長江上游紅燈磧?yōu)┎缮盎顒訉降谰S護(hù)的影響及治理措施

雷淳宇，王譽寰

(長江宜賓航道局，四川 宜賓644000)

20世紀(jì)以來，隨著長江上游地方經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，砂石需求日益旺盛，長江河道采砂活動頻繁，部分河勢發(fā)生改變，引起局部過水?dāng)嗝婷娣e增加，水流流速降低，泥沙淤積，航道條件惡化[1]。學(xué)者針對采砂活動對河床演變及航道影響進(jìn)行諸多研究[2-9]，而對于挖砂采石影響的航道治理措施卻鮮有提及。因此，筆者以長江上游紅燈磧?yōu)槔?，研究挖砂采石影響下航道的維護(hù)及治理措施，以期為后續(xù)航道進(jìn)一步治理奠定基礎(chǔ)，并為類似灘險的整治積累經(jīng)驗。

紅燈磧是長江上游典型的枯水淺險灘，具有中洪水險、枯水上急下淺的特點[10]，在20世紀(jì)90年代曾實施過整治工程。由于受到挖砂采石的影響，原有整治建筑物的功能有所減弱，航道條件趨于惡化。筆者基于多年測圖資料，對該河段挖砂采石后的河床演變及航道條件變化進(jìn)行分析，并提出維護(hù)措施和下一階段的治理思路。

1 灘段概況

紅燈磧?yōu)┪挥陂L江上游航道里程955.7 km，系中洪水險、枯水上急下淺的灘險，灘段處在急彎河段頂點下游，平面呈“S”形的彎曲河勢。在上口有一長200 m、寬50 m的干堆窩縱臥江中，其下又有一系列散亂卵石堆。中洪水期，主流直沖干堆窩孤石，激起大浪和泡漩，流態(tài)極為紊亂；枯水期，干堆窩與紅燈磧相對峙，水流急亂，縱比降2.6‰，最大流速4 m/s，上、下行船舶抱磧過緊易在磧邊檫淺，過松則有觸干堆窩的危險。在下游有青龍磧暗潛，將河床分為兩槽。左槽為枯水航道，但水深僅1.8 m，航道尺度不夠，嚴(yán)重礙航。

20世紀(jì)90年代蘭敘段二期航道建設(shè)工程中，在左岸紅燈磧狗下疤拋筑上順壩，在右岸紅燈磧磧尾拋筑下順壩，并于2008年在“敘瀘段”一期工程中按原整治標(biāo)準(zhǔn)對損毀壩體進(jìn)行修復(fù)性建設(shè)。工程實施后灘段水流歸槽，沖刷淺區(qū)，維持疏浚航槽的水深，灘段流態(tài)改善，上、下行船舶通航條件均明顯改善。圖1為長江上游紅燈磧?yōu)v史整治方案。

最新的測圖顯示，近年受挖砂采石影響，紅燈磧邊灘大部分灘體被挖掉，目前僅剩灘緣部位約70 m寬范圍，且下順壩壩根左右側(cè)都被沖開形成串溝過流，整治建筑物的束水攻砂功能因此減弱，壩體整體穩(wěn)定性也受到威脅。圖2為長江上游紅燈磧?yōu)┙诤觿荨?/p>

圖2 長江上游紅燈磧?yōu)┖觿?/p>

2 挖砂采石的影響

2.1 對河勢的影響

挖砂采石后，紅燈磧邊灘和董壩邊灘完整形態(tài)均被破壞，尤其紅燈磧邊灘僅剩局部灘緣，如遇不利水砂條件，極易引起灘段灘槽格局甚至河勢的改變。原本接岸的紅燈磧下順壩后方形成串溝，束水攻砂功能顯著減弱。

2.2 對水流條件的影響

挖采前，紅燈磧?yōu)┒瘟骶€順直，水流流速大部分在3.5～4.2 m/s，最大流速出現(xiàn)在紅燈磧上、下順壩壩頭附近，約為4.62 m/s，河道淺區(qū)受到?jīng)_刷。挖采后，下順壩壩根后方形成串溝分流，分流比約1:9，主航槽內(nèi)流速有所降低，最大流速僅出現(xiàn)在上順壩下游附近，對淺區(qū)沖刷作用減弱，下順壩壩頭附近流線略有交叉，水流條件惡化。若遇不利水文年，紅燈磧邊灘僅剩的灘緣被沖毀，灘段過水面積將進(jìn)一步增大，水流流速繼續(xù)降低，對泥沙的沖刷作用隨之減弱，灘段極易淤積礙航。

2.3 對航道條件的影響

紅燈磧?yōu)┩谏安墒顒又饕性诩t燈磧邊灘和董壩邊灘，其中尤以紅燈磧邊灘為甚。

從圖3可知，2016年與2009年枯水期相比，受挖砂采石影響，紅燈磧邊灘和董壩邊灘地形變化較為劇烈：紅燈磧邊灘80%以上灘體(以0 m線計)高程明顯降低，高程降低范圍順?biāo)鞣较? 700 m左右，垂直水流方向約320 m，最大降低約12 m；董壩邊灘高程降低區(qū)域主要包括上、下游兩部分，間距約500 m，呈不連續(xù)分布，高程降低區(qū)域面積約13萬m2，高程降低值在7.0 m左右紅燈磧邊灘灘體邊緣部位有所淤積抬高，淤積抬高部位最大高程增加約3.0 m；狗下疤灘附近岸邊等靠岸部位受砂石堆場影響，局部高程抬高超過10.0 m。航槽內(nèi)除紅燈磧上順壩壩頭外側(cè)沖淤變化較大外，其余部位無明顯的沖淤變化。2017年和2016年相比，變化主要集中在整治建筑物附近、干堆窩石梁以及紅燈磧、董壩等邊灘，航槽內(nèi)無明顯的沖淤變化。2018年和2017年測圖相比，主航槽部位變化不大，邊灘和磧壩零散分布有范圍較小的淤積體，董壩邊灘磧翅部位略有淤積外延，目前幅度較小。2019年和2018年測圖相比，航槽內(nèi)沖淤變化相對較小，干堆窩—金堆子—董壩一線有淤積抬高，局部最大高程變化接近5.0 m，紅燈磧邊灘上有沖有淤?？紤]仍與灘面的自然沖淤調(diào)整有關(guān)，但紅燈磧中段兩岸水下暗磧部位均有向河心淤積外延的趨勢，有效航寬束窄，航道條件向不利方向發(fā)展。

圖3 紅燈磧?yōu)┒螞_淤變化

從近年紅燈磧?yōu)? m等深線變化看，該灘3 m等深線近年均全線貫通，但由于紅燈磧邊灘受到挖砂采石影響，致使紅燈磧下順壩后方形成漏浩過流，主槽分流減少沖刷力度降低，兩岸均有不同程度向主航槽淤長的趨勢，金堆子—董壩一線磧翅部位淤積外延，最大幅度約20 m，對岸紅燈磧—青龍嘴一線同樣略有淤積外延，幅度多在10 m以內(nèi)，灘段航道條件有向不利方向發(fā)展的趨勢。

圖4顯示紅燈磧?yōu)?993、2007和2016年3.5 m等深線的變化過程。

圖4 紅燈磧?yōu)v年3.5 m線變化過程對比

20世紀(jì)90年代3.5 m線還未貫通，在金堆子—青龍磧附近斷開640 m長，上淺區(qū)3.5 m線位于主槽偏右的位置。通過蘭敘段二期工程，在該灘修筑了紅燈磧上、下丁壩2處整治建筑物，到2007年3.5m線全線貫通，平均寬度達(dá)50 m，航道條件顯著改善。之后，由于受到挖砂采石的影響，至2016年紅燈磧邊灘灘體受到破壞，下順壩后方形成漏浩過流，整治建筑物的束水攻砂功能減弱，下順壩附近3.5 m線寬度由120 m減小至90 m，有明顯束窄趨勢。

圖5顯示紅燈磧?yōu)?017、2018和2019年3 m等深線的變化過程。

圖5 紅燈磧?yōu)v年3 m線變化過程

從近年紅燈磧?yōu)┖降罈l件變化看，該灘3 m等深線已全線貫通，兩岸均有不同程度向主航槽淤長的趨勢，灘段航道條件向不利方向發(fā)展。

3 維護(hù)措施

3.1 維護(hù)思路及目的

紅燈磧下順壩建于1997年，蘭敘段二期工程以控導(dǎo)水流為整治目標(biāo)，調(diào)整金堆子右側(cè)水流流向，沖刷對岸磧翅淺區(qū)部位，確保淺區(qū)通航尺度。由于挖砂采石影響，下順壩后方形成串溝分流，整治建筑物束水功能減弱，因此維護(hù)的主要目的在于恢復(fù)該壩原有設(shè)計功能和作用。

紅燈磧下順壩主要對壩根后方串溝部位進(jìn)行恢復(fù)接岸，對壩體其他區(qū)域進(jìn)行修繕。維修后有利于恢復(fù)原整治建筑物的束水導(dǎo)流功能，提高壩體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證其整治功能的正常發(fā)揮，為紅燈磧河段航道的安全暢通提供有力保障。

3.2 維護(hù)方案

根據(jù)近期測圖及現(xiàn)場踏勘分析成果，擬對紅燈磧壩根損毀部位進(jìn)行修復(fù)加固，并恢復(fù)接岸，防止串溝繼續(xù)沖刷發(fā)展，保證整治建筑物原束水沖沙功能的發(fā)揮，維持灘段通航條件。維修方案見圖6。

圖6 維修方案平面布置

接岸部位高程為237.735 m，與原壩根相接部位高程為236.97 m，接岸段總長255 m，壩體頂寬3 m，與順壩相接部位10 m范圍向背水一側(cè)放寬至5 m，過渡段長度為10 m。壩體迎水坡1:2，背水坡1:2.5。壩體主體采用拋石結(jié)構(gòu)，壩頂采用0.5 m厚C30現(xiàn)澆混凝土壓頂。對接岸壩體背水坡坡面采用1層扭王字塊護(hù)面，并在背水坡坡腳采用10 m寬1層扭王字塊護(hù)底進(jìn)行加固。與原順壩相接部位，迎水坡30 m采用1層扭王字塊護(hù)面，坡腳增設(shè)10 m寬1層扭王字塊護(hù)底加固，壩體接岸處設(shè)1層扭王字塊守護(hù)區(qū)，其范圍為壩根后方以石梁為界，從壩根沿壩軸線方向向河心方向40 m，從壩軸線計算上游方向20 m，下游方向20 m組成的區(qū)域。

3.3 維護(hù)效果

2020年1—5月對該灘進(jìn)行了維護(hù)施工，將壩根位置恢復(fù)接岸。圖7顯示紅燈磧?yōu)?018、2019和2020年3 m等深線的變化過程，其中2020年12月為維護(hù)實施后經(jīng)歷了一個汛期的測圖。

圖7 紅燈磧?yōu)┙? m線變化過程

2020年汛期長江上游遭遇了罕見大洪水，河床變化明顯。汛后資料分析結(jié)果表明，紅燈磧?yōu)┒握w呈淤積狀態(tài)。2020年12月較2019年之前有所淤積外延，但整個灘段3 m線均全線貫通，滿足維護(hù)尺度要求，在本年度該河段總體淤積的態(tài)勢下，整治建筑物外側(cè)3 m等深線僅有少量淤積束窄，整治建筑物維護(hù)對航道條件改善的效果已經(jīng)顯現(xiàn)，后續(xù)維護(hù)中將繼續(xù)加強該河段航道條件變化的觀測和分析，進(jìn)一步驗證維護(hù)工程對紅燈磧?yōu)┒蔚男Ч?/p>

4 后續(xù)治理

4.1 治理思路

隨著沿江地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對航運的需求不斷加大，長江上游河段通行船舶標(biāo)準(zhǔn)化、大型化趨勢明顯，枯水期行船需要減載通行，船舶裝載稍有不慎即容易在本灘段擱淺，安全隱患突出。紅燈磧?yōu)┰O(shè)計航槽內(nèi)主要存在南槽上、中、下3個淺區(qū)水深或航寬不足，同時紅燈磧邊灘受到挖砂采石破壞，灘面凌亂，水流分散，淺區(qū)沖刷力度不足，灘槽格局的穩(wěn)定性較差。因此，紅燈磧?yōu)┑幕局卫硭悸窞椋洪_挖淺區(qū)，滿足航道尺度需要，對紅燈磧邊灘采用生態(tài)固灘與整治建筑物相結(jié)合的方式，恢復(fù)灘形，固灘穩(wěn)槽。

4.2 初步治理方案

初步治理方案主要是采用生態(tài)固灘與整治建筑物結(jié)合的方式，對挖砂采石破壞的紅燈磧邊灘進(jìn)行修復(fù)，方案如下：1)首先，在紅燈磧邊灘頭部建1道丁順壩，引導(dǎo)水流集中沖刷航槽的同時，守護(hù)住磧頭關(guān)鍵部位；2)其次，紅燈磧邊灘中段局部深坑利用疏浚土回填，恢復(fù)至原灘面高程后平鋪魚巢磚，以利于魚類生境的構(gòu)建；3)最后，在紅燈磧邊灘尾部對已建紅燈磧下順壩高程加高至本次設(shè)計水位上2.5 m，以增加提高航道尺度后對水流的約束時長。針對南槽上、中、下3個淺區(qū)采用疏浚措施提高航道尺度。初步治理方案見圖8。

圖8 紅燈磧?yōu)┖罄m(xù)初步治理方案布置

5 結(jié)語

1)紅燈磧?yōu)┰诮?jīng)過蘭敘段二期整治后，灘段條件明顯改善，灘段河勢幾年來均保持穩(wěn)定。近幾年，由于受到挖砂采石影響，紅燈磧?yōu)┐儔魏瓦厼┍婚_采得高低不平，破壞了原有卵石灘段的灘面，造成河床地貌的大幅改變，給不同水位期的維護(hù)管理帶來不利影響。

2)從挖砂采石前后灘段3.5 m線變化看，由于紅燈磧邊灘灘體受到破壞，并在紅燈磧下順壩后方形成串溝過流，原有整治建筑物的束水攻沙作用有所減弱，下順壩附近3.5 m線逐年束窄，灘段條件向不利方向發(fā)展。

3)2020年通過維護(hù)施工，恢復(fù)下順壩原設(shè)計整治功能。維護(hù)工程實施后，在2020年灘段普遍淤積的趨勢下，整治建筑物作用區(qū)地形總體變化不大，整治建筑物修復(fù)后束水導(dǎo)流功能十分明顯。

4)紅燈磧?yōu)┦芡谏安墒绊懀瑸┒魏降罈l件向不利方向變化。為了恢復(fù)其原設(shè)計整治功能，結(jié)合后續(xù)整治思路采取維護(hù)措施對其進(jìn)行修復(fù)，防止灘段持續(xù)惡化取得較好的效果。該灘的治理措施具有一定的代表性，可為后續(xù)類似灘險的治理積累經(jīng)驗。