[2]長江科學院.長江中游周天河段航道整治控導工程防洪評價報告[R].武漢:長江科學院，2005.

[3]高志斌，陸玉琴，王春周.三峽壩下游荊江河段泥沙組成分析[J].水利與建筑工程學報，2009，7(4):105-108.

[4]楊夢云.論上荊江河控中南五洲崩岸整治的必要性[C]//董曉偉.長江堤防建設(shè)管理及護岸工程論文集.武漢:長江出版社，2006:254-261.

[5]段光磊，余文疇，龍 慧.荊江大堤護岸險工典型磯頭近岸河床演變分析[J].泥沙研究，2007，(6):32-38.

[6]南京水利科學研究院.周天河段動床模型試驗[R].南京:南京水利科學研究院，2004.

[7]姚仕明，黃 莉，洪 建.長江中游周天河段河床演變分析[J].人民長江，2006，37(7):50-53.