(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

黑沙洲水道上接荻港水道，下接白茆水道，上起板子磯，下至高安圩，平面形態(tài)為首尾窄、中間向左展寬的典型的鵝頭型分汊河道(見(jiàn)圖1),河寬分別為900 m和1100 m，中間展寬處達(dá)9.6 km，進(jìn)口右岸受板子磯節(jié)點(diǎn)控制，南水道轉(zhuǎn)折角度達(dá)到60°。江中的黑沙洲、天然洲將河道分成南、中、北三個(gè)水道。黑沙洲南水道為捷水道，長(zhǎng)約8.5 km，分流比為28.9%～63.4%，現(xiàn)為全年通航的主航道，是長(zhǎng)江下游重要淺險(xiǎn)水道之一，枯水期航道狹窄，在新港附近水深較淺，有的年份需疏浚以維護(hù)航道水深。中水道上段7.5 km與北水道重疊，下段6.5 km與北水道走向約成110°交角，歷史上曾為主航道，近20多年來(lái)已淤塞不再開(kāi)放。北水道系鵝頸形彎道，長(zhǎng)約21 km，常年分流比為31.8%～43.0%。茅山至三山河航段在上世紀(jì)90年代初岸崩劇烈，后經(jīng)過(guò)護(hù)岸,近年較為穩(wěn)定。黑沙洲左汊曲折率達(dá)到2.47，在小江壩附近彎曲半徑為2公里，河彎中心角度為80°。

圖1 黑沙洲水道(2014年2月)河勢(shì)圖

1 礙航特性

1983年以前，黑沙洲南水道和中水道交替使用，航道頻繁改槽，1983年以后，中水道封閉不再開(kāi)放，南水道為全年通航主汊道。近幾年，南水道全年分流比穩(wěn)定在60%左右，南水道進(jìn)口較寬、出口較窄，呈喇叭狀，江中心灘將南水道分為左、右兩槽，左槽進(jìn)口位于天然洲頭，存在淺區(qū)，右槽淺區(qū)位于新港附近。左槽屬于近年才發(fā)展形成的汊道，斷面窄深，流態(tài)紊亂，有些船舶上水走左槽。右槽比較穩(wěn)定，是習(xí)慣航道，現(xiàn)行維護(hù)水深為航行基面(黃海高程0.99 m)下5.0 m(2007年5月1日起實(shí)行，此前為4.5 m)，有的年份需疏浚才能達(dá)到(1991年1月，淺灘最小水深為4.1 m)，本河段右岸新港岸邊多礁石，尤以七星石及寶塔石較突出，枯水期設(shè)有標(biāo)志標(biāo)示。

礙航特性主要表現(xiàn)為：枯水期航道淺窄，航道尺度難以達(dá)到6.0 m×200 m的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，航行船舶海損事故時(shí)有發(fā)生，1980年～2005年共發(fā)生船舶海損事故15起，其中由于航道窄淺而導(dǎo)致的船舶碰撞事故9起，船舶擱淺事故1起，同時(shí)航標(biāo)碰損事故頻繁發(fā)生，維護(hù)工作量大。

2 整治工程一期方案簡(jiǎn)介[1,2]

2.1 一期工程整治原則及目標(biāo)

整治原則：鞏固洲頭，穩(wěn)定分流條件；調(diào)整枯水?dāng)嗝嫘螒B(tài)，減少漫灘水流，遏制倒套發(fā)展，集中水流沖刷主通航槽；有利于港口、堤防安全等。

整治目標(biāo)：選擇黑沙洲南水道右槽為主通航槽，采用整治建筑物減少漫灘水流，增加淺灘流速、流量，改善右槽航道條件，并使航道尺度達(dá)到6.0 m×200 m×1050 m的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 整治方案

整治工程布置方案為：在南水道左槽內(nèi)布置四道長(zhǎng)分別為663 m、504 m、399 m、464 m的潛壩，其中，前三道潛壩壩頂面高程分別為設(shè)計(jì)水位下7.0 m、7.0 m、8.0 m，其功能是抬高南水道左槽河床，減小左槽過(guò)水面積、過(guò)水流量，遏制左槽發(fā)展，以增加右槽流速、流量，提高挾沙能力，增加水深；后一道潛壩頂面高程為設(shè)計(jì)水位下9.0 m，壩根護(hù)岸500 m，且考慮#4潛壩根部500 m護(hù)岸下段出現(xiàn)新的崩岸，因而在原500 m護(hù)岸的下游尾端增加60 m長(zhǎng)的銜接段，其功能是遏制下深槽左擺，減少吸流，使右槽淺灘水流相對(duì)集中、穩(wěn)定；沿心灘中下部灘脊布置一道水下護(hù)灘帶，長(zhǎng)1583 m，寬度為100～200 m，#1～#3潛壩壩頭與之相連，其功能為固定心灘、穩(wěn)定航槽；在天然洲頭布置魚(yú)嘴形水下護(hù)灘工程，守護(hù)天然洲頭灘體，穩(wěn)定南、北兩汊的分流條件。工程方案總平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 航道整治工程布置方案

3 整治效果分析

3.1 工程前后河道變化

航道整治工程實(shí)施以來(lái)，黑沙洲水道河道變化主要為分流比，航槽和心灘等變化。

3.1.1分流比變化

從黑沙洲水道多年汊道分流比變化來(lái)看(見(jiàn)表1)，八十年代初期，黑沙洲水道南、北、中三汊分流比相對(duì)均衡。八十年代中期至1998年大洪水前，此階段中水道走向衰退，分流比呈逐年衰減趨勢(shì)，從33%左右減小到12%左右；南水道則呈發(fā)展趨勢(shì)，分流比從31%增大到50%。1998年大洪水后，中水道分流比再次減小，近年枯水期已淤塞斷流；南水道分流比迅速增大，分流比增大至60%左右。從工程實(shí)施后的分流比變化來(lái)看，2004年7月與2010年8月相比，高水位時(shí)分流比變化不大；從2004年3月與2009年10月相比，枯水期分流比變化幅度也不大，都在60%左右。工程實(shí)施后，有效的遏制了天然洲洲頭及右緣沖刷崩退，鞏固洲頭，穩(wěn)定分流條件，使南水道分流比基本穩(wěn)定在60%左右。

表1 黑沙洲水道汊道分流(沙)比統(tǒng)計(jì)表

3.1.2河槽變化

工程實(shí)施后，北水道深泓平面位置總體上比較穩(wěn)定；中水道地形變化不大，仍保持穩(wěn)中略淤態(tài)勢(shì)。南水道則表現(xiàn)為右槽沖刷、左槽相對(duì)穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。具體分析如下：

右槽：2008年11月與工程前2007年9月相比，右槽淺灘處深泓變得更加順直(見(jiàn)圖3)；右槽中上段深泓沖淤變化不大，淺灘處河床有所沖刷，沖刷幅度約1 m左右，最淺點(diǎn)水深為6.8 m；相應(yīng)地，淺灘處6 m線寬從工程前2007年9月中斷500 m左右沖刷發(fā)展貫通(圖4)，2008年11月最窄處6 m線寬為420 m。2009年9月與上年相比，右槽淺灘處深泓平面及水深總體上比較穩(wěn)定，年內(nèi)6 m線貫通。2010年汛期(近十年來(lái)最大洪水年)，右槽出現(xiàn)明顯淤積，6 m線中斷長(zhǎng)度達(dá)1.8 km左右；汛后退水期，右槽沖刷比較明顯，至2011年5月，6 m線再次貫通，但寬度較窄，最窄處為210 m左右，仍能滿足設(shè)計(jì)要求。

左槽：工程實(shí)施前后深泓平面位置變化不大，工程初期2008年11月與2007年9月相比，左槽上段深泓有所右移，下段深泓平面變化不大；從左槽深泓縱剖面變化來(lái)看，左槽呈年際間沖淤交替變化，近期#1潛壩上游段略有淤積，而#1潛壩-#2潛壩間上段有所沖深，下段變化不大，而#3潛壩上下游段均呈現(xiàn)沖刷態(tài)勢(shì)，#4潛壩下仍略有淤高。從左槽6 m線變化來(lái)看，工程實(shí)施以來(lái)至2010年間，進(jìn)口段6 m線一直中斷600 m左右，往下直至出口段多年來(lái)寬度變化不大，2010年汛后左槽進(jìn)口一帶沖刷發(fā)展，6 m線貫通，最小寬度約90 m。

圖3 工程前后深泓變化圖

圖4 黑沙洲南水道航行基面下6 m線比較圖

3.1.3心灘變化

心灘仍呈現(xiàn)漲淤落沖的變化規(guī)律，且比工程前更加明顯。從心灘4 m線變化來(lái)看(見(jiàn)圖5)，2008年10月與2007年9月相比，心灘灘體分別向頭、尾兩端淤長(zhǎng)，灘體有所擴(kuò)大，面積從2007年9月的0.72 km2增加到2008年10月的1.01 km2；但2008年11月，心灘有所回縮，灘體面積小于工程前2007年9月。 2009年3月、6月、10月與2008年11月相比，變心灘面積化不大，基本維持在0.65 km2左右。2010年10月，灘尾略有上提，灘頭上延，灘體右緣整體展寬，面積由0.65 km2(2009年10月)增加至1.46 km2。至2011年5月，心灘灘頭左右緣沖刷，灘尾進(jìn)一步上提。新港邊灘近期有所發(fā)展，灘尾向河心方向略有淤積，但灘尾與右岸之間的倒套仍保持較好的水深條件。

圖5 黑沙洲南水道航行基面下4m線比較圖

3.2 模型試驗(yàn)預(yù)測(cè)成果分析

3.2.1模型試驗(yàn)預(yù)測(cè)成果

模型方案布置在2007年4月初始地形上，施放系列典型年(2004、1999、2005、2006)水沙過(guò)程，預(yù)測(cè)整治工程效果如下：

推薦方案中工程經(jīng)系列年水沙過(guò)程作用后，1#、#2潛壩壩頭部較穩(wěn)定，#3、#4潛壩壩頭部沖刷比較嚴(yán)重，壩頭部沖刷坑深度逐漸沖深至14.5 m、15.0 m。系列年水沙過(guò)程作用后，黑沙洲水道兩汊分流變化不大，南港心灘基本穩(wěn)定，南港右槽航道略有沖刷，整治工程基本達(dá)到了抑制南港右槽邊灘發(fā)育、穩(wěn)定右槽的作用。

3.2.2河道變化與預(yù)測(cè)成果的對(duì)比分析

工程于2010年施工完成，整治效果已逐步顯現(xiàn)。工程后北港分流比沒(méi)有大的變化，整治工程對(duì)南北兩汊分流比影響不大，工程主要調(diào)整了南港內(nèi)單寬流量的分布變化。

河道主航槽穩(wěn)定在天然洲南港右槽之中，控制了本河段航道條件的持續(xù)惡化。模型預(yù)測(cè)航道條件及河道形態(tài)與實(shí)際基本一致。

3.3 工程前后航道條件變化

3.3.1航寬與航深

整治工程實(shí)施以前，航道維護(hù)尺度為5.0 m×200 m×1050 m(水深×航寬×彎曲半徑)，新港一帶淺灘經(jīng)常出淺，如2007年9月，主航槽5 m線雖然貫通，但航道內(nèi)有水深小于5 m的零星淺包；淺灘處6 m線中斷約500 m；淺灘處退水期沖淤幅度不明顯。另存在新港港區(qū)逐年淤積，淺區(qū)航道條件逐漸變壞的趨勢(shì)。

整治工程實(shí)施以來(lái)，右槽淺灘處明顯沖刷，航道變得更加順直，航道條件明顯改善，達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求的航道尺度：6.0 m×200 m×1050 m(水深×航寬×彎曲半徑)，如2008、2009年(一般水文年)汛后主航槽6 m線貫通，最窄處寬度400余米；而2010年為近十年來(lái)最大的洪水年，主航槽6 m線也保持貫通，最窄處寬度為210 m，基本滿足設(shè)計(jì)尺度要求。同時(shí)，工程實(shí)施以來(lái)，對(duì)新港倒套內(nèi)航道水深條件基本上沒(méi)有造成不利影響。

3.3.2彎曲半徑

工程實(shí)施后，淺灘段航槽更加順直，航道的彎曲半徑均在1050 m以上，滿足工程實(shí)施后的通航要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)黑沙洲水道航道整治工程以黑沙洲南水道右槽為主通航槽，通過(guò)工程措施鞏固洲頭，穩(wěn)定了分流條件；在左槽內(nèi)筑潛壩適當(dāng)封堵左槽，限制倒套的發(fā)展，并調(diào)整斷面形態(tài)，減少分流，集中水流沖刷主通槽，有效的改善航道條件。

(2)工程的實(shí)施限制了漫灘水流，增加了淺區(qū)的流速，使上深槽的水流能夠集中沖刷淺區(qū)，枯季最小能維持6.0 m×200 m×1050 m(水深×航寬×彎曲半徑)的航道條件，船舶通過(guò)能力大幅提高。

(3)工程的實(shí)施穩(wěn)定了分流條件，調(diào)整了南水道的斷面形態(tài)，減少分流，集中水流沖刷右槽主通槽，改善了航道條件。新港港區(qū)前沿水深滿足港區(qū)的正常作業(yè)要求。同時(shí)，由于工程穩(wěn)定了分流條件，保證了大堤的安全。

綜上，黑沙洲航道整治工程實(shí)施后穩(wěn)定了水流條件，減少了漫灘水流，增加淺灘流速、流量，改善了右槽航道條件，達(dá)到了整治的預(yù)期目標(biāo)。