單純疏浚技術(shù)在長(zhǎng)江上游卵石淺灘整治中的應(yīng)用

何艷軍，馬李偉，何 旭，楊祥飛

（1. 長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，重慶401147；2. 重慶交通大學(xué)，重慶400074）

長(zhǎng)江上游宜賓至重慶河段，長(zhǎng)384 km，航道等級(jí)Ⅲ級(jí)，航道尺度2.7 m×50 m×560 m（水深×航寬×彎曲半徑），通航由1 000 t 級(jí)船舶組成的船隊(duì)［1］。長(zhǎng)江上游為典型山區(qū)河流，河道起伏曲折，寬窄相間，河床主要由卵石夾砂和巖石組成［2］。在寬谷河段，邊灘較為發(fā)育，在某些特殊放寬段，更有心灘或江心洲形成。在這些河段內(nèi)，常有卵石淺灘出現(xiàn)［3］，尤其在兩反向彎道間的過(guò)渡段或較寬闊的順直段易出現(xiàn)過(guò)渡段淺灘。

過(guò)渡段淺灘的基本型態(tài)為上、下邊灘，上、下深槽與期間隆起的淺脊所構(gòu)成。根據(jù)淺灘不同的河床形態(tài)，過(guò)渡段淺灘可分為正常型和交錯(cuò)型兩種。正常型淺灘的上、下深槽尖端相對(duì)，多位于較順直的河段中；交錯(cuò)型淺灘的上、下深槽相互錯(cuò)開(kāi)一定距離，一般位于寬闊或不規(guī)則的河道中。

過(guò)渡段淺灘具有順直放寬的特點(diǎn)，因而汛期淤積，汛后雖有沖刷，但仍達(dá)不到水深要求，常需通過(guò)筑壩束水，以促進(jìn)淺區(qū)沖刷。正常型過(guò)渡段淺灘的水流較平順，淺區(qū)一般較短，主要是采取筑丁壩的整治措施，縮窄河床斷面，將主流挑入航槽，加大沖刷流速，以達(dá)到要求的航道尺度，例如川江的燕子磧、冰盤磧。而交錯(cuò)型過(guò)渡段淺灘淺區(qū)一般較長(zhǎng)，且河床彎曲，橫流大，流態(tài)壞，常需采用多種整治建筑物進(jìn)行綜合治理，例如川江的小米灘、秤桿磧。

1 淺磧子灘險(xiǎn)概況

淺磧子位于宜昌上游741.5 km，為一枯水淺灘（圖1）。該灘緊臨重慶港江津蘭家沱港區(qū)，處在一急彎河段，左岸有淺磧子卵石磧，淺磧子的頂部平均高程約為設(shè)計(jì)水位下1.5 m，枯水期小型船舶可在其上通行；在該灘的右岸有干壩子卵石磧，其頂部高程在設(shè)計(jì)水位上1～5 m。

該灘所在河段在平面上呈兩頭窄、中間寬的型態(tài)。在枯水期，灘險(xiǎn)上段的河寬約為450 m，中段河寬約為750 m，下段河寬約在270 m；在中水期，灘上段河寬近600 m，中段河寬約780 m，下段河寬約480 m，在洪水期，全灘段河寬均達(dá)800 m 以上。洪水期整個(gè)河段較寬，砂卵石容易淤積，而中枯水下段河床較窄，產(chǎn)生壅水，汛期淤積物不能全部沖刷，達(dá)不到要求的航行水深而形成過(guò)渡段淺灘。

該灘整治前灘段內(nèi)平均比降0.84‰，局部最大比降2.59‰。灘段內(nèi)最大流速2.1 m/s，平均流速0.99 m/s。

2 淺磧子礙航情況

淺磧子灘河床比較穩(wěn)定，僅在上游左岸的淺磧子和下游右岸的干壩子之間有一淺埂，最小水深僅為設(shè)計(jì)水位下2.5 m，不能滿足2.7 m 的設(shè)計(jì)水深，設(shè)計(jì)代表船型枯水通過(guò)本灘段需要減載通行。對(duì)多次測(cè)圖成果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該淺埂多年如此，其水深基本保持在2.5 m 左右。為了進(jìn)一步了解淺區(qū)河床質(zhì)，在此處進(jìn)行了地質(zhì)鉆探，從鉆探結(jié)果來(lái)看，該淺埂主要由較為緊密的大粒徑卵石、礫石構(gòu)成，卵石粒徑一般為20～50 mm，部分卵石粒徑達(dá)200～400 mm，水流很難對(duì)其進(jìn)行自然沖刷。由于該灘緊臨蘭家沱港區(qū)，來(lái)往船舶密度較大，且該河段船舶逐漸大型化，該淺區(qū)的存在，必然對(duì)船舶的航行、掉頭、靠泊構(gòu)成阻礙。

3 淺磧子整治方案

為了較好地解決淺磧子灘枯水期水深不足的礙航問(wèn)題，在工可研究階段進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型研究，主要考慮在進(jìn)行淺區(qū)疏浚的同時(shí)，在右岸建3 條丁壩以穩(wěn)定航槽疏浚區(qū)。數(shù)模計(jì)算結(jié)果表明，此整治思路是可行的［4-5］。

根據(jù)淺磧子灘實(shí)際的演變情況以及經(jīng)多方專家反復(fù)研究，該灘位于三峽工程175 m 蓄水位的變動(dòng)回水區(qū)末端，來(lái)水來(lái)沙條件復(fù)雜，認(rèn)為在右凸岸建設(shè)丁壩，整治建筑物不在主導(dǎo)河岸，不具理想的束水攻沙效果，即使有整治效果但并不會(huì)很明顯，且筑壩工程量也較大，不經(jīng)濟(jì)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)該灘卵石粒徑顆粒較大，歷史上未進(jìn)行過(guò)疏浚。因此，治理措施最后定為僅采用單純的疏浚技術(shù)對(duì)淺磧子和干壩子間的淺區(qū)進(jìn)行疏浚（圖1），為保證整治效果，考慮20 m 的備淤寬度和0.3 m 的備淤深度［6－7］，則疏浚挖槽寬度為70 m，疏浚深度為3.2 m，使其滿足Ⅲ級(jí)航道的通航標(biāo)準(zhǔn)。挖槽位置適當(dāng)偏右，疏?；€順應(yīng)主流與上、下深槽平順連接。工程疏浚123 300 m3。

圖1 淺磧子灘段示意圖及整治方案布置圖Fig.1 Sketch of Qianqizi shoal reach and regulation scheme layout

4 淺磧子整治效果分析

（1）整治后航行條件的變化。淺磧子灘2007 年采用單純疏浚過(guò)渡段淺區(qū)的治理方案后，通過(guò)測(cè)圖和實(shí)際運(yùn)行情況得知，航道水深達(dá)到3.2 m 以上，滿足設(shè)計(jì)尺度要求，設(shè)計(jì)代表船型枯水通過(guò)本灘段不再減載通行。

（2）整治效果分析。淺磧子灘整治后，疏浚區(qū)回淤量很少，目前疏浚區(qū)水深達(dá)到3.2 m 以上，淺區(qū)航寬航深均得到增加。經(jīng)與施工前比較，疏浚后，上深槽有所沖深，疏浚區(qū)上端處目前達(dá)3.3 m 水深，且向左側(cè)移動(dòng)，有由錯(cuò)口型淺灘向正常淺灘發(fā)展的趨勢(shì)。在疏浚區(qū)的左側(cè)也有約30 m 寬的區(qū)域滿足3.2 m 水深的要求。航槽內(nèi)水流流態(tài)較好，根據(jù)2007 年12 月測(cè)圖，枯水期測(cè)得疏浚區(qū)流速1.94 m/s，灘段最大流速1.98 m/s 左右，最大比降1‰，既能保證航槽的沖刷力度，又滿足灘段航行要求。

從整治的效果看，本灘雖然沒(méi)有采取丁壩等整治建筑物進(jìn)行整治，而只采用了單純疏浚技術(shù)，但是實(shí)踐證明，其整治措施是成功的、合理的。分析淺磧子灘的灘險(xiǎn)特征，主要是其淺區(qū)水深不足較小，河床質(zhì)卵石粒徑相對(duì)較大且緊密，多年相對(duì)穩(wěn)定，由此在設(shè)計(jì)階段只進(jìn)行了單純疏浚措施，實(shí)踐證明是成功的、合理的。

5 單純疏浚技術(shù)適用灘險(xiǎn)分析

長(zhǎng)江上游的過(guò)渡段淺灘中，采用單純疏浚技術(shù)的還有1987 年整治的水師壩淺灘［8］及2008 年整治的黑石磧卵石淺灘［9］。

5.1 水師壩淺灘的整治

水師壩位于宜昌上游778.5 km，系枯水淺灘。縱臥江中巨大的水師壩卵石磧，將江床分為兩槽。左槽水淺槽窄，枯水期不通航，右槽為枯水主航道（圖2）。由于水師壩磧腦淺嘴向江中延伸，進(jìn)口處水深不足，淺區(qū)長(zhǎng)達(dá)600 m，最小水深2.5 m，加之水師壩磧腦與右岸突入江中的對(duì)夾石對(duì)峙，航道彎窄，水流急亂?？菟?，水流在水師壩磧腦產(chǎn)生較強(qiáng)橫流，使磧腦淺段航槽日趨變淺，影響通航。

圖2 水師壩灘整治方案布置圖Fig.2 Regulation scheme layout of Shuishiba shoal

圖3 黑石磧?yōu)┱畏桨覆贾脠DFig.3 Regulation scheme layout of Heishiqi shoal

該灘枯水航深與設(shè)計(jì)水深相差不多，淺區(qū)不太長(zhǎng)，流速達(dá)到2.2 m/s，比降為0.5‰。為解決該灘水深不足問(wèn)題，1987 年對(duì)水師壩淺灘進(jìn)行了整治，整治方案為疏浚磧腦暗嘴，挖深拓寬航槽。施工后，消除了橫流、挑流，水流平順，淺區(qū)流速?gòu)恼吻暗?.2 m/s 增至2.4 m/s，水深增大，航槽穩(wěn)定。該灘從1987 年采用單純的疏浚整治后至今，航道水深一直滿足設(shè)計(jì)尺度要求。

5.2 黑石磧淺灘的整治

黑石磧?yōu)┥嫌魏拥垒^窄，河勢(shì)較為順直，汛期水流挾帶的泥沙在該灘兩岸的卵石磧頂和磧翅淤積，汛后水位下降，水流逐漸歸槽，汛期淤積的泥沙大部分被沖走，年際沖淤基本平衡，但若遇到來(lái)沙量較多的年份，灘段兩側(cè)的卵石磧將會(huì)出現(xiàn)較多淤積，從而造成次年有效航道尺度減小。工程實(shí)施前，枯水期“淺”是灘段主要的礙航特征。由于左岸小過(guò)兵灘磧頭和右岸黑石磧磧翅均向江中淤積發(fā)展，灘段滿足2.7 m 水深的航道寬度為35 m 左右，不能夠滿足Ⅲ級(jí)航道的尺度要求，上下行船舶過(guò)往容易在此處擦淺。

考慮到黑石磧?yōu)┒蔚K航淺區(qū)位置較為固定，河道順直，航道條件相對(duì)較好，礙航程度并不嚴(yán)重，為此確定整治方案是疏浚黑石磧和小過(guò)兵灘兩者伸入航槽的磧翅，拓寬加深航槽，同時(shí)考慮一定的備淤深度和備淤寬度（圖3），目的在于確保工程完工后航道尺度滿足Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)。工程疏浚32 900 m3。

實(shí)測(cè)地形資料和船舶適航試驗(yàn)成果均表明，工程實(shí)施后，航道水深增加，航道尺度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，水流條件也適合現(xiàn)行船舶航行。整治效果較好，達(dá)到了預(yù)期治理目的。

5.3 單純疏浚技術(shù)適用灘險(xiǎn)分析

單純疏浚技術(shù)指的是，不修建整治建筑物，而僅采用挖泥船或其他機(jī)具以及人工挖除礙航的卵石堆積物或淺磧，增加航道水深的措施［10-11］。通過(guò)疏浚，航道尺度即刻增加，通航條件即可改善，不需要大量的工程材料和人力，不會(huì)引起不良后果。

通過(guò)對(duì)上述3 個(gè)淺灘的灘險(xiǎn)特性及治理方案進(jìn)行分析和總結(jié)，得出適用于單純疏浚技術(shù)進(jìn)行整治的灘險(xiǎn)為：（1）主要為一般過(guò)渡段卵石淺灘，常位于卵石磧附近的淺區(qū)或2 個(gè)卵石淺灘之間的過(guò)渡段淺區(qū)；（2）淺灘位置河面較為寬闊，河床較為穩(wěn)定，多年來(lái)淺區(qū)位置相對(duì)固定；（3）淺灘礙航成因相對(duì)簡(jiǎn)單、礙航程度不大，水深雖不滿足要求，但與要求水深相差較小；（4）淺灘河床質(zhì)卵石粒徑相對(duì)較大且比較緊密，水流很難對(duì)其進(jìn)行自然沖刷。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）淺磧子灘在疏浚后，雖未采用筑壩的整治措施，但在經(jīng)過(guò)一個(gè)水文年后，疏浚區(qū)穩(wěn)定，且上深槽向下游和左側(cè)方向發(fā)展，有由錯(cuò)口型淺灘向正常淺灘發(fā)展的趨勢(shì)，這對(duì)該灘險(xiǎn)向消除淺區(qū)方向的發(fā)展非常有利。水師壩整治20 多年來(lái)，航槽一直保持穩(wěn)定，水深滿足要求；黑石磧?yōu)┰谑杩：?，雖未采用筑壩的整治措施，但在經(jīng)過(guò)一個(gè)水文年后，疏浚區(qū)穩(wěn)定，且上深槽向下游和左側(cè)方向發(fā)展，這對(duì)消除淺區(qū)非常有利。實(shí)踐證明，淺磧子、水師壩和黑石磧?yōu)┎捎脝渭兊氖杩４胧┻M(jìn)行航道整治，是成功的、合理的。

（2）針對(duì)礙航成因相對(duì)簡(jiǎn)單、礙航程度不大的一般過(guò)渡段卵石淺灘，如果淺區(qū)相對(duì)穩(wěn)定，灘段不是特別長(zhǎng)，河床質(zhì)卵石粒徑相對(duì)較大且緊密，可采用單純疏浚的技術(shù)對(duì)該淺灘進(jìn)行整治，以保持疏浚區(qū)的有效水深。

［1］GB50139-2004，內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］長(zhǎng)江航道局.川江航道整治［M］. 北京: 人民交通出版社，1998.

［3］余文疇. 長(zhǎng)江河道演變與治理［M］.北京: 中國(guó)水利水電出版社，2005.

［4］長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院.長(zhǎng)江干線瀘州納溪至重慶婁溪溝航道建設(shè)工程初步設(shè)計(jì)［R］. 重慶：長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，2004.

［5］重慶交通學(xué)院.長(zhǎng)江上游淺磧子灘險(xiǎn)航道整治數(shù)學(xué)模型研究報(bào)告［R］.重慶：重慶交通學(xué)院，2003.

［6］趙至舟. 長(zhǎng)江上游彎曲放寬河段卵石淺險(xiǎn)灘航道整治［J］. 港工技術(shù)，2010（4）: 29-32.ZHAO Z Z. Regulation Measures and Effect Analysis for Pebble Shoals in Bending and Widening Reach in Upper Course of Yangtze River［J］. Port Engineering Technology，2010（4）: 29-32.

［7］王高山，王平義，喻濤，等. 川江金鐘磧?yōu)┱涡Ч芯浚跩］. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（1）：124-129.WANG G S，WANG P Y，YU T，et al. Research on Regulation Effect of Jinzhongqi Shoal in Chuanjiang River［J］. Journal of Chongqing Jiaotong University：Natural Science，2011（1）：124-129.

［8］長(zhǎng)江重慶航道工程局勘察設(shè)計(jì)所.長(zhǎng)江重慶到宜賓河段灘險(xiǎn)整治情況資料集（1953-1999）［R］.重慶：長(zhǎng)江重慶航道工程局勘察設(shè)計(jì)所，2000.

［9］長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院.長(zhǎng)江干線宜賓合江門至瀘州納溪航道建設(shè)二期工程初步設(shè)計(jì)［R］. 重慶：長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，2007.

［10］何文社. 川江卵石推移質(zhì)輸移的隨機(jī)性［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（3）：17-20.HE W S. The Stochastic Nature of Gravel Bed Load Transport in Chuanjiang River［J］. Journal of Sichuan University：Engineering Science Edition，2005（3）：17-20.

［11］徐金環(huán).航道整治［M］.北京：人民交通出版社，2011.