沈彥軍，王國(guó)波，陳 亮

(長(zhǎng)江鎮(zhèn)江航道處，江蘇鎮(zhèn)江 212002）

引言

長(zhǎng)江南京以下12.5 m 深水航道工程是國(guó)家打造黃金水道、建設(shè)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的重點(diǎn)工程。根據(jù)長(zhǎng)江黃金水道建設(shè)總體推進(jìn)方案，長(zhǎng)江南京以下12.5 m 深水航道建設(shè)工程按照“整體規(guī)劃、分期實(shí)施、自下而上、先通后暢”的治理思路分期實(shí)施[1-2]。其中，一期工程建設(shè)范圍為南通天生港區(qū)至太倉(cāng)蕩茜閘，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為5 萬(wàn)t 級(jí)集裝箱船實(shí)載全潮雙向通航，于2012 年8 月開(kāi)工，2015 年12 月竣工驗(yàn)收；二期工程建設(shè)范圍為南京新生圩港區(qū)至南通天生港區(qū)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為5 萬(wàn)t 級(jí)集裝箱船實(shí)載雙向通航，于2015 年6 月開(kāi)工，2016 年7 月實(shí)現(xiàn)初通，2018年4 月底交工驗(yàn)收并進(jìn)入試運(yùn)行期[3]。

二期工程整治河段里程長(zhǎng)，整治河段受徑流、潮汐雙重作用，水動(dòng)力條件復(fù)雜，局部河段寬淺，水下沙體活動(dòng)較活躍，工程河段河床演變較復(fù)雜。同時(shí)，在整治建筑物實(shí)施過(guò)程和完工后，因所處水下地形與邊界條件的變化，整治建筑物周邊沖淤環(huán)境將產(chǎn)生相應(yīng)調(diào)整。為對(duì)二期工程實(shí)施后的治理效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，及時(shí)總結(jié)分析相關(guān)經(jīng)驗(yàn)、不足，并為后續(xù)工程提供指導(dǎo)，開(kāi)展長(zhǎng)江南京以下12.5 m 深水航道工程整治效果分析研究是十分有必要的[4-5]。

二期工程河段全長(zhǎng)227 km，在長(zhǎng)江下游福姜沙、口岸直、和暢洲和儀征水道實(shí)施航道整治工程，使12.5 m 深水航道由南通天生港區(qū)上延至南京新生圩港區(qū)。本文重點(diǎn)研究和暢洲水道，根據(jù)航道整治工程實(shí)施后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)階段數(shù)物模預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析，綜合分析工程前后在灘槽變化、河床容積、流場(chǎng)變化、分流分沙變化等方面的實(shí)現(xiàn)情況。最后對(duì)和暢洲水道航道整治工程實(shí)施后的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 水道自然條件及航道整治工程概況

和暢洲水道在天然條件下右汊進(jìn)口段征潤(rùn)洲尾灘淤積下延和右汊中下段凸岸邊灘緩慢淤積的趨勢(shì)將持續(xù)，使得右汊的進(jìn)流條件進(jìn)一步惡化以及沿程河床阻力加大。如不采取進(jìn)一步工程措施，右汊河槽容積可能進(jìn)一步減小，使得右汊河床繼續(xù)呈現(xiàn)緩慢淤積狀態(tài)，導(dǎo)致深水航道建設(shè)和維護(hù)難度不斷加大。相關(guān)研究成果表明，和暢洲左、右汊河槽的容積變化與分流比的變化相對(duì)應(yīng)，右汊深水航道條件的優(yōu)劣與分流比的變化密切相關(guān)。針對(duì)和暢洲右汊航道目前存在的彎、窄、險(xiǎn)的問(wèn)題，結(jié)合該河段航道條件的發(fā)展趨勢(shì)，改善和暢洲右汊航道條件的工程治理思路為：通過(guò)整治工程措施，適當(dāng)增加右汊分流比，改善右汊航道條件并使航道可維護(hù)；在實(shí)施整治工程的前提下，對(duì)右汊進(jìn)口段右側(cè)征潤(rùn)洲尾灘進(jìn)行切灘，改善右汊進(jìn)流及船舶航行條件。

根據(jù)工程治理思路，采用的航道工程方案：和暢洲水道整體實(shí)施方案主要是在初通航道的基礎(chǔ)上增加水深、延展寬度。設(shè)計(jì)水深提高至12.5 m（航行基準(zhǔn)面），對(duì)和暢洲右汊進(jìn)口段礙航邊灘進(jìn)行切灘，結(jié)合調(diào)標(biāo)實(shí)現(xiàn)航道最小寬度由200 m 拓寬至250 m。試運(yùn)行期航道維護(hù)尺度：維護(hù)水深為12.5 m（航行基準(zhǔn)面），維護(hù)航寬為和暢洲右汊最小航寬250 m。采用的整治建筑物方案：基于工程整治思路，和暢洲水道整治建筑物主要為和暢洲左汊兩道潛堤。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，整治建筑物方案具體見(jiàn)圖1。

圖1 和暢洲水道整治工程平面布置示意圖

2 整治方案數(shù)物模預(yù)測(cè)效果

2.1 地形沖淤變化預(yù)測(cè)

工程實(shí)施將起到對(duì)左汊河道促淤、對(duì)右汊河道減淤的效果，工程后堤前最大淤厚為10.6 m，堤身之間及HL2 潛堤下游最大沖深為10.9 m、15.6 m；與自然演變情況相比，遇1998 大水大沙年，其工程對(duì)左汊河道促淤量為375 萬(wàn)m3，對(duì)右汊河道減淤量為265 萬(wàn)m3。其礙航長(zhǎng)度由工程前自然演變的5.8 km 減小為2.6 km。預(yù)測(cè)的工程后的河床沖淤變化圖詳見(jiàn)圖2。

圖2 工程后和暢洲水道典型年末河床沖淤變化圖

2.2 流場(chǎng)變化預(yù)測(cè)

工程對(duì)流速的影響范圍上至六圩河口下至大港河口以下3.5 km 處的四墩山附近。右汊河道內(nèi)流速普遍增加，左汊河道內(nèi)流速除擬建潛堤堤頭、堤身、HL1 潛堤左側(cè)下游附近水域、HL2 潛堤下游左側(cè)深槽水域增加外，其余水域普遍減小，詳見(jiàn)圖3。

圖3 工程前后流速變化（Q=57500m3/s)

1）右汊進(jìn)口～右汊出口～黃港一帶流速普遍增加，增幅最大的位置位于運(yùn)河口附近的河槽內(nèi)。工程實(shí)施后不同流量級(jí)下右汊河道內(nèi)流速增幅為0.05～0.55 m/s，該段航道中心流速增幅為0.01～0.56 m/s，增幅最小位置位于右汊進(jìn)口處，最大位置位于運(yùn)河口附近。多年平均流量下，右汊河道內(nèi)和航道中心的流速增幅分別為 0.1～0.3 m/s 和0.01～0.29 m/s；

2）新民洲河口～和暢洲左汊已建口門(mén)潛堤一帶因?yàn)闈摰坦こ疼账饔昧魉俾杂薪档?，減幅為0.01～0.40 m/s；

3）左汊出口～匯流段～大港河口對(duì)岸流速略有降低，減幅分別為0.01～0.20 m/s 左右，工程對(duì)該段深水航道中心線流速的影響也較小。

4）和暢洲左汊河道內(nèi)，沿程除擬建兩道潛堤堤身及堤身兩側(cè)下游局部水域流速增加外，其余水域流速普遍降低，各級(jí)流量條件下流速減幅為0.05～1.0 m/s，減幅最大位置位于HL1 潛堤下游深槽及HL2 潛堤左側(cè)下游水域。

5）各級(jí)流量條件下左汊擬建兩道潛堤堤身及右側(cè)堤頭附近水域?yàn)榱魉僭黾訁^(qū)，隨著流量的增加，兩道潛堤左側(cè)堤頭水域由流速減小區(qū)轉(zhuǎn)換成增加區(qū)，流速最大增幅位于第1 號(hào)潛堤左側(cè)及2 號(hào)潛堤右側(cè)堤身及堤頭平臺(tái)之間的交接處。

2.3 汊道分流比變化預(yù)測(cè)

工程實(shí)施后，和暢洲左汊分流比明顯減小，右汊分流比明顯增大。不同計(jì)算流量級(jí)下，汊道分流比變幅為6.18～9.11 %。

2.4 航道維護(hù)量預(yù)測(cè)

1）初通航道維護(hù)量預(yù)測(cè)

初步設(shè)計(jì)階段采用數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)和暢洲水道不考慮整治建筑物情況下初通方案實(shí)施后航道回淤量，模型計(jì)算初通航道年淤積厚度達(dá) 2 m 以上，局部淤積達(dá) 3 m。礙航部位仍位于右汊中下段，主要在一顆洲對(duì)面、運(yùn)河口及孩溪邊灘一線。年維護(hù)量約 50 萬(wàn)m3。

2）試運(yùn)行航道維護(hù)量預(yù)測(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，工程實(shí)施將起到對(duì)左汊河道促淤、右汊河道減淤的效果。工程后堤前最大淤厚為10.6 m，堤身之間及HL2 潛堤下游最大沖深為10.9 m 與15.6 m。

大水大沙水文年后，右汊位于諫壁河口處淺區(qū)12.5 m 等深線最小寬度由工程前的約160 m 展寬為182 m，與自然演變的129 m 相比增加了53 m；中水豐沙年后孩溪邊灘淺區(qū)12.5 m 等深線最小航寬由自然演變的86 m 增加到158 m。

5 年水文年作用過(guò)程中的第3 年末，因遭遇2011 年的小水年，水流動(dòng)力偏弱，致使航道條件相對(duì)略差，最小航寬為200 m，部分礙航段達(dá)不到250 m 的航寬要求，維護(hù)量稍大；5 年末，右汊礙航段航寬又小幅增加，12.5 m 等深線平均寬度達(dá)351 m，較工程前增加31 m，最小寬度由160 m 增加到213 m。

根據(jù)泥沙數(shù)模研究成果，結(jié)合以往航道維護(hù)情況，平常水沙年條件下，航道年維護(hù)量約85 萬(wàn)m3。

3 整治工程前后預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)效果對(duì)比分析

3.1 河勢(shì)變化對(duì)比

1）沖淤變化：整治工程完工后，潛堤的阻水效應(yīng)顯著，左汊潛堤上游側(cè)除零星沖刷點(diǎn)外大部呈淤積狀態(tài)，幅度達(dá)8 m 以上，潛堤之間與潛堤下游側(cè)受壩頂翻滾水流直接作用于河床軟硬交界面，產(chǎn)生沖刷坑。右汊增深效果明顯，整體大部處于沖刷狀態(tài)，沖刷深度在3～6 m，且進(jìn)口段沖刷幅度更大。洲尾匯流處存在淤積，淤積厚度在1～3 m。與設(shè)計(jì)階段整治效果數(shù)物模預(yù)測(cè)結(jié)果相比，主要沖淤部位、沖淤幅度符合預(yù)期。

2）河床容積變化：和暢洲右汊10 m、15 m 深槽容積相較工程前分別增加37.2 %與69.5 %。

3）分流比變化：根據(jù)初步設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)，和暢洲水道整治工程實(shí)施后左汊分流比在各級(jí)流量下減小6.18 %～9.11 %，流量越小，分流比減小幅度越大。整治工程實(shí)施后左汊分流比實(shí)際減小10.4 %，效果好于預(yù)期。

3.2 流場(chǎng)變化對(duì)比

整治工程實(shí)施前后，和暢洲水道整體分匯流格局沒(méi)有發(fā)生大的變化，但左右汊水動(dòng)力調(diào)整幅度較大。由于左汊潛堤的限流作用，增加了左汊局部水流阻力，流速普遍減小，減小幅度在0.8 m/s 左右，相應(yīng)右汊流速整體增加，增加幅度0.4～0.8 m/s。與設(shè)計(jì)階段流場(chǎng)變化預(yù)測(cè)結(jié)果相比，流速增減區(qū)域基本相同，量值變化好于預(yù)期。

3.3 航道維護(hù)量對(duì)比

1）初通維護(hù)量：初通期22 個(gè)月（2016.7～2018.4）航道維護(hù)疏浚上方量為3.6 萬(wàn)m3，與設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)的初通年維護(hù)量50 萬(wàn)m3相比大大降低。

2）試運(yùn)行航道維護(hù)量：試運(yùn)行期前10 個(gè)月（2018.5～2019.2）維護(hù)疏浚上方量0.9 萬(wàn)m3，與設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)的平常水沙年條件下航道的年維護(hù)量85 萬(wàn)m3相比大大降低。

3.4 其他方面變化

1）深泓線變化：和暢洲右汊水道試運(yùn)行期深泓線繼續(xù)保持穩(wěn)定，與初通期深泓線相比變化幅度較小。

2）排邊沖淤情況：和暢洲潛堤工程實(shí)施以來(lái)，潛堤附近略有淤積，HL1 和HL2 潛堤之間及HL2潛堤下游均出現(xiàn)較大的沖刷坑，最大沖刷出現(xiàn)在兩潛堤之間，最大累計(jì)沖刷深度高達(dá)20.2 m。

4 結(jié)語(yǔ)

1）整治工程實(shí)施后左汊潛堤上游側(cè)主要呈淤積狀態(tài)，潛堤下游側(cè)呈沖刷狀態(tài)。右汊分流比大幅提高，河槽大面積刷深。左汊限流、右汊增深的整治效果顯著。整治建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)明顯水平位移與沉降。左汊潛堤HL1 與HL2 之間、HL2 下游側(cè)水域存在異常沖刷區(qū)。

2）初通基建工程無(wú)需疏浚，深水航道主要通過(guò)調(diào)標(biāo)完成。初通維護(hù)期疏浚量3.6 萬(wàn)m3。后續(xù)基建疏浚工程主要為右汊進(jìn)口段淺灘切灘，切灘工程量92.2 萬(wàn)m3。試運(yùn)行期切灘處沒(méi)有發(fā)生泥沙回淤現(xiàn)象，航道維護(hù)量非常小，前10 個(gè)月航道維護(hù)疏浚量合計(jì)0.9 萬(wàn)m3，航道維護(hù)前景較好。

3）和暢洲水道整治工程實(shí)施后，右汊進(jìn)口段口門(mén)寬度擴(kuò)大，入流條件得到進(jìn)一步改善，右汊持續(xù)增深，整體處于沖刷狀態(tài)，深槽容積繼續(xù)增大。水道深泓線穩(wěn)定，擺動(dòng)幅度很小，實(shí)際航道尺度進(jìn)一步改善，滿足設(shè)計(jì)航道尺度要求。整治方案實(shí)現(xiàn)了12.5 m 深水航道的貫通，整治建筑物較好地實(shí)現(xiàn)了整治意圖。

4）和暢洲水道航道整治工程達(dá)到了預(yù)期的航道整治目標(biāo)，工程治理方案合理，航道整治效果好于預(yù)期。