長江中游赤壁—潘家灣河段燕子窩水道航道整治工程效果分析

馬 一

(長江航道局，湖北 武漢 430010)

燕子窩水道歷史上主流周期性擺動、航槽不穩(wěn)，是長江中游的重點礙航淺水道之一。近年來，為加快推進長江黃金水道建設、服務國家長江經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略，相關部門對該水道開展了系統(tǒng)研究。研究結果表明：在新水沙條件下，燕子窩水道關鍵部位的不利變化仍將持續(xù)，若不采取工程措施對關鍵部位進行守護，則航道條件難以長期保持穩(wěn)定[1]。因此，2015—2018年在該水道實施了整治工程。本文結合工程實施情況及工程河段相關觀測資料，從工程實施以來河道沖淤變化、汊道分流比、航道條件及整治建筑物穩(wěn)定4個方面綜合分析工程整治效果[2]，總結治理經(jīng)驗，對燕子窩水道后續(xù)治理具有指導意義。

1 水道概況

1.1 地理位置及平面形態(tài)

長江中游赤壁—潘家灣河段位于城陵磯—武漢之間，全長約53 km，河段自上而下由陸溪口、龍口、嘉魚、王家渡、燕子窩5個水道組成[3]。燕子窩水道上起天門堤，下至潘家灣，全長12 km，左岸為洪湖市，右岸為嘉魚縣。該水道為典型的順直分汊河型，江中常年有心灘存在，將水道分為左右兩槽，平面呈彎曲收縮狀，出口有殷家角節(jié)點控制，右側(cè)有歸糧洲、老新洲等(圖1)。

圖1 燕子窩水道

1.2 水道維護情況

該水道于2006—2008年實施了嘉魚—燕子窩河段航道整治工程(簡稱“已建工程”)，初步穩(wěn)定了燕子窩水道灘槽格局，燕子窩水道的航槽穩(wěn)定于設計主航道，航道條件均滿足設計目標尺度[4]，航道維護以調(diào)標等常規(guī)維護手段為主；2013年3月 1日起，燕子窩水道枯水期最小航道維護尺度試運行3.7 m×80 m×750 m(水深×航寬×彎曲半徑)，保證率為98%，全年按一類維護類別進行維護。

1.3 主要礙航特性

已建工程實施后，雖然燕子窩水道航道條件基本滿足3.7 m水深，但也存在一系列問題，主要表現(xiàn)為：已建的心灘守護工程前沿分流區(qū)主流擺動空間較大，尚未完成對整治線的控制，燕子窩水道進口主流逐漸右擺，頂沖心灘頭部，已建心灘守護工程前沿水下低灘總體沖刷萎縮；同時，新水沙條件引起已建工程區(qū)淘刷加劇[5]，以致于近期右槽快速沖深發(fā)展，分流比增加明顯，減弱了左槽的水流動力；在心灘頭部繼續(xù)萎縮、右槽有所發(fā)展的共同作用下，左槽進口寬淺化趨勢明顯，形成長達數(shù)公里的淺區(qū)，航道條件總體趨于變差，且航槽位置及水深極不穩(wěn)定。

1.4 本期工程的必要性

2009年，由交通運輸部會同國家發(fā)改委、財政部和水利部編制，并獲國務院同意的《長江干線航道總體規(guī)劃綱要》中，本水道2020年規(guī)劃航道尺度為3.7 m×150 m×1 000 m[6]。已建工程實施后，燕子窩水道維護尺度為3.7 m×80 m×750 m，與規(guī)劃標準尚存在一定的差距。

從燕子窩水道近期演變趨勢看，若無后續(xù)工程跟進，則航道條件難以長期滿足3.7 m水深目標。因此，該河段仍須在已建工程基礎上，完善對灘槽格局的控制，鞏固先期治理效果，實施長江中游赤壁—潘家灣河段燕子窩水道航道整治工程(簡稱“本期工程”)是十分必要的。

2 工程布置及實施情況

2.1 治理思路

鑒于燕子窩水道右槽已不具備作為長期穩(wěn)定主通航汊道的條件，左槽近年來航道問題的根源在于對偏枯水流路的控制力度不夠。中枯水條件下，主流位于河道偏右側(cè)[7]，正對心灘頭部，隨著已建工程前沿低灘的逐漸萎縮，分流區(qū)趨向?qū)挏\化，以致于形成大范圍的淺區(qū)；且航道條件不能滿足規(guī)劃目標尺度，也不利于灘槽格局和右槽的進一步發(fā)展。因此，燕子窩水道應以已建工程為基礎，及早完成對已建心灘守護工程前沿水下低灘的守護，并適當恢復該區(qū)域的灘面高程以上提分流點，同時限制右槽的發(fā)展，從而解決航道條件不穩(wěn)定的問題。

2.2 治理目標與原則

本期工程治理目標是在已建工程的基礎上，通過工程措施，完善對較好灘槽格局的守護控制，遏制航道不利變化趨勢，確保已建工程的效果得到維持[8]，在燕子窩淺灘段實現(xiàn)航道尺度為3.7 m×150 m×1 000 m的規(guī)劃目標。

整治原則主要是延續(xù)已建工程控制思路；統(tǒng)籌兼顧，處理好本期工程與外部建設條件的協(xié)調(diào)性，為提高航道通航目標創(chuàng)造條件。

2.3 工程平面布置

本期工程主要包括4個部分：在燕子窩心灘頭部已建護灘帶前沿建設一縱兩橫3道護灘帶，長度分別為1 727、471及347 m；對燕子窩右槽已建2道護底帶進行修復加固，長度分別為550及390 m；對右槽護底帶根部1 027 m岸線進行守護，對左岸上河口—七家村2 656 m長的已建護岸進行水下加固[9]。工程方案平面布置見圖2。

圖2 本期工程平面布置

護灘帶采用D型軟體排護底，排上拋石壓載，局部邊緣區(qū)域拋透水框架防沖(圖3)；護底帶采用D型排護底，排上拋石壓載，在軸線深槽部位采用拋石體筑壩結構(圖4)；護岸采用斜坡式結構，陸上護坡采用鋼絲網(wǎng)格護面，枯水平臺采用鋪石與護面磚結構，水下護底采用D型排，排上拋石壓載(圖5)。

圖3 心灘護灘帶典型斷面(高程：m；尺寸：mm。下同)

圖4 右槽護底帶典型斷面

圖5 右岸護岸工程典型斷面

2.4 工程實施情況

本期工程于2015年7月開工建設，首先實施護岸拋枕鎮(zhèn)腳，防止岸線進一步崩退；2015—2016屆枯水期開始實施心灘護灘帶、右岸護岸、右槽護底帶、左岸護岸拋石加固等主體工程(圖6)，2016年汛后實施了右岸護岸植草綠化；2016年10月通過交工驗收并投入試運行，2018年5—6月實施建設期維護工程，2018年11月通過竣工驗收。

圖6 本期工程完工后全景

3 整治工程效果

3.1 整體效果

工程的實施修復了右槽護底帶對右槽的控制功能，完善了對燕子窩心灘頭部低灘的守護控制，目前心灘頭部低灘略有淤長，水道中上段灘槽形態(tài)得到改善，且左槽分流比有明顯增加，航道條件已達到設計尺度，效果明顯，為后續(xù)治理奠定了良好的基礎。

3.2 河道沖淤變化

本期工程前后2個時間段，演變特點的最大差異就在于變化的速度與幅度。工程實施前，燕子窩水道中上段以小幅淤積為主，下段以小幅沖刷為主，右槽進口淤積較為明顯，汊道內(nèi)總體表現(xiàn)為淤積狀態(tài)，燕子窩水道的演變相對緩和平穩(wěn)。

工程實施后，燕子窩水道沖淤幅度較大，河道逐步進行適應性調(diào)整。分析表明，工程的實施起到了穩(wěn)定中上段灘槽形態(tài)、穩(wěn)定分流格局的作用，水道中下段的適應性調(diào)整顯示出近期灘槽形態(tài)有轉(zhuǎn)好的趨勢。目前，中上段斜向過渡至北支的深槽較為穩(wěn)定，預計中上段灘槽形態(tài)將保持穩(wěn)定。中下段北支雖然一度明顯萎縮，但近期發(fā)展明顯，可見工程前形成北支的水動力條件仍在，預計在中上段工程的引導下，北支出口將進一步?jīng)_深發(fā)育。中下段南支近年來總體呈現(xiàn)發(fā)展、下移、逐步萎縮的過程，隨著北支的發(fā)展，預計將延續(xù)萎縮的態(tài)勢(圖7)。

圖7 2018年6月燕子窩水道河勢

3.3 汊道分流比變化

工程實施前，2012—2014年右槽枯水期分流比為28.3%。工程實施后，修復了右槽護底帶對右槽的控制功能，右槽分流比減小態(tài)勢明顯，右槽分流比逐步下降，2017年2月枯水分流比為23.4%，2018年4月枯水分流比為20.2%(表1)。

表1 工程后燕子窩水道汊道分流比

3.4 航道條件變化

工程實施前，燕子窩水道只能維持3.7 m水深、80 m航寬；工程實施后，燕子窩水道航道條件明顯改善，水深維持3.7 m，航寬由80 m提升至150 m，達到了設計航道尺度；2017—2018年，航道維護部門結合燕子窩水道治理后良好的發(fā)展趨勢，優(yōu)化了城陵磯—武漢段水深維護計劃，輔以疏浚維護措施，將燕子窩水道航道尺度進一步提升至4.0 m×150 m×1 000 m的航道尺度；目前，隨著工程整治效果的持續(xù)發(fā)揮，2019年該水道枯水期最小維護水深已提升至4.2 m，較整治目標大幅提升。工程實施以來燕子窩水道航道維護尺度情況見表2。

表2 工程后燕子窩水道分月維護尺度

注：航寬均為150 m，彎曲半徑1 000 m，保證率98%。

3.5 整治建筑物穩(wěn)定性情況

從工程實施以來的沖淤分析看，工程區(qū)域總體保持穩(wěn)定，局部河床有沖淤變化。燕子窩心灘頭部護灘帶工程、右岸護岸工程等經(jīng)歷兩屆汛期后較穩(wěn)定(圖8、9)，燕子窩心灘淤大長高；右槽已建護底帶修復加固工程局部護底排體邊緣有所沖刷，建設期維護工程實施后，防止了不利變化的持續(xù)發(fā)展而導致工程區(qū)域的局部破壞，建筑物保持穩(wěn)定。

圖8 2015年10月—2018年7月心灘護灘帶地形沖淤變化

圖9 右岸護岸工程典型斷面

4 結語

1)工程實施后，右槽分流比明顯下降，左槽為主槽的地位進一步穩(wěn)固，燕子窩心灘頭部低灘得到有效守護，水道中上段灘槽形態(tài)得到改善，實現(xiàn)了3.7 m×150 m×1 000 m的整治目標。

2)燕子窩工程完工后，整治建筑物經(jīng)過了2個水文年的考驗，工程區(qū)域總體保持穩(wěn)定，燕子窩心灘頭部護灘帶工程淤積態(tài)勢良好，心灘淤大長高，保證了整治功能的持續(xù)發(fā)揮?？傮w看來，工程結構設計可靠，建筑物穩(wěn)定性良好。

3)從近期演變看，燕子窩水道心灘左緣中下段持續(xù)沖刷崩退，可能造成左槽中下段進一步展寬，不利于平順航槽的最終形成；另外，因非法采砂活動的影響，目前灘槽形態(tài)有待調(diào)整，應加強河勢觀測，深入研究，適時啟動后續(xù)治理，包括對燕子窩心灘進行必要的后續(xù)守護，以及對灘槽形態(tài)進行適當?shù)囊龑哉{(diào)整。