淺談安徽省長(zhǎng)江河道崩岸特點(diǎn)與治理分析

方素麗

(安徽省長(zhǎng)江河道管理局,安徽 蕪湖 241000)

安徽省長(zhǎng)江干流上游與湖北和江西省交接、下游與江蘇省交界,流域面積6.6萬(wàn)km2,沿江分布安慶、池州、銅陵、蕪湖、馬鞍山等城市。根據(jù)山磯節(jié)點(diǎn)及支流匯入河口,長(zhǎng)江安徽段從上游至下游被劃分為13個(gè)河段。河道平面總體呈寬窄相間特點(diǎn),江心洲眾多,流態(tài)復(fù)雜、江中沙洲發(fā)育,多形成分叉河形,主支汊沖淤興衰,經(jīng)過(guò)多年治理,大部分河段河勢(shì)總體趨于平緩。近些年隨著三峽工程的投入運(yùn)行,長(zhǎng)江中下游水沙流態(tài)形式發(fā)生重大變化,來(lái)水來(lái)沙條件調(diào)整,河道崩岸險(xiǎn)情時(shí)有發(fā)生,對(duì)防洪安全、沿江經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成巨大威脅[1]。

1 崩岸概況

1.1 崩岸原因分析

崩岸影響因素復(fù)雜,根據(jù)相關(guān)研究,結(jié)合安徽省長(zhǎng)江河道水動(dòng)力條件,河床邊界條件,概括河岸崩塌的主要影響因素。

1)水流頂沖。長(zhǎng)江安徽段河道水流流態(tài)復(fù)雜,多形成分汊河形,其中鵝頭型分汊河段4個(gè),微彎分汊型河段7個(gè),分汊河段水流匯合頂沖形成強(qiáng)大的主流,河道其他位置又多束窄,導(dǎo)致主流頂沖河岸,極易引起強(qiáng)烈崩岸,如馬垱河段匯流頂沖江調(diào)圩就屬于典型的水流頂沖。

2)彎道環(huán)流。彎道環(huán)流易形成螺旋流,直接沖擊凹岸河床,如官洲、太子磯等鵝頭型分汊河段受彎道環(huán)流影響顯著。

3)來(lái)沙條件變化。根據(jù)大通水文站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),近20年來(lái),長(zhǎng)江河流含沙量已經(jīng)由0.479kg/m3下降到0.165kg/m3,減少了65.6%。由于清水下泄造成河道下切,使得坡腳沖深傾斜度和灘槽高差變大,河段岸坡穩(wěn)定性降低。

4)岸坡土質(zhì)組成。長(zhǎng)江安徽段河岸為二元地層結(jié)構(gòu),部分為土質(zhì)疏松的砂層結(jié)構(gòu),受彎道環(huán)流沖刷,迎流頂沖、回流作用,岸坡失穩(wěn)下降,易發(fā)生崩岸險(xiǎn)情。

5)人為因素。主要為人工采砂、河岸建筑以及近岸附加載荷對(duì)河流岸坡造成較大的應(yīng)力作用。

1.2 崩岸特點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),2002年以來(lái),安徽省長(zhǎng)江河段共發(fā)生崩岸17處,涉及崩岸長(zhǎng)度80.3km,從崩岸形式和危害程度來(lái)看,長(zhǎng)江崩岸條崩、窩崩及風(fēng)浪洗崩形式為主。

條崩一般反射在單一砂土或上覆黏性土較薄河岸段,表現(xiàn)為岸線(xiàn)條狀持續(xù)崩退,崩岸范圍大,危害程度高,如官洲河段,受東江和南夾江分流比增大,南夾江進(jìn)口段右岸水流貼岸沖刷,幸福洲一帶發(fā)生持續(xù)性崩岸。

窩崩主要發(fā)生在上浮黏土較厚位置,在水流頂沖或環(huán)流淘刷作用下易出現(xiàn)窩崩險(xiǎn)情,具體表現(xiàn)為岸線(xiàn)呈鋸齒形、圓弧形、口袋狀,危險(xiǎn)程度大。貴池河段左岸桂家壩渡口下崩窩為一類(lèi)典型的窩崩形態(tài),河岸全線(xiàn)發(fā)生連續(xù)的崩窩,表現(xiàn)為鋸齒形,。

風(fēng)浪洗崩通常發(fā)生在長(zhǎng)江中高水位岸灘部位,抗沖刷能力弱,中高水期受風(fēng)浪洗刷發(fā)生岸灘崩塌。風(fēng)浪洗崩的危害程度不大,但會(huì)造成大片土地塌落江中,一方面使得周?chē)继?、設(shè)施損毀,另一方面易引起河勢(shì)變化。

2 崩岸治理和河道整治

2.1 崩岸預(yù)警工作的開(kāi)展及預(yù)警級(jí)別劃分

2011年由安徽省防汛抗旱指揮部辦公室和省長(zhǎng)江河道管理局聯(lián)合發(fā)布預(yù)警信息,開(kāi)始進(jìn)行崩岸預(yù)警工作,為檢測(cè)、識(shí)別崩岸險(xiǎn)情的發(fā)生提供重要的技術(shù)支撐。根據(jù)崩岸發(fā)生的頻率,危害程度,將安徽省長(zhǎng)江崩岸預(yù)警級(jí)別劃分為3級(jí),各級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)及代表意義如表1。

表1 長(zhǎng)江干流安徽段崩岸預(yù)警劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 預(yù)警確定的方法與步驟

1)開(kāi)展崩岸調(diào)查。安徽省長(zhǎng)江河道管理局堅(jiān)持開(kāi)展河道監(jiān)測(cè)分析工作,監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度超過(guò)200km;每5年完成至少一次長(zhǎng)江安徽段1/10000長(zhǎng)程水下地形測(cè)量,掌握長(zhǎng)江安徽段河勢(shì)變化規(guī)律和趨勢(shì)。

2)預(yù)警分析。對(duì)崩岸區(qū)進(jìn)行巡查,組織技術(shù)力量對(duì)重點(diǎn)崩岸區(qū)進(jìn)行1/2000近岸水下測(cè)量,并采用代表性的年份測(cè)圖進(jìn)行套繪分析各險(xiǎn)工段近岸深泓、局部沖刷坑、岸坡變化及發(fā)展趨勢(shì)等,預(yù)測(cè)崩岸發(fā)生可能性大小。

3)預(yù)警建議。安徽省長(zhǎng)江崩岸經(jīng)過(guò)近幾年大規(guī)模的治理,總體河勢(shì)呈穩(wěn)定態(tài)勢(shì),但局部未護(hù)段或防護(hù)薄弱段,如廣成圩、桂家壩、成德洲、三壟圩段等仍呈沖刷態(tài)勢(shì),已發(fā)生崩岸或崩岸風(fēng)險(xiǎn)增加。

2.3 護(hù)岸方案比選

目前護(hù)岸型式主要為平順護(hù)岸和挑流式護(hù)岸,平順護(hù)岸對(duì)水流結(jié)構(gòu)改變小,是主要的護(hù)岸方法,文章推薦平順型護(hù)岸,以枯水位為界,護(hù)岸工程分為水上護(hù)坡和水下護(hù)腳兩類(lèi)。

2.3.1 水上護(hù)坡工程型式比較

水上護(hù)坡要求穩(wěn)定性高、抗水沙沖擊性強(qiáng),常用的護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式有漿砌石、干砌塊石、干砌混凝土塊等。從施工工藝、施工成本、工程性能比較不同水上護(hù)坡特點(diǎn)如表2所示?？梢钥闯?干砌混凝土預(yù)制塊護(hù)坡防護(hù)效果較好,材料來(lái)源廣,工程造價(jià)低;干砌石護(hù)坡抗沖擊性強(qiáng),工程造價(jià)低,但對(duì)原材料要求高,施工速度慢,通常用于干砌石護(hù)坡?lián)p壞的修護(hù)、加固工程;漿砌石護(hù)坡抗沖擊性強(qiáng),整體美觀,但工程造價(jià)高,原材料要求高,一般用來(lái)砌筑腳槽、封頂工程。

表2 水上護(hù)坡工程比較

綜合不同水上護(hù)坡型式特點(diǎn),結(jié)合安徽省長(zhǎng)江干流河岸地質(zhì)地點(diǎn)和護(hù)岸工程狀況,推薦采用干砌混凝土預(yù)制塊護(hù)坡型式,對(duì)于塊石護(hù)坡受損修復(fù),由于工程量相對(duì)較小,推薦采用干砌塊石護(hù)坡型式;其他段可選擇干砌混凝土預(yù)制塊護(hù)坡型式。

2.3.2 水下護(hù)腳型式比較

常見(jiàn)的水下護(hù)腳型式有拋石、混凝土鉸鏈排、模袋混凝土等。根據(jù)施工工藝、材料供應(yīng)、工程造價(jià)、河岸地質(zhì)適應(yīng)性比較各類(lèi)水下護(hù)腳型式特點(diǎn)見(jiàn)表3。

表3 水下護(hù)腳工程比較

拋石造價(jià)低,河床變形適應(yīng)性強(qiáng)、具有很強(qiáng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力,但需要定期運(yùn)行維護(hù);鉸鏈排施工技術(shù)要求高,整體性好,一般用于岸線(xiàn)平順,無(wú)拋錨地段;模袋混凝土具有較強(qiáng)的整體性,但對(duì)河床變形適應(yīng)性差,技術(shù)要求高,防護(hù)效果較差。

綜合各護(hù)腳型式特點(diǎn)和護(hù)岸段工程現(xiàn)狀,采用拋石和鉸鏈排護(hù)腳型式。

3 實(shí)例驗(yàn)證

3.1 工程區(qū)崩岸預(yù)警級(jí)別

樅陽(yáng)桂家壩崩岸段位于長(zhǎng)江貴池河段長(zhǎng)沙洲左漢出口左岸,對(duì)應(yīng)樅陽(yáng)江堤樁號(hào)32+500～37 + 500,崩岸區(qū)長(zhǎng)5.0km。自1998年大水以來(lái),崩岸事故頻發(fā),給人民生命財(cái)產(chǎn)和防洪安全帶來(lái)嚴(yán)重影響,桂家壩崩岸區(qū)預(yù)警如下。

1)河段河勢(shì)演變。貴池河段外形特征為中間寬兩邊窄特點(diǎn),江中水流分成三汊,受主流擺動(dòng)和汊道阻力影響,其中長(zhǎng)沙洲與新長(zhǎng)洲間汊道沖刷,水流頂沖桂家壩段,導(dǎo)致崩岸頻發(fā)。

2)工程實(shí)施前近岸分析。根據(jù)桂家壩崩岸段地下測(cè)圖套繪分析,在2012—2016年間,該段前沿深槽沖刷下移,-5m 高程以下岸坡岸坡逐年變陡,深槽下切,最大下切幅度約7m,近岸平均坡度在1∶3以上,局部達(dá)到1∶1.5坡度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果,桂家壩崩岸段0 m高程以上岸坡為細(xì)粒層河床相,0 m高程以下為粗粒層河床相,當(dāng)岸坡坡度接近1∶2.0左右易發(fā)生崩岸。

3)崩岸危害程度分析。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),桂家壩一心外小圩圩內(nèi)面積1.9km2,現(xiàn)有居住人口1000余人,耕地面積120hm2,崩岸區(qū)內(nèi)設(shè)有自來(lái)水廠(chǎng)、渡口等民生保障設(shè)施。

4)崩岸預(yù)警區(qū)劃分。桂家壩崩岸段受水流持續(xù)沖刷,灘槽高程大,岸坡穩(wěn)定性差,崩岸時(shí)有發(fā)生,給群眾生產(chǎn)、生活帶來(lái)嚴(yán)重威脅。2011—2016年發(fā)布的崩岸預(yù)警級(jí)別為I級(jí),預(yù)警區(qū)對(duì)應(yīng)樅陽(yáng)江堤樁號(hào)35 + 000～37 + 300,長(zhǎng)度2.3km。

3.2 崩岸治理情況

2016年在安徽省長(zhǎng)江崩岸應(yīng)急治理工程設(shè)計(jì)變更報(bào)告中增補(bǔ)桂家壩崩岸點(diǎn),治理長(zhǎng)度1.9km,對(duì)應(yīng)樅陽(yáng)江堤樁號(hào)35+500～37+400,采用水上干砌混凝土預(yù)制塊護(hù)坡、水下拋石護(hù)腳,累計(jì)完成拋石量13.12萬(wàn)m3,工程于2017年9月開(kāi)工,2019年1月完工。

3.3 工程后近岸河床變化分析

通過(guò)近年對(duì)桂家壩段近岸岸坡監(jiān)測(cè)分析,隨著護(hù)岸工程實(shí)施,桂家壩已護(hù)段岸坡保持穩(wěn)定,2020年后桂家壩段崩岸預(yù)警級(jí)別降為Ⅱ級(jí)預(yù)警。但已護(hù)段36+500～37+400段近岸深槽沖刷下切并向近岸靠近;37+400以下未護(hù)段,近岸岸坡沖刷變陡,近岸深槽仍處于沖刷狀態(tài)。2020年及2021年汽渡崩岸應(yīng)急治理工程 (37+410～37+640)實(shí)施后,治理段相對(duì)穩(wěn)定,下游未護(hù)段仍呈沖刷態(tài)勢(shì)。

3.4 后續(xù)工程建議

綜合考慮桂家壩受水流頂沖,河床沖刷的影響,根據(jù)已護(hù)工程及近岸分析結(jié)果,提出加固及續(xù)護(hù)工程建議。

對(duì)36+700～37+200 段拋石加固,長(zhǎng)度約500m,拋石均厚1.5m,拋石量3萬(wàn)m3;對(duì) 35+500～37+400 段深槽部位拋石加固,長(zhǎng)度約1900 m,拋石均厚1.5 m,拋石量4.27萬(wàn)m3;對(duì)37+400～38+200 段長(zhǎng)800m范圍內(nèi),采取水下拋石護(hù)腳水上混凝土塊護(hù)坡施工工藝,護(hù)腳寬100 m,水下拋石均厚1.2 m,拋石量9.6萬(wàn)m3。

4 結(jié) 語(yǔ)

1)安徽省長(zhǎng)江河段崩岸形式以弧形窩崩、條形倒崩、風(fēng)浪洗崩為主,從工程穩(wěn)定性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性方面,選擇干砌塊石和干砌混凝土預(yù)制塊為主要的水上護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式,選取拋石和鉸鏈排為主要的水下護(hù)腳結(jié)構(gòu)型式。

2)開(kāi)展對(duì)長(zhǎng)江河段崩岸的預(yù)警工作,結(jié)合護(hù)岸工程實(shí)際情況,岸坡抗沖能力,選擇河道演變、近岸斷面套繪、岸坡穩(wěn)定計(jì)算指標(biāo)建立長(zhǎng)江崩岸預(yù)警機(jī)制,分析崩岸段發(fā)展態(tài)勢(shì)和危害程度。

3)實(shí)例應(yīng)用確定桂家壩段河岸治理區(qū)為II級(jí)崩岸預(yù)警,建議加強(qiáng)監(jiān)測(cè),針對(duì)近岸分析岸坡的沖刷狀況,對(duì)已護(hù)段采取相應(yīng)的加固措施和岸治治理向下游未護(hù)段延伸,以確保已護(hù)工程的安全和護(hù)岸工程的完整有效性。