漢壽沅南垸新興嘴河段綜合整治芻議

劉愛國 彭九華 曹麗君 吳 峰 周珊紅

（1.漢壽縣水利局 常德市 415900；2.漢壽縣沅南垸水利管理委員會 常德市 415900；3.湖南省開源水電建筑工程有限公司 常德市 415900）

1 概況

1.1 河段現(xiàn)狀

沅南垸位于湖南省漢壽縣境內(nèi)，洞庭湖西濱，沅水尾閭南岸。是洞庭湖區(qū)11個重點垸之一，也是常德市重要商品糧基地，社會經(jīng)濟地位十分重要。全垸保護總面積464 km2，總?cè)丝?4.5萬人。沅水從新興嘴進入該垸境內(nèi)至蔣家嘴水閘止，臨洪大堤長52.65 km。其中上游新興嘴至車腦防洪大堤（樁號0+000至10+000）10 km外河河段為典型分汊型洪道，分為北、中、南三汊。北汊經(jīng)牛鼻灘進入安彭港，汊道長13 km，是歷史上的通航汊道；中汊金石河，為1970年人工裁彎取直河道，經(jīng)大泛洲、小泛洲出安彭港，長6.98 km；南汊長約16 km，蜿蜒后在牛鼻灘鎮(zhèn)對面匯入北汊[1]；新興嘴以上洪水河寬1.1 km，枯水河寬約450 m，新興咀以下枯、中水時成河，寬約（300～900）m，水走北、中、南三汊且不漫灘；洪水成湖，高洪漫灘，大泛洲、小泛洲淹沒時，水面寬達6.5 km（河勢見圖1）。該河段最高洪水位（1996年7月18日盤湖昏站）40.93 m，流量 29 100 m3/s（桃源站）。

圖1 沅南垸新興嘴至車腦河段分汊型河道河勢圖

1.2 大堤現(xiàn)狀

沅南垸自1949年并垸修堤以來，國家及地方政府在該垸堤防工程建設上已投入了較大的人力和財力，特別是通過1986～2010年的14年間防洪大堤一期綜合治理和二期加固治理，對新興嘴至車腦防洪大堤，實施了堤身固腳、高噴灌漿；內(nèi)坡坑氹及低洼地帶挖泥船吹填壓浸；封堵了內(nèi)腳300 m以內(nèi)的壓把井?，F(xiàn)堤頂高程（41.7～41.6）m，堤頂面寬 8 m，臨水坡坡比 1∶3，背水坡坡比 1∶2.5，堤身高 10.4 m。

雖經(jīng)過多年治理，沅南垸防洪大堤仍存在許多險工隱患，尤其是新興嘴至車腦防洪堤段汛期險情眾多，險象環(huán)生。一是大堤汛期河道崩岸，退水脫坡；二是堤身出現(xiàn)不同程度的滲漏；三是堤腳垸內(nèi)吹填之外和低洼未吹填的地方高洪期出現(xiàn)管涌和管涌群，吹填地方存在管涌向后方農(nóng)田延伸趨勢。故此，沅南垸新興嘴至車腦防洪堤段仍然是漢壽縣政府目前防洪治理的重點、難點。

2 險情成因

2.1 河勢變化

新興嘴至車腦防洪大堤河段高洪期，由于河面變成湖面，面寬是中水期的7.2倍，水流分散，流速減慢，泥沙淤積嚴重，導致金石垸洲灘葦柳發(fā)育，葦柳發(fā)育反過來又加重泥沙淤積，目前金石垸洲灘由廢垸時的30.3 m淤至31.06 m，葦柳面積由廢垸時的零面積發(fā)展到11.73 km2。

雖然此河段高洪湖面寬，因中汊河道淺窄，加之中間湖洲金石垸淤積嚴重導致葦柳發(fā)展而形成阻水，成為洪水卡口河段。此段中部有牛鼻灘水文站，1995年洪水期間新興嘴至牛鼻灘比降僅為0.037‰，比上游河段邱家昏至新興嘴0.083‰及下游河段牛鼻灘至周文廟0.061‰要小得多[2]?？诙嗡慧崭?，卡口以上水面比降變緩。此河段北、南兩汊河道彎曲，兩岸堤防當沖，特別是南汊河道彎多狹長，深泓貼岸，加之新興嘴外灘梅家切汛期頂托，中間金石垸洲灘葦柳阻水，使得行洪水位陡漲，2017年6月24日8時至24時，新興嘴南汊盤湖昏站水位從34.98 m漲至37.5 m直達警戒水位（該站警戒水位37.5 m，保證水位40.0 m），16 h陡漲2.52 m，每小時上漲0.16 m。按20世紀90年代“三防”水位設防，該站防汛水位至危險水位2.0 m，即日超“三防”水位。因此，新興嘴大堤防汛目前必須超前“二防”準備，否則，將會防不勝防。

行洪水位陡漲從而加大了南汊的行洪流量和沖刷流速。在彎道環(huán)流作用下，岸坡受沖，在水流的淘刷下，大堤汛期行洪崩岸，退水脫坡。2006年盤湖昏堤段（樁號2+700）外滑坡長200 m，最大錯距1.3 m，同心拐堤段（樁號7+700）外滑坡長100 m，最大錯距0.5 m；2007年盤湖昏堤段（樁號2+400）外滑坡長150 m，最大錯距 1.0 m，裂縫寬（10～30）cm，同心拐堤段（樁號7+200）外滑坡長100 m，最大錯距0.5 m，裂縫寬（10～15）cm。

2.2 堤基問題

防洪大堤根據(jù)典型斷面地質(zhì)勘測，高程31.66 m以上為第四系全新統(tǒng)人工堆積（Qs）：大部分為粉質(zhì)粘土，灰褐色，可塑至硬塑狀，結(jié)構(gòu)較松散，局部見架空現(xiàn)象，主要是防洪堤填筑土。高程31.66m以下為第四系全新統(tǒng)沖湖積堆積（Q4al+l）：上部高程（31.66～28.61）m 為壤土；中部高程（28.61～16.96）m 為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；高程16.96 m至以下為砂礫石[3]。

大堤堤基下的臥層隱伏砂礫石，屬強透水層，河床因歷年水流沖刷，河底高程4.86（樁號0+500）至28.46 m，河底平均高程為16.66 m，新興嘴進口處最低河床砂礫層裸露厚度為12.1 m，距大堤中心240 m。外河砂礫層裸露，上面沒有防滲覆蓋粘土層，這是新興嘴至車腦防洪堤段“年年修、年年險，越修越險”的最主要原因。加之堤內(nèi)垸老田低，地面高程（30～33）m。覆蓋層薄，厚度僅（2～3）m。汛期外河洪水與大堤堤基內(nèi)的地下水連通，高水位時滲透坡降變陡，當滲透坡降大于地基表層弱透水層允許的滲透坡降時，即在大堤內(nèi)腳及其附近發(fā)生滲透破壞。將下面地層中的粉細沙顆粒帶出而發(fā)生翻沙鼓水，亦稱管涌。輕者滲漏、少量翻砂，重者掏空地基，引起地面和堤身塌陷，危及大垸防洪安全。

歷年險情的基本特征為：外河水位達到或高于警戒水位，大堤內(nèi)腳400 m范圍內(nèi)，未吹填低洼田地、溝港魚池、宅基水井、坑氹墓地出現(xiàn)管涌。初始砂盤直徑（0.1～0.4）m，后來小眼串大眼，眼群范圍不斷擴大，其范圍可達數(shù)千平方米，大面積眼群涌水翻砂，整個管涌區(qū)象沸騰的稀粥，水花飛濺，噴泥冒砂，涌水水柱高度可達0.8 m。最近的離堤內(nèi)腳10 m（2017年7月1日17時，水位39.23 m，車腦大堤段〈樁號9+300〉內(nèi)坡兩處翻沙鼓水）；最遠的離堤內(nèi)腳380 m（2014年 7月 17日下午 6時，水位 39.85 m。新興鄉(xiāng)魯家河村齊心組〈大堤樁號5+900〉，水稻田里發(fā)生一處管涌群，其中主沙眼5處，最大直徑1.5 m，最高水柱0.8 m，沙眼群范圍約1 500 m2左右，鼓出黑砂近150 m3。局部地面土壤軟化，人不能立）。

值得一提的是該堤段因堤身滲漏和翻沙鼓水曾采用高噴灌漿，即垂直防滲技術，但大堤防滲不理想。究其原因是該段大堤立身高，從堤頂41.7 m至砂礫層頂16.96 m，厚為24.74 m。若考慮砂礫層垂直防滲5 m，大堤垂直防滲厚度為29.74 m。在當時的施工設備和技術難已達到防滲要求，只能采用懸掛式防滲墻，懸掛式防滲墻的防滲效果很差，因此，堤身仍然存在滲漏和翻沙鼓水現(xiàn)象。

再者，垂直防滲只適宜于透水層較薄和堤段不長（如水庫）的堤段堤基，此時可以做成封閉式垂直防滲，基本截斷了洪水期江、河、湖、庫水對地下水的補給，堤基滲漏和管涌可以得到徹底根治。但必須在勘察資料充分且經(jīng)過滲流計算詳細論證和技術經(jīng)濟比較后方可實施，以免造成浪費。

鑒于新興嘴至車腦防洪大堤長，立身高、隔水層很深，不宜采用堤身高噴灌漿垂直防滲。除高噴灌漿垂直防滲造價高和施工難度大之外，更重要的是封閉式垂直防滲切斷了外河水和地下水互相補給的途徑，可能對生態(tài)環(huán)境造成一定的影響。

2.3 人為問題

沅南垸防洪大堤是20世紀50～80年代漢壽人民勵精圖治、建設洞庭湖區(qū)、堵支并流、整修洪道、加固堤防、戰(zhàn)天斗地、肩挑人抬筑成。因人工挑筑，不得不沿堤在外河洲灘、河槽中就近取土。這樣，難免不破壞大堤外河河床表土防滲覆蓋層。

20世紀90年代后，隨著科學技術的發(fā)展，防洪大堤采用機械加高培厚和挖泥船對大堤內(nèi)腳翻沙鼓水的低洼坑氹實施吹填壓浸。因當時的挖泥船沒有現(xiàn)在設備先進，輸送距離受到限制。所以，無論機械取土和挖泥船吹填仍解決不了遠距離取土問題，無賴之舉，仍取原人工土場余土，相反，加速了河床表土防滲覆蓋層的破壞。

由于20世紀對于河道采砂沒有規(guī)范采砂區(qū)域，河道內(nèi)亂采亂挖屢禁不止。特別是新興嘴南汊進口河道尤為突出。深挖砂礫破壞了防滲覆蓋層，造成河床嚴重下切、深槽逼岸、急流割腳、危及大堤，更重要的是打開了南汊“大門”，或者說挖掉了“鐵門檻”，加大了行洪泄量。本應分入中汊的流量引入南汊?？梢哉f這是新興嘴南汊盤湖昏站汛期水位陡漲原因之一。

大堤內(nèi)腳300 m范圍內(nèi)仍有農(nóng)戶隱藏壓把井、組內(nèi)抗旱井及村內(nèi)集中供水井，這些井在2017年汛期均出現(xiàn)翻沙鼓水。

3 綜合整治

3.1 強化中汊,根治水患

中汊金石垸河段是典型的鵝頭形汊道接“∽”河道，其分汊系數(shù)為2.36，汊道放寬率為5.72，分汊段長寬比0.93，江心洲長寬比0.89[2]。為解決金石垸河段水流不暢和迎流頂沖兩岸堤防的局面，1969年冬廢金石垸后，漢壽舉全縣之力，分別于1970年、1979年、1980年奮戰(zhàn)三冬人工開挖，在老虎口破大、小泛洲開挖橫穿南汊金石垸河（史稱人工河），河底寬120 m（進口）至 60 m，底高程（27.7～26.7）m，全長 6.98 km（其中大泛洲段3.9 km，南汊老河槽0.78 km，小泛洲段2.3 km），三汊于安彭洲匯合沅水。三汊中以中汊金石河水流最為順暢。因當時人工開挖的過流斷面小，加之河床高程（28～20）m為8 m厚的粘土層。所以，新開河道未能沖開，致使中汊金石河不能成為主流，新河河槽呈沖淤平衡狀態(tài)，而河槽兩岸洲灘自廢垸的25年（1970～1995年）以來平均淤厚達0.80 m，導致蘆葦叢生，致使金石垸河段水流紊亂，頂沖兩岸堤防的局面不能解決。

為了使中汊金石河水流順暢，因勢利導，避免洪水頂沖南、北兩汊和沖刷堤防的局面，擺脫彎道險工，使中枯水歸中，束水攻沙，改善河道行洪條件，延長河道壽命，緩解金石垸洲灘淤積嚴重的現(xiàn)象，逐步達到廢除北、南汊，三水歸一的目的。對中汊金石垸人工河再次實施疏浚加深拓寬，強化中汊、根治水患。

3.1.1 切除梅家切邊灘

切除梅家切伸向河中引起水流流向改變的外灘，使主流北移直沖中汊。挖除區(qū)基本呈弓形，弦長1.5 km，新興老輪船碼頭對面為弧的頂點，由地面高程25.5 m向梅家切方向水平挖進450 m，挖除區(qū)面積約55萬m2。 見圖2。

3.1.2 疏浚拓寬中汊金石河

沅水上游流域已建成鳳灘、五強溪等具有調(diào)節(jié)功能水庫，洪水下泄過程趨緩，中、枯水期北汊尚可過流。施工方法采用“北汊過流通航、中汊疏浚拓寬、南汊靜水吹填”。即在原人工開挖的中汊金石河原河斷面上采用海貍3800型絞吸式挖泥船對其繼續(xù)疏寬挖深，疏挖整治河道全長6.98km。采用多年平均年均流量2004m3/s疏挖中汊金石河為先期工程，視疏挖后的效果再考慮逐步加大到汛期平均流量或平灘流量進行拓寬，使其最終取代北、南兩汊分流局面。

河道疏浚寬度由設計流量、河床糙率和河相關系等因素確定。根據(jù)水力學及河流動力學有關計算公式聯(lián)立求解，得疏?？刂坪訉払值計算公式為：

圖2 沅南垸新興嘴至車腦河段河道綜合治理布置示意圖

式中Q——設計流量（m3/s）；

n——河道糙率；

E——河相系數(shù)；

J——水面比降；

B——河槽疏浚寬度（m）。經(jīng)計算,擬定河槽疏浚寬度690 m（進口）至400 m，河底高程（28.98～27.65）m。 見圖 2。

通過再次對原中汊疏寬挖深，可真正實現(xiàn)：一是因勢利導，保證河勢水流順暢，逐步廢除北、南兩汊，達到“三汊歸一”；二是擺脫了彎道險工和河堤沖刷14.37 km；三是縮短北汊流程（船程）6.02 km，南汊流程（船程）9.02 km，順水順航；四是降低新興嘴高洪水位0.2 m，對防洪最為有利。

3.1.3 挖除安彭洲

安彭洲地處小泛洲以東，沅水河心，橫臥于中汊金石河出水口處，堵塞中汊行洪。該洲呈葫蘆狀，面積約5.5萬m2，地面高程33.5 m。下挖至河床底板27.65 m，有利行洪。見圖2。

3.2 吹填南汊,防滲鋪蓋

中汊金石河疏浚土方主要以砂質(zhì)粘土為主，淤泥質(zhì)粘土約占15%，經(jīng)計算，疏浚土方1 679萬m3，淤泥53萬m3。隨著科學技術的發(fā)展，目前，海貍3800型絞吸式挖泥船排距可達3.5 km，排高5 m。中汊疏浚至南汊吹填最大吹距為2 100 m。完全滿足吹填距離，可以發(fā)揮一石三鳥的作用。

3.2.1 靜水吹填

南汊新興嘴至同心拐（樁號0+000至8+000）河段，河床防滲覆蓋層已嚴重破壞，為恢復原防滲覆蓋層，利用枯水期中汊疏浚粘土吹至南汊河段（在吹填河段下游攔壩，盡量達到吹填區(qū)靜水，防止水土流失）。再用水上挖機整理。

根據(jù)《水閘設計規(guī)范》（SL 265-2001）規(guī)定。鋪蓋厚度按下式計算：

式中 δ——鋪蓋厚度（m）；

△H——鋪蓋頂、底面的水頭差（m），△H=22.5；

[J]——材料的允許坡降,粘土和壤土一般采

用 4～6，[J]=5。

堤防的設計洪水位為39.16 m，河床底部高程為（4.86～28.46）m，河床底部平均高程為 16.66 m，鋪蓋頂、底面的水頭差為22.5 m；經(jīng)計算，該河段吹填水平鋪蓋最小厚度為4.5 m，確定吹填水平鋪蓋為5 m。

通過南汊靜水吹填防滲覆蓋層,既穩(wěn)固了大堤外腳,增加了堤基滲徑,減小了地下水頭差,根治”頑疾”管涌和管涌群；又避免了高噴灌漿切斷地下水補給通道的弊端。2016年首先對南汊新興嘴至同心拐（樁號3+500至6+500）多險河段實施靜水吹填，經(jīng)過2017年新興嘴高洪水位39.85m的考驗，該堤段防汛期間大堤垸內(nèi)未出現(xiàn)任何險情，當?shù)厝罕姺从澈芎?，成效顯著，強烈要求繼續(xù)吹填。未吹填的河段垸內(nèi)仍險情不斷。

更為突出的是南汊吹填防滲覆蓋層后，有誘人的商機和很好的開發(fā)前景。鑒于中汊洲灘底部砂源豐富，通過規(guī)范，指定開采，將砂吹填到南汊防滲覆蓋層上，打造沅水流域—漢壽新興嘴外河天然砂灘游樂園和淺水區(qū)砂灘浴場。

3.2.2 垸內(nèi)壓浸

一、二期治理主要是針對新興嘴至同心拐（樁號0+000至8+000）防洪堤段歷年出險地段進行了吹填壓浸，吹距（60～100）m，高程（32～34）m[4]。 當時主要原因是吹距和土源問題不能實施全段低洼處吹填。另外，同心拐至車腦（樁號8+000至10+000）防洪堤段枯水季節(jié)外河成了岸灘，挖泥船無法吹填，加之大堤內(nèi)外防滲覆蓋層薄，以致是汛期險情多發(fā)地段。

結(jié)合中汊疏浚拓寬，將疏浚土方吹填到新興嘴至車腦防洪堤段內(nèi)腳，統(tǒng)一吹填寬度100 m，吹填高程35.0 m，按防洪大堤二級平臺吹填。這樣，既加固了堤防，又增加了河道容積。同時，100 m寬的平臺可規(guī)劃建房、種草放牧（當?shù)赜叙B(yǎng)羊習俗），營造美麗鄉(xiāng)村、沿江風光帶。見圖2。

3.3 集中供水,電力灌溉

新興嘴至車腦防洪大堤垸內(nèi)住房密集，過去每戶都有壓把井，每組都有灌溉井。隨著每年汛期壓把井和灌溉井險情的不斷出現(xiàn)。水利部門一方面要求大堤內(nèi)腳300 m內(nèi)封堵壓把井和禁止打井；一方面支持以村為單位建集中地下供水廠和新建小型排灌站。但因水廠規(guī)模小、入戶水量小、水價貴；小型排灌站排灌成本高等問題，目前，仍有農(nóng)戶私自打井和組保留有灌溉井；還有村集中供水站選址不當，離大堤很近，如魯家河村集中供水站。未靜水吹填的地段，這些井、站在2017年汛期中都先后出現(xiàn)險情。

3.3.1 新建新興嘴地表水廠

在新興嘴沅水河邊新建一座且具一定規(guī)模的集中供水地表水廠，確保當?shù)厝霊羲?；降低供水成本；由地表水取代傳統(tǒng)地下水，確保供水質(zhì)量。

3.3.2 規(guī)劃好車腦泵站排灌區(qū)

隨著南汊吹填目標的實現(xiàn)，南汊將由河變成岸灘，新興嘴至車腦防洪大堤上現(xiàn)進、出水閘、昏涵、電排等水利建筑物將失去作用。垸內(nèi)農(nóng)田排灌區(qū)必須重新規(guī)劃。

2013年水利部門在新興車腦堵口河新建了車腦中型泵站。利用車腦泵站，結(jié)合河道整治，新開車腦泵站西排灌渠，建立車腦泵站西部新興嘴排灌區(qū)。依據(jù)2011年《常德市漢壽縣河湖連通工程規(guī)劃報告》，在車腦泵站旁還應新建一座大型進、出水閘和船閘[5]。見圖3。這樣可以通過新開西排灌渠，實現(xiàn)自灌和電灌。水利部門應提前著手向上級申報，以便盡早立項。導《規(guī)劃》的制定。就新興至車腦河段而言，北、南兩汊應規(guī)定為禁采區(qū)，中汊及兩邊洲灘列為開采區(qū)。采砂工程實施后中汊金石河分流比顯現(xiàn)明顯增加趨勢，反之，北、南兩汊分流比降低，有利實現(xiàn)疏浚規(guī)劃中“三汊歸一”的目標[6]。這樣既發(fā)揮資源效益，又擴大了河道容積，不影響河道安全行洪，還為河道清除障礙物。

3.4 保護大堤，規(guī)范采砂

河床砂石是河道穩(wěn)定、水砂平衡的物質(zhì)基礎，可供開采的河砂是一種有限的、難以再生的寶貴資源。無限制地、掠奪式開采河砂將會破壞河道的河勢，破壞河床的沖淤平衡。因此，制定河道采砂規(guī)劃是合理開發(fā)利用砂石資源的基礎工作。要用科學的發(fā)展觀指

圖3 滄浪河平原水庫車腦雙向排灌泵站建筑物平面布置圖

[1]呂敬軍，范陸娥，等.河道采砂對分汊河段河勢影響分析研究[J].湖南水利水電，2016，（4）：54-55.

[2]湖南省水利水電勘測設計研究總院.湖南省漢壽縣沅南垸新興嘴河道疏浚及大堤除險加固綜合整治項目實施方案[R].1996.

[3]湖南核工業(yè)巖土工程勘察設計研究院.湖南省漢壽縣沅水新興魯家河堤段垸內(nèi)翻砂鼓水應急除險工程初步設計階段工程地質(zhì)勘察報告[R].2014.

[4]陳代珍.沅南垸烏林寺沙基堤段治理之淺見[J].人民長江，1996，（12）：39-40.

[5]王帥，劉愛國，胡家興.淺析堤垸內(nèi)江內(nèi)河水利規(guī)劃與治理—以湖南省漢壽縣沅南垸滄浪河為例[J].湖南水利水電，2014，（1）：32-34.

[6]南京水利科學研究院.沅水尾閭金石垸采砂河段二維水流數(shù)學模型研究報告[R].2016.