長江下游東流水道6 m水深工程治理思路及方案設計

馬 一,呂永興

(1.長江航道局，湖北 武漢 430010；2.中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510221)

東流水道位于長江下游九江市—安慶市之間，地處安徽省境內(nèi)，左岸為望江縣、右岸為東至縣[1]。水道內(nèi)汊道眾多，灘槽變化劇烈，主支汊轉換較為頻繁，一直以來是長江下游重點淺險水道之一。

為更好地服務長江經(jīng)濟帶建設，加快構建沿江綜合立體交通走廊，打破長江中下游有機銜接的關鍵卡口，適應船舶大型化發(fā)展趨勢，經(jīng)過開展長江干線武漢—安慶段航道水深進一步提高的可能性論證工作，認為武漢—安慶通航標準為6.0 m×200 m×1 050 m(水深×寬×轉彎半徑)，可以作為一個時期的航道規(guī)劃發(fā)展目標[2]。

長江下游東流水道6 m水深工程(簡稱“本期工程”)是實現(xiàn)上述航道規(guī)劃目標的重要組成部分，工程實施意義重大。筆者分析東流水道航道條件、河床演變及礙航特性，結合東流水道本期工程思路，提出6.0 m水深建設方案，并采用模型研究工程方案效果，可為后續(xù)研究提供更為科學全面的技術支撐。

1 水道概況

1.1 水道特征

東流水道上起華陽河口，下迄吉陽磯，全長31 km，屬順直多分汊河型[3](圖1)，按平面形態(tài)可分為3段：進口段、分汊段和出口段。進口段華陽河口—老虎崗，長約5 km，進口處河寬1.6 km左右，河道單一、順直且略有放寬，河床相對穩(wěn)定；分汊段老虎崗—狹陽湖，長約18 km，河道順直寬闊，江面最寬處約4.5 km，河道中存在由老虎灘、天沙洲、玉帶洲、棉花洲及大片低灘組成的帶狀灘群，將東流水道分為四汊，從左到右依次為蓮花洲港、天玉串溝、西港和東港；出口段狹陽湖—吉陽磯長約8 km，河道單一，微彎窄深，河岸較為穩(wěn)定[4]。

整治前，東流水道西港和蓮花洲港交替作為主航道，均存在枯水期水深或航寬不足的狀況[5]，且時有海損事故發(fā)生，嚴重影響枯水期船舶的正常營運及航行安全。為改善東流水道航道條件，2004—2017年該水道先后實施整治工程，守護了部分關鍵洲灘，初步穩(wěn)定了航道邊界，遏制了東港快速發(fā)展的不利變化趨勢，改善了西港的航道條件，工程達到4.5 m×200 m×1 050 m 及保證率98%的航道建設標準[6]。

圖1 東流水道河勢

1.2 水道維護情況

2017年11月1日起，試運行提高長江干線黃石上巢湖—安慶吉陽磯河段航道計劃維護尺度。2017年11月—2018年4月，枯水期航道維護尺度由4.5 m×200 m×1 050 m提升至5.0 m×200 m×1 050 m，2019年3月10日轉為正式運行。目前，東流水道航道等級為Ⅰ級，全年實行一類航標配布、一類航標維護。東流水道航道分月維護尺度情況見表1。

表1 東流水道航道分月維護尺度

注：航寬均為200 m，彎曲半徑1 050 m。

2 河道演變及礙航特性

從歷史演變看，東流水道一直保持著順直多分汊河型，河床演變特征主要表現(xiàn)為：隨著河段內(nèi)洲灘群的不斷沖淤歸并與切割分離，各汊道出現(xiàn)往復興衰現(xiàn)象，使主航道位置隨之在東港、西港和蓮花洲港之間不斷調(diào)整變化[7]，河道自身的邊界條件決定了東流水道發(fā)展為不穩(wěn)定的多分汊河型。

2.1 汊道分流比變化

東流水道汊道分流格局近期處于較為劇烈的調(diào)整過程中(圖2)。自2002年11月以來，東港分流比持續(xù)增加，至2014年2月東港分流比達到最大值51.6%，此后逐步回調(diào)，2016年3月減小為37%；西港分流比由2014年2月11.2%增加至2016年3月29.8%。2018年4月東港分流比進一步減小至34.5%，西港分流比增加至38.8%。

圖2 東流水道各汊道近期分流比變化

2.2 河床沖淤變化

2016年3月以來，東港、蓮花洲港河槽總體小幅淤積，老虎灘左槽左岸邊灘沖刷明顯，老虎灘左槽下段及西港過渡段沖刷劇烈，玉帶洲右汊沖淤變化較大，中上段呈現(xiàn)左淤右沖、中下段左沖右淤的態(tài)勢。

老虎灘頭部以上順直段沖淤交替，總體以淤積為主，幅度在0.5～1.0 m；老虎灘左槽左岸雷港口邊灘雷港口以上由沖轉淤，淤積幅度在1～2 m，沖刷區(qū)域下移至雷港口至3#丁壩一帶，沖刷幅度在1 m左右，3#丁壩下游仍為淤積，幅度在2 m以上。老虎灘左槽上段小幅淤積，幅度在0.5 m以內(nèi)；老虎灘左槽下段至西港過渡段一帶仍繼續(xù)沖刷，幅度在1 m以內(nèi)。天玉串溝繼續(xù)淤積，幅度在1～3 m；玉帶洲右汊上段右側七里湖一帶仍有小幅沖刷，左側繼續(xù)淤積，幅度在2～3 m；玉帶洲右汊中下段玉帶洲右緣仍有小幅沖刷，左側東流鎮(zhèn)以下深槽淤積，幅度在2～3 m。東港總體略有淤積，幅度不大，蓮花洲港進口段淤積明顯，中段略有沖刷。

2.3 灘槽變化

東流水道灘槽格局總體穩(wěn)定，但局部洲灘沖淤變化仍較為明顯，老虎灘左緣仍有小幅沖刷，西港過渡段延續(xù)沖刷發(fā)展態(tài)勢，天玉串溝大幅淤積，玉帶洲右緣崩退，老虎灘左槽左側雷港口邊灘沖刷。

深槽變化主要發(fā)生在老虎灘左汊—西港—玉帶洲右汊一線，老虎灘左汊5 m深槽槽頭下延，西港5 m等深線由2016年3月斷開約1 600 m發(fā)展至貫通，最小寬度達230 m。玉帶洲右汊左側深槽沖刷，右側河槽淤積，河心水下心灘進一步淤長，3 m等深線淤積下延約1 180 m，5 m等深線淤積下延約380 m。

2.4 主要礙航特性

1)東流水道汊道分流格局變化劇烈，西港分流比較小且難以保持穩(wěn)定，導致西港過渡段大幅淤淺，航槽內(nèi)水深不足。西港淺灘位于西港進口，西港平面走向與汛期主流夾角較大，在汛期淤積嚴重，多數(shù)年份屬交錯淺灘。西港處于成熟期時，淺灘灘脊一般較低；西港處于發(fā)展初期或衰退期時，灘脊一般較高。由于西港衰退，西港進口淺灘持續(xù)淤積。同時，老虎灘尾部淤積下延擠壓西港航寬，航道寬度逐年減小。2010年以來，4.5 m等深線已難以貫通，二期工程實施后，6.0 m等深線斷開距離有所減小，但斷開幅度仍較大。由于西港過渡段水流分散，西港分流較少，加上老虎灘尾變化不定，使得西港航槽難以穩(wěn)定。

2)2002年11月—2014年2月，東港水道分流比呈增長態(tài)勢，且出口水流受稠林磯挑流影響，主流左偏，玉帶洲右汊上深槽左擺，玉帶洲中下段右緣低灘沖刷，中下段河床將趨于寬淺，不利于航槽穩(wěn)定。一期航道整治工程實施初期，由于西港分流比較大，過渡段水流集中頂沖七里湖，導致七里湖外灘地沖刷顯著，灘面降低幅度達5.5 m左右，岸線最大崩退幅度約50 m；2009年之后由于西港分流比減小，七里湖岸線崩退幅度有所減緩。七里湖岸線的崩退導致玉帶洲右汊河道向右展寬，緊貼七里湖岸線的下深槽相應右擺，而與過渡段的上深槽之間逐漸交錯。2002年11月—2014年2月，隨著東港出流的增大，上段深槽左偏明顯，由此深槽交錯形態(tài)越來越明顯。在航道線路變得更加彎曲的同時，航道水深也有所減小，到2014年2月，該處6 m線中斷，二期工程實施后，2014—2016年，該處深槽交錯狀態(tài)仍然持續(xù)，6.0 m線不通，2016年汛后，上深槽進一步下探，6 m線貫通，最小寬度260 m。

3 治理思路與原則

3.1 治理思路

為進一步提高航道水深、改善西港的航道條件，采用整治與疏浚相結合的措施，進一步穩(wěn)定洲灘格局，先期實現(xiàn)西港6.0 m×110 m×1 050 m通航，并促進西港發(fā)展及航道條件改善，為全面建成西港6.0 m×200 m×1 050 m航道尺度奠定基礎。

3.2 治理原則

1)生態(tài)優(yōu)先，統(tǒng)籌兼顧。在實現(xiàn)工程建設目標的前提下，處理好航道工程與防洪、環(huán)保等外部環(huán)境影響的關系。

2)因勢利導，整疏結合。本期工程采取關鍵性整治建筑物與基建性疏浚相結合的措施進行治理。

3)加強觀測，動態(tài)調(diào)整。加強東流水道地形及水文觀測，根據(jù)河道發(fā)展變化動態(tài)調(diào)整和完善治理方案，確保整治建筑物的穩(wěn)定和整治效果的有效發(fā)揮。

3.3 汊道選擇

從汊道航道現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、航道整治思路的一致性及實施總體工程可能產(chǎn)生的外部影響等方面，對東流水道各汊道情況進行綜合分析(表2)。

1)蓮花洲港已不具備成為主通航汊道的條件。一期工程穩(wěn)定了蓮花洲港進口段上游的雷港口邊灘后，限制了蓮花洲港進一步發(fā)展成為主汊的可能；且蓮花洲港現(xiàn)狀航道條件很差，進口及中段多處5 m等深線斷開，航道條件不能滿足建設標準的河段占蓮花洲港的36%，治理和維護難度大。

2)東港現(xiàn)狀航道條件相對較好，但從歷史演變規(guī)律、近期演變態(tài)勢看，東港航道條件難以保持長期穩(wěn)定。二期工程實施后，老虎灘頭部位置大幅上延，東港進流受到限制，不利于東港航道條件的保持；且東港中下段存在磯頭，岸線凸凹不平，局部流態(tài)紊亂，航行條件較差。

3)西港作為主航道順應了河勢發(fā)展規(guī)律，與已建工程整治思路一致，具有良好的實施基礎。近年來，老虎灘左槽、西港進口段沖刷發(fā)展勢態(tài)明顯，分流比有增加的趨勢，航道條件逐步改善；若航道布置在西港，則本期航道整治與已建工程治理思路保持一致，可充分利用已建工程奠定的基礎。

表2 東港、西港汊道航線比選

4 整治方案及效果

4.1 建設標準

本期工程航道建設等級為Ⅰ級航道，設計航道尺度6.0 m×110 m×1 050 m，通航保證率為98%；主要通航代表船型為：1.3萬噸級內(nèi)河貨船、780 TEU集裝箱船、1萬噸級江海船雙向通航、2 700 kW+4×5 000 t頂推船隊。

4.2 建設方案

工程建設方案主要包括5個部分(圖3)：

1)老虎灘護灘帶加固工程：對老虎灘左緣已建護灘工程外緣及未守護的空擋區(qū)進行加固守護，加固工程總長4 150 m，穩(wěn)定航道邊界條件。

圖3 工程平面布置

2)天玉串溝控制工程：在天玉串溝內(nèi)2道已建護底帶軸線位置布置2道護底帶，護底帶長分別為277 m和271 m，守護天玉串溝近期淤高的河床免受沖刷，穩(wěn)定西港目前較優(yōu)的主流流路。

3)稠林磯以下高灘守護工程：對右岸稠林磯以下長1 635 m的高灘岸線進行守護，守護工程與下游已建高灘守護工程銜接，穩(wěn)定稠林磯岸線。

4)玉帶洲右緣高灘守護工程：對玉帶洲右緣長4 360 m高灘岸線進行守護，守護工程與上游已建高灘守護工程銜接，穩(wěn)定玉帶洲右緣岸線。

5)西港挖槽工程：沿現(xiàn)有深槽走向布置挖槽，挖槽寬度300 m、進口段放寬，底高程為設計最低通航水位下6.5 m(即1985國家高程基準-2.73 m)。通過挖槽引流、促進西港發(fā)展，平順航道軸線走向，與整治工程相結合實現(xiàn)航道建設標準。

4.3 整治效果

為研究整治方案效果，采用物理模型在2018年4月地形基礎上開展定床和動床物理模型對工程方案進行研究。東流水道定床物理模型范圍上起華陽河口，下至吉陽磯，模型河段全長約32 km；動床物理模型范圍上起牌石磯(望東長江大橋下游1.1 km)，下至棉花洲尾，模擬河段長約20 km。模型平面比尺為1:400，垂直比尺為1:125。

研究結果表明，東流水道通過采用整疏結合的工程措施，對老虎灘、玉帶洲右緣及稠林磯一帶高灘岸線的守護，有效穩(wěn)定了局部河勢，遏制了航道不利變化趨勢，通過西港挖槽與天玉串溝控制，增強了西港航槽內(nèi)水流動力，促進西港發(fā)展及航道條件改善。工程實施后，本水道能夠達到航道尺度6.0 m×110 m×1 050 m、保證率為98%的設計標準，在不利水文年份須開展少量維護性疏浚；同時，隨著工程效果的發(fā)揮及河道的自然演變，西港航道條件將進一步改善，為后續(xù)實現(xiàn)6.0 m×200 m×1 050 m航道尺度奠定了基礎。

5 結論

1)從東流水道汊道分流比、河床沖淤及灘槽沖淤變化3個方面，分析水道礙航原因，即，該水道內(nèi)汊道呈周期性興衰交替，灘槽變化劇烈，西港過渡段主流擺動空間較大，難以形成穩(wěn)定航槽；玉帶洲右汊上深槽左擺，玉帶洲中下段右緣低灘沖刷，中下段河床趨于寬淺。

2)從東流水道汊道航道現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、航道整治思路一致性及實施總體工程可能產(chǎn)生的外部影響等方面綜合分析。結果表明：選擇處于發(fā)展周期的西港作為遠期主航道較為合理。

3)提出東流水道的本期工程治理方案，即：對老虎灘左緣進行加固、對玉帶洲右緣及稠林磯岸線進行守護，在天玉串溝實施控制工程，實施西港挖槽工程，促進西港發(fā)展及航道條件改善。

4)采用模型研究工程效果。結果表明：工程實施后，能夠達到航道尺度6.0 m×110 m×1 050 m、保證率為98%的設計標準，在不利水文年份須開展少量維護性疏浚，同時隨著工程效果的發(fā)揮及河道的自然演變，西港航道條件將進一步改善，為建成200 m航道寬度奠定了基礎。