長(zhǎng)江南京河段崩岸規(guī)律及預(yù)警措施

江濱

(1.南京市水務(wù)局，江蘇 南京 210036; 2.南京市長(zhǎng)江河道管理處，江蘇 南京 210011;3.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023)

長(zhǎng)江南京河段崩岸規(guī)律及預(yù)警措施

吳永新1周玲霞2吳昊3陸鳳2吳江濱2武瑋1

(1.南京市水務(wù)局，江蘇南京210036; 2.南京市長(zhǎng)江河道管理處，江蘇南京210011;3.南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210023)

長(zhǎng)江南京河段自1998年大水以來(lái)崩岸險(xiǎn)情發(fā)生頻次明顯增加。河道崩岸的本質(zhì)原因是深泓逼岸造成岸坡陡于穩(wěn)定坡度，或岸坡底部被水流掏空導(dǎo)致上部岸坡失穩(wěn)，使該處岸坡沿接近穩(wěn)定邊坡的滑裂面崩坍，出現(xiàn)崩岸。應(yīng)從岸坡穩(wěn)定性和河岸底部水流水沙情況的影響兩方面進(jìn)行研究。在總結(jié)崩岸的特征及以往長(zhǎng)江河道崩岸研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究該河段崩岸發(fā)生的宏觀規(guī)律。在岸坡穩(wěn)定性判定上，主要研究岸坡坡度和河岸構(gòu)成；通過(guò)多年水下地形監(jiān)測(cè)等資料分析河岸底部水流水沙情況的影響。總結(jié)提出南京河段崩岸規(guī)律、岸坡失穩(wěn)坡度、崩岸發(fā)生的外部條件及預(yù)警方法。

崩岸；邊坡穩(wěn)定；預(yù)測(cè)；長(zhǎng)江南京河段

1 研究背景

長(zhǎng)江南京河段長(zhǎng)約97 km，右岸自慈湖河口起，下迄大道河口，左岸自駟馬山河口起，下迄小河口。該河段洲灘發(fā)育，河段內(nèi)河道的平面形態(tài)呈寬窄相間的藕節(jié)狀分汊型分布，從上游至下游形成為新濟(jì)洲汊道、梅子洲汊道、八卦洲汊道和棲龍彎道等4個(gè)河段。河道的主流走向是從新生洲、新濟(jì)洲右汊，過(guò)濟(jì)潛水道(新濟(jì)洲、新潛洲)到河道左岸的七壩節(jié)點(diǎn)，再轉(zhuǎn)至河道右岸的大勝關(guān)-梅子洲頭，沿梅子洲-潛洲的左汊進(jìn)入下關(guān)、浦口的束窄段，河道出浦口、下關(guān)束窄段后至八卦洲頭，其主流沿八卦洲右緣轉(zhuǎn)到右岸的燕子磯，經(jīng)燕子磯頭挑流至八卦洲右汊左岸的天河口、再折向右岸新生圩港區(qū)，轉(zhuǎn)至八卦洲尾匯流段左岸的西壩頭，最后挑向棲龍彎道右岸，經(jīng)右岸三江口節(jié)點(diǎn)入儀征水道[1]。

長(zhǎng)江崩岸險(xiǎn)情是一個(gè)重要而緊迫的問(wèn)題，特別在汛期，或汛后水位下降水流歸槽時(shí)期，經(jīng)常發(fā)生崩岸險(xiǎn)情，直接威脅兩岸人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。一直以來(lái)，許多工程技術(shù)人員對(duì)崩岸險(xiǎn)情的控制和防護(hù)措施進(jìn)行了深入的探索和研究，也提出了許多有效控制方法與措施，但由于崩岸的影響因素繁多，問(wèn)題復(fù)雜，至今對(duì)其發(fā)生機(jī)理的研究和理解仍不十分透徹[2]。

2 崩岸規(guī)律及影響因素

崩岸發(fā)生的必要和充分條件是近岸河床的泥沙能啟動(dòng)和揚(yáng)動(dòng)，沿河床運(yùn)動(dòng)的水流推移質(zhì)輸沙率大于推移質(zhì)來(lái)沙率，水流懸移質(zhì)的挾沙力大于含沙量，近岸河床沖深使岸坡失去穩(wěn)定，這就是崩岸發(fā)生的實(shí)質(zhì)。河道崩岸本質(zhì)原因?yàn)樯钽蚝影侗平?，岸坡陡于穩(wěn)定坡度或者岸坡底部被水流掏空導(dǎo)致上部岸坡失穩(wěn)，該處岸坡沿接近穩(wěn)定邊坡的滑裂面崩坍滑入水中，導(dǎo)致崩岸。

崩岸有多種類(lèi)型[3]，如洗崩是岸坡表層或小范圍土體的崩坍或塌陷、滑落；條崩是指岸坡土體大塊地塌落、塌陷、崩解；窩崩是指岸坡大面積土體的崩塌，平面上成窩狀形態(tài)楔入岸坡，其外形為半圓型或馬蹄型等。

2.1 崩岸險(xiǎn)情

南京市區(qū)地面高程6～9 m(吳淞高程基準(zhǔn))，較1954年最高洪水位10.22 m(吳淞高程基準(zhǔn))低1～ 4 m，洪水對(duì)市區(qū)安全威脅很大。近30 a來(lái)，江灘大量圍墾，江面縮窄，洪水位增高較過(guò)去頻繁，局部河床內(nèi)深槽下切到-50多m(1985國(guó)家高程基準(zhǔn))，導(dǎo)致水深岸陡，造成窩崩次數(shù)增多，對(duì)防汛構(gòu)成潛在威脅[4]。

南京河段存在下層土質(zhì)抗沖性較弱、水流流速較大、對(duì)河床沖刷能力較強(qiáng)的現(xiàn)狀，使河岸防護(hù)較為困難，崩岸時(shí)有發(fā)生，表1統(tǒng)計(jì)了1950年以來(lái)南京長(zhǎng)江干流主要河段崩岸發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)以及崩岸類(lèi)型等。

2.2 崩岸基本規(guī)律

長(zhǎng)江南京河段崩岸特點(diǎn)，多數(shù)發(fā)生在河床沖深后，岸坡失去穩(wěn)定，崩岸以滑坡的形式出現(xiàn)。

(1) 分布隨河岸地質(zhì)條件呈不均勻性。新濟(jì)洲汊道段主要在七壩、銅井和西江橫埂等，梅子洲汊道段主要在洲頭左緣，八卦洲汊道段主要在左緣、燕子磯等，棲龍彎道段主要在團(tuán)洲圩、仁本圩和三江口等。

(2) 大洪水年的崩岸范圍和強(qiáng)度呈明顯增大趨勢(shì)。較大和特大洪水年主要出現(xiàn)在1983，1989，1991，1995，1996年和1998年，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在大水年發(fā)生的險(xiǎn)情有16次，說(shuō)明20世紀(jì)50年代以來(lái)，護(hù)岸工程實(shí)施于近半個(gè)世紀(jì)，長(zhǎng)江中下游的崩岸仍然是一個(gè)較為嚴(yán)重的問(wèn)題。

表1 南京市長(zhǎng)江干流1950年以來(lái)主要崩岸險(xiǎn)情統(tǒng)計(jì)

(3) 主要發(fā)生在汛期和汛后。按照1～4月為汛前，5～9月為汛期，10～12月為汛后來(lái)劃分，據(jù)統(tǒng)計(jì)，汛前占16.7%，汛期占61.1%，汛后占22.2%，可見(jiàn)長(zhǎng)江南京河段崩岸多發(fā)生在汛期和汛后退水期。

(4) 1998年大水發(fā)生后，長(zhǎng)江南京河段崩岸發(fā)生頻次明顯增加。

2.3 三江口友莊圩窩崩

2008年11月18日，長(zhǎng)江南京河段三江口友莊圩附近發(fā)生窩崩，窩崩長(zhǎng)約340 m，寬約230 m。窩崩處位于龍?zhí)抖谡喂こ滔掠?、三江河口上游?cè)，即三江口友莊圩窩崩。這次窩崩面積約為5.3萬(wàn)m2，窩崩方量約110萬(wàn)m3，崩毀主江堤長(zhǎng)約200 m，造成附近一水廠的取水口塌入江中。

(1)水流因素。三江口窩崩處于龍?zhí)端老聫澋?，主流和深泓位于凹岸，?985，1991，1998，2001年以及2005年深泓線變化圖(見(jiàn)圖1)可以看出，該處深泓線緊貼右岸，岸坡較陡是發(fā)生窩崩的必要條件[5]。窩崩發(fā)生后，從河道橫斷面的實(shí)測(cè)流速分布看，右岸測(cè)點(diǎn)的流速值較其它測(cè)點(diǎn)大，說(shuō)明主流還是在窩崩所在河岸這一側(cè)。

圖1 歷年深泓線變化

(2)河岸地質(zhì)組成因素。窩崩處8個(gè)鉆孔資料表明，窩崩處的地質(zhì)主要可分為3層：第一層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土夾薄層砂壤土，層厚9.50～13.00 m；第二層為粉土質(zhì)砂(稍密)，層厚3.00～7.70 m。第三層為細(xì)粒土砂，該層未揭穿，最大可見(jiàn)厚度14.8 m。

因1985年以后對(duì)龍?zhí)稄澋蓝螌?shí)施了大范圍的拋石護(hù)岸工程，形成有護(hù)岸工程的岸段，其岸坡抗水流沖刷能力較強(qiáng)，而三江口友莊圩窩崩段屬于無(wú)護(hù)岸工程岸段。一方面因河道底部塊石面的水流紊動(dòng)強(qiáng)度增大，另一方面護(hù)岸河段的水流集中，沖刷動(dòng)能也相應(yīng)增大，極易導(dǎo)致下游未護(hù)河段的河床崩塌。

(3) 水文地質(zhì)因素。據(jù)資料分析，長(zhǎng)江南京段洪季和枯季水位差可達(dá)6～7 m。枯季水位下降，水流對(duì)河岸的支撐作用減弱，并存在流向河道的滲流，影響河道穩(wěn)定。

圖2為2008年8～11月大通水文站的流量過(guò)程線，由圖可見(jiàn)，大通流量9月7～8日達(dá)到最大值(48 500 m3/s)以后，流量逐日變小，在11月2～3日達(dá)到最小值(17 200 m3/s)。流量減小，河道內(nèi)水位也相應(yīng)降低，河道兩岸的地下水位也出現(xiàn)下降，但比河道水位下降滯后。

圖2 2008年8～11月大通水文站的流量過(guò)程線

(4) 節(jié)點(diǎn)對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定的影響。三江口是長(zhǎng)江南京河段的重要節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)挑流影響其下游水流動(dòng)力軸線的位置及變化，決定節(jié)點(diǎn)下游斜對(duì)岸的水流頂沖部位及范圍，水流頂沖部位較易發(fā)生崩岸。另外，節(jié)點(diǎn)中的導(dǎo)流岸壁挑流對(duì)其所在一側(cè)的河岸具有掩護(hù)作用。因此，節(jié)點(diǎn)位置是否穩(wěn)定對(duì)岸坡的穩(wěn)定影響較大。三江口崩岸位于龍?zhí)稄澋赖陌及?，水流?dòng)力軸線貼岸，使得沿岸流速較大，由于窩崩上游側(cè)的河岸為已建的龍?zhí)洞a頭，人工工程使河床很難受到?jīng)_刷，而當(dāng)水流進(jìn)入到未加防護(hù)的河段時(shí)，河岸對(duì)水流的約束作用減弱，河岸沖刷加強(qiáng)，從而形成窩崩。

3 岸坡失穩(wěn)預(yù)警措施

3.1 崩岸預(yù)警信息

崩岸預(yù)警一直是難題，但對(duì)崩岸發(fā)生之前的跡象進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，并發(fā)現(xiàn)規(guī)律，可以提前預(yù)警。南京河段崩岸有如下特點(diǎn)：崩岸過(guò)程從坡腳向上發(fā)展，導(dǎo)致發(fā)生整體滑動(dòng)或崩塌；岸坡往往在極短的時(shí)間內(nèi)坍入江中；土質(zhì)不同，崩塌程度不同，砂層特別是粉細(xì)砂層的淘刷比粘性土層發(fā)生更早更嚴(yán)重；河道底部發(fā)生沖刷；岸坡滲水等[2]。

預(yù)警崩岸的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下[6]：①對(duì)長(zhǎng)江大通站最大流量特征值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，年最大流量大于歷年平均最大流量時(shí)的年份，汛后曾發(fā)生崩岸。因此，在流量大的年份汛后要加強(qiáng)對(duì)堤岸岸坡的觀測(cè)分析。②近岸河床強(qiáng)烈沖刷，岸腳出現(xiàn)深槽且河岸變陡，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。③彎道凹岸的中下端對(duì)岸沙洲邊灘迅速淤長(zhǎng)，有可能發(fā)生崩岸。④彎道凹岸頂沖點(diǎn)附近及護(hù)岸空檔處容易發(fā)生窩崩。

3.2 岸坡失穩(wěn)判別措施

根據(jù)長(zhǎng)江南京河段崩岸發(fā)生的規(guī)律、典型窩崩分析以及前人經(jīng)驗(yàn)等，總結(jié)了長(zhǎng)江南京河段崩岸的主要預(yù)警方法。

(1) 確定險(xiǎn)工段。長(zhǎng)江南京河段的主要險(xiǎn)工段有17段：新濟(jì)洲左緣西江橫埂岸段，西江橫埂下游未護(hù)岸段，鐮刀灣、銅井河口岸段，新濟(jì)洲右緣岸段，七壩岸段，江寧河口岸段，大勝關(guān)岸段，梅子洲頭左右緣岸段，浦口岸段，下關(guān)岸段，八卦洲洲頭左右緣岸段，燕子磯岸段，天河口岸段，94679部隊(duì)岸段，西壩頭岸段，四橋左岸岸段和棲龍岸段。

(2) 江堤巡查。為了了解沿江江堤有無(wú)明顯破壞、滲水等險(xiǎn)情，對(duì)險(xiǎn)工段每月進(jìn)行巡查，重要地段增加巡查頻次，詳細(xì)記錄，從中發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)因素，提早采取措施。

(3) 水下地形監(jiān)測(cè)分析。每年汛前、汛期、汛后對(duì)險(xiǎn)工段進(jìn)行水下地形監(jiān)測(cè)，分析水下地形變化情況，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，加密監(jiān)測(cè)。南京長(zhǎng)江河道管理部門(mén)自主研發(fā)了基于GIS的防汛搶險(xiǎn)信息系統(tǒng)，通過(guò)空間分析技術(shù)、DEM可視化分析等技術(shù)，以沖淤分色圖、高程分色圖、坡度分色圖，等深線對(duì)比圖和斷面比較分析等反映水下地形的變化情況，特別注意近岸強(qiáng)烈沖刷岸段，一般沖淤超過(guò)5 m確定為重點(diǎn)險(xiǎn)工段。

(4) 岸坡穩(wěn)定性。南京河段河漫灘沖積區(qū)廣泛分布于沿江兩側(cè)，上層巖性是褐黃色亞粘土，結(jié)構(gòu)較緊密，厚0.8～3.5 m；中層主要是淤質(zhì)亞粘士夾薄層粉砂，飽水，呈流塑狀，厚5～25 m，分布特點(diǎn)是臨江較薄、遠(yuǎn)岸增厚，上游梅子洲汊道一帶較厚，下游龍?zhí)稄澋酪痪€較薄；下層是粉細(xì)砂層，厚度一般超過(guò)20 m。

中國(guó)科學(xué)院地理研究所等單位根據(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(lèi)、十七亞類(lèi)[7]，并分析了各類(lèi)土質(zhì)的河岸與崩岸現(xiàn)象產(chǎn)生之間的關(guān)系。結(jié)果顯示，可動(dòng)性最大的為Ⅳ類(lèi)河岸，其物質(zhì)組成多為亞砂土和粉細(xì)沙，發(fā)生崩岸的幾率為54%，說(shuō)明崩岸與河岸土體性質(zhì)密切相關(guān)。長(zhǎng)江南京河段一般坡比大于1:2的岸段，確定為重點(diǎn)險(xiǎn)工段。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)長(zhǎng)江南京河段幾十年來(lái)發(fā)生的崩岸情況，總結(jié)了南京河段崩岸發(fā)生的規(guī)律，并分析其原因，提出預(yù)警岸坡失穩(wěn)的判別措施。南京河段要重點(diǎn)關(guān)注沖深超過(guò)5 m和坡比大于1：2的岸段。預(yù)警的目的是預(yù)防崩岸的發(fā)生，以減少損失，加強(qiáng)日常管理，定期巡視，積極開(kāi)發(fā)預(yù)警方法和體系，建立預(yù)報(bào)制度是防止崩岸發(fā)生的重要手段[8]，也能為后期治理提供支持。

[1] 錢(qián)海峰, 葛俊, 吳友斌,等. 長(zhǎng)江南京河段護(hù)岸工程實(shí)施效果淺析[J]. 人民長(zhǎng)江, 2012，43(s2):109-110.

[2] 包承綱, 李青云. 關(guān)于崩岸研究和預(yù)測(cè)的若干意見(jiàn)[J]. 水利水電科技進(jìn)展, 2003, 23(1):14-16.

[3] 余文疇 盧金友. 長(zhǎng)江河道崩岸與護(hù)岸(精)[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社, 2008.

[4] 章志強(qiáng),張幸農(nóng).長(zhǎng)江南京河段崩岸及其防護(hù)工程型式研究[R].南京：南京市長(zhǎng)江河道管理處,南京水利科學(xué)研究院.2010.

[5] 章志強(qiáng), 臧英平, 仲琳,等. 三江口窩崩及搶護(hù)[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào), 2011(2):71-76.

[6] 徐芳, 陳占濤, 岳紅艷. 崩岸災(zāi)害模擬與預(yù)測(cè)初探[J]. 中國(guó)港灣建設(shè),2005，(3):13-15.

[7] 中國(guó)科學(xué)院地理研究所.長(zhǎng)江九江至河口段河床邊界條件及其與崩岸的關(guān)系[M].北京:科學(xué)出版社，1978.

[8] 朱偉, 劉漢龍, 山村和也. 河川崩岸的發(fā)生機(jī)制及其治理方法[J]. 水利水電科技進(jìn)展, 2001, 21(1):62-6.

(編輯：李慧)

2017-09-15

吳永新，男，南京市水務(wù)局，高級(jí)工程師.

1006-0081(2017)11-0099-04

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