長沙樞紐至蘆林潭河段灘險整治效果分析與評價

余雅雪

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司， 湖南 長沙 410200； 2.長沙理工大學 水利工程學院， 湖南 長沙 410114)

1 研究背景

湘江是長江七大支流之一，也是湖南省境內(nèi)最大的河流。湘江2 000 t級航道建設(shè)一期工程(株洲—城陵磯)全長281 km，按Ⅱ(3)級航道標準建設(shè)，設(shè)計航道尺度為2.8 m×90 m×550 m(航深×航寬×最小彎曲半徑)，工程于2011年10月正式開工建設(shè)，2015年2月起陸續(xù)交付相關(guān)單位進行試運行。

近年由于無序采砂現(xiàn)象嚴重，而洞庭湖上游三口四水來沙補給量也在不斷減少， 造成河槽內(nèi)河床長期處于沖刷狀態(tài)， 河床整體下切程度日益增大，使長沙樞紐以下整治河段水位有嚴重下降趨勢[1]。本文選取湘江2 000 t級航道建設(shè)一期工程中的長沙樞紐至蘆林潭河段，對比分析各灘險在整治工程前、后河道平面、河床沖淤，航道尺度等方面的變化情況，分析其整治效果。

2 淺灘特性

湘江長沙樞紐至蘆林潭段航道，共整治12個灘險，淺段主要以淺、窄、彎礙航，無急流險灘。各段的水流條件、河床邊界、洪枯水流量、含沙量及演變規(guī)律各異。

各灘險河段特性見表1。

表1 長沙樞紐至蘆林潭段灘險特性灘 名距城陵磯里程/km河床地質(zhì)灘險類型設(shè)計水位/m灘長/m河寬/m洪水枯水銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群銅官灘140砂汊道21.691 0001 000600黃泥灘139砂礫過渡段21.661 000980600二圣廟灘138砂礫汊道21.621 0001 200465金鉤寺灘137砂礫汊道21.591 0001 290580魚尾— 文經(jīng)灘群魚尾灘136砂汊道21.556001 300700文經(jīng)灘119卵石汊道20.962 0001 300500湘江洪 道濠河 口東支河段灘群 濠河口灘113粘土彎道20.752 500600350南門港灘103砂河口20.371 300750350烏龍咀灘101砂礫過渡段20.29657700300黃貓灘95砂彎道20.061 300819314

續(xù)表1 長沙樞紐至蘆林潭段灘險特性灘 名距城陵磯里程/km河床地質(zhì)灘險類型設(shè)計水位/m灘長/m河寬/m洪水枯水老鼠夾灘93砂彎道19.991 4001 063500白泥湖灘89.5砂汊道19.852 600900550

3 整治方案

湘江長沙樞紐至蘆林潭段，水量較充沛，河流坡降較小，淺段主要以淺、窄、彎礙航，無急流險灘。在整治該河段的礙航淺灘時，除了對淺段進行疏浚外，還根據(jù)需要布置整治建筑物，利用湘江水量充沛的優(yōu)勢，充分發(fā)揮整治建筑物的作用，達到?jīng)_刷和穩(wěn)定航槽的目的。對于部分灘情明顯好轉(zhuǎn)、航槽尺度明顯增大的河段，則采用“立足當前，兼顧長遠，并通過洲灘的守護，穩(wěn)定已形成的良好的灘槽格局”整治原則，確保航槽能長期保持穩(wěn)定，淺灘不再重新惡化。具體整治措施見表2。

4 工程效果分析

本文通過對整治前測圖、整治后竣工圖及2018年工程河段測圖進行對比，從整治工程實施前、后的河道平面、河床沖淤、航道條件等方面變化情況對長沙樞紐至蘆林潭航段整治效果進行分析。

4.1 河道平面變化分析

4.1.1銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群

銅官灘作為長沙樞紐以下的第1個灘險，對比整治前、后測圖可以看到，全河段大部分水深條件良好，但受采砂影響，洪家洲右副汊河床下切嚴重，為保證左汊主航道的穩(wěn)定，對洪家洲右汊尚未下切河段進行護底，護底采用石籠護墊，護底范圍長約560 m，寬約60 m。并在石籠護墊上游下切河床邊界處布設(shè)四面六邊透水框架，布設(shè)范圍長約560 m，寬約40 m，促使水中泥沙落淤，同時避免坡腳被淘刷，達到淤灘護灘的目的。黃泥潭—金鉤寺灘群受采砂影響，水深充裕，未發(fā)現(xiàn)淺點，已不需要疏浚。依據(jù)2018年最新測圖顯示，受兩岸大堤及守護措施的影響，該段河岸在工程后未發(fā)現(xiàn)明顯的沖蝕、崩塌、岸線后退或向河中進駐的現(xiàn)象，河床平面形態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.1.2魚尾—文經(jīng)灘群

魚尾—文經(jīng)灘群處于鐵角嘴至濠河口的微彎河段中，蘿卜洲縱貫本灘群，右汊是常年通航汊道，該段河勢比較穩(wěn)定。從整治前、后測圖可以看出，魚尾—文經(jīng)灘河段兩側(cè)河岸未發(fā)現(xiàn)明顯的沖蝕、崩塌、岸線后退或向河中進駐的現(xiàn)象，河床的平面形態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài)。但本段受采砂影響，導致江心洲和左汊河床發(fā)生變化，本著動態(tài)管理原則，設(shè)計增加了護灘帶的長度，并在護灘帶上拋四面六邊透水框架保護。工程完畢后，水流歸順，右汊主航槽流態(tài)較好，河勢歸于穩(wěn)定。

4.1.3湘江洪道濠河口東支河段灘群

湘江自濠河口分為東、西2支，西支經(jīng)劉家壩至臨資口匯資水東支后，至蘆林潭，全長33 km；東支經(jīng)湘陰縣城至蘆林潭與湘江西支匯合，全長24 km，為主流洪道。上世紀末針對濠河口的急彎和水流“泡”、“漩”等通航問題，已多次進行研究論證和航道整治[2]。本次東支河段在整治過程中，為增大航道彎曲半徑,采取了切除凸咀和邊灘的工程措施。對比整治前、后測圖可以看到，濠河口東支河段兩側(cè)河岸及河洲未發(fā)現(xiàn)明顯的沖蝕、崩塌、岸線后退或向河中進駐的現(xiàn)象，河床總體平面形態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 河床沖淤變化分析

4.2.1銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群

從銅官灘平面變化圖可以看到，工程后河段有沖有淤，主航槽總體較穩(wěn)定，變化較大的為洪家洲右汊，受采砂影響河床下切嚴重。

從銅官灘斷面沖淤變化圖(見圖1)可以看到，CS1和CS2斷面洪家洲右汊河床下切明顯，最大下切深度達7 m以上。CS3斷面河床沖淤變化不大，主航槽水深條件良好。

圖1 銅官灘群斷面變化

近年來，水利部門對湘江下游采砂進行了規(guī)劃，亂挖亂采現(xiàn)象得到了有效控制。對比2015年和2018年銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群河段地形圖可知，該段河床仍有所下切，但下切幅度較往年相比明顯減小。總而言之，工程后銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群河段主航槽呈穩(wěn)定狀態(tài)，無明顯淤積，水深條件良好；洪家洲右汊采取護底促淤等工程手段后，保持了較好的分流比，岸線穩(wěn)定，達到了整治的預期效果。

4.2.2魚尾—文經(jīng)灘群

魚尾—文經(jīng)灘群從平面變化圖可以看到,工程后河段局部河床出現(xiàn)沖刷下切，局部出現(xiàn)淤積，但總體呈現(xiàn)較為穩(wěn)定狀態(tài)，變化較小。

從魚尾—文經(jīng)灘群斷面沖淤變化圖(見圖2)可以看到，工程后CS1斷面洲頭左汊河床下切較明顯，為挖砂所致。CS2斷面河床變化不大，這是因為魚尾—文經(jīng)灘河床質(zhì)為硬粘土夾礫石，抗沖性很強，河床不能自然沖深。

受下游采砂影響，魚尾—文經(jīng)灘段枯水落差較大，長沙樞紐至湘陰45 km河段，枯水落差約1.0 m，而魚尾—文經(jīng)灘段落差則在0.5 m以上，造成了該段水流流態(tài)復雜。文經(jīng)灘口枯水期有效航寬僅90 m左右，理論上可以雙向通航，但考慮到船員航道熟悉程度、水流條件、船舶擁擠等情況，必須實行單向通航管制。因此魚尾—文經(jīng)灘段已成為湘江干線交通瓶頸之一，近年來每逢枯水季節(jié)，大量船舶經(jīng)常在該航段擱淺、擁堵。

圖2 魚尾—文經(jīng)灘群斷面變化

4.2.3湘江洪道濠河口東支河段灘群

1) 濠河口灘群。

從湘江洪道濠河口東支河段平面變化圖可以看到,工程后河段整體呈現(xiàn)下切的趨勢，部分河段有小幅淤積。

從濠河口灘群斷面沖淤變化圖(見圖3)可以看到工程整治的情況，濠河口進口右岸突咀被切除，切咀的土方用于填塞左岸深潭，表面采用系砼軟體排護底。譚家洲彎道的部分凸岸也進行了適當切除，開挖后采用石籠護墊保護?？偠灾?，工程后濠河口灘群河段航槽穩(wěn)定，水深條件良好，洲灘經(jīng)守護后較穩(wěn)定，未有進一步的進駐或崩塌，達到了整治的預期效果。

2) 南門港灘。

從南門港灘平面沖淤變化圖可以看到，工程后河段左側(cè)整體呈現(xiàn)下切的趨勢。

圖3 濠河口東支河段斷面變化

從南門港灘斷面沖淤變化圖(見圖3)可以看到，CS1斷面左邊河床下切深度最大達8 m左右，右邊河床基本穩(wěn)定;CS2斷面位于湘陰大橋上游，整體河床變化很小，呈穩(wěn)定狀態(tài)。

總而言之，工程后南門港灘河段除左側(cè)部分河床因沖刷和采砂影響出現(xiàn)了崩塌下切外，其主航槽呈穩(wěn)定狀態(tài)，水深條件良好，岸線穩(wěn)定，達到了整治的預期效果。

3) 烏龍咀灘、黃貓灘、老鼠夾灘。

烏龍咀至白泥湖河段受采砂影響，從灘群平面沖淤變化圖可以看到,河床整體呈現(xiàn)嚴重下切的趨勢。

從黃貓灘斷面沖淤變化圖(見圖3)可以看到，CS1斷面河床下切嚴重，最大下切深度達19 m左右，這主要是受采砂影響，其中黃貓灘壩體及壩軸線兩側(cè)河床破壞非常嚴重，但本段航槽水深良好，通航狀態(tài)未受明顯影響。

4) 白泥湖灘。

從白泥湖灘平面沖淤變化圖可以看到，工程后河段整體呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢。工程對斗米咀洲尾采用石籠護墊結(jié)合拋石進行守護，維持了灘槽穩(wěn)定，達到了整治的預期效果。

研究2015年—2018年間河段地形變化特征可知，濠河口以下的湘江東、西支局部河段下切幅度較大，最大下切深度在15～20 m，非采砂河段河床變化不大，也就是說,在自然狀況下河床較為穩(wěn)定。見圖4。

4.3 航道尺度的變化

為了充分掌握湘江長沙樞紐至蘆林潭河段航道整治工程實施前、后的航道條件變化，根據(jù)整治前、后有關(guān)航道測圖,核查了近年來本河段整治工程前、后主航道尺度的情況。工程前長沙樞紐至蘆林潭河段均存在航道水深和航寬不足，洲灘發(fā)育較差，河勢不穩(wěn)，依據(jù)這一情況原設(shè)計了疏挖、筑壩、裁彎等一系列工程措施。后受采砂影響，工程河段地形發(fā)生了較大變化，許多原來為灘險的河段，在工程施工前河床大幅下切，實際已不再礙航，主要整治措施由原來的疏挖、筑壩變更為河床守護等措施?？偠灾?，通過航道整治工程，守住了有利的河勢格局，改善了不利航行條件。各河段航道尺度經(jīng)整治后基本已達到Ⅱ級航道標準，僅魚尾—文經(jīng)灘河段，受湘江下游河段的采砂影響，工程河段水位大幅下切，原規(guī)劃施工完成后水深可達3.4 m(含0.6 m富裕)，實際目前枯水期水深僅勉強維持在2.8 m左右，但工程河段下游水深條件又極好，導致枯水期超限船舶易堆積在此航段。各灘險施工前、后基本情況見表3。

表3 各灘險施工前、后基本情況表m灘險名稱開工實施前航道尺度施工后航道尺度水深航寬彎曲半徑水深航寬彎曲半徑銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群銅官灘2.0<901 5003.4(含0.6備淤)>901 500黃泥灘<2.8(局部淺堆)<90直 3.4(含0.6備淤)90直 二圣廟灘<2.8<90直 3.4(含0.6備淤)90直 金鉤寺灘<2.8<902 0003.4(含0.6備淤)902 000魚尾—文經(jīng)灘群魚尾灘2.0<90直 2.8(設(shè)計3.4 m)枯期不足90 直 文經(jīng)灘2.0<905502.8(設(shè)計3.4 m)枯期不足90 ≥550濠河口灘4.0<904803.2(含0.4備淤)>90≥550南門港灘2.7605503.2(含0.4備淤)90≥550烏龍咀灘零星淺段<60直 3.2(含0.4備淤)90直 湘江洪道濠河口東支河段灘群 黃貓灘零星淺段<601 6003.2(含0.4備淤)901 600老鼠夾灘零星淺段<601 2503.2(含0.4備淤)901 250白泥湖灘零星淺段<607003.2(含0.4備淤)90700

5 整治效果評價

從工程前、后的測圖對比來看，湘江長沙樞紐至蘆林潭河段整治后灘槽形勢穩(wěn)定，兩側(cè)河岸未發(fā)現(xiàn)明顯的沖蝕、崩塌、岸線后退或向河中進駐的現(xiàn)象，河床平面形態(tài)穩(wěn)定。從河床沖淤變化分析結(jié)果可知，除部分河床因采砂大幅下切變幅巨大外，其他河段工程后各灘主航槽水深條件較好，達到了整治的預期效果。工程實施后各洲灘較穩(wěn)定，無明顯變化，整治建筑物總體保持穩(wěn)定。

針對長沙樞紐壩下河段水位下降嚴重的問題，建議航道管理部門聯(lián)合地方政府和水利部門，加強對湘江航道的采砂管理，防止破壞影響航道穩(wěn)定的邊灘，導致航道情況進一步惡化。針對魚尾—文經(jīng)灘段枯水期水深不足、航道“堵船”的問題，建議當前階段通過非工程類的管控措施減緩礙航情況。當出現(xiàn)枯水期堵船事件時，一是航道管理部門進行現(xiàn)場管制，實施單向通航；二是及時組織對擱淺船舶進行過駁，激活被困船舶；三是在上、下游設(shè)立管制點，控制超限吃水船舶駛?cè)搿?/p>