長江四房灣險段綜合治理成效分析

(鄂州市河道堤防管理處, 湖北 鄂州 436000)

四房灣險段是鄂州市最為重要的險工險段之一，也是河道治理湖北省的重要險工險段。該險段位于長江中游右岸鄂州市昌大堤下段，對岸即新淤洲，距黃石市區(qū)約4 km，下起劉家渡，上至袁家大戶，相應(yīng)堤防樁號67+800～70+300，全長 2.5 km，詳見圖1。該段地質(zhì)條件較差，為典型的二元地質(zhì)結(jié)構(gòu)，表層壤土覆蓋層厚度僅4～7 m，下臥砂層厚度超過40 m，滲透性極強。新淤洲右汊受戴家洲河道變化影響及入汊水流沖刷右岸岸坡的影響，使凹岸灘岸逐年崩塌后退。該險段堤防曾被迫退挽8次(1921～1949年退挽7次，新中國成立后1951年退挽1次)、潰口3次(1924年、1931年潰決2次，新中國成立后于1954年潰決1次)，使四房灣原“一”字形的堤線變成了現(xiàn)在的半月形。新淤洲右汊下游段河底最低處高程曾達-4.2 m，外灘最窄處不足10 m，逼近堤身，有使堤防崩潰的危險，嚴重威脅堤防安全。

圖1 四房灣險段平面位置

崩岸及其防治是河道開發(fā)與治理領(lǐng)域中十分重要的問題。自20世紀60年代以來，特別是1998年大洪水后，許多學(xué)者對此進行了相關(guān)研究。20世紀60年代初，唐日長等根據(jù)河道實測資料，分析了影響下荊江蜿蜒型河道崩坍強度的主要因素[1]；20世紀80年代，余文疇等對“口袋型”大崩窩進行了研究[2]，根據(jù)實測資料描述了該類型崩窩形成的過程；20世紀90年代，王家云和王永將崩岸的主要影響因素歸納為水流的沖刷作用，其次是河岸地質(zhì)條件及高低水位的突變產(chǎn)生的外滲壓力[3-4]；毛昶熙和陳祖煜等主要從土力學(xué)角度對崩岸進行了研究[5-6]。

四房灣險段的防洪安全直接關(guān)系到黃石電廠、華新水泥廠等數(shù)百家大中型企業(yè)、武黃高速等交通命脈的安全，關(guān)系到昌大堤保護范圍內(nèi)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和人民安居樂業(yè)，甚至鄂州、黃石兩市人民的生命財產(chǎn)安全。本文研究了其形成過程、治理措施及治理成敗經(jīng)驗，指出了目前仍存在的問題，并給出了相關(guān)建議。

1 新淤洲河段歷史演變

四房灣險段對岸即新淤洲，新淤洲位于戴家洲出口處的右緣，所處戴家洲河段位于大冶褶皺束隆起帶，受其構(gòu)造控制的影響，在歷史上河道未出現(xiàn)大幅變遷，全新世以來長江中下游略有右移，受其影響河道也略向右擺?，F(xiàn)今的新淤洲形成于清中葉后期，據(jù)清中《長江圖說》記載，在廻風(fēng)磯以西的彈子夾上至浠水口間已有趙家洲、戴家洲、筆架洲和新於洲存在，清光緒后趙家洲下移與戴家洲相連，筆架洲淪沒，新淤洲靠岸成為邊灘，幾百年來變化不大，該段河道基本上演變成現(xiàn)在的微彎分汊形河段。

2 險段形成

四房灣險段位于新淤洲右汊右岸，新淤洲處在戴家洲河段出口右緣，河道在此展寬后泥沙沖淤堆積成新淤洲，受上游節(jié)點控制，長江戴家洲河段在此由東西走向拐彎為南北走向。由于江中新淤洲分流作用，江水自新淤洲洲頭進入右汊后直射大堤，淘刷灘岸，在水流長期作用下，河岸在平面上和垂面上均成弧形土體向下崩挫，灘岸不斷崩退而發(fā)展成為67+800～70+000全長 2.2 km的彎曲河段。隨著水流的不斷沖刷，灘岸不斷崩退，曲率半徑不斷增大，彎頂逐漸下移，河床在68+200附近曾出現(xiàn)-4.2 m的深泓。加之該河段右岸(凹岸)地質(zhì)條件較差，為典型的雙層地基結(jié)構(gòu)，上層壤土覆蓋層厚度僅4～7 m，其下粉細砂層出露高度較高、抗沖能力較差、透水性強，每遇汛期高洪水位堤內(nèi)散浸、管涌等險情頻發(fā)，使四房灣險段曾3次潰堤。每逢枯水季節(jié)，堤內(nèi)地下水位一般高于外江水位5 m以上，大量的地下水外滲，加劇灘岸崩塌，使新淤洲右汊凹岸不斷南移，1911～1951年崩退650 m，平均年崩退15 m左右，迫使該險段于民國時期1911～1949江堤被挽退7次，1951年又挽退一次，原為直線堤，現(xiàn)挽退為半月形、灘岸最窄處僅10 m。四房灣險段發(fā)生崩岸與河灣的凸凹，河勢水流沖涮淤積演變的規(guī)律以及河岸的地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，二房灣、四房灣原為新淤洲頭尾對岸的兩處險段，隨著逐年右岸灘岸崩退不斷擴大，而使二房灣、四房灣發(fā)展合并成為現(xiàn)在的四房灣險段。

3 險段治理

歷史資料記載，民國期間，尤其江漢工程局組建后，對四房灣險段十分關(guān)注并治理，但基本未見成效，甚至是節(jié)節(jié)敗退：自1911～1949年，38a間退挽達7次之多。

新中國成立后1951～1974年期間，對四房灣險段采取了護岸及多次拋石固腳等治理措施，仍在發(fā)展的崩岸險情未能得到有效控制。為有效扼制險情，本著不縮小長江行洪斷面的原則，堵汊強干、利用長江汛期洪水含沙量大于枯水期的特點，在新淤洲右汊出口段修筑橫壩，減小流速，使江水挾帶的泥沙在汊道中自然落淤，達到固腳保灘的目的[7]。1974年在新淤洲右汊出口段新淤洲洲尾，修筑了一道頂部高程20 m、面寬4 m的橫堤，當(dāng)年汛期即被洪水卷走；1975年冬又在原址壘一座石壩，壩長100 m，寬4 m，高程12 m，共拋石約20 000 m3，取得成功；1978年又將石壩加高至14 m，面寬4～6 m，壩長110 m，共用石方2 900 m3。據(jù)1978年實測，河道底部高程已從-4.2 m上升到 3.6 m,4 a升高 7.8 m。四房險段鎖壩落淤典型斷面見圖2。

圖2 四房險段鎖壩落淤典型斷面(68+110)

四房灣為崩岸險情的多發(fā)段，由于鎖壩建成后缺乏資金，未能系統(tǒng)治理，鎖壩下游67+600～67+813段，每遇汛期高水位受江水沖刷淘岸，崩岸時有發(fā)生。1998年8月10日當(dāng)外江水位 24.41 m 時，通過對鎖壩上下游進行水下測量，發(fā)現(xiàn)距堤外腳45 m處已形成長超100 m、寬30 m、深3 m的沖坑。該段在1996年7月5日外江水位 19.52 m時曾形成長150 m的崩岸，當(dāng)時曾拋石固基控制險情，此處再次出現(xiàn)崩岸險情，嚴重危急到堤防安全。

1998～2004年對四房灣險段崩岸進行了系統(tǒng)治理：鎖壩上游枯水位以下拋石固腳，鎖壩及鎖壩下游段拋石；右岸側(cè)鎖壩加高到17 m，壩下長約200 m區(qū)域進行拋石填坑護底，平均厚度1 m，在鎖壩下游段長約200 m修筑了寬約7 m枯水平臺。鎖壩上、下游枯水位以上削坡砌坦，岸坡坡比1∶3～1∶5，塊石厚 0.3 m，碎石墊層厚 0.1 m，砂墊層厚 0.1 m，護砌高程 23.0 m，灘頂干砌石便道寬4 m，厚40 cm，其內(nèi)側(cè)為漿砌石截流溝，深1 m，上口寬 2.5 m，下口寬 0.5 m。完成護岸1 550 m，拋石 7.38萬m3，投資約700萬元，建國以來，四房灣險段累計拋石25.96萬m3、累計投資1 046萬元?；径笾屏吮腊峨U情的發(fā)生，詳見表1。

表1 建國以來四房灣險段崩岸治理情況統(tǒng)計

注：1.累計拋石 259 567.17 m3，其中鎖壩拋石 97 864.4 m3；1998年后護岸1 550 m，拋石 73 807.17 m3； 2.累計投資1 046萬元，其中1998年后投資696萬元。

4 險段堤防98險情分析

4.1 險情概述

1998年我國長江發(fā)生流域性的特大洪水，江河瀑長，洪峰疊起，昌大堤在洪水長時期浸泡和水流的持續(xù)沖擊下，險象環(huán)生。四房灣險段共發(fā)生險情47處，占昌大堤險情的45%，重大險情9處，占昌大堤重大險情(非人為因素)的90%。

四房灣段長1.6 km(樁號67+200～68+800)，共發(fā)生險情35次，險情主要為散浸、管涌、崩岸等，該段險情有以下特點：

(1) 險情出現(xiàn)早、結(jié)束晚，歷時時間長。1998年7月1日，外江水位 22.71 m，樁號67+200和67+300處首先發(fā)現(xiàn)散浸；最后一次險情發(fā)生在9月2日，當(dāng)外江水位 23.95 m時，樁號69+900平臺腳發(fā)生散浸，總共持續(xù)時間63 d。

(2) 該段險情以散浸為主，散浸占本險情的77.1%，且具有多發(fā)性，例如：樁號67+300內(nèi)平臺腳在7月1日、8月3日、8月8日先后發(fā)生過3次散浸；又如樁號67+900～68+400于8月20日平臺腳發(fā)生大面積散浸之前，從7月2日到8月2日曾先后發(fā)生了15次散浸。

(3) 頻繁發(fā)生散浸的部位大多為歷年來出險的地段。據(jù)統(tǒng)計，1996年四房灣曾發(fā)生過26處散浸，1998年在上述26處發(fā)生散浸地段有23處復(fù)發(fā)。

(4) 散浸與管涌兩類險情密切相關(guān)，散浸促發(fā)管涌，管涌引起散浸。從8月2日到8月20日，在外江水位 24.13～24.43 m，四房灣曾發(fā)生過7處(11個)管涌，但其規(guī)模較小，管涌直徑為4～15 cm，發(fā)生位置距平臺腳2～10 m，高程為18～19 m，且這7處管涌都先后多次發(fā)生過散浸險情。如樁號68+100于8月14日外江水位 24.13 m，距平臺腳5 m處高程18.5 m，發(fā)生管涌點6個。此樁號發(fā)生管涌的位置于7月3日、4日、29日曾3次發(fā)生集中散浸，這是散浸促發(fā)管涌，充分說明大堤在外江高水位的長期浸泡和持續(xù)的滲壓作用下，土壤含水量增高，長期處于飽和狀態(tài)，土的物理力學(xué)性質(zhì)惡化，從散浸型向管涌型轉(zhuǎn)化，險情不斷惡化。

二房灣段長 1.2 km(樁號68+800～70+000)，發(fā)生過10次散浸，長度110 m，兩次脫坡。散浸最早在7月21日外江水位 22.5 m，樁號69+560～69+580平臺腳，最后一次散浸發(fā)生在8月7日外江水位 24.35 m，樁號69+140～69+230，長度90 m的平臺腳先后發(fā)生過5次散浸，其他5次散浸在1996年均發(fā)生過散浸險情，且60%都在外江水位大于24 m時發(fā)生。兩次脫坡樁號69+530～69+600都因平臺坡陡、土質(zhì)松散加之暴雨而發(fā)生。

4.2 原因分析

四房灣險段險情的發(fā)生，以散浸最為頻繁。在1998年特大洪水沖擊下，四房灣險段共發(fā)生險情47處，占昌大堤總險情的45%，散浸最為頻繁共37處，長1 986 m，占昌大堤總險情的35%。

散浸實際上是堤身浸潤的出逸點，該點大多出現(xiàn)在堤內(nèi)坡平臺腳或堤腳處。當(dāng)?shù)躺斫櫨€的出逸比降大于土體的臨界比降時便會產(chǎn)生管涌，昌大堤產(chǎn)生管涌往往是由散浸引發(fā)的，一般出現(xiàn)在平臺腳處且大多數(shù)規(guī)模不大，嚴重程度較低。從險情發(fā)生時間位置、嚴重程度分析可知，散浸和管涌主要與地質(zhì)結(jié)構(gòu)、滲流穩(wěn)定及滲透變形有關(guān)，直接影響堤身滲透穩(wěn)定的因素是堤身土質(zhì)較差，巖性混雜、結(jié)構(gòu)松散、孔隙比高、滲透系數(shù)大、堤身矮小、內(nèi)坡平臺寬度、高程不夠等。脫坡、膿胞等其他險情均直接與堤身土質(zhì)有關(guān)。四房灣發(fā)生的崩岸與河灣的凸凹、河勢水流沖刷淤積演變的規(guī)律及河岸的地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。

4.3 堤防除險加固

1998～2004年，國家投巨資對堤防進行除險加固，采取了堤身加高培厚、錐探灌漿、堤內(nèi)填塘固基修筑內(nèi)外平臺及水平壓滲平臺、堤外護坡等綜合治理措施。

整險加固后，現(xiàn)堤頂面寬均達到設(shè)計寬度8 m，堤頂為混凝土路面，面寬為 4.5 m，兩邊為混凝土路肩，堤頂高程 27.60～27.80 m，堤內(nèi)、外坡坡比均為1∶3，堤高5 m。外坡高程 26.40 m以上為草皮護坡，26.40 m以下為漿砌石護坡；內(nèi)坡草皮護坡。堤內(nèi)外均建有壓滲平臺，堤外壓滲平臺寬50 m，高程27.6 m，堤內(nèi)平臺30 m，67+300～69+900堤內(nèi)建有三級水平壓滲平臺，總寬150 m，第一級寬30 m，高程 24.00～23.50 m，第二級寬20 m，高程22～21.5 m，第三級寬100 m，高程21～20 m，各級邊坡1∶4。地勘顯示，該段堤身填土以壤土、砂壤土為主，含少量雜填土、粉砂，上部雜填土呈松散狀，下部呈稍密狀，滲透系數(shù)K=3.85×10-5～8.965×10-5cm/s，透水性較弱，堤身狀況較好。加固后的堤防達到國家2級堤防標準。

5 河道治理后河床變化

四房灣的治理早在民國21年(1932年)即有修建護坡和拋石護岸的記錄。民國27年(1938年)以后，當(dāng)時的江漢工程局前后經(jīng)過近20 a的治理，采用柳磯護岸，均未長期奏效。新中國成立后1950～1974年期間，投入大量資金拋石固腳、平順護岸等措施，但崩岸仍在發(fā)展，險情未徹底根治。

1974年在四房灣下游新淤洲尾修建了一座土壩，當(dāng)年被洪水沖毀，1975年又筑一道壘石鎖壩(壩頂高程10 m，壩長217 m)固腳保灘。1978年經(jīng)水下測量，鎖壩上游險段河床淤高8 m，由原-4.0 m淤高至 4.0 m，險段得以緩解。

1980年后落淤變緩，上游口門已淤至14～18 m高程，中間段在2～6 m高程之間循環(huán)，下游段(壩前段)自壩首淤積與壩頂基本齊平，由壩首向上游沿伸、高程漸低與中間段相連，落淤達到平衡后基本穩(wěn)定。壩下段建壩初期壩尾(左岸)段沖刷較明顯，由5 m高程沖至1 m高程；上游淤積平衡后，自1990年壩下逐步淤積，至1997年形成壩下與壩上段相連接的心灘，壩兩頭則形成相應(yīng)的深坑，在1998年大汛中右岸沖刷約3 000 m2深坑。經(jīng)1998～2003年護岸、拋石固腳護底等整治措施后，鎖壩下游右岸現(xiàn)形成了寬約70 m、長約200 m與鎖壩齊平、高程約15 m的邊灘。而新淤洲洲尾崩退超過100 m，逼近鎖壩，左岸鎖壩下游發(fā)生沖刷，并形成了寬約20 m、長約70 m的沖坑。壩上段至2011年最低處淤高至4.6 m，到2014年最低處淤高至7.9 m。中間段左岸淤積明顯，進口段洲頭與右岸相連并形成長約1 000 m，寬近400 m邊灘，冬季斷流時間由1958年的3個月變?yōu)?個月，鎖壩建成后淤積總量超 100萬m3，新淤洲右汊右岸崩岸險情得到有效控制。

6 險段綜合治理成效分析

新中國成立后至2015年，特別是1998年特大洪水后國家投入巨資對堤防進行除險加固，對崩岸進行治理，先后采取了堤身加高培厚、錐探灌漿、堤內(nèi)填塘固基、水平壓滲、修筑內(nèi)外平臺、護坡護岸、鎖壩落淤等一系列綜合治理措施。治理后的新淤洲汊道岸坡穩(wěn)定，基本扼制住了河岸崩塌的危害，加固后的堤防達到了國家2級堤防標準，治理后的四房灣險段經(jīng)過十幾年的運行和2016年的洪水檢驗，汛期無一險情發(fā)生，治理達到了預(yù)期成效。

昌大堤整險加固工程建設(shè)全面提高了鄂州市防洪體系的安全性，避免洪水泛濫，減少水土流失，還形成沿江綠化帶，保障了黃石、鄂州兩市人民生命財產(chǎn)和1.33萬hm2耕地的安全，保護了花湖、黃石港兩個經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，對穩(wěn)定社會局面、改善區(qū)域投資環(huán)境、促進地區(qū)經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展起到積極作用。

7 存在的問題及建議

四房灣險段經(jīng)98大洪水后的系統(tǒng)治理，治理成效顯著，但經(jīng)過十幾年的運行還存在如下問題：①鎖壩上游出現(xiàn)5處冬季堤內(nèi)地下水外滲，滲水高程17 m以下，滲透點位置護岸塌陷，塌陷面積共計200 m2；②堤基滲透問題仍然存在；③鎖壩位于新淤洲側(cè)洲尾沖涮嚴重，危及鎖壩安全；④險段堤內(nèi)30 m外壓滲平臺因建房等破壞嚴重；⑤重建設(shè)輕管理，未落實護岸工程維修資金計劃；⑥缺乏有效的管理措施，管理人員結(jié)構(gòu)不合理。

針對上述問題，提出以下建議：①對險段堤防實施防滲墻工程措施，徹底解決堤基滲透問題；②對鎖壩位于新淤洲側(cè)洲尾沖涮段進行守護，確保鎖壩安全；③落實護岸工程維修資金，將維修資金列入年度管理維護經(jīng)費計劃；④調(diào)整管理人員結(jié)構(gòu)，加大執(zhí)法力度，確保堤防安全。

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