三江口窩崩及搶護(hù)

章志強(qiáng)，臧英平，仲 琳，應(yīng) 強(qiáng)，袁勝英

(1.南京市長(zhǎng)江河道管理處，江蘇 南京 210011;2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029)

長(zhǎng)江的崩岸主要發(fā)生在中下游河道，按其崩塌的類型可分為洗崩、條崩和窩崩等.洗崩是由水流及波浪的沖刷作用而使河灘產(chǎn)生的沖刷，沖刷的泥沙主要由表層的波浪所挾帶，沖刷主要發(fā)生在上層.條崩是指沿河岸發(fā)生較長(zhǎng)長(zhǎng)度的崩塌，它主要發(fā)生在沿岸水流條件和地質(zhì)條件變化不大的河岸.窩崩是指在江岸水流作用下，土體成塊狀向岸崩進(jìn)形成一個(gè)個(gè)崩窩.由于窩崩崩速快，一次崩落量大，是危害較大的一種崩岸，如馬湖堤窩崩就是其中之一.

目前對(duì)窩崩形成的機(jī)理研究還不統(tǒng)一，主要有3種觀點(diǎn)［1］:①土體液化假設(shè).美國(guó)學(xué)者在對(duì)密西西比河下游窩崩的研究中，首先提出土壤液化導(dǎo)致大堤窩崩的概念［2－4］.②深泓逼岸假設(shè).陳引川［5］等在對(duì)南京市、江都嘶馬和安徽省發(fā)生的一些窩崩進(jìn)行調(diào)查后，提出長(zhǎng)江下游窩崩的形成主要由水流逼岸、河岸為粉沙或沙質(zhì)壤土層的土質(zhì)，及沿岸土質(zhì)分布不均等條件所決定.③深泓逼岸形成崩塌導(dǎo)致液化假設(shè).張岱峰［6］對(duì)鎮(zhèn)江人民灘在1996年1月3日發(fā)生大規(guī)模窩崩這一現(xiàn)象進(jìn)行分析后認(rèn)為，窩崩形成是由深泓逼岸導(dǎo)致少量崩塌，再由崩塌引起土體液化而形成的.孫梅秀［7］等在半圓體外側(cè)為剛性的周界半圓柱體內(nèi)用木屑模擬天然河流中窩崩的泥沙以觀察窩崩體內(nèi)及周圍的水流泥沙運(yùn)動(dòng)情況;在窩崩體外的河岸采用木屑模擬，以觀測(cè)窩崩發(fā)生后的水沙運(yùn)動(dòng)情況;張幸農(nóng)［8］等也對(duì)不同天然沙和黏土組成比例的彎道窩崩進(jìn)行了探索.由于窩崩涉及水流運(yùn)動(dòng)及河岸物質(zhì)組成兩大方面，影響因素很多，許多觀點(diǎn)還很不成熟，有待深入探討.本文基于長(zhǎng)江三江口窩崩發(fā)生前后的地形資料，分析了窩崩成因并介紹了相關(guān)搶護(hù)措施.

1 三江口窩崩概述

2008年11月18日，長(zhǎng)江南京河段發(fā)生崩岸，崩岸位于龍?zhí)抖诠こ滔掠?簡(jiǎn)稱三江口崩窩，見(jiàn)圖1)，形成長(zhǎng)約340m，崩進(jìn)230m的崩窩(見(jiàn)圖2).此次崩岸面積約5.3×104m2，崩塌土方量約110×104m3，約200m長(zhǎng)的主江堤遭受水毀，所幸崩岸處無(wú)民房，長(zhǎng)江水位低于圩內(nèi)地面高程，沒(méi)有造成人員傷亡和較大財(cái)產(chǎn)損失.窩崩是長(zhǎng)江下游危害最嚴(yán)重的一種崩岸形式，往往使沿江灘地等附屬物在短時(shí)間內(nèi)被江水吞噬，造成巨大的損失.因此有必要對(duì)三江口窩崩的成因進(jìn)行分析，為相同或相似河段的窩崩研究及預(yù)報(bào)提供參考.

圖1 三江口窩崩發(fā)生位置Fig.1 The position of pit collapse at the Sanjiangkou

圖2 窩崩發(fā)生后1 d的河道地形Fig.2 The river topographical map one day after pit collapse

2 窩崩前后的河床局部地形變化

2.1 窩崩前后河床地形

由窩崩發(fā)生前的地形，即2008年汛前測(cè)圖(見(jiàn)圖3中黑線)可知:深槽緊貼右岸(崩岸側(cè))，－40m深槽從上游一直延伸到窩崩點(diǎn)下游120m處，槽寬超過(guò)80m，最大寬度150m.－45m深槽有兩處，分別為－47.3和－48.1 m.窩崩發(fā)生后1 d，此河段水深減小，窩崩口門及以下的河床上，堆積體高程約－30m，再往下游，－35m深槽減小;窩崩口門上游影響不大.窩崩后口門外上下游河床普遍淤高，口門處淤積最大，向上下游逐漸減小，上游側(cè)主要淤積在深槽內(nèi)，下游側(cè)沿床面淤積較為均勻.

窩崩發(fā)生35 d后又進(jìn)行了水下地形監(jiān)測(cè)(見(jiàn)圖4).可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)35 d后，河床上淤積體沖刷調(diào)整，－35m深槽已貫穿，呈上下游寬、中間窄的形狀，河道地形正在重新塑造之中;窩塘內(nèi)的水下地形變化很小，一是因?yàn)楦C崩發(fā)生后進(jìn)行了搶護(hù)，二是窩塘內(nèi)水沙交換遠(yuǎn)沒(méi)有主槽內(nèi)劇烈.

圖3 窩崩發(fā)生前后河道地形比較Fig.3 The river terrain comparison before and after pit collapse

圖4 窩崩發(fā)生后35 d和窩崩發(fā)生后1 d河道地形比較Fig.4 The river terrain comparison of one day and 35 days after pit collapse

2.2 窩崩發(fā)生前后斷面比較

窩崩發(fā)生前，該河段最深處已達(dá)48.1 m，這是引發(fā)窩崩的因素之一.窩崩剛發(fā)生時(shí)河道水深最小，崩塌的泥沙淤積在口門外，使河床抬高;窩崩后1個(gè)多月，口門外淤積體被水流沖刷帶走，河床有所刷深.在窩崩口門及上下游分別選取1個(gè)斷面進(jìn)行比較說(shuō)明.

圖5(a)為窩崩口門上游200m(圖2中A－A斷面)斷面圖，在－30m線以上的河岸，窩崩前后變化不大，－40m深槽寬度超過(guò)100m，崩后淤積體堆積6～12m，1個(gè)多月后平均沖深了2～3m.距河岸較遠(yuǎn)處，河床變化不大.

圖5(b)為窩崩口門(圖2中B－B斷面)斷面變化，可分3段:第1段是80m以內(nèi)(3個(gè)斷面交點(diǎn))，汛前的河岸很陡，窩崩發(fā)生后，原河岸處的水深達(dá)20m以上，同時(shí)還向岸側(cè)崩退了200多米，崩窩內(nèi)在兩次窩崩后地形基本不變;第2段是在80～300m之間，此段河床窩崩時(shí)大量淤積，最厚達(dá)15m，窩崩以后河床又有所沖刷，近1個(gè)月時(shí)間最大沖刷約5m;第3段是300m以外的河床，崩岸前后變化不大.

窩崩口門下游側(cè)200m處部分河道斷面(圖2中的C－C斷面)見(jiàn)5(c).由圖可見(jiàn)，窩崩后較汛前普遍淤積，但淤積厚度不大，大多在2～5m之間，窩崩1個(gè)月后與窩崩時(shí)又有所沖刷，沖刷深度不大，統(tǒng)計(jì)100～330m之間的平均高程，3 個(gè)測(cè)次分別為36.67，32.98 和33.83m.可見(jiàn)，窩崩發(fā)生后，河床淤高3.69 m，經(jīng)過(guò)1個(gè)月沖刷，河床沖深了0.85m.

圖5 窩崩前后河段斷面變化Fig.5 Comparison of cross sections before and after pit collapse

2.3 窩崩體積及河床淤積

為進(jìn)一步說(shuō)明3次地形間的沖淤關(guān)系，沿河岸方向選取長(zhǎng)為1000m，寬350m的河段，計(jì)算各測(cè)次的水下體積，以說(shuō)明窩崩前后的河床變化，并將河岸方向的1000m分為3個(gè)區(qū)，具體位置見(jiàn)圖2.窩崩口門上游300m為Ⅰ區(qū)，窩崩口門300m為Ⅱ區(qū)，窩崩口門下游400m為Ⅲ區(qū).計(jì)算結(jié)果表明，窩崩發(fā)生后，3個(gè)區(qū)分別淤積了(包括其間的河床沖淤)31.3 ×104，42.5 ×104和 17.5 ×104m3，總淤積量為 91.3 ×104m3，如窩崩體積以110×104m3計(jì)算，約有83%淤積在1000m的河段內(nèi).經(jīng)過(guò)1個(gè)月的水流沖蝕作用，3個(gè)區(qū)分別沖刷了8×104，2.4×105和9×104m3，總沖刷量為 4.1×105m3，占窩崩體積37%.而所沖刷的部位以Ⅱ區(qū)最多、Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)的沖刷較Ⅱ區(qū)要小許多.

3 窩崩成因分析

3.1 主 流 貼 岸

三江口窩崩處位于龍?zhí)端老聫澋溃捎趶澋缆菪鞯淖饔?，主流和深泓均位于凹?1985，1991，1998，2001和2005年深泓線在窩崩發(fā)生河段均緊貼右岸，較陡的岸坡是發(fā)生窩崩的必要條件［9－10］.

3.2 河床地質(zhì)組成易發(fā)生窩崩

南京河段處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)寧鎮(zhèn)弧形構(gòu)造帶，南京河段除燕子磯、下三山外，河岸組成大多為第四紀(jì)沉積物，一般為二元結(jié)構(gòu)，上層為河漫灘相的黏土、亞黏土或粉砂亞黏土，厚度一般為2～5m，抗沖能力強(qiáng)，黏土覆蓋層較厚的河段則易形成突咀的平面形態(tài)，如拐頭、三江口等;第2層為粉砂細(xì)砂層，其抗沖性能較差;第3層為中粗砂和基巖上的粗礫石層，厚度約40～50m;最下層為基巖，其高程一般在－50m左右.

中國(guó)科學(xué)院地理研究所等［11］根據(jù)長(zhǎng)江下游河岸物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)將枯水位以上的疏松沉積物分為四大類、十七亞類，并分析了各類土質(zhì)的河岸與崩岸現(xiàn)象產(chǎn)生之間的關(guān)系.結(jié)果表明，可動(dòng)性最大的Ⅳ類河岸(其物質(zhì)組成多為亞砂土、粉細(xì)沙)長(zhǎng)度占全部岸線總長(zhǎng)的35.7%，但發(fā)生崩岸的幾率卻高達(dá)54%，崩塌程度大于30m/a的強(qiáng)崩區(qū)比例占72%，充分說(shuō)明崩岸與河岸土體性質(zhì)關(guān)系十分密切，其中由可動(dòng)性最大的亞砂土和粉細(xì)沙組成的河岸最易出現(xiàn)崩岸.

1985年后，在龍?zhí)端缹?shí)施了大范圍的拋石護(hù)岸(坡)工程，增強(qiáng)了河岸(坡)的抗水流沖刷能力;而處于拋石護(hù)岸的下游河段(即現(xiàn)在窩崩河段)，一是受塊石作用，底部水流的紊動(dòng)強(qiáng)度增大，二是護(hù)岸河段水流相對(duì)集中，動(dòng)能也相應(yīng)增大，使得下游河床水流沖刷能力增加，而河床的抗沖能力沒(méi)有變化，因此護(hù)岸工程會(huì)加強(qiáng)下游未護(hù)岸河段的河床崩塌.

3.3 水位下降快，地下水位落差大

長(zhǎng)江中下游河段屬典型的平原河道，年內(nèi)水沙過(guò)程具有明顯的漲落過(guò)程，多數(shù)河段具有洪淤枯沖的特征.洪水退水期及枯水期河道水流歸槽，比降增大，河床與河岸出現(xiàn)沖刷，加上水位下降，岸坡土體內(nèi)地下水位落差大，因而容易發(fā)生崩岸現(xiàn)象.據(jù)統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)江下游河段洪水退水期或枯水期出現(xiàn)的崩岸次數(shù)遠(yuǎn)多于洪水期和漲水期，兩者比例基本為8∶2.

在年際間，長(zhǎng)江中下游河段也具有水量沙量分配很不均勻的特征，河床沖淤變化的特征也出現(xiàn)變化.一般來(lái)說(shuō)，大水少沙年份河道以沖刷為主，岸坡在水中浸泡時(shí)間也較長(zhǎng)，土體力學(xué)性質(zhì)變差，退水期和枯水期河岸內(nèi)也易出現(xiàn)大比降滲流，因而崩岸幾率最高;相反，少水年份河道以淤積為主，河岸穩(wěn)定性相對(duì)較高，崩岸幾率就較低.

長(zhǎng)江為季節(jié)性分明的河流，洪季水位高，枯季水位低.本河段沒(méi)有水位站，但根據(jù)1950—1961年曾在龍?zhí)端烙野稐忌皆O(shè)立的水位站的資料分析發(fā)現(xiàn)，歷史最高水位為7.67m(1954年8月17日);最低水位為－0.35m(1956年1月9日);最大潮差為1.52m;最小潮差為0.01 m.可見(jiàn)，洪季和枯季水位相差可達(dá)6～7m.在枯季，隨著水位下降，水流對(duì)河岸的支撐作用減弱，同時(shí)，還存在流向河道的滲流，這兩個(gè)因素都對(duì)河道的穩(wěn)定起著不利作用.

3.4 河岸抗沖能力不同，較弱處發(fā)生窩崩

長(zhǎng)江中下游河段在多處因兩岸是山體或抗沖性較好的土質(zhì)，形成了天然的河道節(jié)點(diǎn)，一般情況下，節(jié)點(diǎn)下游河道展寬，水流動(dòng)力出現(xiàn)擺動(dòng)，節(jié)點(diǎn)的挑流對(duì)其下游水流動(dòng)力軸線的位置及變化影響很大，往往決定了節(jié)點(diǎn)下游斜對(duì)岸的水流頂沖部位及范圍，水流頂沖部位一般均會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的崩岸現(xiàn)象.另一方面，節(jié)點(diǎn)挑流對(duì)其所在一側(cè)的河岸具有掩護(hù)作用.因而，節(jié)點(diǎn)位置是否穩(wěn)定與其下游崩岸有較大關(guān)系.如安徽官洲河段上段南岸存在吉陽(yáng)磯節(jié)點(diǎn)，對(duì)岸三益圩、六合圩一帶為主流頂沖區(qū)，歷史上曾多次出現(xiàn)強(qiáng)烈崩岸，許多實(shí)測(cè)資料分析表明，崩岸的發(fā)生與吉陽(yáng)磯的挑流作用關(guān)系十分密切［12－17］.

4 窩崩搶護(hù)措施及效果介紹

2008年11月18日，三江口窩崩發(fā)生后，水利部門緊急調(diào)用搶險(xiǎn)預(yù)備石料進(jìn)行防護(hù)，并組織多名專家及相關(guān)單位會(huì)商研究處理方案，主要包含水下拋石護(hù)岸和岸上堤防退建兩部分.

(1)應(yīng)急護(hù)岸 應(yīng)急搶險(xiǎn)工程在崩窩口門及兩肩防護(hù)岸長(zhǎng)400m，厚1～2m，拋石量約53700m3.崩窩范圍內(nèi)近岸防護(hù)長(zhǎng)280m，寬30m，厚1 m，拋石量約8420m3，兩者合計(jì)拋石量共約6.2萬(wàn)m3.

(2)堤防退建 工程采用鋼筋混凝土防洪墻，斷面呈L形，底板高4.0m，寬5.2m;墻頂高程9.87m.防洪墻基礎(chǔ)采用水泥攪拌樁，間距1 m，樁長(zhǎng)以打入第2層粉砂層土1 m控制.在第1排樁之間套打直徑為0.5m，長(zhǎng)5.0m的短樁，形成連續(xù)的防滲幕墻，以延長(zhǎng)滲徑長(zhǎng)度.

(3)江口節(jié)點(diǎn)護(hù)岸加固工程 由于搶險(xiǎn)工程時(shí)間緊、資金不足、范圍有限、標(biāo)準(zhǔn)較低，三江河口附近岸段仍是棲霞龍?zhí)抖巫顬楸∪醯沫h(huán)節(jié)，迫切需要進(jìn)行全面防護(hù)，以保證節(jié)點(diǎn)的河勢(shì)控導(dǎo)作用、沿岸的防洪安全和下游鎮(zhèn)揚(yáng)河段的河勢(shì)穩(wěn)定.

(4)監(jiān) 測(cè) 崩窩發(fā)生后，相關(guān)單位進(jìn)行多次水下地形監(jiān)測(cè)，為搶險(xiǎn)工程的設(shè)計(jì)、施工和后期分析提供了重要依據(jù).應(yīng)急方案實(shí)施后，岸坡有所淤積，崩窩得到控制，深槽的變化趨于穩(wěn)定.崩窩下游岸線有明顯沖刷，深槽也有向下游發(fā)展趨勢(shì).

應(yīng)急方案遏制崩窩發(fā)展，為后期綜合治理創(chuàng)造條件，江堤退建，滿足該區(qū)域防洪安全的要求.

5 結(jié)語(yǔ)

窩崩導(dǎo)致口門及上下游河道出現(xiàn)暫時(shí)性淤積，口門附近1000m長(zhǎng)度范圍內(nèi)的淤積量約占窩崩總量的83%;經(jīng)1個(gè)月的水流沖蝕作用，同樣長(zhǎng)度范圍的河床沖走約37%的窩崩泥沙;窩崩泥沙在口門區(qū)及上游河段，大多淤積在近岸的深槽中，在下游河段，淤積體在河床上分布較為均勻;窩崩發(fā)生原因主要有:深泓貼岸，岸坡變陡;河床地質(zhì)組成適應(yīng)窩崩發(fā)生;水位下降快，地下水位落差大，水流對(duì)河岸的支撐作用減弱;崩岸河段抗沖能力較弱等.

窩崩發(fā)生后的搶護(hù)措施主要有:崩窩口門及兩肩護(hù)岸工程;堤防退建工程;窩崩區(qū)域的水下地形監(jiān)測(cè);江口節(jié)點(diǎn)護(hù)岸加固工程.預(yù)計(jì)這些工程全部實(shí)施后，窩崩區(qū)域的河勢(shì)將趨于穩(wěn)定.

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