長江南京河段崩岸應(yīng)急治理工程效果分析及建議

祁仰旭 王義坤 楊 樾

(南京市長江河道管理處,江蘇 南京 210011)

長江南京河段為江蘇段的門戶,是長江中下游干流14個重點治理河段之一,全長97km,距離入?？?98km,上起安徽馬鞍山,下接鎮(zhèn)揚河段,護岸長約113km,堤防長約269km。河段內(nèi)洲灘發(fā)育,寬窄相間,為藕節(jié)狀分汊河型河段[1]。按河流節(jié)點自上而下分為新濟洲汊道、梅子洲汊道、八卦洲汊道、棲龍彎道河段,具體分布見圖1。

圖1 長江南京河段分布

新中國成立以來,長江南京河段先后進行了9次較大規(guī)模河道整治工程,整治工程的實施,逐步使水流頂沖岸段的岸線得到有效保護,急劇變化的河勢趨于穩(wěn)定,防洪形勢得到明顯改善[2]。然而近些年來,長江南京河段受上游河勢調(diào)整、來水來沙條件變化、涉水設(shè)施建設(shè)等因素影響[3],局部河勢仍在調(diào)整,特別是迎流頂沖、地質(zhì)條件較差的河段崩岸時有發(fā)生,部分老險工段由于長時間水流沖刷也出現(xiàn)新的險情,不僅危及河勢穩(wěn)定、堤防安全,還直接影響沿岸經(jīng)濟發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全。為維護河勢穩(wěn)定,消除防洪安全隱患,南京河段于2018—2019年實施了國家172項節(jié)水供水重大水利工程之一的長江干流江蘇段崩岸應(yīng)急治理工程南京市境內(nèi)工程。

1 崩岸情況

長江南京河段近幾十年來崩岸頻繁發(fā)生。據(jù)記載,從20世紀初開始,南京河段江岸不斷崩塌,江面變窄。1954年發(fā)生歷史性特大洪水,下關(guān)、浦口岸段出現(xiàn)嚴重岸坡崩塌,直接導致下關(guān)岸段深泓線貼岸,輪渡、棧橋等無法運行[4-6]。21世紀以來,龍?zhí)队亚f圩、浦口聯(lián)合圩、南京化工一廠等岸段出現(xiàn)崩窩現(xiàn)象。長江南京河段崩岸主要集中在七壩、九袱洲至浦口、西壩頭、銅井、大勝關(guān)、三汊河至下關(guān)、燕子磯、新生圩、龍?zhí)吨寥诘劝抖蝃7]。崩岸長度65.2km,最大崩岸寬1335m,崩岸治理與應(yīng)急搶險一直是長江南京河段的防洪重點。

2 工程概況

為貫徹落實長江經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略,加強崩岸治理、維護河勢穩(wěn)定、消除防洪安全隱患,2017年8月,國家發(fā)展改革委和江蘇省發(fā)展改革委先后批復長江干流江蘇段崩岸應(yīng)急治理工程可行性研究報告,12月江蘇省水利廳批復該工程初步設(shè)計報告及概算。

工程主要在以往河勢控制工程、正在實施的整治工程和航道整治工程及正在開展前期工作的河道整治工程基礎(chǔ)上,針對崩岸、沖刷幅度劇烈區(qū)段建設(shè)護岸加固工程,維護河勢穩(wěn)定。主要建設(shè)內(nèi)容包括七壩小年圩段、浦口段、大勝關(guān)段、下關(guān)段、新生圩段、西壩頭段、棲龍段等7個岸段。南京市境內(nèi)工程為水下護腳加固40.83km,水下拋石149.46萬m3,賽克格賓40.66萬m3,具體工程信息見表1。工程于2018年5月開工,2019年12月完工,2020年12月通過了工程竣工驗收。

3 工程效果分析評價

崩岸應(yīng)急治理工程完工后,組織人員在汛前、汛中、汛后進行現(xiàn)場實地查看,及時了解工程岸坡變化。在施工前、施工后和竣工后實施了水下地形測量與拋石體檢測,了解岸坡穩(wěn)定性與拋石賦存及分布狀況,全面客觀地評價工程實施效果。

3.1 工程區(qū)河岸實地查勘

工程施工前后組織人員現(xiàn)場實地查勘工程施工情況,初步判斷工程對崩岸治理的影響。在汛前、汛中和汛后通過無人機、測距儀等設(shè)備對崩岸工程段進行拍照與測量,并上傳至自研的岸線巡查系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)險情或者崩岸立即上報并組織河勢分析,制定消險方案,為評估崩岸應(yīng)急治理工程效果積累數(shù)據(jù)資料,也為研究長江南京河段河勢演變規(guī)律與崩岸機理提供參考。

3.2 工程區(qū)河勢變化分析

水下地形變化與河勢演變趨勢可以更直觀地反映崩岸應(yīng)急治理工程的效果?；谧匝泻觿莘治鱿到y(tǒng)[8],采用1∶2000水下地形測圖(范圍包括工程區(qū)及外延30m),按照100m斷面間距,每5m采集一點,分析工程區(qū)岸坡穩(wěn)定與沖刷情況[9]。典型特征斷面見圖2。

圖2 典型特征斷面

通過分析,七壩段以淤積為主,工程區(qū)上游淤積多集中在深水側(cè),工程區(qū)中下游整體淤積,斷面K2+460.00坡腳處淤積幅度最大,約5.36m,極少部分存在沖刷,沖刷幅度平均約1m。下關(guān)段整體淤積,不存在沖刷情況,斷面線走勢平穩(wěn)少變,局部存在較大淤積,K4+640.00等處斷面整體淤積,最大幅度約5m。大勝關(guān)段和新生圩段竣工數(shù)據(jù)與拋后數(shù)據(jù)相比,工程區(qū)有沖有淤,斷面線走勢基本一致,與拋前數(shù)據(jù)相比,工程區(qū)整體以淤積為主,幾乎不存在沖刷情況。

浦口段工程區(qū)整體呈現(xiàn)淤積態(tài)勢,竣工數(shù)據(jù)與拋后數(shù)據(jù)對比,1/3斷面呈淤積態(tài)勢,部分斷面淤積程度較大,最大淤積在K1+104.96斷面處,約12.3m。部分斷面略微沖刷,微沖態(tài)勢在斷面上長度不超5m,其余斷面形態(tài)相對穩(wěn)定,與拋前數(shù)據(jù)對比斷面趨勢一致。

棲龍上段竣工數(shù)據(jù)與拋后數(shù)據(jù)相比,斷面有沖有淤,整體淤積的斷面較少,主要集中在工程區(qū)上游,下游沖淤幅度較大,多數(shù)斷面整體沖刷,與拋前數(shù)據(jù)相比,斷面線走勢基本一致,整體平穩(wěn)少變,以微淤為主。棲龍下段工程區(qū)上游0～4500m處總體以微沖為主,沖深幅度較小,K1+568.57斷面坡腳處最大沖深約4m,其原因可能是2020年長江超高水位以及工程區(qū)上游位于長江豎窄段,河道由寬變窄,水流加速通過,通過彎道往南偏頂沖到工程區(qū)。經(jīng)分析該處坡腳局部沖刷對工程整體運行無影響,竣工測量地形與完工時一致,無明顯沖刷且后續(xù)態(tài)勢保持平穩(wěn)。工程區(qū)下游部分整體以淤積為主,普遍呈現(xiàn)3～4.5m的淤積。與拋前斷面對比大部分呈淤積態(tài)勢,部分竣工測量斷面貼近拋前斷面。

經(jīng)對比分析,九個岸段水下地形整體呈現(xiàn)淤積態(tài)勢,斷面線走勢與施工前后相比基本一致,局部岸段受水流頂沖與特殊水文影響,呈現(xiàn)略微沖刷態(tài)勢,崩岸應(yīng)急治理工程完工后初期運行總體穩(wěn)定,起到了較好的防護效果。水下工程受水流、泥沙、岸坡地質(zhì)等各種因素綜合影響,水下岸坡及河床處于動態(tài)演變中。為確保工程區(qū)域岸坡穩(wěn)定,充分發(fā)揮工程作用,應(yīng)對其進行定期監(jiān)測,實時動態(tài)了解拋區(qū)地形變化,遇特殊情形及時采取工程措施。

3.3 工程區(qū)水下拋石體賦存狀況檢測

根據(jù)工程完工情況,于2018—2019年采用超高分辨率多波束測深系統(tǒng)、雙頻測深儀等設(shè)備進行完工質(zhì)量檢測。每40m左右布置一個檢測斷面,統(tǒng)計斷面上測點增厚和斷面平均增厚[10],具體情況見表2。

表2 各標段實體工程檢測情況統(tǒng)計

檢測顯示:長江南京河段崩岸應(yīng)急治理工程九個標段測點合格率最低的是七壩岸段,為75.97%,最高的是浦口岸段下段,為87.13%,均在75%～100%范圍內(nèi),且每個單元工程的不合格點不集中;各標段斷面增厚值合格率最低的是棲龍下段,為97.98%,最高100%,均在97%～100%范圍內(nèi)。測點增厚值和斷面增厚值均達到合格標準,工程拋護范圍覆蓋了設(shè)計拋區(qū)。工程水下拋石體賦存狀況達到設(shè)計規(guī)范標準,效果良好。

4 建 議

4.1 采取加固措施,鞏固已護工程效果

長江南京河段面臨長期“清水”下泄的局面,上游小黃洲河勢不斷調(diào)整,加之南京河段2020年受超歷史的流域性特大洪水影響,新濟洲河段局部頂沖段沖刷加劇,局部岸坡受沖刷較陡;八卦洲汊道二橋上游未護段深槽略有沖刷;棲龍彎道段深槽沖淤往復。燕子磯、浦口、下關(guān)一帶已建成的親水平臺對岸坡穩(wěn)定性要求較高[11]。七壩、大勝關(guān)等岸段主槽深、無灘險、河槽窄、岸坡較陡,是河段的重要節(jié)點和導流岸壁,若沖刷嚴重會影響堤防前沿岸坡穩(wěn)定。崩岸應(yīng)急治理工程的實施初步解決了近年來崩岸坍塌問題,但并不能一勞永逸地完成崩岸治理,因此需要適時加固部分工程,關(guān)注其他沖刷加劇岸段崩岸隱患,必要時采取工程措施。

4.2 開展全岸段河勢分析研究

為全面準確地把握南京河段河勢變化與大型治理工程的穩(wěn)定情況,建議開展全河段專項河勢監(jiān)測分析,每年開展1∶2000水下地形監(jiān)測,在豐水期和枯水期分別對重點控制斷面進行水文測量,定期進行1∶10000水下地形監(jiān)測,全面了解岸段走勢,形成完整的河勢監(jiān)測資料,為精確完整地掌握河勢演變規(guī)律提供保障。此外,近幾年南京河段實施了三項河道整治工程,長江南京新濟洲河段河道整治工程、南京市長江干流江蘇段崩岸應(yīng)急治理工程、長江南京河段八卦洲汊道河道整治工程,這三項工程均為國務(wù)院確定的172項節(jié)水供水重大水利工程,應(yīng)加強對重點工程完工后的觀測維護。應(yīng)開展全河段河勢分析研究,及時掌握岸坡變化情況,科學研判變化趨勢,建立崩岸、岸坡穩(wěn)定等預(yù)警和應(yīng)急搶險長效機制,發(fā)現(xiàn)險情,及時有效開展應(yīng)急處置。

4.3 加強對過江通道的影響研究

目前南京已建和在建的過江通道達到18處21條。局部岸段岸線開發(fā)利用程度較高,建設(shè)項目的群體累計效應(yīng)已經(jīng)顯現(xiàn),過江通道工程會形成阻水、壅水、影響水流導向等現(xiàn)象,改變或破壞岸坡沖淤平衡態(tài)勢,沿江港區(qū)碼頭附近在一定時期內(nèi)河床會有局部調(diào)整,影響已護崩岸治理工程的穩(wěn)定。建議開展建設(shè)項目群體河勢與治理工程的影響專項研究,必要時制定防護加固方案。

5 結(jié) 論

a.長江南京河段崩岸應(yīng)急治理工程的實施,初步解決了近期南京河段崩岸治理問題。工程實施后,水下地形整體呈現(xiàn)淤積態(tài)勢,斷面線走勢與施工前后相比基本一致,局部岸段受水流頂沖與特殊水文影響,呈現(xiàn)略微沖刷態(tài)勢,崩岸應(yīng)急治理工程完工后初期運行總體穩(wěn)定,起到了較好的防護效果。

b.水下工程受水流、泥沙、岸坡地質(zhì)等各種因素綜合影響,水下岸坡及河床處于動態(tài)演變狀態(tài)。為確保工程區(qū)域岸坡穩(wěn)定,充分發(fā)揮工程的作用,應(yīng)對部分岸段采取加固措施,鞏固崩岸治理工程效果。另外,對其他沖淤變化明顯岸段加強關(guān)注,必要時采取工程措施,維護岸坡穩(wěn)定。

c.定期開展全河段河勢監(jiān)測分析研究,全面了解岸段走勢,形成完整的河勢監(jiān)測資料,加強對已實施的三大重點工程后期觀測維護,切實保障工程治理效果。同時,全程跟蹤建設(shè)項目群體對護岸工程與河勢的影響,開展專項研究,必要時制定防護方案。