余雅雪

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410200； 2.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 水利工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410114)

1 研究背景

湘江是長(zhǎng)江七大支流之一，也是湖南省境內(nèi)最大的河流。湘江2 000 t級(jí)航道建設(shè)一期工程(株洲—城陵磯)全長(zhǎng)281 km，按Ⅱ(3)級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)航道尺度為2.8 m×90 m×550 m(航深×航寬×最小彎曲半徑)，工程于2011年10月正式開(kāi)工建設(shè)，2015年2月起陸續(xù)交付相關(guān)單位進(jìn)行試運(yùn)行。

近年由于無(wú)序采砂現(xiàn)象嚴(yán)重，而洞庭湖上游三口四水來(lái)沙補(bǔ)給量也在不斷減少， 造成河槽內(nèi)河床長(zhǎng)期處于沖刷狀態(tài)， 河床整體下切程度日益增大，使長(zhǎng)沙樞紐以下整治河段水位有嚴(yán)重下降趨勢(shì)[1]。本文選取湘江2 000 t級(jí)航道建設(shè)一期工程中的長(zhǎng)沙樞紐至蘆林潭河段，對(duì)比分析各灘險(xiǎn)在整治工程前、后河道平面、河床沖淤，航道尺度等方面的變化情況，分析其整治效果。

2 淺灘特性

湘江長(zhǎng)沙樞紐至蘆林潭段航道，共整治12個(gè)灘險(xiǎn)，淺段主要以淺、窄、彎礙航，無(wú)急流險(xiǎn)灘。各段的水流條件、河床邊界、洪枯水流量、含沙量及演變規(guī)律各異。

各灘險(xiǎn)河段特性見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)沙樞紐至蘆林潭段灘險(xiǎn)特性灘 名距城陵磯里程/km河床地質(zhì)灘險(xiǎn)類型設(shè)計(jì)水位/m灘長(zhǎng)/m河寬/m洪水枯水銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群銅官灘140砂汊道21.691 0001 000600黃泥灘139砂礫過(guò)渡段21.661 000980600二圣廟灘138砂礫汊道21.621 0001 200465金鉤寺灘137砂礫汊道21.591 0001 290580魚(yú)尾— 文經(jīng)灘群魚(yú)尾灘136砂汊道21.556001 300700文經(jīng)灘119卵石汊道20.962 0001 300500湘江洪 道濠河 口東支河段灘群 濠河口灘113粘土彎道20.752 500600350南門港灘103砂河口20.371 300750350烏龍咀灘101砂礫過(guò)渡段20.29657700300黃貓灘95砂彎道20.061 300819314

續(xù)表1 長(zhǎng)沙樞紐至蘆林潭段灘險(xiǎn)特性灘 名距城陵磯里程/km河床地質(zhì)灘險(xiǎn)類型設(shè)計(jì)水位/m灘長(zhǎng)/m河寬/m洪水枯水老鼠夾灘93砂彎道19.991 4001 063500白泥湖灘89.5砂汊道19.852 600900550

3 整治方案

湘江長(zhǎng)沙樞紐至蘆林潭段，水量較充沛，河流坡降較小，淺段主要以淺、窄、彎礙航，無(wú)急流險(xiǎn)灘。在整治該河段的礙航淺灘時(shí)，除了對(duì)淺段進(jìn)行疏浚外，還根據(jù)需要布置整治建筑物，利用湘江水量充沛的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮整治建筑物的作用，達(dá)到?jīng)_刷和穩(wěn)定航槽的目的。對(duì)于部分灘情明顯好轉(zhuǎn)、航槽尺度明顯增大的河段，則采用“立足當(dāng)前，兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)，并通過(guò)洲灘的守護(hù)，穩(wěn)定已形成的良好的灘槽格局”整治原則，確保航槽能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，淺灘不再重新惡化。具體整治措施見(jiàn)表2。

4 工程效果分析

本文通過(guò)對(duì)整治前測(cè)圖、整治后竣工圖及2018年工程河段測(cè)圖進(jìn)行對(duì)比，從整治工程實(shí)施前、后的河道平面、河床沖淤、航道條件等方面變化情況對(duì)長(zhǎng)沙樞紐至蘆林潭航段整治效果進(jìn)行分析。

4.1 河道平面變化分析

4.1.1銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群

銅官灘作為長(zhǎng)沙樞紐以下的第1個(gè)灘險(xiǎn)，對(duì)比整治前、后測(cè)圖可以看到，全河段大部分水深條件良好，但受采砂影響，洪家洲右副汊河床下切嚴(yán)重，為保證左汊主航道的穩(wěn)定，對(duì)洪家洲右汊尚未下切河段進(jìn)行護(hù)底，護(hù)底采用石籠護(hù)墊，護(hù)底范圍長(zhǎng)約560 m，寬約60 m。并在石籠護(hù)墊上游下切河床邊界處布設(shè)四面六邊透水框架，布設(shè)范圍長(zhǎng)約560 m，寬約40 m，促使水中泥沙落淤，同時(shí)避免坡腳被淘刷，達(dá)到淤灘護(hù)灘的目的。黃泥潭—金鉤寺灘群受采砂影響，水深充裕，未發(fā)現(xiàn)淺點(diǎn)，已不需要疏浚。依據(jù)2018年最新測(cè)圖顯示，受兩岸大堤及守護(hù)措施的影響，該段河岸在工程后未發(fā)現(xiàn)明顯的沖蝕、崩塌、岸線后退或向河中進(jìn)駐的現(xiàn)象，河床平面形態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.1.2魚(yú)尾—文經(jīng)灘群

魚(yú)尾—文經(jīng)灘群處于鐵角嘴至濠河口的微彎河段中，蘿卜洲縱貫本灘群，右汊是常年通航汊道，該段河勢(shì)比較穩(wěn)定。從整治前、后測(cè)圖可以看出，魚(yú)尾—文經(jīng)灘河段兩側(cè)河岸未發(fā)現(xiàn)明顯的沖蝕、崩塌、岸線后退或向河中進(jìn)駐的現(xiàn)象，河床的平面形態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài)。但本段受采砂影響，導(dǎo)致江心洲和左汊河床發(fā)生變化，本著動(dòng)態(tài)管理原則，設(shè)計(jì)增加了護(hù)灘帶的長(zhǎng)度，并在護(hù)灘帶上拋四面六邊透水框架保護(hù)。工程完畢后，水流歸順，右汊主航槽流態(tài)較好，河勢(shì)歸于穩(wěn)定。

4.1.3湘江洪道濠河口東支河段灘群

湘江自濠河口分為東、西2支，西支經(jīng)劉家壩至臨資口匯資水東支后，至蘆林潭，全長(zhǎng)33 km；東支經(jīng)湘陰縣城至蘆林潭與湘江西支匯合，全長(zhǎng)24 km，為主流洪道。上世紀(jì)末針對(duì)濠河口的急彎和水流“泡”、“漩”等通航問(wèn)題，已多次進(jìn)行研究論證和航道整治[2]。本次東支河段在整治過(guò)程中，為增大航道彎曲半徑,采取了切除凸咀和邊灘的工程措施。對(duì)比整治前、后測(cè)圖可以看到，濠河口東支河段兩側(cè)河岸及河洲未發(fā)現(xiàn)明顯的沖蝕、崩塌、岸線后退或向河中進(jìn)駐的現(xiàn)象，河床總體平面形態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 河床沖淤變化分析

4.2.1銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群

從銅官灘平面變化圖可以看到，工程后河段有沖有淤，主航槽總體較穩(wěn)定，變化較大的為洪家洲右汊，受采砂影響河床下切嚴(yán)重。

從銅官灘斷面沖淤變化圖(見(jiàn)圖1)可以看到，CS1和CS2斷面洪家洲右汊河床下切明顯，最大下切深度達(dá)7 m以上。CS3斷面河床沖淤變化不大，主航槽水深條件良好。

圖1 銅官灘群斷面變化

近年來(lái)，水利部門對(duì)湘江下游采砂進(jìn)行了規(guī)劃，亂挖亂采現(xiàn)象得到了有效控制。對(duì)比2015年和2018年銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群河段地形圖可知，該段河床仍有所下切，但下切幅度較往年相比明顯減小。總而言之，工程后銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群河段主航槽呈穩(wěn)定狀態(tài)，無(wú)明顯淤積，水深條件良好；洪家洲右汊采取護(hù)底促淤等工程手段后，保持了較好的分流比，岸線穩(wěn)定，達(dá)到了整治的預(yù)期效果。

4.2.2魚(yú)尾—文經(jīng)灘群

魚(yú)尾—文經(jīng)灘群從平面變化圖可以看到,工程后河段局部河床出現(xiàn)沖刷下切，局部出現(xiàn)淤積，但總體呈現(xiàn)較為穩(wěn)定狀態(tài)，變化較小。

從魚(yú)尾—文經(jīng)灘群斷面沖淤變化圖(見(jiàn)圖2)可以看到，工程后CS1斷面洲頭左汊河床下切較明顯，為挖砂所致。CS2斷面河床變化不大，這是因?yàn)轸~(yú)尾—文經(jīng)灘河床質(zhì)為硬粘土夾礫石，抗沖性很強(qiáng)，河床不能自然沖深。

受下游采砂影響，魚(yú)尾—文經(jīng)灘段枯水落差較大，長(zhǎng)沙樞紐至湘陰45 km河段，枯水落差約1.0 m，而魚(yú)尾—文經(jīng)灘段落差則在0.5 m以上，造成了該段水流流態(tài)復(fù)雜。文經(jīng)灘口枯水期有效航寬僅90 m左右，理論上可以雙向通航，但考慮到船員航道熟悉程度、水流條件、船舶擁擠等情況，必須實(shí)行單向通航管制。因此魚(yú)尾—文經(jīng)灘段已成為湘江干線交通瓶頸之一，近年來(lái)每逢枯水季節(jié)，大量船舶經(jīng)常在該航段擱淺、擁堵。

圖2 魚(yú)尾—文經(jīng)灘群斷面變化

4.2.3湘江洪道濠河口東支河段灘群

1) 濠河口灘群。

從湘江洪道濠河口東支河段平面變化圖可以看到,工程后河段整體呈現(xiàn)下切的趨勢(shì)，部分河段有小幅淤積。

從濠河口灘群斷面沖淤變化圖(見(jiàn)圖3)可以看到工程整治的情況，濠河口進(jìn)口右岸突咀被切除，切咀的土方用于填塞左岸深潭，表面采用系砼軟體排護(hù)底。譚家洲彎道的部分凸岸也進(jìn)行了適當(dāng)切除，開(kāi)挖后采用石籠護(hù)墊保護(hù)?？偠灾?，工程后濠河口灘群河段航槽穩(wěn)定，水深條件良好，洲灘經(jīng)守護(hù)后較穩(wěn)定，未有進(jìn)一步的進(jìn)駐或崩塌，達(dá)到了整治的預(yù)期效果。

2) 南門港灘。

從南門港灘平面沖淤變化圖可以看到，工程后河段左側(cè)整體呈現(xiàn)下切的趨勢(shì)。

圖3 濠河口東支河段斷面變化

從南門港灘斷面沖淤變化圖(見(jiàn)圖3)可以看到，CS1斷面左邊河床下切深度最大達(dá)8 m左右，右邊河床基本穩(wěn)定;CS2斷面位于湘陰大橋上游，整體河床變化很小，呈穩(wěn)定狀態(tài)。

總而言之，工程后南門港灘河段除左側(cè)部分河床因沖刷和采砂影響出現(xiàn)了崩塌下切外，其主航槽呈穩(wěn)定狀態(tài)，水深條件良好，岸線穩(wěn)定，達(dá)到了整治的預(yù)期效果。

3) 烏龍咀灘、黃貓灘、老鼠夾灘。

烏龍咀至白泥湖河段受采砂影響，從灘群平面沖淤變化圖可以看到,河床整體呈現(xiàn)嚴(yán)重下切的趨勢(shì)。

從黃貓灘斷面沖淤變化圖(見(jiàn)圖3)可以看到，CS1斷面河床下切嚴(yán)重，最大下切深度達(dá)19 m左右，這主要是受采砂影響，其中黃貓灘壩體及壩軸線兩側(cè)河床破壞非常嚴(yán)重，但本段航槽水深良好，通航狀態(tài)未受明顯影響。

4) 白泥湖灘。

從白泥湖灘平面沖淤變化圖可以看到，工程后河段整體呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢(shì)。工程對(duì)斗米咀洲尾采用石籠護(hù)墊結(jié)合拋石進(jìn)行守護(hù)，維持了灘槽穩(wěn)定，達(dá)到了整治的預(yù)期效果。

研究2015年—2018年間河段地形變化特征可知，濠河口以下的湘江東、西支局部河段下切幅度較大，最大下切深度在15～20 m，非采砂河段河床變化不大，也就是說(shuō),在自然狀況下河床較為穩(wěn)定。見(jiàn)圖4。

4.3 航道尺度的變化

為了充分掌握湘江長(zhǎng)沙樞紐至蘆林潭河段航道整治工程實(shí)施前、后的航道條件變化，根據(jù)整治前、后有關(guān)航道測(cè)圖,核查了近年來(lái)本河段整治工程前、后主航道尺度的情況。工程前長(zhǎng)沙樞紐至蘆林潭河段均存在航道水深和航寬不足，洲灘發(fā)育較差，河勢(shì)不穩(wěn)，依據(jù)這一情況原設(shè)計(jì)了疏挖、筑壩、裁彎等一系列工程措施。后受采砂影響，工程河段地形發(fā)生了較大變化，許多原來(lái)為灘險(xiǎn)的河段，在工程施工前河床大幅下切，實(shí)際已不再礙航，主要整治措施由原來(lái)的疏挖、筑壩變更為河床守護(hù)等措施?？偠灾?，通過(guò)航道整治工程，守住了有利的河勢(shì)格局，改善了不利航行條件。各河段航道尺度經(jīng)整治后基本已達(dá)到Ⅱ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，僅魚(yú)尾—文經(jīng)灘河段，受湘江下游河段的采砂影響，工程河段水位大幅下切，原規(guī)劃施工完成后水深可達(dá)3.4 m(含0.6 m富裕)，實(shí)際目前枯水期水深僅勉強(qiáng)維持在2.8 m左右，但工程河段下游水深條件又極好，導(dǎo)致枯水期超限船舶易堆積在此航段。各灘險(xiǎn)施工前、后基本情況見(jiàn)表3。

表3 各灘險(xiǎn)施工前、后基本情況表m灘險(xiǎn)名稱開(kāi)工實(shí)施前航道尺度施工后航道尺度水深航寬彎曲半徑水深航寬彎曲半徑銅官灘、黃泥灘—金鉤寺灘群銅官灘2.0<901 5003.4(含0.6備淤)>901 500黃泥灘<2.8(局部淺堆)<90直 3.4(含0.6備淤)90直 二圣廟灘<2.8<90直 3.4(含0.6備淤)90直 金鉤寺灘<2.8<902 0003.4(含0.6備淤)902 000魚(yú)尾—文經(jīng)灘群魚(yú)尾灘2.0<90直 2.8(設(shè)計(jì)3.4 m)枯期不足90 直 文經(jīng)灘2.0<905502.8(設(shè)計(jì)3.4 m)枯期不足90 ≥550濠河口灘4.0<904803.2(含0.4備淤)>90≥550南門港灘2.7605503.2(含0.4備淤)90≥550烏龍咀灘零星淺段<60直 3.2(含0.4備淤)90直 湘江洪道濠河口東支河段灘群 黃貓灘零星淺段<601 6003.2(含0.4備淤)901 600老鼠夾灘零星淺段<601 2503.2(含0.4備淤)901 250白泥湖灘零星淺段<607003.2(含0.4備淤)90700

5 整治效果評(píng)價(jià)

從工程前、后的測(cè)圖對(duì)比來(lái)看，湘江長(zhǎng)沙樞紐至蘆林潭河段整治后灘槽形勢(shì)穩(wěn)定，兩側(cè)河岸未發(fā)現(xiàn)明顯的沖蝕、崩塌、岸線后退或向河中進(jìn)駐的現(xiàn)象，河床平面形態(tài)穩(wěn)定。從河床沖淤變化分析結(jié)果可知，除部分河床因采砂大幅下切變幅巨大外，其他河段工程后各灘主航槽水深條件較好，達(dá)到了整治的預(yù)期效果。工程實(shí)施后各洲灘較穩(wěn)定，無(wú)明顯變化，整治建筑物總體保持穩(wěn)定。

針對(duì)長(zhǎng)沙樞紐壩下河段水位下降嚴(yán)重的問(wèn)題，建議航道管理部門聯(lián)合地方政府和水利部門，加強(qiáng)對(duì)湘江航道的采砂管理，防止破壞影響航道穩(wěn)定的邊灘，導(dǎo)致航道情況進(jìn)一步惡化。針對(duì)魚(yú)尾—文經(jīng)灘段枯水期水深不足、航道“堵船”的問(wèn)題，建議當(dāng)前階段通過(guò)非工程類的管控措施減緩礙航情況。當(dāng)出現(xiàn)枯水期堵船事件時(shí)，一是航道管理部門進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管制，實(shí)施單向通航；二是及時(shí)組織對(duì)擱淺船舶進(jìn)行過(guò)駁，激活被困船舶；三是在上、下游設(shè)立管制點(diǎn)，控制超限吃水船舶駛?cè)搿?/p>