長(zhǎng)江中游新洲—九江河段航道治理二期工程思路與方案研究

陸 英

(長(zhǎng)江航道局，武漢 430010)

圖1 新九河段河勢(shì)圖(2015-02)Fig.1 River regime of the Xin-Jiu reach of the Yangtze River

長(zhǎng)江中游新洲—九江河段(以下簡(jiǎn)稱新九河段)位于武漢至安慶河段，上起葫蘆山，下迄九江港客運(yùn)碼頭，全長(zhǎng)35 km，包括新洲水道和九江水道。河段平面形態(tài)呈反S型(圖1)，上段新洲水道為向左彎曲的新洲鵝頭型分汊段；下段九江水道向右彎曲。新洲水道右汊歷來(lái)是主通航汊道，左汊為支汊，僅通行地方小輪；九江水道中有鳊魚灘，將河道分為左右兩汊，主航槽一直穩(wěn)定于右汊。2011年11月至2012年10月，長(zhǎng)江航道局在新九河段實(shí)施了航道整治工程(以下簡(jiǎn)稱“一期工程”)，主要包括：徐家灣邊灘3道護(hù)灘帶，鳊魚灘灘頭梳齒壩工程，左岸新洲洲尾護(hù)岸，蔡家渡護(hù)岸，鳊魚灘灘頭及右緣護(hù)岸，右岸大樹(shù)下一帶護(hù)岸加固。通過(guò)一期工程的整治，目前本河段的航道尺度由4.0 m提高至4.5 m水深，淺區(qū)航道條件有所改善。

根據(jù)水運(yùn)發(fā)展需求結(jié)合及武漢至安慶段航道尺度建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，考慮本河段的防洪及環(huán)保的限制，新九河段二期工程航道建設(shè)目標(biāo)尺度[1]確定為：6.0 m×110 m×1 050 m(水深×航寬×彎曲半徑，下同)，實(shí)現(xiàn)13 000 t級(jí)內(nèi)河貨船、780TEU集裝箱船、10 000 t級(jí)江海船全線雙向通航及2 700 kW+4×5 000 t(分節(jié)駁)船隊(duì)全線單向通航。本文分析了新九河段近期演變和航道條件，提出了河段建設(shè)6.0 m水深航道尺度的治理思路，并研究了工程方案效果。

1 河道概況及外部環(huán)境條件

1.1 河段概況

新九河段上段新洲鵝頭型汊道，江中的新洲將河道分為兩汊，右岸存在有徐家灣邊灘，邊灘上部蔓延至河心，較為低矮(灘脊高程為5 m)，邊灘下部地勢(shì)較高(灘脊高程為12 m)；中段為徐家灣至官湖港段，為順直分汊段，進(jìn)口深槽居左，鳊魚灘將河段分為左右兩汊，主航道在鯉魚灘右汊。下段為九江彎道淺區(qū)位于二套口以下至彎頂一帶，2000年以后，凸岸二套口邊灘發(fā)育充分、完整，凹岸深泓貼岸，航道條件較好。

1.2 外部環(huán)境條件

新九河段左岸為湖北黃梅縣，右岸為江西九江市，兩岸經(jīng)濟(jì)相對(duì)比較發(fā)達(dá)，外部建設(shè)條件較為復(fù)雜。

(1)防洪、河勢(shì)規(guī)劃：新九河段防洪要求較高，對(duì)整治工程的力度和強(qiáng)度均有較嚴(yán)格的限制。

(2)沿岸港口、碼頭：九江港港區(qū)位于河段右岸，沿岸分布有大量碼頭，同時(shí)右岸岸線也是港區(qū)規(guī)劃岸線，目前徐家灣邊灘守護(hù)工程上游約1 050 m處有一飼料公司碼頭、下游約570 m處有一沙碼頭。

(3)取水口：在原XH3#護(hù)灘帶下游約865 m，有九江順風(fēng)自來(lái)水廠、九江市第四水廠取水口，取水規(guī)模為10萬(wàn)t/d，取水頭頂部高程為黃海高程2.69 m，對(duì)應(yīng)當(dāng)?shù)睾叫谢鶞?zhǔn)面下3.0 m。

2 近期河床演變與航道條件

2.1 近期演變特點(diǎn)

根據(jù)近期實(shí)測(cè)資料和已有成果[2-5]分析可知：

(1)新九河段兩岸岸線基本穩(wěn)定，但河道內(nèi)局部洲灘出現(xiàn)坍塌和沖蝕。一期工程重點(diǎn)對(duì)新洲尾、蔡家渡以及鳊魚灘右緣中下段等岸線進(jìn)行了守護(hù)，工程后上述岸線基本穩(wěn)定，總體變化不大，但未守護(hù)岸線有所崩退，新洲右緣中上段最大崩退60 m，同時(shí)水下邊坡變陡，岸線趨于不穩(wěn)定。

(2)新洲水道近期演變主要表現(xiàn)為深泓擺動(dòng)，上下深槽交錯(cuò)，淺區(qū)范圍擴(kuò)大，同時(shí)邊灘沖刷、下移，灘體切割、分離，航道條件向不利方向發(fā)展。一期工程后，邊灘沖刷、下移得到控制，灘槽格局得到初步控制，淺區(qū)航道條件有一定程度改善，但邊灘頭部低灘高程仍較低，淺區(qū)沖刷有限(圖2)。

(3)九江水道近期演變特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：受上游河道水流條件變化的影響，順直段進(jìn)口主流左擺，白沙邊灘沖蝕后退，鳊魚灘左汊發(fā)展，上下深槽交錯(cuò)，九江上淺區(qū)由正常型轉(zhuǎn)化為交錯(cuò)型淺灘，淺灘形態(tài)惡化；同時(shí)鳊魚灘洲頭沖刷，河道展寬，航道出淺礙航；九江彎道段凸岸二套口邊灘不斷淤長(zhǎng)，凹岸潛洲沖刷、消失，深槽右擺貼凹岸，主流趨于穩(wěn)定。一期工程實(shí)施后，鳊魚洲頭有所恢復(fù)，淺區(qū)主流集中，航道條件改善，但由于工程對(duì)鳊魚灘左汊控制較小，左汊分流比有小幅增加。

圖2 河道治理規(guī)劃工程、采砂區(qū)及主要涉水工程示意Fig.2 The planning projects for river regulation、area for sand excavation and mainly aquatic projects圖3 新九河段一期工程實(shí)施以來(lái)河床沖淤Fig.3 The bed scour and sedimentation since the operation of the 1st project in the Xin-Jiu reach

2.2 航道條件

一期工程及時(shí)控制關(guān)鍵洲灘，穩(wěn)定了灘槽格局，改善了航道條件，也為下一步航道尺度的提高奠定了良好基礎(chǔ)。從近年來(lái)的實(shí)測(cè)地形來(lái)看(圖3)，新洲淺區(qū)5 m等深線貫通，寬度在200 m左右，航道尺度達(dá)到了一期工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(4.5 m×200 m×1 050 m)，但6.0 m等深線斷開(kāi)，個(gè)別年份6.0 m線雖然貫通，但寬度不足110 m(見(jiàn)表1)；九江上淺區(qū)5 m等深線貫通，寬度均在250 m以上，較一期工程前，航道條件改善明顯，6.0 m等深線也貫通，寬度大于200 m，但2015年10月、2016年3月以及2016年12月淺區(qū)6 m等深線斷開(kāi)，水深有所減小。

總的來(lái)說(shuō)，一期工程后自然沖刷條件下新洲淺區(qū)和九江上淺區(qū)均不能達(dá)到6.0 m×110 m的尺度要求。

表1 新九河段航道尺度核查表(設(shè)計(jì)水位下)Tab.1 The verification of navigational scale (the design water level)

注：T表示貫通，量其最窄寬度；D表間斷，量其間斷長(zhǎng)度；單位均為m。設(shè)計(jì)水位=現(xiàn)行航基面+0.06 m

2.3 航道變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)

通過(guò)平面二維水沙數(shù)模[6]預(yù)測(cè)新九河段未來(lái)6.0 m航道變化趨勢(shì)(見(jiàn)圖4和圖5)，模型以2016年3月實(shí)測(cè)地形為起始，選取2011～2015年、1998年(減沙2/3)，2012～2015年共計(jì)10 a作為系列水沙年。水沙系列的選取考慮近年來(lái)實(shí)際發(fā)生的水沙年加上1998年(減沙2/3)，其中2011年為三峽蓄水以來(lái)的小水小沙年，2012、1998年為大水大沙年，其余為中小水沙年。1998年的減沙原則以2008年來(lái)九江站流量和輸沙量關(guān)系的趨勢(shì)線為依據(jù)。

趨勢(shì)預(yù)測(cè)計(jì)算表明：系列水文年內(nèi)，當(dāng)遭遇大水大沙年后，新洲淺區(qū)航道條件惡化明顯，設(shè)計(jì)水位下6 m水深線斷開(kāi)，6 a末6 m線斷開(kāi)340 m，10 a末斷開(kāi)90 m；九江淺區(qū)航道條件也有所惡化，但淺區(qū)6 m線仍貫通，航寬不滿足規(guī)劃要求；當(dāng)遭遇小水小沙年后，新洲和九江淺區(qū)航道條件有所改善。同時(shí)，大水年作用后，河段灘槽沖淤幅度較大，新洲水道上深槽下探、右擺幅度明顯加大，徐家灣沿岸槽分流明顯增加；鳊魚灘左汊沖刷幅度加劇，分流比也有一定幅度的增加。

圖4 無(wú)工程10 a末河床沖淤Fig.4 The bed scour and sedimentation after 10 years in natural condition圖5 無(wú)工程10 a末 6.0 m航道條件Fig.5 The navigation condition in the depth of 6.0 m after 10 years in natural condition

3 治理思路及工程部位確定

3.1 治理思路

對(duì)于4.5 m×200 m的航道尺度標(biāo)準(zhǔn)，河段已滿足該航道尺度要求，但要提升至6.0 m水深，河段內(nèi)還存在如下問(wèn)題：(1)新洲水道上下深槽交錯(cuò)，淺區(qū)水流分散，水動(dòng)力相對(duì)不足，并且隨著上深槽沖刷發(fā)展，主流偏移，枯期淺區(qū)沖刷有限，航道水深難以大幅增加；(2)徐家灣邊灘沿岸槽分流能力仍較強(qiáng)，造成主航槽分流減小，對(duì)淺區(qū)航道改善不利；(3)受沿岸槽吸流以及鳊魚灘左汊進(jìn)口沖刷的影響，鳊魚灘右汊分流比減小，九江上淺區(qū)沖刷幅度有限，6 m航槽不穩(wěn)定。

鑒于防洪及環(huán)保等外部條件的限制，考慮本期建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、河道自身的特性以及已建工程實(shí)施后河道演變特點(diǎn)，二期工程整治思路確定為：在已有一期工程的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)邊灘的控制力度，限制沿岸槽及支汊發(fā)展，同時(shí)輔助基建性疏浚及不利年份維護(hù)性疏浚，達(dá)到6 m×110 m×1 050 m的航道尺度。

3.2 工程部位確定

為了進(jìn)一步明確工程實(shí)施部位，通過(guò)數(shù)模[6-7]開(kāi)展了不同部位的單方案效果計(jì)算分析。從上述不同部位、不同措施研究發(fā)現(xiàn)：對(duì)新洲淺區(qū)航道問(wèn)題，在徐家灣邊灘已建工程加高，在邊灘上游修建丁壩可實(shí)現(xiàn)新洲淺區(qū)流速的增加，而在沿岸槽倒套內(nèi)修建潛鎖壩可限制沿岸槽發(fā)展，有利于主流的集中(表2)；對(duì)九江上淺區(qū)的航道問(wèn)題，在鳊魚灘左汊實(shí)施護(hù)底帶，在白沙邊灘修建丁壩可限制左汊進(jìn)流，抑制左汊發(fā)展，有利于淺區(qū)主流的穩(wěn)定(表3)。

因此，對(duì)于新洲淺區(qū)的治理，限制沿岸槽分流，增大淺區(qū)流速，工程部位選在徐家灣邊灘是合適的；對(duì)于九江上淺區(qū)的治理，主要是左汊發(fā)展，維持右汊穩(wěn)定，工程部位選在鳊魚灘頭部及左汊進(jìn)口是合適的。

表2 新洲水道工程部位方案探索性計(jì)算Tab.2 The calculated result for the exploratory scheme in the engineering sites in Xinzhou waterway

表3 九江水道工程部位方案探索性計(jì)算Tab.3 The calculated result for the exploratory scheme in the engineering sites in Jiujiang waterway

4 治理方案及工程效果

4.1 方案平面布置

在上述單方案效果計(jì)算分析基礎(chǔ)上，形成組合方案，并經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化[6,8]，最終形成二期工程的推薦方案，方案由整治、疏浚工程兩部分組成(見(jiàn)圖6)，具體如下：

(1)徐家灣邊灘守護(hù)工程。對(duì)徐家灣邊灘，在已建工程上游新建2道丁壩，1#丁壩長(zhǎng)538 m，頭部余排180 m，壩頭高程按5.79 m控制；2#丁壩長(zhǎng)711 m，頭部余排長(zhǎng)200 m，壩頭高程按4.29 m控制，守護(hù)寬度均為180 m。在已建工程下游新建1道護(hù)底帶，長(zhǎng)1 023 m，近岸側(cè)373 m長(zhǎng)軸線拋石按-8.21 m高程控制(設(shè)計(jì)水位下14 m)，寬度為180 m。同時(shí)對(duì)已建前2道帶護(hù)灘帶加高，3#丁壩是在原XH1#護(hù)灘帶軸線拋石加高，高程為4.29 m(設(shè)計(jì)水位下1.5 m)，4#護(hù)灘帶是在原XH2#護(hù)灘帶軸線加高1.5 m，長(zhǎng)度分別為1 093 m、1 340 m。

圖6 新九河段航道治理二期工程推薦方案平面布置Fig.6 The layout chart in the recommended scheme of the 2nd channel regulation project of the Xinzhou-Jiujiang reach

(2)鳊魚灘洲頭守護(hù)工程。沿鳊魚灘洲頭灘脊布置1道護(hù)灘帶，長(zhǎng)377 m，與已建梳齒壩銜接；同時(shí)增加1道橫向護(hù)灘帶，與左岸相接，根部采用護(hù)岸方式，長(zhǎng)度為585 m，護(hù)灘帶寬度均為180 m。

(3)護(hù)岸及護(hù)岸加固工程：新洲右緣上段新建4 677 m護(hù)岸、蔡家渡新建2 675 m護(hù)岸，左汊護(hù)底新建814 m根部護(hù)岸。

(4)疏浚工程:對(duì)新洲淺區(qū)進(jìn)行疏浚，疏浚底高程為設(shè)計(jì)水位下6.5 m，范圍為22.69萬(wàn)m2。

圖7 10 a末工程引起的河床沖淤Fig.7 The bed scour and sedimentation after 10 years with the recommended project scheme圖8 推薦方案10 a末 6.0 m航道條件Fig.8 The navigational condition after 10 years with the recommended project scheme

4.2 方案工程效果

物理模型[8]和數(shù)學(xué)模型[6]分別對(duì)推薦方案開(kāi)展了系列年效果研究，模型起始地形為2016年3月，水沙系列選取2011～2015年、1998年(減沙2/3)、2012～2015年。兩模型結(jié)果相近，其中數(shù)模預(yù)測(cè)的效果見(jiàn)圖7和圖8。結(jié)果表明：推薦方案實(shí)施后能減小徐家灣沿岸槽分流比，增加新洲、九江淺區(qū)流速，限制鳊魚灘左汊分流比，其中，整治流量下徐家灣沿岸槽減小1.3%，新洲、九江淺區(qū)流速增幅分別為0.08 m/s、0.03 m/s，鳊魚灘左汊分流減小0.7%；工程實(shí)施后，系列年內(nèi)6 m×110 m×1 050 m的航道尺度基本得到滿足，疏浚區(qū)年回淤率在41%左右，但不利水文年(第6年)新洲水道6 m線寬度不滿足要求，需要疏浚維護(hù)。

5 結(jié)論

(1)新九河段航道治理一期工程實(shí)施后，已滿足4.5 m×200 m航道尺度要求，但要提升至6.0 m水深，河段內(nèi)還存在如下問(wèn)題：新洲水道上下深槽交錯(cuò)，淺區(qū)水流分散，且隨著上深槽沖刷發(fā)展，主流偏移，枯期淺區(qū)沖刷有限；徐家灣邊灘沿岸槽分流能力仍較強(qiáng)，造成主航槽分流減小，對(duì)淺區(qū)航道改善不利；受沿岸槽吸流以及鳊魚灘左汊進(jìn)口沖刷的影響，鳊魚灘右汊分流比減小，九江上淺區(qū)沖刷幅度有限，6 m航槽不穩(wěn)定；(2)鑒于防洪及環(huán)保等外部條件的限制，二期工程整治思路確定為：在已有一期工程的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)邊灘的控制力度，限制沿岸槽及支汊發(fā)展，同時(shí)輔助基建性疏浚及不利年份維護(hù)性疏浚，達(dá)到6 m×110 m×1 050 m的航道尺度；(3)通過(guò)數(shù)模開(kāi)展了不同部位、不同措施效果，確定工程部位。對(duì)新洲淺區(qū)，限制沿岸槽分流，增大淺區(qū)流速，工程部位選在徐家灣邊灘是合適的；對(duì)九江上淺區(qū)，主要是左汊發(fā)展，維持右汊穩(wěn)定，工程部位選在鳊魚灘頭部及左汊進(jìn)口是合適的；(4)采用物模和數(shù)模研究二期工程推薦方案的效果。結(jié)果表明：方案實(shí)施后能減小徐家灣沿岸槽分流比，增加新洲、九江淺區(qū)流速，限制鳊魚灘左汊分流比，系列年內(nèi)6 m×110 m×1 050 m的航道尺度基本得到滿足，但不利水文年新洲水道需要疏浚維護(hù)。