瀾滄江灘群河段施工超挖對(duì)整治效果的影響

馬李偉

(長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，重慶 401147)

瀾滄江四級(jí)航道建設(shè)工程上起秀山碼頭、下至中緬243界碑，全長(zhǎng)387 km。航道整治部分治理灘險(xiǎn)43處[1]，其中西瓜灘、無(wú)名灘、繡花灘和勐宋灘分布在工程河段約3.0 km范圍內(nèi)，是典型的灘群河段，具有以下特點(diǎn)：1)灘險(xiǎn)密度大，需整治的部位多；2)河勢(shì)岸線參差不齊，河床地形起伏劇烈；3)灘槽相間，具有典型山區(qū)河流特性。單灘整治難度雖然不大，但是由于灘群集中，單灘整治易造成對(duì)鄰近灘險(xiǎn)的不利影響[2-3]，在整治過(guò)程中既要實(shí)現(xiàn)單灘整治目的，又要保證整個(gè)灘群的整治效果。因此，在整治方案研究過(guò)程中，采用物理模型提出了推薦方案。工程于2020年開(kāi)工，2021年施工基本完成，之后發(fā)現(xiàn)開(kāi)挖高程偏低，超深過(guò)大，導(dǎo)致灘群出現(xiàn)新的礙航區(qū)，未達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。針對(duì)施工超挖對(duì)灘群河段整治效果的影響，本文分析了影響因子及影響程度，提出了補(bǔ)救改善措施，并建議在今后類似河段施工時(shí)，應(yīng)控制超挖。

1 灘險(xiǎn)概況及礙航特征

根據(jù)實(shí)測(cè)地形資料并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，對(duì)工程河段各灘險(xiǎn)的航道尺度和通航條件進(jìn)行了核查分析，總體體現(xiàn)為急和險(xiǎn)，同時(shí)兼有淺和彎。各灘險(xiǎn)情況見(jiàn)表1。

表1 工程河段灘險(xiǎn)概況及礙航特征

2 整治方案及預(yù)期效果

2.1 整治方案

針對(duì)工程河段灘險(xiǎn)集中且相互影響的復(fù)雜礙航成因，根據(jù)灘險(xiǎn)礙航特性及礙航成因的分析，采用物理模型進(jìn)行研究[4]，整治方案見(jiàn)圖1。

圖1 灘險(xiǎn)整治方案布置

2.1.1西瓜灘

針對(duì)西瓜灘枯水期航道尺度不足且流速大的礙航問(wèn)題，切除兩岸礁石凸嘴，布置X1～X4共4處清礁區(qū)，清礁底部高程為設(shè)計(jì)最低通航水位以下5 m；為緩解因清礁而造成的水位跌落，布置了X1潛壩和X2復(fù)式壩；為緩解因X2壩修建造成的水位跌落，避免形成新的不可自航上灘區(qū)，在緊鄰X2下游修建X3潛壩。

2.1.2無(wú)名上灘

針對(duì)無(wú)名上灘枯水期航道尺度不足且灘險(xiǎn)流急、航道彎曲的礙航問(wèn)題，清除了無(wú)名上灘右岸無(wú)上嘴和無(wú)沖嘴，布置W1和W2兩處清礁區(qū)，清礁底部高程均為設(shè)計(jì)最低通航水位以下3.5 m。

2.1.3無(wú)名灘

針對(duì)無(wú)名灘枯水期航道尺度不足且流速大的礙航問(wèn)題，采取清礁措施對(duì)航深和航寬不足的部分進(jìn)行清除，布置W3、W4、W3～W5斜坡過(guò)渡區(qū)和W5共4處清礁區(qū)，清礁底部高程均為設(shè)計(jì)最低通航水位以下3.5 m；針對(duì)中、高水位流速急的問(wèn)題，對(duì)2處凸嘴進(jìn)行切除，布置W4A和W4B 2處清礁區(qū)，清礁底部高程為設(shè)計(jì)水位0 m；為緩解因清礁造成的水位跌落，布置了W1潛壩和W2丁潛復(fù)式壩，W2壩可在壩下形成緩流區(qū)供船舶自航上灘。

2.1.4繡花灘

針對(duì)繡花灘枯水期航道尺度不足且航道彎曲的礙航問(wèn)題，對(duì)灘險(xiǎn)右側(cè)淺區(qū)進(jìn)行疏浚，疏浚深度為設(shè)計(jì)最低通航水位以下3.0 m；并在灘險(xiǎn)右岸深沱原建丁壩壩頭上布置H1～H3共3道順壩，束水攻沙，保障航槽穩(wěn)定；在繡花灘灘尾布置1道丁潛壩H4，其目的是緩解疏浚后水位跌落所造成的影響。

2.1.5勐宋灘

針對(duì)勐宋灘枯水期航道尺度不足且水流急的礙航問(wèn)題，對(duì)2側(cè)凸嘴進(jìn)行清除，共布置了M1～M3共3處清礁區(qū)，清礁底部高程均為設(shè)計(jì)最低通航水位以下3.0 m；在清礁區(qū)下游布置1道潛壩M1和1道潛丁壩M2，緩解因清礁造成的水位跌落。

2.2 預(yù)期效果

采用物理模型對(duì)整治方案實(shí)施后的效果進(jìn)行論證。河段內(nèi)灘險(xiǎn)礙航的問(wèn)題主要有2方面：一是航道尺度問(wèn)題；二是灘險(xiǎn)河段急和險(xiǎn)、流態(tài)復(fù)雜問(wèn)題。

1)對(duì)于航道尺度問(wèn)題，主要分析整治后航深、航寬、彎曲半徑是否滿足要求。根據(jù)研究成果，整治后工程河段內(nèi)各灘險(xiǎn)的航道尺度均達(dá)到Ⅳ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，且未產(chǎn)生新的礙航淺區(qū)。

2)對(duì)于灘險(xiǎn)河段急和險(xiǎn)、流態(tài)復(fù)雜問(wèn)題，尤其是影響船舶行駛安全和自航上灘的礙航問(wèn)題，引入了消灘指標(biāo)E：

E=v+0.15J

(1)

式中：v為流速；J為比降。

當(dāng)E小于消灘臨界指標(biāo)EC=4.4時(shí)，表明船舶能自航上灘；反之，則表示船舶不能自航上灘。整治后無(wú)名上灘中、洪水期最大消灘指標(biāo)Emax為4.48～5.02；無(wú)名灘枯、洪水期Emax為4.66～4.71；勐宋灘枯水期Emax為4.77，均大于EC，見(jiàn)圖2。雖然通航水域未完全消灘，但超標(biāo)水域范圍較小，并具間斷性，同時(shí)各級(jí)流量均存在不小于30 m寬的自航區(qū)，具備自航上灘條件。

圖2 航槽Emax沿程分布

3 實(shí)施情況

為分析開(kāi)挖區(qū)施工后地形與設(shè)計(jì)方案的差異，將完工后的地形圖與2016年設(shè)計(jì)地形圖進(jìn)行比較。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，槽底開(kāi)挖超深普遍在0.6～1.0 m，部分達(dá)到0.8～2.0 m；岸坡超深相對(duì)較大，普遍在0.6～2.0 m，部分達(dá)到3.0 m。其中H1開(kāi)挖區(qū)壩頭區(qū)域地形最大變化達(dá)5 m，見(jiàn)表2。

表2 開(kāi)挖區(qū)施工超深

4 超挖影響

4.1 對(duì)整治效果的影響

為了解超挖對(duì)于整治效果的影響，采用實(shí)測(cè)資料分析與模型研究相結(jié)合的方式確定[5]。超深影響主要基于設(shè)計(jì)方案地形和施工超挖地形進(jìn)行分析。首先，在設(shè)計(jì)方案地形下施測(cè)水位、流速等；然后，將代表超挖部分的預(yù)制塊去掉，即變?yōu)槭┕こ诘匦?，再施測(cè)水流條件；最后，將兩者進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1.1對(duì)水面的影響

超挖引起的水面降落較為明顯，不同流量降落有所差異，總體上呈現(xiàn)為流量越小，影響越大。枯水時(shí)，水面普遍降落0.25 m，最大降落出現(xiàn)在W1壩下(無(wú)名灘頭)，為0.37 m，到西瓜灘尾水位降落0.17 m；隨著流量增加，水位降落減小，到中水時(shí)普遍降落0.15 m，W1壩下降落減小到0.25 m；洪水時(shí)，普遍降落不到0.10 m，最大降落出現(xiàn)在X3壩下，為0.18 m，西瓜灘尾水位降落減小為0.09 m。

4.1.2對(duì)比降的影響

沿程各灘段均存在局部陡比降，超挖后比降產(chǎn)生一定變化，不同流量、不同灘段變化的方向和幅度有所不同。比降增大比較明顯的X3壩段在枯、中、洪水期增值分別為1.80‰、1.65‰、0.19‰；其次是H4壩段，枯、中、洪水期增值分別為1.61‰、1.36‰、1.19‰。由于此2處的比降本身就比較大，超挖使比降增大后，對(duì)通航水流條件的影響可能較大，但隨流量增大，影響明顯減小。對(duì)于開(kāi)挖區(qū)，比降有所減小，這是對(duì)通航條件有利的一面。

4.1.3對(duì)流速的影響

（一）合理評(píng)價(jià)體系。培育高中生傳統(tǒng)文化素養(yǎng)不僅僅要從學(xué)校教師、學(xué)生的觀念上入手，還要將這一觀念落腳于實(shí)際。這就需要從整個(gè)教育系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系中有所體現(xiàn)，傳統(tǒng)文化素養(yǎng)的培育不僅要與課程相結(jié)合，還需要建立一套科學(xué)合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，讓其成果得以量化評(píng)價(jià)。要轉(zhuǎn)變?cè)鹊摹拔ǚ謹(jǐn)?shù)”論，應(yīng)更加注重培育的過(guò)程及德育成果。只有將分?jǐn)?shù)和傳統(tǒng)文化素養(yǎng)培育成果相結(jié)合，才能既保障教學(xué)工作、又兼顧素養(yǎng)提升。具體可以從學(xué)生的行為、禮貌、誠(chéng)信等方面進(jìn)行合理評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)按比例體現(xiàn)于分?jǐn)?shù)之中。但該評(píng)價(jià)體系的建立健全還需要很多的探索與實(shí)踐。

超挖引起的流速變化體現(xiàn)在2個(gè)方面：開(kāi)挖河段的減小和非開(kāi)挖河段的增大，而流量越小影響越明顯。流速減小最明顯的是勐宋灘，枯、中、洪水期分別減小0.51、0.27、0.13 m/s；其次是繡花灘段，枯、中、洪水期分別減小0.43、0.19、0.10 m/s；其它如無(wú)名灘、無(wú)名上灘開(kāi)挖區(qū)段也有不同程度的減小。流速增大最明顯的是H4壩段，枯、中、洪水期分別增大0.45、0.15、0.14 m/s；其次是X2～X3壩段，枯、中、洪水期分別增大0.23、0.12、0.07 m/s；W1壩段和西瓜灘尾在枯水期增大約0.20 m/s，中、洪水期增大不甚明顯。

4.2 對(duì)消灘指標(biāo)的影響

根據(jù)航槽流速和比降分布，可獲得消灘指標(biāo)的分布，判斷灘險(xiǎn)是否成灘、消灘的典型代表參數(shù)是航槽內(nèi)的最大消灘指標(biāo)Emax。

通過(guò)對(duì)超挖方案和設(shè)計(jì)方案的Emax對(duì)比，可看出其變化規(guī)律與流速、比降一致，即開(kāi)挖區(qū)段減小，非開(kāi)挖區(qū)段增大，表明超挖對(duì)通航條件存在有利的一面，也存在不利的一面。有利影響為：勐宋灘枯水期Emax減小0.74，可達(dá)到EmaxEC，出現(xiàn)了礙航區(qū)，且因跌水增大、流態(tài)變差，自航上灘較困難；中水期Emax增大0.43達(dá)到4.34，趨近EC，給船舶順利上行增加了難度；H4壩段比降和流速的增加使得枯水期Emax增大0.65達(dá)到4.22，接近EC，加之流態(tài)變差，明顯增加了船舶上行難度。

4.3 礙航區(qū)的變化

結(jié)合設(shè)計(jì)方案和超挖方案的消灘指標(biāo)平面分布，對(duì)比礙航區(qū)的變化情況，分析對(duì)通航條件的影響。

有利影響為：枯水時(shí)，設(shè)計(jì)方案在勐宋灘存在局部急區(qū)礙航，超挖方案中不僅急區(qū)消失，且近急區(qū)范圍大幅縮小，無(wú)名上灘也沒(méi)有出現(xiàn)近急區(qū)；中水時(shí)，設(shè)計(jì)方案在無(wú)名灘下段出現(xiàn)近急區(qū)，無(wú)名上灘下段出現(xiàn)急區(qū)，超挖后均消失，通航條件得到改善；洪水時(shí)，超挖方案中無(wú)名灘下段和無(wú)名上灘下段的急區(qū)范圍較設(shè)計(jì)方案明顯減小，近急區(qū)也有所縮窄。

不利影響為：枯水時(shí)，最不利影響出現(xiàn)在X2～X3壩段，超挖后不僅出現(xiàn)了急區(qū)和近急區(qū)，較緩區(qū)也充滿了整個(gè)航槽，上灘較為困難，而設(shè)計(jì)方案通航條件較好；其次是H4壩段，原本通航條件較好的河段出現(xiàn)了較長(zhǎng)范圍的近急區(qū)，增加了上行難度；W1段增加的近急區(qū)在航槽外，對(duì)通航影響不大。中水時(shí)，超挖方案在X2～X3壩段出現(xiàn)全航槽的近急區(qū)，而設(shè)計(jì)方案通航條件較好。洪水時(shí)，超挖方案在X2～X3壩段的近急區(qū)范圍比設(shè)計(jì)方案有所增大。

5 改進(jìn)措施

5.1 改進(jìn)思路

5.2 工程布置

通過(guò)多次模型研究?jī)?yōu)化，針對(duì)通航條件影響較大的H4、X2～X3壩段提出改善方案：1)超挖方案雖然惡化了H4壩段通航條件，但最大消灘指標(biāo)并未超過(guò)臨界限值，且近急區(qū)范圍很窄，在H3和H4之間的繡花灘尾左岸凸嘴位置布置潛丁壩能調(diào)整流速分布，改善流態(tài)；2)超挖方案使得X2～X3壩段出現(xiàn)礙航區(qū)，但僅出現(xiàn)在航槽右側(cè)很小的范圍，Emax略大于4.4，在西瓜灘尾、X3壩下游約100 m處布置復(fù)式潛壩適當(dāng)壅水，則礙航區(qū)消失。

6 結(jié)論

1)瀾滄江244界碑至臨滄港Ⅳ級(jí)航道建設(shè)工程西瓜灘—勐宋灘灘段河段施工中存在超挖的問(wèn)題，對(duì)超挖后的效果與設(shè)計(jì)效果進(jìn)行了對(duì)比分析，得出施工超挖同時(shí)存在有利、不利2方面的影響；

2)有利影響：體現(xiàn)在各灘開(kāi)挖區(qū)河段，因水位降落小于開(kāi)挖超深，故開(kāi)挖區(qū)段流速和比降有所減小，通航條件得到一定改善，枯水時(shí)局部改善較大；

3)不利影響：體現(xiàn)在非開(kāi)挖區(qū)段，因水位降落引起流速和比降增大，通航條件有一定劣化，最明顯的是枯水期壅水壩段；

4)施工超挖導(dǎo)致枯水期各灘頭和擬建壅水壩壩下的水面降落較明顯，局部河段通航條件變差，甚至形成礙航區(qū)，可以采取壅水或調(diào)流的補(bǔ)救措施以改善通航條件，保證整個(gè)灘段的整治效果。

5)施工超挖有利有弊，但為保障灘群河段的整體效果，仍應(yīng)完全按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，同時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)提出灘群施工的注意事項(xiàng)，并做好技術(shù)交底工作。