新水沙條件下長江太子磯河段秋江圩崩岸治理及效果分析

楊 麗

(安徽省長江河道管理局，安徽 蕪湖 241000)

1 引 言

三峽工程運行以來，長江下游安徽段來水來沙條件發(fā)生了較大改變，主要表現(xiàn)為來水量變化不大，來沙量大幅度減小，清水下泄明顯。受水沙條件變化及河勢調(diào)整影響，近十幾年來長江安徽段崩岸頻繁發(fā)生，太子磯河段出口右岸秋江圩崩岸區(qū)長約8km，岸線年崩退20～30m，嚴重影響河勢穩(wěn)定及防洪安全。

為維護岸線和河勢穩(wěn)定，保障防洪安全，根據(jù)國家相關(guān)部門批復，2015—2018年實施了安徽省長江崩岸應急治理工程，該工程是國家172項重大水利項目中長江中下游干流河道治理的子項，治理范圍涉及安慶、池州、銅陵、蕪湖、馬鞍山等5個市，分布在長江上下三號等12個河段，共治理崩岸26處，護岸總長度50.5km(見表1和圖1)，該工程2019年12月通過竣工驗收。其中秋江圩段護岸長5080m，主要工程措施為水上干砌混凝土塊護坡、水下拋石和混凝土鉸鏈排護腳，2015年10月開工，在工程實施過程中結(jié)合2016年大洪水對工程區(qū)河岸穩(wěn)定的影響，及時調(diào)整工程方案，2018年4月完工。工程經(jīng)歷了2016—2019年洪水考驗，工程區(qū)岸坡穩(wěn)定，防護效果較好，工程實施對維護河勢穩(wěn)定、提高抵御崩岸災害能力、保障防洪安全、促進沿江經(jīng)濟發(fā)展等方面具有重要作用。

表1 安徽省長江崩岸應急治理工程情況

圖1 安徽省長江崩岸應急治理工程位置示意圖

通過多年水文、河道地形監(jiān)測資料，分析太子磯河段河勢演變特點和演變規(guī)律，利用秋江圩近年崩岸監(jiān)測資料分析岸坡穩(wěn)定情況，結(jié)合地質(zhì)資料、河勢演變、崩岸區(qū)岸坡穩(wěn)定分析及近期來水來沙變化情況，分析秋江圩崩岸原因?？偨Y(jié)在三峽工程運行后新水沙變化條件下，特別是工程實施遭遇了2016年大洪水的強水沙變化條件下，成功治理強烈崩岸的經(jīng)驗，為今后研究新水沙條件下河道治理方法提供經(jīng)驗和技術(shù)參考。

2 三峽工程運行前后水沙變化

2.1 來水來沙變化

據(jù)大通水文站資料統(tǒng)計，三峽水庫蓄水前多年平均徑流量9052億m3、輸沙量4.27億t。三峽水庫運行以來，2003—2017年該站年均徑流量8630億m3、輸沙量1.38億t，與蓄水前均值相比，來水略偏枯5%，來沙減少了68%。

2.2 2016年洪水特點

2016年長江流域發(fā)生中下游型區(qū)域性大洪水，長江安徽段超警戒水位歷時23天。大通站最高水位15.64m(吳淞高程)，超過警戒水位1.24m，最大流量為70800m3/s，年徑流量為1998年以來的首位，大于45000m3/s(河段平灘流量)的時間達到120天。2016年大通站的徑流量、輸沙量主要集中在5—10月，其徑流量占全年的66%，輸沙量占全年的72%。

3 秋江圩段崩岸及原因分析

3.1 崩岸概況及護岸的必要性

池州江堤秋江圩段為2級堤防，上起寶賽崗，下至秋浦河口，全長24.38km，與通江河(堤長24.36km)形成一個獨立的防洪堤圈(見圖2)。秋江圩崩岸段位于太子磯河段出口段右岸扁擔洲外灘，對應池州江堤秋江圩段樁號1+900～10+200。自20世紀90年代以來,受河勢調(diào)整影響，水流頂沖秋江圩扁擔洲段強度增大，在水流貼岸沖刷作用下，秋江圩段岸坡逐年崩塌后退，深槽向近岸移動(見圖3)。以0m岸線為例，2004—2013年最大沖退130m，年均沖退15m。岸坎距堤腳最近處約180m，崩岸對河勢穩(wěn)定及防洪安全均構(gòu)成一定威脅。因此，對秋江圩扁擔洲水流貼岸、強崩岸段進行治理是必要的。

圖3 秋江圩崩岸區(qū)斷面變化

3.2 崩岸原因分析

3.2.1 河勢演變分析

3.2.1.1 河道沖淤

根據(jù)有關(guān)研究成果，三峽蓄水前太子磯河段表現(xiàn)為淤積，1981—2001年平灘河槽年均淤積量為66.5萬m3；三峽工程蓄水運用后，2001—2006年太子磯河段出現(xiàn)沖刷，平灘河槽年均沖刷量為261萬m3；2006—2011年太子磯河段表現(xiàn)為淤積，平灘河槽年均淤積量為502萬m3，且淤積主要發(fā)生在枯水河槽，枯水河槽年均淤積量為603萬m3；2011—2016年太子磯河段由淤積轉(zhuǎn)為沖刷，平灘河槽年均沖刷量為167萬m3[1]。經(jīng)過2016年長江大洪水，上游來水來沙條件的改變有可能強化這一趨勢[1]。

3.2.1.2 河道演變

太子磯河段上起安慶市前江口，下至樅陽縣新開溝，河道全長25.12km，為鵝頭形分汊河段。江中鐵銅洲將水流分為左、右兩汊，左汊為支汊，多年分流比約為13%，右汊為主汊，多年分流比約為87%，右汊內(nèi)的稻床洲心灘將汊道分為東、西兩水道，東水道窄深，西水道寬淺。出口段上至鐵銅洲尾，下到新開溝，長約10km，出口單一段右岸為扁擔洲。

近二十年來，受太子磯河段中部鐵銅洲左右汊道演變影響，鐵銅洲尾匯流后居中偏右下行，貼右岸沖刷秋江圩扁擔洲一帶河岸，該段自20世紀90年代后期以來持續(xù)沖刷后退(見圖4)。從秋江圩段護岸區(qū)附近的河道橫斷面歷年變化圖來看，1981年深槽居左側(cè)，1981—1998年左岸淤積，右岸沖刷，深槽右移。1998—2013年河床斷面形態(tài)變化不大，河槽居中相對穩(wěn)定，左岸沖淤交替以淤為主，右岸(扁擔洲)逐年沖刷后退。2013—2016年深槽居中，河槽底部由-8m沖刷下切至-22m，左岸沖刷，右岸繼續(xù)沖刷后退。

圖4 太子磯河段出口段河床斷面變化

3.2.2 河岸地質(zhì)狀況

秋江圩段岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)(見圖5)。岸坡上部覆蓋8～10m厚的重—中粉質(zhì)壤土，下部為強透水性的粉細砂層，厚度大于15m，抗沖性較差，岸坡穩(wěn)定性較差。

圖5 秋江圩河岸地質(zhì)剖面

3.2.3 崩岸區(qū)近岸岸坡分析

1998—2016年右岸岸坡崩退右移，5～-10m高程區(qū)間岸坡年均沖退14m。1998—2001年河床底部略有刷深，在-19～-20m之間；2001—2013年，河床底部略有淤高，在-16～-17m左右；2013—2016年河床底部沖刷下切5m，最深點-22m(見圖6)。岸坡平均坡度在1∶3左右，局部陡坡1∶1.8。

圖6 秋江圩崩岸斷面變化

3.2.4 崩岸原因分析

綜合前述分析結(jié)果，秋江圩段河岸地質(zhì)為二元結(jié)構(gòu)，下部存在較厚的粉砂、細砂層，抗沖性差，經(jīng)局部河勢調(diào)整變化，水流頂沖或貼岸沖刷，右岸秋江圩段岸坡沖刷變陡，岸坡逐年崩退。三峽工程運行后，來水來沙變化及2016年大洪水作用，加速了崩岸發(fā)生發(fā)展。

4 秋江圩段崩岸治理實施情況

秋江圩段崩岸應急治理工程位于長江太子磯河段出口段右岸，對應秋江圩江堤2+060～7+020和8+300～9+300，護岸區(qū)長5080m，自上而下分為A、B、C、D四段，采用水上干砌混凝土塊護坡、水下拋石和混凝土鉸鏈排護腳型式。2015年10月開工，2015—2016年實施B段，B段全長1700m，其中1100m為混凝土鉸鏈排護腳，600m為水下拋石護腳；2016—2017年實施A、C段，全長2380m，其中A段長1650m，為混凝土鉸鏈排護腳，C段長730m，原設(shè)計為混凝土鉸鏈排護腳，在2016年大水作用下，C段擬護岸區(qū)強烈崩塌，岸線犬牙交錯，枯水位附近岸坡較陡，不能滿足系排梁穩(wěn)定要求，護腳型式由混凝土鉸鏈排變更為水下拋石；2017—2018年實施補充完善工程，包括B、C和D 段加固工程，2018年4月完工。

5 防護效果分析

5.1 工程區(qū)岸坡穩(wěn)定情況

將施工圖階段水下地形測圖、施工前后及完工后水下地形測圖進行對比，分析工程區(qū)岸坡穩(wěn)定情況，采用ARCGIS軟件計算分析工程區(qū)河床沖淤工程效果。分析得出，工程實施有效消除了崩岸隱患，工程區(qū)岸坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，河床沖淤互現(xiàn)，局部河床呈稍淤積狀態(tài)(見表2和表3)。工程經(jīng)歷了2016—2019年洪水期考驗，未出現(xiàn)崩岸險情，秋江圩江堤防洪能力顯著增強。受河勢調(diào)整及水流頂沖作用影響，雖然岸坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，但河道橫向沖刷受阻，河床向縱深方向發(fā)展，深槽部位仍然繼續(xù)處于沖刷狀態(tài)，應加強觀測分析，遇不利情形及時采取加固措施，以發(fā)揮工程整體防護效果。

表2 秋江圩崩岸治理工程前后岸坡穩(wěn)定分析

表3 秋江圩崩岸治理工程區(qū)沖淤計算分析

5.2 工程區(qū)崩岸預警變化情況

根據(jù)2011—2017年安徽省防汛抗旱指揮部辦公室和2018—2019年水利部長江水利委員會發(fā)布的崩岸預警通知，秋江圩段為Ⅱ級崩岸預警區(qū)。隨著2015—2018年崩岸治理工程的實施，秋江圩段預警區(qū)范圍逐年縮小，2017年后除了下游石頭埂段因堤防無外灘仍維持Ⅱ級預警外，已護工程區(qū)均解除預警(見表4和圖7)。

表4 秋江圩段崩岸預警變化統(tǒng)計

圖7 秋江圩崩岸治理前后預警變化

6 結(jié)論及建議

6.1 結(jié)論

a.三峽工程運行以來，長江安徽段水沙條件變化較大，主要表現(xiàn)為來沙量大幅度減少，長江太子磯河段長期處于沖刷狀態(tài)，特別是經(jīng)過2016年大洪水，加速了河道沖刷強度。

b.長江太子磯河段總體河勢處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，受水沙條件變化及局部河勢調(diào)整影響，近二十年來水流對河段出口右岸秋江圩段沖刷強度加大，該段河岸地質(zhì)抗沖刷性差，河岸逐年崩塌后退，對池州江堤秋江圩段防洪安全及下游河勢穩(wěn)定構(gòu)成一定威脅。因此，對秋江圩段崩岸進行治理是必要的。

c.秋江圩崩岸治理工程實施過程中，經(jīng)歷了2016年大洪水，水流對秋江圩下段頂沖強烈，造成河岸多處崩窩，岸線犬牙交錯，枯水位附近岸坡較陡，不能滿足混凝土鉸鏈排及系排梁穩(wěn)定要求。針對此種特殊情況，及時將秋江圩C段護腳型式由混凝土鉸鏈排調(diào)整為水下拋石，保證了工程順利實施并發(fā)揮防洪作用。

d.針對三峽工程運行后新水沙條件及2016年大洪水強烈造床作用，經(jīng)過工程區(qū)近岸岸坡穩(wěn)定分析，秋江圩下段水流頂沖強烈，深槽沖刷可能威脅已護岸工程穩(wěn)定的情形，及時對秋江圩下段深槽部位實施了水下拋石加固的補充完善工程，解除了深槽沖刷下切對已護岸工程穩(wěn)定的威脅。

e.經(jīng)過2015—2018年的崩岸治理工程實施，并經(jīng)歷多次洪水考驗，秋江圩段河岸穩(wěn)定，除了下游石頭埂堤防無外灘段仍維持Ⅱ級預警外，其他已護工程區(qū)均已解除預警，工程防護效果較好。

6.2 建議

在三峽工程運行后新水沙條件下，長江太子磯河段將較長期處于沖刷狀態(tài)，護岸工程抑制了河道的橫向發(fā)展，秋江圩崩岸治理工程區(qū)深槽將呈沖刷下切態(tài)勢，近期需加強河勢演變及岸坡穩(wěn)定監(jiān)測分析，遇影響河岸穩(wěn)定的不利情形應及時采取加固工程措施。