長江東流水道整治工程設(shè)計淺析

長江東流水道整治工程設(shè)計淺析

東水路位于安徽省安慶市以上30公里處，全長約34公里。它屬于順直排河流，是長江下游大部分淺危險水道之一。該河段沖淤變化復(fù)雜,航道整治工程實施前以主流擺動、航槽多變?yōu)橹饕葑兲卣?由于主流周期性易位,整治前枯季航道條件惡劣,維護困難;另外受歷史遺留因素的影響,東流水道上仍然存在水雷隱患,水上交通安全事故多發(fā)。為穩(wěn)定東流水道河勢格局,改善該水道的礙航情況,2004年東流水道航道整治工程開始實施,該水道航道整治工程是長江干線航道發(fā)展規(guī)劃實施的第一個項目,目前工程已經(jīng)完工。本文在介紹東流水道整治工程設(shè)計思路及具體工程布置的基礎(chǔ)上,通過分析工程建成后幾個水文期的實際效果,總結(jié)了工程取得的主要經(jīng)驗和教訓(xùn)。1流量小、順列分布廣東流水道上起華陽河口,下迄吉陽磯,全長約34km,為順直分汊河型,洲灘汊道眾多、沖淤變化頻繁,主流擺動,航槽多變。水道中順列分布有老虎灘、天沙洲、玉帶洲、棉花洲,將水道分為三汊,從左到右分別為蓮花洲港、西港、東港,蓮花洲港為汛期主汊,西港為枯季主汊,東港為支汊。湖東村以下,微彎窄深,河岸較為穩(wěn)定(圖1)。1.1總體工程方案的確定東流水道整治標準的確定是根據(jù)2002年12月由交通部批復(fù)的《長江干線航道發(fā)展規(guī)劃》,具體航道整治標準為:4.5m×200m×1050m,保證率98%。整治原則為:穩(wěn)定洲灘、控制分流,通過工程措施穩(wěn)定洲灘,使之進一步完整,形成較穩(wěn)定的分汊格局,并適當(dāng)改善西港的分流條件。航道整治工程布置應(yīng)同時兼顧堤防,不增加左岸同馬大堤的壓力。總體工程方案研究設(shè)計思路考慮了以下幾個問題:(1)穩(wěn)定西港的分流比或使其有所增加;(2)基本穩(wěn)定西港過渡段的平面位置;(3)通過整治建筑物保證西港退水過程中的沖刷速度和沖刷時間,從而確保西港航道達到設(shè)計航道尺度;(4)保證老虎灘左汊東角沖—雷港口段不出現(xiàn)新的淺區(qū);(5)清除水雷隱患,為航道維護創(chuàng)造條件。東流水道航道整治工程方案的提出均以上述思路和原則作為基礎(chǔ)。1.2主要工程實施效果工程方案以整治工程為主,輔以水雷清除。通過試驗分析,最終提出的工程實施方案主要工程包括四部分,分別是:左岸丁壩群工程、老虎灘守護及灘尾順壩工程、天沙洲頭魚嘴工程和掃雷工程。工程平面布置見圖2。(1)丁壩群的設(shè)計在左岸雷港口至娘娘樹沿岸筑3條丁壩,丁壩間距按上游丁壩壩長的1.5倍設(shè)計,丁壩群與其下方的魚嘴工程相呼應(yīng),限制蓮花洲港的發(fā)展,適當(dāng)調(diào)整枯水主流方向,增加西港流量,加快枯季西港的沖刷速度。丁壩頭部高程為黃海7.69m。(2)老虎灘下天然雷港口早運區(qū)整治設(shè)計采用護灘方式對老虎灘中上部進行守護,防止老虎灘頭部沖刷后退及左側(cè)灘體沖刷,達到維持東港現(xiàn)有分流條件,避免老虎灘左汊東角沖—雷港口一帶產(chǎn)生新淺區(qū)的目的。在老虎灘尾部偏左側(cè)筑1條順壩,防止老虎灘中下部低灘沖散,同時束窄西港寬度,限制中水漫灘橫流,達到控制整治線寬度及束水攻沙的目的。老虎灘護灘高程為黃海7.69m,順壩壩根上接老虎灘護灘,高程為黃海7.69m,壩頭降至黃海6.69m。(3)退及左低灘沖刷治理在天沙洲頭部筑一座分流魚嘴,其作用主要是以天沙洲洲體為依托,筑人工分流魚嘴,防止天沙洲頭崩退及左側(cè)低灘的沖刷,通過對天沙洲與玉帶洲間竄溝的適當(dāng)封堵,使枯季西港分流比有所增加,同時,魚嘴平面布置與上洲左岸丁壩群相呼應(yīng),形成較平順的整治線型。魚嘴順壩頭部頂高為黃海4.69m,根部頂高為7.69m,條格壩頂部高程為黃海5.51m、6.62m、7.69m。(4)西港過渡段掃雷工程為了保證工程實施后航道使用及維護安全,對工程范圍內(nèi)西港過渡段實施掃雷工程,工程包括水雷探測與水雷清除兩部分,掃雷區(qū)位于西港過渡段,面積為2.0km2。2航道維護效果與經(jīng)驗的總結(jié)2.1工程管理效果整治工程實施后整治效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)中、枯水河勢條件開始向有利方向發(fā)展。老虎灘守護工程阻止了老虎灘中上部的沖刷,減緩了老虎灘尾淤積下延速度,穩(wěn)定了老虎灘左側(cè)主河槽,有利于西港的穩(wěn)定。左岸丁壩群工程防止了左岸沿岸槽與上深槽的貫通,壩田總體淤積,促使左邊灘的形成,防止了蓮花洲港再度發(fā)展。魚骨壩工程遏制了玉帶洲洲頭低灘沖刷后退的趨勢,并促使玉帶洲洲頭低灘淤高。整治工程的實施,加大了河道的灘槽高差,將蓮花洲港與西港的分流點控制在較合理的位置,使水流可較平順地進入西港過渡段,遏制了蓮花洲港的發(fā)展,中、枯水河勢發(fā)展方向,由工程前向不利方向發(fā)展轉(zhuǎn)而開始向有利方向發(fā)展。(2)西港航道條件得到改善。工程后,左側(cè)的整治線得到有效控制,航道線路與設(shè)計航道線路相同,連續(xù)三屆枯季西港過渡段的4.5m等深線寬度大于200m,達到了本工程設(shè)計航道標準,枯季僅需采取調(diào)標進行維護,未發(fā)生船舶在西港過渡段擱淺事故,西港過渡段淺區(qū)航道條件得到改善。(3)整治工程建筑物總體穩(wěn)定。東流水道航道整治工程平面布置復(fù)雜,整治建筑物多。左岸丁壩最大壩高達10m左右,最長伸入江中708m,魚骨壩是在長江上第一次采用,且均處于河床劇烈沖刷區(qū),對水流干擾較大,受到水流的強烈頂沖,主體工程建成后已歷經(jīng)2個水文年的考驗,建筑物穩(wěn)定。老虎灘中上部在整治工程實施前劇烈沖刷,對這種心灘的守護以往還沒有成功的先例,老虎灘守護工程實施后,雖然頭部護灘帶邊緣出現(xiàn)局部破壞,但護灘帶主體穩(wěn)定,達到了守護目的。2.2東弱化駁岸結(jié)構(gòu)整治措施東流水道航道整治工程實施后,工程達到了預(yù)期的整治效果,但也存在很多問題,工程設(shè)計需不斷的完善改進。具體存在的問題及建議如下:2.2.1順應(yīng)并把握有利的整治時機工程可行性研究階段,東流水道西港發(fā)展迅速,分流比增加,枯季航道條件好轉(zhuǎn),為20世紀50年代以來航道條件較好的時期,是東流水道進行航道整治的良好時機。但在東流水道航道整治工程開始實施時,東流水道河勢已開始向不利方向發(fā)展,蓮花洲港口門上游左岸一側(cè)河床發(fā)生大幅沖刷,玉帶洲頭低灘沖刷后退,老虎灘頭部沖刷后退,中下部淤積下延,呈現(xiàn)蓮花洲港發(fā)展、西港衰退的演變趨勢,西港航道條件向不利方向發(fā)展。但工程實施與進度及時,通過三屆枯季施工,工程總體效果明顯,已遏制了以上不利的演變趨勢,實現(xiàn)了工程目標。由此可見,把握好河勢發(fā)展的有利時機對于航道整治工程的實施十分重要。2.2.2強化設(shè)計中綜合治理的理念從目前工程整治效果看,東流水道航道整治工程總體上是合理的,但工程平面布置設(shè)計也存在一些問題。在工程平面布置設(shè)計中未充分考慮工程對右岸的影響,右岸沒有采取相應(yīng)的守護工程措施。東流水道西港對右岸包括七里湖江堤外灘和東流護城圩兩部分,為池州江堤的組成部分,堤防等級為Ⅲ級,兩者之間有堯渡河入?yún)R,航道整治工程實施以來,東流水道右岸七里湖江堤外灘發(fā)生了一定幅度的崩岸,東流護城圩局部出現(xiàn)近岸河床小幅沖刷。根據(jù)長委設(shè)計院《東流河段右岸崩岸原因及其相關(guān)影響分析》及工程設(shè)計項目組2006年的分析,河道的自然演變是目前右岸崩岸的主要原因,但航道整治工程實施后,主流將長期穩(wěn)定在西港,七里湖江堤段岸坡及東流護城圩將長期處于水流沖刷段,整治工程在一定程度上對該段岸坡穩(wěn)定產(chǎn)生了不利的影響。因此,需要深入研究航道整治工程對防洪、環(huán)境等影響程度,并采取綜合整治措施。2.2.3護灘設(shè)計理論、結(jié)構(gòu)設(shè)計尚不成熟在進行東流水道航道整治工程設(shè)計時,當(dāng)時國內(nèi)外對護灘理論的研究較少,沒有成熟的護灘理論,也缺乏十分有效的研究手段,因此,老虎灘守護選用了以往在長江護灘工程中最常用的X型排結(jié)構(gòu)。根據(jù)目前研究成果,護灘帶結(jié)構(gòu)應(yīng)在設(shè)計中將護灘帶分為基本功能區(qū)和預(yù)留變形區(qū)兩大部分,其中功能區(qū)的護灘帶應(yīng)維持基本穩(wěn)定,保護其下河床不受沖刷,不允許出現(xiàn)大的變形,X型排是適應(yīng)這一區(qū)域的一種較好的結(jié)構(gòu)型式,而護灘帶預(yù)留變形區(qū)則應(yīng)允許產(chǎn)生一定幅度的沖刷,變形區(qū)在塌陷后,在護灘帶以外的河床與基本功能區(qū)之間形成地形過渡段,預(yù)留變形區(qū)結(jié)構(gòu)不宜采用X型排。在自然條件下,由于老虎灘頭部沖刷較為劇烈。因此,其護灘帶結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮設(shè)立預(yù)留變形區(qū),但限于當(dāng)時對護灘帶結(jié)構(gòu)的認識,未設(shè)立預(yù)留變形區(qū),護灘帶結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在一定缺陷,以致于部分護灘帶邊緣發(fā)生局部破壞。對于護灘工程理論上的研究目前尚處于起步階段,由于缺少理論依據(jù),設(shè)計中多根據(jù)設(shè)計者的個人經(jīng)驗確定護灘工程的平面布置及結(jié)構(gòu)型式,因此,需要進一步加強對護灘工程的理論研究。3航道其它河段的整治東流水道航道整治工程實施后,工程達到了預(yù)期的航道整治效果。但工程設(shè)計中也同樣存在一定的問題,對這些問題的思考與經(jīng)驗的總結(jié)對長江航道其它河段的