武橋水道航道整治工程效果分析

陳 立，黃 杰，何小花，郝婕妤，平妍容，周 敏

（1.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072；2.湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430064）

1 工程概況

1.1 武橋水道概況

武橋水道位于長江中游武漢河段中段，因武漢長江大橋建于此處而得名。武橋水道上起漢陽楊泗廟，下止于武漢長江大橋，全長約5km［1－2］。水道進(jìn)口處的白沙洲將河道分為兩汊，左汊為主汊，右汊為支汊。白沙洲尾有常年存在的潛洲，河段左岸有荒五里邊灘和漢陽邊灘，右岸鲇魚套以下是武昌深槽。武漢河段中段兩對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的縱向距離較短，對(duì)河道平面擺動(dòng)的控制作用較強(qiáng)，加上兩岸人工護(hù)岸工程，岸線穩(wěn)定，但江中的洲、灘仍頻繁發(fā)生變化。圖1為武漢河段中段河勢(shì)圖。

1.2 武橋水道礙航特征

武橋水道汛期主流順直，漢陽邊灘被沖刷，通航條件較好，通航船隊(duì)能從正常通航孔 （上水4＃、武橋水道汛期主流順直，漢陽邊灘被沖刷，通航條件較好，通航船隊(duì)能從正常通航孔 （上水4＃、下水6＃）過橋?？菟谑軡h江頂托、武昌深槽吸流和潛州尾部上提［3］，主流在潛洲尾坐彎并從左岸過渡到右岸，左岸漢陽邊灘處的水流動(dòng)力條件減弱，流速減小，水流挾沙能力減弱，泥沙在此大量落淤，促使?jié)h陽邊灘淤積展寬。當(dāng)淤積寬度不大時(shí)，漢陽邊灘不影響安全通航；當(dāng)漢陽邊灘淤積嚴(yán)重時(shí)，航道受到漢陽邊灘的擠壓而過于彎曲，需改孔調(diào)標(biāo)，改變通航線路，有時(shí)還需要配合疏浚才能保證航道通暢，航道維護(hù)非常困難。

歷年實(shí)測(cè)資料表明，當(dāng)漢陽邊灘的寬度 （以4m等深線記）為400～500m時(shí)，邊灘不會(huì)對(duì)水道產(chǎn)生礙航作用，但若漢陽邊灘寬度達(dá)到或超過800m時(shí)，橋區(qū)上段航槽偏離設(shè)計(jì)通航孔，由此造成航槽過于彎曲，與橋軸線法線方向交角過大，危及通航和橋墩安全。有的年份甚至邊灘灘咀伸入6＃橋孔，過橋航槽被迫移至7?？?，由于7＃橋墩基礎(chǔ)條件較差，加之此區(qū)域水流流態(tài)紊亂，航行條件惡劣，曾多次發(fā)生船舶碰撞橋墩的海損事故，也威脅著大橋橋墩的安全，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?。水道?0世紀(jì)50年代建橋后開始礙航，90年代以來形勢(shì)更為嚴(yán)峻，潛洲、漢陽邊灘汛后最大寬度情況統(tǒng)計(jì)見表1［4］。

表1 潛洲、漢陽邊灘汛后最大寬度統(tǒng)計(jì)表 （航基面下2.0m線寬度）

三峽蓄水后，漢陽邊灘沖淤變化規(guī)律未變，在2004年初漢陽邊灘凸咀深入6＃橋孔，最嚴(yán)重時(shí)每天僅4h通航，其余時(shí)間禁航疏浚。因此從2004年開始研究實(shí)施武橋水道航道整治工程。

1.3 航道整治工程基本情況

研究發(fā)現(xiàn)：潛洲與漢陽邊灘存在著 “此消彼長”的演變規(guī)律 （見表1）。當(dāng)潛洲高大完整且尾部較靠下游時(shí)，相同流量下枯水期水流所受武昌深槽的吸流作用會(huì)相對(duì)較弱，主流的過渡段會(huì)相應(yīng)下移，有利于漢陽邊灘的沖刷，反之則有利于漢陽邊灘的淤積。

因此武橋水道航道整治工程在潛州上布置了長順壩結(jié)合單側(cè)魚骨壩工程，一方面對(duì)潛洲起到了固灘的作用，另一方面也對(duì)主流起到了引導(dǎo)的作用，形成枯水期抑制漢陽邊灘淤積的局面。整治工程的基本情況如下：沿潛洲洲脊布置1道長順壩，總長3 185m；順壩左側(cè)布有壩頭逐漸偏向漢陽邊灘一側(cè)的5道魚骨壩，長度依次為70，90，110，130，100m。整治工程方案見圖2。

圖2 武橋水道整治工程方案平面布置圖

2 整治工程實(shí)施后武橋水道沖淤變化

2.1 武橋水道的總體變化

航道整治工程實(shí)施以后，武橋水道總體有沖有淤，受堤防工程及上下游節(jié)點(diǎn)控制，整體河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定。

武橋水道的深泓線年際間擺動(dòng)幅度不大，走向沒有發(fā)生大的變化，主流均在潛洲尾部從左側(cè)向右側(cè)的武昌深槽過渡，總體比較穩(wěn)定。年內(nèi)由于主流受洪枯水期武昌深槽吸流作用大小的不同，在主流過渡段，深泓線位置擺動(dòng)幅度較大。

武橋水道內(nèi)的洲灘深槽格局相對(duì)穩(wěn)定。潛洲與漢陽邊灘的平面位置變化不大，但受上游來水來沙條件影響，洲灘大小年內(nèi)與年際間可能會(huì)發(fā)生較大幅度的變化，漢陽邊灘的變化幅度更為顯著。

武昌深槽的平面位置年際間變化不大，未呈現(xiàn)出趨勢(shì)性的淤積或沖刷；年內(nèi)遵循 “汛沖枯淤”的演變規(guī)律，其變化程度與上游的來水來沙情況有密切聯(lián)系，在漢陽邊灘處變化幅度最大。

2.2 漢陽邊灘的沖淤變化

圖3、4分別給出了2010年以來漢陽邊灘和潛洲的變化和2011年的年內(nèi)變化。

圖3 武橋水道漢陽邊灘、潛洲年際變化圖

由圖3可以看出，從2010年3月至2012年3月，漢陽邊灘 （4m等深線表示）寬度較小，且突咀位置靠下。2010年4m等深線最大寬度約650m，處于長江大橋上游約800m處，橋位處漢陽邊灘的寬度約為350m；2012年漢陽邊灘最大寬度約440m，位于長江大橋下游約1km處，橋位所在處漢陽邊灘的寬度約360m；2013年2月漢陽邊灘的最大寬度約為500m，位于長江大橋上游約500m處，橋墩所在處漢陽邊灘的寬度約為420m。而2014年2月漢陽邊灘的最大寬度為620m，橋位所在處漢陽邊灘的寬度約為540m，基本上封堵了5號(hào)橋孔。

圖4 武橋水道漢陽邊灘和潛洲年內(nèi)沖淤變化圖

由圖4可以看出，漢陽邊灘變化年內(nèi)比較劇烈，仍遵循 “汛沖枯淤”的變化規(guī)律。2011年1月至3月屬于枯水期，漢陽邊灘寬度較大，灘頭向下移動(dòng)。6月隨著流量的增加，水流趨直，漢陽邊灘沖刷，邊灘灘體縮小，邊灘灘頭下移至漢江口附近。12月水位回落，漢陽邊灘又開始淤積展寬。

2.3 潛洲的沖淤變化

由圖3可以看出，相較于漢陽邊灘的變化而言，潛洲洲體變化相對(duì)較小。從2010年3月至2014年2月，潛洲左右緣有沖有淤，整體變化不大，其中左邊緣與2010年相比，2012年向外淤長約50m；潛洲洲尾年際間有一定的上提下挫，與2010年相比，2012年潛洲洲尾下移220m左右，2014年下移約470m左右。

由圖4可以看出，潛洲年內(nèi)遵循 “汛淤枯沖”的規(guī)律。2011年1—2月，隨著漢陽邊灘靠近潛洲處的灘嘴的向下移動(dòng)，潛洲左邊緣呈現(xiàn)淤積態(tài)勢(shì)，最大淤積寬度約100m；洲尾向下移動(dòng)，距離約70m。2—3月，潛洲左邊緣呈現(xiàn)沖刷后退的趨勢(shì)，向右移動(dòng)約50m；洲尾上提約60m。6月進(jìn)入汛期，與3月相比，潛洲洲尾淤積下移近30m，潛洲左邊緣以較小幅度沖刷右移，右邊緣則淤積較多，最大淤積幅度將近100m。

3 航道整治工程效果分析

航道整治工程實(shí)施后，漢陽邊灘的沖淤變化仍然較大。其中2010—2012年漢陽邊灘的淤長基本沒有妨礙船舶的通航，而2013—2014年枯水期邊灘淤積較嚴(yán)重，甚至封堵了5號(hào)橋孔，航道部門因此實(shí)施了疏浚。

自然條件下，漢陽邊灘的沖淤變化與上游水沙條件關(guān)系密切。一般而言，大水年或中水小沙年，漢陽邊灘小，航道條件較好，而小水小沙年漢陽邊灘淤積較多，航道條件一般較差。漢陽邊灘是否礙航還取決于枯水期的流量過程，當(dāng)枯水期流量較小時(shí)，水流動(dòng)力軸線趨于彎曲，漢陽邊灘處水動(dòng)力條件較弱，泥沙容易落淤，漢陽邊灘寬度更大。

圖5 漢口水文站2009—2013年流量過程線圖

以同樣是來水來沙條件相對(duì)較小的2009年和2011年為例說明漢陽邊灘的汛后沖淤情況。與2009年平均流量19 900m3／s相比，2011年來水量更小，平均流量僅為17 400m3／s，2009年的洪峰流量為42 100m3／s，2011年洪峰流量35 200m3／s。比較2a的退水過程和枯水期水流過程可以看出，2009年汛后退水較快，且枯水期流量偏小；2011年在退水過程中，8月上旬、9月中旬、11月上旬分別出現(xiàn)洪峰，且枯水期流量明顯大于2009年 （見圖5）。從2009年12月與2011年12月的漢陽邊灘平面形態(tài)可以看出，2009年12月漢陽邊灘寬度顯著大于2011年同期漢陽邊灘的寬度 （見圖6）。2011年12月漢陽邊灘的最大寬度為400m，位于大橋上游約550m處；2009年12月漢陽邊灘的最大寬度為490m，位于大橋上游約780m處。

2013年年平均流量較小，為20 200m3／s，超過2009年和2011年，但是在2013—2014年枯水期漢陽邊灘礙航嚴(yán)重。從2013年年內(nèi)漢陽邊灘的沖淤變化 （見圖7）可以看出，汛期漢陽邊灘寬度較小，通航情況較好，但在汛后枯水期，由于流量較小，明顯小于2009年和2011年枯水期流量，因此2013年年末和2014年年初漢陽邊灘發(fā)生了較大的淤積，特別是在2014年年初，漢陽邊灘的淤積寬度較大，發(fā)生礙航情況。

圖6 2009年與2011年漢陽邊灘對(duì)比圖

圖7 2013年與2014年初漢陽邊灘沖淤變化圖

顯然，航道整治工程實(shí)施以后，在遇到不利水沙條件下，仍會(huì)發(fā)生漢陽邊灘淤積寬度較大，影響通航，需要采取疏浚措施維護(hù)航道，這與武橋水道航道整治工程整治效果的定位是一致的［5］：由于周邊環(huán)境的限制，長順壩的尾部上提了500m，對(duì)潛州尾部斜向過渡水流的控制作用降低，因此在極端不利水沙條件下，需要輔助疏浚措施。

4 結(jié) 語

（1）航道整治工程實(shí)施后，武橋河段河勢(shì)穩(wěn)定，深泓總體走勢(shì)沒有發(fā)生改變，深泓線年際間變化很小，斜向過渡段年內(nèi)擺動(dòng)較大。

（2）整治工程實(shí)施后，洲灘格局較為穩(wěn)定，漢陽邊灘仍遵循年內(nèi) “洪沖枯淤”的演變特點(diǎn)，年際間變化較大。

（3）2013—2014年枯水期漢陽邊灘淤積寬度較大，產(chǎn)生礙航，需采取疏浚措施以保障通航。

［1］陳立，馮源，吳娛，等.武橋水道水動(dòng)力特性與漢陽邊灘演變［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2008，41（5）：1－4.

［2］陳建.長江中游武橋水道礙航成因分析及治理方案設(shè)想 ［J］.中國港灣建設(shè)，2005（4）：13－16.

［3］陳立，孫亮，吳娛，等.武橋水道水動(dòng)力特征與潛洲演變研究［J］.水運(yùn)工程，2008 （6）：102－107.

［4］黃榮敏，陳立，謝葆玲，等.建橋?qū)恿髦捱厼┑挠绊?［J］.水利水電工程學(xué)報(bào)，2006（2）：51－55.

［5］陳立，陳珊.武橋水道航道整治工程初步設(shè)計(jì)方案河工模型試驗(yàn)研究報(bào)告 ［R］.武漢：武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2010.