考慮河勢演變長江永安堤治理工程優(yōu)化分析

徐凌，鐘琦皓

（1、九江市水利電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西 九江 332000；2.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，江蘇 徐州 221000 ）

河勢演變對河道堤防工程的安全性影響較大，在河道治理工程中不可忽視河勢演變的影響[1-3]。通過現(xiàn)場調(diào)查分析，人民洲河段近期的河勢演變情況，為河道治理工程方案優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 河段概況

人民洲河段左岸為廣闊的沖積平原，右岸緊靠山丘、磯頭。1924 年以前，人民洲是鴨蛋洲到二套口一帶與岸相連的邊灘，經(jīng)過1935 年大水，整個(gè)邊灘被沖散成三個(gè)沙包排列于江中。到1953 年三個(gè)沙包聯(lián)成一體形成人民洲，人民洲自形成以來，形態(tài)位置較為穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為隨不同水文年的沖淤變化。1953 年至1981年總的變化趨勢是洲頭沖刷，洲尾向下游淤漲并向南擺動(dòng)。永安堤段位于人民洲右汊，可研階段審定護(hù)岸工程總長度為11000m。永安堤段地理位置見圖1。

圖1 永安堤段地理位置示意圖

2 人民洲河段近期演變

2.1 河段兩岸總體穩(wěn)定，洲體岸線局部有所變化

該河段內(nèi)左岸為黃廣大堤、右岸為九江市防洪大堤所控制，自20 世紀(jì)七八十年代以來，該河段的兩岸及洲體岸線總體穩(wěn)定，局部有所變化，河道格局基本穩(wěn)定。人民洲自形成以來，灘體岸線雖然有沖淤變化，但幅度較小，洲體平面位置及形態(tài)相對較為穩(wěn)定。

隨著人民洲的形成與發(fā)展，洲體上下延伸，橫向展寬，右汊主流對右岸沖刷加強(qiáng)，致使永安堤一線長期崩岸，經(jīng)20 世紀(jì)70 年代以來護(hù)岸工程的實(shí)施后趨于穩(wěn)定。

20 世紀(jì)80 年代以來，隨著上游新洲汊道段匯流段深泓左移，徐家灣邊灘淤長下移，人民洲總體表現(xiàn)為頭沖尾淤。具體表現(xiàn)為1981～1998 年洲頭下挫1050m，左緣淤長、洲尾下移，由于1998 年長江大水，上游徐家灣邊灘大幅淤長與江岸淤連，下游人民洲尾部10m線也與左岸相連；1998～2001 年隨著匯流段深泓左移，人民洲頭沖尾淤，左汊沖刷擴(kuò)大，洲體右緣上半部分沖刷明顯、下半段淤長延長；2001 年以來，受來沙大幅減少的作用，徐家灣由邊灘被切割為心灘，右岸沿岸槽明顯沖刷發(fā)展。

2.2 人民洲左汊中枯水分流比增加，右汊深槽處于沖刷下移，右汊將長期保持主汊地位

2.2.1 分流比變化

人民洲左右汊分流比資料較少，1959 年觀測資料表明。人民洲左汊汛期高水時(shí)分流比21%，中水時(shí)14%?？菟畷r(shí)左汊幾乎斷流。從20 世紀(jì)80 年代以前地形資料看，左汊沖淤變化較小；從20 世紀(jì)80 年代以后資料看，1981～1998 年左汊大幅淤積，橫斷面趨于寬淺，左汊衰退明顯；1998～2011 年后左汊斷面發(fā)生沖刷，最大沖深達(dá)9m，左汊分流比隨流量的增大而增大。根據(jù)2007 年以來分流比觀測資料，2007 年至2010 年，左汊中水分流比由不到10%左右到接近15%，枯水由2.5%增加至4.85%；汛期高水分流比約為25%左右；2011 年以來左右汊均有沖刷。右汊始終處于主汊地位。分流比變化見表1。

表1 人民洲左右汊分流分沙比變化

2.2.2 右汊深槽變化

人民洲右汊深槽偏靠右岸一側(cè)，右岸是陡岸，易崩塌。20 世紀(jì)70 年代以后，陸續(xù)實(shí)施了護(hù)岸工程，穩(wěn)定了該段的河勢。20 世紀(jì)80 年代以來，深槽總體處于沖刷發(fā)展之中。1981 年人民洲右汊偏靠河道右岸有一長約7.1km 的狹長型的-10m 槽，1981～2001 年尾部下移2200m；2001～2011 年以后表現(xiàn)為首淤尾沖且幅度相當(dāng)，-10m 槽累計(jì)下移約5.4km；2011～2016 年-10m深槽變化主要在于頭部的淤積，下移約800m，尾部基本穩(wěn)定；2016～2020 年深槽-10m 槽明顯沖刷。

-5m 槽也處于沖刷發(fā)展中，2001 年后人民洲右汊-5m 深槽與下段九江彎道段-5m 線全線貫通，2016年-5m槽頭沖刷發(fā)展，與上游龍坪匯流區(qū)-5m深槽貫通。近岸岸坡變陡，人民洲右汊處于發(fā)展變化之中。

2.2.3 左汊深槽變化

20 世紀(jì)80 年代以后，上游新洲汊道段呈現(xiàn)左汊衰退、右汊發(fā)展的趨勢，兩汊水流匯合后，深槽左移、深泓大幅左擺，致使人民洲左汊進(jìn)口段深槽明顯沖刷。隨著新洲右汊的進(jìn)一步發(fā)展，右側(cè)沿岸流發(fā)展，同期左汊進(jìn)口淤積萎縮。2016～2020 年左汊進(jìn)口進(jìn)一步萎縮，左汊進(jìn)口段-5m深槽槽尾明顯淤積，左汊進(jìn)流條件惡化，左汊內(nèi)0m 深槽明顯淤積。

3 永安堤段治理工程優(yōu)化

3.1 永安堤1998～2016 年期間變化

從平面形態(tài)看，永安堤所在岸段位于人民洲右汊，深槽偏靠右岸一側(cè)，右岸是陡岸，易崩塌，多年來深槽處于持續(xù)沖刷發(fā)展之中。其中：

（1）右汊-5m 深槽：多年來人民洲右汊-5m 槽右緣總體處于基本穩(wěn)定，槽首上提下挫，槽尾沖刷發(fā)展，左緣沖淤交替。1981～1993 人民洲右汊-5m 槽沖刷擴(kuò)大，槽體左緣沖刷，首尾上提下挫，右緣穩(wěn)定；1993～1998 年槽首回淤、尾部沖刷，至2001 年槽首基本穩(wěn)定，槽尾迅速發(fā)展下延，與彎頂二套口下游-5m 槽貫通連成一體，形成一個(gè)長約30km 的大槽；2001～2011 年槽首萎縮下移4.2km，左緣回淤；2001～2013 年槽首發(fā)展上延且向江中左偏至徐家灣心灘與人民洲之間的通道。

（2）右汊-10m 深槽：人民洲右汊深槽偏靠右岸一側(cè)，1981 年-10m 深槽為一狹長型，1981～1993 人民洲右汊-10m 槽沖刷擴(kuò)大，槽體左緣沖刷，首尾上提下挫；1993～2011 年-10m 槽呈現(xiàn)首淤尾沖。深槽大幅下移，首尾沖淤下移的幅度相當(dāng)，累積下移約5.4km；2011～2013 該處-10m 深槽沖淤主要在頭部的淤積，并在左側(cè)形成了四個(gè)大小不一的-10m 槽沖刷坑，深槽頭部出現(xiàn)往江中偏移的趨勢?？傮w來看，右汊-10m 深槽呈頭淤尾沖且不斷向下移動(dòng)。

（3）人民洲右汊深槽的變化與上游龍坪河段左衰右興的變化趨勢是密切相關(guān)的，如前所述，1998 年后隨著新洲右汊水流動(dòng)力增強(qiáng)，右汊道內(nèi)深槽向下發(fā)展，槽尾右移，徐家灣邊灘被沖刷、切割，邊灘轉(zhuǎn)化為心灘后向江中左偏，人民洲洲頭受水流擠壓沖刷后退。同時(shí)伴隨著新洲右汊的發(fā)展，匯流段主泓左擺，造成徐家灣邊灘左側(cè)上深槽發(fā)展下延，人民洲右汊下深槽槽頭上延左偏。

（4）從橫斷面變化來看，永安堤進(jìn)口段（對應(yīng)斷面號YA4+900～YA6+200）受上游龍坪河段匯流段深槽下移、沿岸槽發(fā)展的作用，近岸斷面發(fā)生明顯沖刷；中段受徐家灣邊灘切割、下移、左偏的作用，中段（對應(yīng)斷面號YA6+200～YA10+500）近岸斷面發(fā)生大幅淤積；下段主要受水沙條件變化的作用，河槽明顯沖刷，近岸岸坡后退變陡。永安堤段岸坡現(xiàn)狀見圖2。

圖2 永安堤段岸坡現(xiàn)狀

3.2 永安堤2016～2020 年期間變化

平面變化：2016～2020 年期間，該段起點(diǎn)至斷面YA6+650 段-5m 平面等高線擺動(dòng)幅度較大，呈犬牙交錯(cuò)狀，以向近岸側(cè)擺動(dòng)為主，斷面YA6+650 至終點(diǎn)段則相對穩(wěn)定。10m、5m、0m 平面等高線相對較穩(wěn)定。

斷面變化：2016～2020年期間，起點(diǎn)至斷面YA1+750段水下坡腳有一定沖刷，幅度為0.5～3.0m，局部岸坡沖刷后退幅度達(dá)到10m；斷面YA1+750～YA6+650 段近岸河床沖刷較為劇烈，幅度達(dá)到5～10m。

沖淤變化：2016～2020 年期間近岸河床沖淤計(jì)算成果為沖刷面積250.0 萬m2，沖刷量523.5 萬m3，平均刷深厚度2.09m 左右；淤積面積249.4 萬m2，淤積量143.7 萬m3，平均淤積厚度0.58m 左右。

3.3 工程優(yōu)化

經(jīng)工程段河道演變分析，工程段2016 年以前上段和下段岸坡均有明顯沖刷變陡趨勢，中段淤積幅度較大。而2016 年以來，上段和下段表現(xiàn)為沖淤相間態(tài)勢，中段坡腳則沖刷較為劇烈。經(jīng)復(fù)核，為保證岸坡的整體穩(wěn)定，護(hù)岸范圍在前期研究范圍基礎(chǔ)上增加斷面YA1+705～YA6+050 之間長約4500m 護(hù)岸范圍，護(hù)岸總長度為15500m，對應(yīng)永安堤堤防樁號0+000～1+630、1+705～16+600。另外，永安堤堤防樁號14+550～15+000 段位于九江長江二橋下游側(cè)，堤外無灘，岸坡沖刷坍塌嚴(yán)重，威脅堤防安全（圖3）。為保證岸坡穩(wěn)定，兼顧景觀需求，擬對永安堤堤防樁號14+550～15+000 段約450m 岸段新建水上護(hù)坡工程。與此同時(shí)，考慮永安堤段已建護(hù)坡?lián)p毀部位較為零星且分散，現(xiàn)狀多為泥沙落淤掩埋，擬取消前期批復(fù)中4000m 范圍內(nèi)的老護(hù)坡修復(fù)工程。綜上考慮，永安堤段護(hù)岸工程長度15500m，相比前期審定范圍增加4500m。

圖3 永安堤段岸坡沖刷

工程河段98 年實(shí)施的河道整治工程，對15.6km 長岸線進(jìn)行了系統(tǒng)治理，水上護(hù)坡采用干砌塊石防護(hù)，水下護(hù)腳采用拋石、拋四面體、膜袋砼、充砂管袋等型式防護(hù)。工程建成運(yùn)行至今已20 年，通過對2001 年以來河道斷面地形進(jìn)行套匯，工程河段水下岸坡呈現(xiàn)持續(xù)沖刷的態(tài)勢，水下護(hù)腳工程損毀嚴(yán)重，而水上護(hù)坡工程相對完好，總體呈現(xiàn)槽沖灘淤的態(tài)勢，詳見表2。

表2 永安堤段沖淤變化及已建工程損毀情況表

護(hù)岸工程布置主要對水下護(hù)腳進(jìn)行加固處理，防止水下岸坡持續(xù)沖刷危及岸坡穩(wěn)定及堤防安全，并對局部岸段水上護(hù)坡進(jìn)行新建。水下護(hù)腳工程布置主要針對工程完工運(yùn)行以來沖刷劇烈、原有護(hù)腳工程嚴(yán)重水毀的岸段及相應(yīng)斷面范圍進(jìn)行守護(hù)，即水下護(hù)腳沖刷劇烈的橫向?qū)挾确秶?。例如，護(hù)岸工程樁號0+000～1+900 段，水下岸坡5m 高程以下發(fā)生劇烈沖刷，已建護(hù)腳工程基本損毀，護(hù)岸工程主要對5m 高程至近岸深泓范圍內(nèi)采用賽克格賓進(jìn)行守護(hù)，并與已建且相對完好5m 高程以上護(hù)腳及水上護(hù)坡工程形成完整的防洪保護(hù)體系。

4 結(jié)論

（1）人民洲河段近期演變?yōu)椋汉佣蝺砂犊傮w穩(wěn)定，洲體岸線局部有所變化；人民洲左汊中枯水分流比增加，右汊仍保持主汊地位，右汊深槽處于沖刷下移；九江彎道段凸岸二套口邊灘不斷淤長，凹岸潛洲沖刷、消失，深槽貼凹岸下行并向下游發(fā)展。

（2）人民洲河段在兩岸護(hù)岸工程和河道邊界條件的制約下將長期保持目前的平面形態(tài)。近年人民洲洲頭沖刷后退，人民洲左汊、右汊及九江彎道段近岸河床發(fā)生了沖刷，岸坡變陡，威脅到已護(hù)工程的安全，應(yīng)采取工程措施維持目前比較有利的河勢。

（3）為保證岸坡穩(wěn)定，擬對永安堤堤防樁號14+550～15+000 段新建水上護(hù)坡工程。永安堤段已建護(hù)坡?lián)p毀部位較為零星且分散，擬取消前期批復(fù)中4000m 范圍內(nèi)的老護(hù)坡修復(fù)工程。