長江下游航道整治工程對(duì)河道防洪影響分析

張 楊 ，孔 民 ，張秀敏

（1.濟(jì)寧市洙趙新河管理處，山東 濟(jì)寧 272000；2.濟(jì)寧市梁濟(jì)運(yùn)河工程養(yǎng)護(hù)服務(wù)中心，山東 濟(jì)寧 272000；3.濟(jì)寧市水文局，山東 濟(jì)寧 272000）

1 引言

河道整治工程是指遵循河床演變的規(guī)律和河流動(dòng)力學(xué)原理?xiàng)l件下，在河床上修筑建構(gòu)筑物或者采取一定的措施引導(dǎo)水流，合理規(guī)劃工程各個(gè)環(huán)節(jié)，以促進(jìn)生產(chǎn)或者航運(yùn)的工程措施[1]。從古至今河流航道整治工程一直受到國家政府的高度重視，中國古代就提出了“順?biāo)?，因?shì)利導(dǎo)”的河流治理原則，新中國成立后我國更加重視河流航道整治工作，改善了內(nèi)河航運(yùn)條件，促進(jìn)河道沿岸居民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生活水平。航道作為重要的調(diào)蓄洪水河道，航道整治工程還應(yīng)該根據(jù)河流形勢(shì)，采取疏浚、筑壩、挖槽、炸礁等工程措施，改善通航水流條件，把防洪、行洪當(dāng)作重中之重[2]。

2 工程概況

江心洲至烏江河段上起東、西梁山，下至下三山，位于長江下游段，全長約56 km，平面形態(tài)兩頭窄、中間寬，呈藕節(jié)狀，江心洲河段全長約24 km，河段平面兩頭窄、中間寬，呈順直分汊狀，為江心洲至烏江河段的3個(gè)河段之一。江心洲左汊航道從東梁山以下沿彭興洲順直而下，為江心洲水道，然后沿左岸至小黃洲洲頭，經(jīng)小黃洲頭從何家洲與小黃洲間下泄過渡到小黃洲右汊，進(jìn)入馬鞍山水道。過渡段長約3 km，從左至右急劇轉(zhuǎn)折，形成上下兩個(gè)接近90°的急彎，見圖1。

江心洲河段河床為砂夾礫孵石質(zhì)，枯水期河面寬闊，汊道分流，航深僅為0.8 m～1.5 m淺灘，船舶難以順利通過。為了進(jìn)一步穩(wěn)定江心洲航道條件，加強(qiáng)河道防洪能力，采取了包括航道疏浚、切灘、裁彎取直及部分河段護(hù)坡護(hù)岸等在內(nèi)的航道整治工程措施，并對(duì)航道整治工程措施進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)和建議。

圖1 江心洲水道航道圖

3 航道整治工程措施

3.1 灘險(xiǎn)整治措施

江心洲河段共有礙航淺灘約5個(gè)，目前有2個(gè)保護(hù)良好。為達(dá)到既能提高枯水通航水深，又能沖刷淺灘起到防洪作用，采取基本不抬高洪水位，又能保護(hù)兩岸防洪大堤的措施。彭興洲江心洲左緣大堤是重點(diǎn)防洪險(xiǎn)段，初步設(shè)計(jì)左岸建堆石壩，由于河面寬度僅為637 m，大壩修建難度大，設(shè)計(jì)在該灘右汊采用其他建筑材料逐漸堆積至河灘左汊。江心洲心灘工程原左岸修建3座堤壩，右岸采用石塊平鋪?zhàn)o(hù)灘帶護(hù)岸，加固長度約4124 km，寬約88 m。護(hù)灘帶為混凝土塊軟體排加排上拋石組成，頭部邊緣拋防沖石防沖，為增加右岸堤前緣護(hù)袒，將水流動(dòng)力軸線擠向河中間，降低左岸堤壩增加右岸數(shù)量，保留原有護(hù)岸工程，提高江心洲心灘工程的抗洪能力。上何家洲與江心洲底部修建2條由混凝土塊軟體排和排上拋石組成的護(hù)底帶鋪塑垂直土工防滲膜。位于下游的下河家洲、小黃洲原設(shè)計(jì)采用走右汊且靠近右岸堤壩的單一疏浚工程方案投資成本低、可靠性強(qiáng)，但是增加河流流速，經(jīng)常沖擊堤壩，為保護(hù)右岸堤壩，選取航道走左汊的工程方案，將水流動(dòng)力軸線擠向河中間疏浚左汊，左岸三洲增加護(hù)岸長1600 m，采用平順護(hù)岸方式提高下游灘險(xiǎn)抗洪能力。

3.2 疏浚挖泥措施

江心洲河段下游沉積河灘中存在許多淤泥土、砂卵石等長期堆積的淺灘，灘險(xiǎn)整治需要遵循“疏浚為主，輔以護(hù)岸固灘”的原則。利用絞吸式挖泥船對(duì)堆積淤泥土進(jìn)行疏浚清除，若通過疏浚可以使灘岸穩(wěn)定，可增加疏浚挖槽數(shù)量，例如對(duì)下河家洲、小黃洲在原有15條增加疏浚挖槽的基礎(chǔ)上增加8條挖槽，疏浚挖槽方量近150萬m3，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建壩固灘，同時(shí)注意充分利用挖取的淤泥砂石，經(jīng)過加固處理可作為建筑基材，這對(duì)防洪堤壩具有重要意義，達(dá)到綜合利用的目的。

3.3 護(hù)岸與環(huán)境整治措施

江心洲河段護(hù)岸工程采用平鋪塊石固定岸線，可以達(dá)到保護(hù)堤腳前緣臺(tái)地，增強(qiáng)堤壩的抗洪能力，當(dāng)?shù)虊瓮獍杜_(tái)地較高時(shí)，采用平鋪塊石的護(hù)岸工程可以固定河道邊界條件，穩(wěn)定和改善航道條件，同時(shí)達(dá)到保護(hù)堤外臺(tái)地免受沖刷，保護(hù)周圍土地和建筑的作用，綜合作用顯著。

4 防洪影響的分析

4.1 對(duì)堤防滲流穩(wěn)定影響

江心洲河段修建河堤所采用的材料多為就近取土，由于河堤附近地層土體性質(zhì)一般，堤身材料與堤基淺層土體材料基本一致，土質(zhì)軟弱，結(jié)構(gòu)松散，施工過程碾壓不夠充分，在1998年洪水爆發(fā)時(shí)江心洲河段修建河堤發(fā)生多處管涌、散浸等重大險(xiǎn)情。河堤堤基土質(zhì)主要呈二元結(jié)構(gòu)狀態(tài)，上部為弱透水的粉細(xì)砂夾黏土層，下部為強(qiáng)透水砂土層，另一部分由各類的粘性土構(gòu)成。

結(jié)合江心洲河段地質(zhì)條件和以往險(xiǎn)情，在設(shè)計(jì)洪水位條件下，航道整治工程措施實(shí)施前，選取彭興洲江心洲東西兩側(cè)大堤2個(gè)河堤典型斷面（圖2）采用autobank軟件構(gòu)建大堤典型斷面滲流計(jì)算模型，進(jìn)行滲流穩(wěn)定性分析，彭興洲江心洲東緣08+321.5斷面和西緣08+335斷面地表地基滲流比降系數(shù)分別為0.73和0.81，此滲流比降系數(shù)不滿足穩(wěn)定要求，可見部分堤內(nèi)地表地基滲流不滿足工程設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性要求，通過修建混凝土塊軟體排護(hù)底帶鋪塑垂直土工防滲膜，航道整治工程措施實(shí)施后，根據(jù)autobank計(jì)算結(jié)果彭興洲江心洲兩側(cè)典型斷面地表地基滲流比降降至0.5以下，小于設(shè)計(jì)要求的滲流允許比降，滿足穩(wěn)定性要求，未修建護(hù)底帶鋪塑土工防滲膜的部位堤內(nèi)地表滲流比降相應(yīng)增大，堤防變得更加不穩(wěn)定。航道疏浚工程的實(shí)施對(duì)兩岸堤防滲流穩(wěn)定較為不利，采取鋪設(shè)塑土工防滲膜可有效提高堤防滲流穩(wěn)定性。

圖2 彭興洲江心洲典型斷面示意圖

4.2 對(duì)堤防邊坡、河道岸坡穩(wěn)定影響

現(xiàn)階段，隨著航道等級(jí)持續(xù)升級(jí)，河道來往船只更為頻繁密集，且船只的噸位不斷加大，船只運(yùn)行將進(jìn)一步加劇河道兩岸的沖刷，影響河岸穩(wěn)定。因此航道疏浚工程的實(shí)施對(duì)河道堤岸線穩(wěn)定和防洪堤防安全產(chǎn)生不利影響。江心洲河段河道及外灘相對(duì)狹窄，兩岸堤防地質(zhì)條件差，堤基底部為細(xì)砂層，在進(jìn)行疏浚挖泥工程措施完成后，如不嚴(yán)格控制，岸邊的外灘變得更為狹窄，部分位置外灘被挖除，變得無外灘，疏浚邊線緊鄰堤防外堤腳，尤其是心灘守護(hù)工程左岸河道岸坎線緊鄰堤防外堤腳，挖除外灘地，將會(huì)影響堤防及岸坡的穩(wěn)定，存在較大安全隱患。

對(duì)采取航道整治工程實(shí)施后江心洲河段進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析，選取彭興洲江心洲兩側(cè)大堤2個(gè)河堤典型斷面分別計(jì)算設(shè)計(jì)水位下降期、平灘水位下降期兩種工況，航道整治工程實(shí)施前，彭興洲江心洲東緣08+321.5斷面岸坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在設(shè)計(jì)水位下降期為1.214，小于設(shè)計(jì)允許最小值1.25，在平灘水位下降期工況條件下為1.056小于允許最小值1.15；彭興洲江心洲西緣08+335斷面岸坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在設(shè)計(jì)水位下降期為1.179小于設(shè)計(jì)允許最小值1.25，在平灘水位下降期工況條件下為0.983小于允許最小值1.15，2個(gè)斷面均不滿足抗滑穩(wěn)定要求。航道整治工程實(shí)施后2個(gè)斷面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于設(shè)計(jì)要求值，河床縱向平均穩(wěn)定性系數(shù)為1.73，橫向平均穩(wěn)定性系數(shù)為2.51，工程河段屬穩(wěn)定河段，在現(xiàn)有及未來一段時(shí)間內(nèi)，工程河道將持續(xù)保持穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。因此，江心洲河段航道整治工程對(duì)工程河段總體河勢(shì)及局部河勢(shì)穩(wěn)定將會(huì)產(chǎn)生有利影響[3]。

4.3 對(duì)河道行洪的影響

江心洲河道位于長江下游段，入江口與長江接近垂直，江水流度由快變慢因砂石土體堆積沉淀，引起淤積，同時(shí)水體在滲流力與摩擦力作用下使河道水體與長江中上游水流進(jìn)行水體交換，造成了航道內(nèi)部淤積，汛期受江水影響，江心洲河道與長江水體含沙量差異，造成河口段淤積。航道整治工程的主要目的針對(duì)航道河槽寬度或彎曲半徑不足處，通過切灘、疏浚等措施拓寬航槽。江心洲航道疏浚、挖泥措施實(shí)施后，加速了河水流暢性，增大了過水?dāng)嗝妫岣吡撕拥佬购槟芰Γ欣诤拥姥雌诘暮降佬泻榧芭艥?。但擴(kuò)大的斷面占行洪斷面的比重較小，因此對(duì)河道水位變化的影響也較小，但是護(hù)坡護(hù)岸措施減少整治工程措施及船行波對(duì)河岸及堤防穩(wěn)定帶來的影響，短期內(nèi)有利于河道及兩岸的穩(wěn)定，綜合使用航道整治措施對(duì)河道汛期行洪及排澇具有重要意義[4]。

4.4 對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定的影響

經(jīng)過調(diào)查江心洲航道整治歷史過程發(fā)現(xiàn)，在20世紀(jì)80年代左右，我國水利部門對(duì)江心洲前航道進(jìn)行過一次大規(guī)模整治治理，相比起以前的航道治理后航道線路路徑更為平直。此次的航道整治工程基本沿用了上世紀(jì)治理后的航道路徑，所采用的航道中心線與原河道深泓線基本一致，盡量維持河道原有的平面形態(tài)，在對(duì)江心洲河道狹窄、彎道水流頂沖段航道疏浚工程的實(shí)施和河岸防護(hù)的過程中，基本保持了現(xiàn)有河道的穩(wěn)定形態(tài)。對(duì)彭興洲江心洲兩側(cè)2個(gè)典型斷面河道穩(wěn)定性計(jì)算，河床橫向穩(wěn)定性系數(shù)為2.36，縱向穩(wěn)定性系數(shù)為0.326，經(jīng)計(jì)算此段工程整治河段處于穩(wěn)定中。在現(xiàn)狀的邊界條件下，江心洲航道整治河段仍然會(huì)保持長時(shí)間的穩(wěn)定狀態(tài)。可見，航道疏浚整治工程對(duì)江心洲航道工程河段總體及局部河勢(shì)穩(wěn)定性不會(huì)產(chǎn)生明顯不利影響。

5 結(jié)論及建議

以長江下游江心洲河道航道整治工程為背景，介紹了以灘險(xiǎn)整治措施、疏浚挖泥措施和護(hù)岸與環(huán)境整治措施為主的航道整治措施，通過對(duì)江心洲河道幾個(gè)典型斷面滲流穩(wěn)定性與堤防邊坡、河道岸坡的計(jì)算，分析河道整治工程對(duì)河道防洪的影響，得到如下結(jié)論:

（1）航道疏浚挖泥措施對(duì)江心洲兩岸堤防的滲流穩(wěn)定將產(chǎn)生不利影響，通過詳細(xì)地質(zhì)勘探，采用鋪塑垂直土工防滲膜的措施可以降低此影響，確保堤防穩(wěn)定和防洪安全。

（2）航道整治工程中疏浚挖泥可以達(dá)到拓寬理順航槽，增加河水的流暢性，同時(shí)可以增加河道過水?dāng)嗝鎸挾?，提高河道泄洪能力?/p>

（3）航道整治工程擴(kuò)大的斷面占行洪斷面的比重較小，對(duì)河道水位變化的影響較小，通過護(hù)坡護(hù)岸措施減少整治工程措施及船行波對(duì)河岸及堤防穩(wěn)定帶來的影響，有利于河道及兩岸的穩(wěn)定。