安徽省長江崩岸預警技術研究與應用

(安徽省長江河道管理局， 安徽 蕪湖 241000)

安徽省長江崩岸預警技術研究與應用

劉東風呂平

(安徽省長江河道管理局，安徽蕪湖241000)

近年來，長江安徽段水沙條件、河床邊界變化明顯，部分河段局部近岸河床沖刷下切，河岸崩退，威脅防洪和群眾生命財產安全。為此，采用河道演變分析、近岸斷面套繪、岸坡穩定計算等方法，結合已護岸工程、岸坡抗沖能力等情況，開展了長江崩岸預警工作。通過分析預測各崩岸段發展態勢及崩岸發生可能性，結合崩岸可能造成的危害程度，向社會公開發布長江崩岸預警。該項工作開展以來，取得了良好的經濟和社會效益，其經驗可供長江其他河段開展崩岸監測分析與預警工作參考。

崩岸預警; 河道演變; 岸坡穩定; 護岸工程; 安徽

長江安徽段位于長江中下游，上起宿松縣段窯，下迄和縣駟馬河口，河道全長416 km，兩岸干堤總長771 km。按河道形態及其演變特點，由上而下依次劃分為張家洲、上下三號、馬當、東流、官洲、安慶、太子磯、貴池、大通、銅陵、黑沙洲、蕪湖和馬鞍山13個河段?！堕L江流域綜合利用規劃報告》將張家洲和上下三號河段列入九江河段，將官洲河段列入安慶河段，并將九江、安慶、銅陵、蕪湖和馬鞍山河段列入長江中下游一類重點整治河段。

長江安徽段總體特征為河道平面形態寬窄相間，江中沙洲發育，形成多分汊河型，江心洲眾多、流態復雜、洲灘消漲、主支汊沖淤興衰，部分河段深泓線擺動不定。經過多年整治，大部分河段總體河勢趨于穩定，部分河段局部河床變化仍然較為頻繁。

1 崩岸概述

1.1 崩岸及治理情況

據統計，長江安徽段現有崩岸76處，總長度 418 km，其中左岸崩岸32處，崩岸區長218.2 km，右岸崩岸28處，崩岸區長116.5 km，江心洲崩岸16處，崩岸區長83.3 km，扣除江心洲崩岸長度后，崩岸長度占岸線總長的44.3%。2003年以來，27處未穩定崩岸段先后發生崩岸，崩岸總長80.3 km。崩岸較嚴重的地段有望江縣江調圩、樅陽縣桂家壩、長沙洲、貴池區秋江圩、蕪湖市新大圩和天然洲等處。

安徽省十分重視長江護岸工作，特別是1998年大洪水后，先后于1998～1999年實施了9 600萬元的護岸工程，2001～2003年安徽省國債護岸工程和長江水利委員會實施了長江隱蔽工程。2015年，安徽省長江崩岸應急治理工程通過國家發改委批復，工程治理崩岸段24處，護岸總長度43.85 km，拋石206萬m3，鉸鏈排74萬m2，總投資6.43億元。該工程于2015年9月正式開工，2017年汛前完成全部主體工程。

1.2 崩岸突發與危害

崩岸是河岸穩定風險不斷累積后釋放的結果，突發性強、危害性大，如安徽馬鞍山江堤人工磯頭1976年11月10日19:00突發窩崩，崩長460 m、崩寬350 m，崩去堤防450 m。崩岸的危險性，主要表現在以下幾點。

(1) 影響防洪工程安全。無為大堤外護圩石板隆興洲、永定大圩堤防原系長江干堤，因劇烈崩岸，無為大堤被迫退建。同馬大堤六合圩1989年12月3日11:00突發大崩窩，崩長210 m、崩寬114 m，崩至堤頂。

(2) 威脅群眾生命財產安全。江西彭澤馬湖堤1996年1月8日18：00發生崩岸，在極短的時間內,崩堤960 m,最大崩寬達270 m,腳內的21戶住房瞬間塌人江中。無為縣天然洲2008年9月27日崩岸致13戶房屋倒塌，2010年9月2日崩岸致4戶房屋倒塌，29戶人家處于危險區。

(3) 影響重要基礎設施正常運行。安慶市西門1975～1976年崩岸導致煉油廠取水泵房取水頭部管道和管樁沖塌，影響泵房正常運行，被迫實施應急護岸工程。2013年3月17日，寧安城際鐵路大橋右岸橋位處發生一崩窩，崩長100 m、寬40 m，威脅橋墩安全。

(4) 影響航運暢通。在順直河段內崩岸使河寬增加，泥沙淤積，航深變小，如湖北下荊江碾子灣河道因上游崩岸引起泥沙淤積，1995年2～3月出現二次斷航，最長一次達22 d。

1.3 崩岸原因分析

崩岸影響因素十分復雜。根據余文疇、盧金友等的研究，影響因素主要為水流動力條件、河床邊界條件、人類活動等[1-4]。結合河道特征，長江安徽段河岸崩塌原因主要有以下幾個方面。

(1) 水流頂沖。長江安徽段13個河段中，4個河段為鵝頭型分汊河段，7個河段為微彎分汊型河段，河段分汊較多，兩汊及兩汊以上水流的匯合頂沖往往會成為一股強大的主流，而匯流點以下河道一般又多束窄，主流項沖河岸，引起強烈崩岸。黑沙洲三汊匯流頂沖高安圩、馬垱河段匯流頂沖江調圩等均屬此類。

(2) 彎道環流。官洲、太子磯、銅陵、黑沙洲4個鵝頭型分汊河段中，彎道環流與縱向水流共同形成的螺旋流，使凹岸河床發生沖刷。官洲河段廣成圩崩岸、銅陵河段太陽洲崩岸、黑沙洲河段小江壩崩岸等受彎道環流影響突出。

(3) 來沙條件變化。三峽工程運行后，大通水文站多年平均含沙量由0.479 kg/m3減至0.165 kg/m3，減少了65.6%。根據水流挾沙力經驗公式，清水下泄將導致河道下切，坡腳沖深變陡，灘槽高差加大，岸坡趨于不穩定。

(4) 岸坡土質組成。長江安徽段屬平原彎曲性河道，河岸地層結構以二元結構為主，部分為單一砂層結構或多層結構，土質較疏松，抗沖刷能力弱，在迎流頂沖、回流及深泓貼岸地段，岸坡穩定性差，較易形成岸坡失穩崩塌。

(5)人為因素。主要包括近岸河床采砂、突出河岸的建筑物對水流的擾動，以及在近岸江灘上附加荷載等,如2007年蕪湖江東船廠在碼頭樁基礎施工過程中誘發崩岸，最大崩寬40～50 m。

2 崩岸預警方法

2.1 預警級別與應對措施

長江崩岸是河床演變中的一種自然現象，一方面是河流發展過程中的自身需要，塑造了長江中下游沖積平原；另一方面也使人們時常遭受長江洪水和河道崩岸帶來的災害，威脅著人們生命財產的安全，影響著社會經濟的正常發展。因此，開展河道崩岸預警工作、對可能發生的災害進行預測預防是十分必要的。

安徽省長江崩岸預警，著眼于崩岸的危害性，以崩岸發生的可能性、崩岸可能造成的危害程度為尺度，可將預警級別劃分為3級。將發生崩岸可能性很大，崩岸發生后將直接威脅人民生命財產安全、防洪工程或重要基礎設施安全的崩岸區確定為Ⅰ級預警區。要求當地政府做好Ⅰ級預警區宣傳和警示工作，落實24 h不間斷巡查，轉移受崩岸威脅群眾, 逐步搬遷對應區域內居民。各級預警區分級標準、應對措施見表1。

表1 安徽省長江崩岸預警區分級標準與應對措施

2.2 預警確定的方法與步驟

安徽省長江崩岸預警判別指標為崩岸發生的可能性、崩岸可能造成的危害程度。其中，崩岸發生的可能性根據現有資料和技術水平，主要通過分析長江河勢演變趨勢、崩岸區近岸河床變化情況，結合已護岸情況、岸坡抗沖能力，分別從水流動力條件、河床邊界條件、人類活動3個方面進行定性判斷；崩岸可能造成的危害程度依據崩岸段灘地寬度、居民分布以及社會經濟條件調查，評估發生突發窩崩或持續條崩對防洪安全、群眾生命財產安全、河勢穩定、岸線利用、涉河建設項目運行等方面的影響，確定其危害性等級，將直接威脅防洪和群眾生命財產安全的確定為最高危害等級。

根據以上方法和原則，安徽長江崩岸預警確定過程具體操作步驟如下。

(1) 崩岸調查。該步驟是安徽省長江河道管理系統重要的工作內容之一。2014年安徽省長江河道管理局組織編寫了安徽省地方標準《護岸工程技術管理規程》，旨在統一崩岸檢查、觀測技術要求，提高了崩岸調查的規范性。

(2) 水下地形測量。安徽省長江河道管理局測繪院每5 a對長江河道進行一次1/10 000長程水道測量，每年汛前、汛后對長江重點崩岸段、河勢控制部位水下地形進行監測，監測長度達200 km，形成了系統、連續的實測資料。

(3)河段河勢演變分析。根據實測地形和水文泥沙資料，對長江安徽段13個河段河勢變化進行分析，根據河段沖淤、深泓擺動、洲灘消漲、汊道分流分沙比變化等情況，分析崩岸段水流泥沙動力條件的變化。

(4) 近岸水下地形分析。通過近5 a內近岸水下地形平面、斷面套繪，分析近岸岸坡及深槽沖刷情況、岸坡坡比變化情況。一般認為，坡腳沖刷下切、岸坡坡度變陡、灘槽高差加大均不利于岸坡穩定[1-2]。

(5) 岸坡防沖和護岸工程情況調查。主要根據崩岸段岸坡組成結構、地質條件以及崩岸段護岸實施情況，判斷河岸邊界條件對岸坡穩定性的影響。

(6) 崩岸危害性分析。對崩岸段灘地寬度、居民分布以及社會經濟條件進行調查，分別從防洪安全、群眾生命財產安全、河勢穩定、岸線利用以及涉河建設項目運行等方面，分析崩岸發生后的危害性。

(7) 崩岸預警區確定。由于對崩岸發生可能性和危害性的分析多為定性分析，而不是定量計算。因此，在崩岸預警區級別最終確定過程中，將所有崩岸段各項指標并列，通過分析對比各項指標的趨勢和程度，相互比較各個預警區崩岸發生的可能性和危害性，以最終確定預警級別。

3 預警實例

2016年汛前，安徽省防汛抗旱指揮部辦公室會同安徽省長江河道管理局就沿江21處崩岸險段向當地政府發出預警，預警區總長37.54 km，其中Ⅰ級崩岸預警2處、4.44 km；Ⅱ級崩岸預警4處、10.62 km；Ⅲ級崩岸預警15處、22.48 km?，F分別選擇代表性的Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級崩岸預警區，介紹其預警級別和范圍確定過程，進一步闡述安徽長江崩岸預警區確定的方法與步驟。

3.1 Ⅰ級預警區——樅陽桂家壩崩岸段

樅陽桂家壩崩岸區位于長江貴池河段左汊出口左岸，對應樅陽江堤樁號35+000～37+300。2012年以來崩岸持續發生，2015年8～10月，先后發生4處崩岸，威脅防洪工程和群眾生命財產安全。預警級別擬定過程如下。

(1) 河段河勢演變分析。貴池河段系首尾束窄中間展寬的多分汊河段，江中長沙洲、鳳凰洲將水流分為左、中、右三汊，受進口段主流擺動及汊道阻力變化的影響，河勢一直處于變化之中。左汊分流比由2004年29%增至2011年36%，新長洲與長沙洲之間汊道沖刷，水流直接頂沖桂家壩岸坡，引發崩岸。貴池河段河勢見圖1。

(2) 近岸水下地形套繪分析。桂家壩崩岸段斷面變化見圖2。根據桂家壩崩岸段2012年12月、2013年11月、2014年12月和2016年3月水下地形測圖套繪分析，2012～2016年，該段前沿深槽沖刷下移并向近岸發展，-5 m高程以下岸坡呈逐年沖刷后退態勢，岸坡變陡，深槽下切。2016年較2012年，近岸深槽最大下切幅度約為7 m,岸坡逐年呈變陡趨勢，近岸平均坡度基本陡于1∶3，局部陡坡達到1 ∶ 1.5。

圖1 貴池河段河勢

圖2 桂家壩崩岸段斷面變化

(3) 河岸抗沖性分析。經現場調查比較，桂家壩崩岸段0 m高程以上岸坡均為細粒層河漫相，0 m高程以下為粗粒層河床相。利用邊坡穩定程序計算不同工況下穩定性。計算結果表明，岸坡在1∶2.0左右時，呈不穩定狀態，可能產生崩岸。

(4) 護岸情況。2012年以來先后利用特大防汛經費、中央水利基金及地方自籌經費進行應急守護，拋石斷面方量30～60 m3/m。

(5) 崩岸造成的危害程度分析。桂家壩小圩有居民248戶960人，耕地120 hm2，部分群眾居住在圩堤上，崩岸區內有湯溝自來水廠取水躉船。崩岸直接影響桂家壩小圩居民生命財產及沿岸水廠供水安全，間接影響到樅陽江堤防洪安全和貴池河段河勢穩定。

(6) 崩岸預警區擬定。桂家壩崩岸段水流頂沖加劇，近岸河床持續沖刷下切，岸坡較陡，灘槽高程大，河岸抗沖能力一般，崩岸發生可能性很大；崩岸發生將直接威脅防洪安全、群眾生命財產安全以及供水安全。預警級別確定為Ⅰ級，預警區對應樅陽江堤樁號35+000～37+300，長度2 300 m。

3.2 Ⅱ級預警區——蕪湖新大圩崩岸段

新大圩崩岸段位于蕪湖河段上段右岸、潛洲右側，對應繁昌江堤19+860～21+900。2007年以來，該段持續發生崩岸，崩岸幅度較大。預警級別擬定過程如下。

(1) 河段河勢演變分析。近期蕪湖河段進口段水流右擺，進入潛洲右汊的水流切割潛洲右緣，致使潛洲右緣沖刷后退，潛洲右汊口門變寬，水流直接頂沖新大圩彎道段，洲體向右下方移動，新大圩段束水沖槽，水流沖刷河床向縱深和橫向發展。蕪湖河段局部河勢見圖3。

圖3 蕪湖河段局部河勢

(2) 近岸水下地形套繪分析。根據新大圩崩岸段2009年10月、2011年11月、2012年11月、2014年12月和2015年11月水下地形測圖套繪分析，該段深槽近岸，2009～2012年呈逐年向近岸移動、河床沖刷下切趨勢。2015年在21+130處發生崩窩，-5 m高程先沖刷后退約150 m，深槽沖刷向近岸發展。從坡度變化看，該段岸坡平均坡度在1∶2.3～1∶5之間，局部陡坡在1∶2～1∶3之間。

(3) 河岸抗沖性分析。經現場調查，工程區域岸坡以粉細砂為主，抗沖性差，受水流淘刷極易失穩。

(4) 護岸情況。2011年汛前蕪湖市組織實施護岸加固工程，護長1 560 m，水下拋石拋石斷面方量75 m3/m。安徽省長江崩岸應急治理工程對18+810～19+220、19+590～19+830 20+820～21+650進行守護，護岸總長1 480 m，拋石斷面方量75 m3/m。

(5) 崩岸造成的危害程度分析。新大圩外灘現有聯群、宏宇等船廠，崩岸直接影響船舶基地安全和岸線利用，間接影響到繁昌江堤防洪安全。

(6) 崩岸預警區擬定。新大圩崩岸段水流頂沖加劇，近岸河床持續沖刷下切，岸坡較陡，水流條件紊亂，河岸抗沖能力較差，崩岸發生可能性很大；崩岸發生將直接威脅船舶基地安全和岸線利用。預警級別確定為Ⅱ級，預警區對應繁昌江堤樁號19+860～21+900，長度2 040 m。

3.3 Ⅲ級預警區——望江六合圩崩岸段

望江六合圩段位于官洲河段進口段，對應同馬大堤樁號116+000～121+146，為水流強烈頂沖部位，1989年曾發生強烈崩岸，堤防被迫退建。近期該段未發生較大幅度崩岸。預警級別擬定過程如下。

(1) 河段河勢演變分析。20世紀90年代中期以來，吉陽磯挑流有所減弱，水流對左岸六合圩頂沖強度減弱，對漳湖閘以下三益圩、官洲右緣、廣成圩沖刷力度加強。

(2) 近岸水下地形套繪分析。根據六合圩崩岸段2010年12月、2012年12月、2013年10月和2015年1月水下地形圖套繪分析：2010～2012年岸坡呈變陡，深槽略向近岸發展；2012～2015年岸坡相對穩定，沖淤變化不大。

(3) 護岸情況。 1959～2002年，累計護岸長度4.9 km，總計拋石量58.89萬m3，另有沉排護岸21.39萬m3，平均每延米拋石量120 m3。

(4) 崩岸造成的危害程度分析。117+000～119+100段堤防外灘狹窄，其中118+500～119+100段堤防無外灘，發生崩岸將直接威脅同馬大堤防洪安全。

(5) 崩岸預警區擬定。六合圩段水流頂沖強度有所減弱，近岸水下地形相對穩定，護岸工程標準較高，近期崩岸發生的可能性不大。但由于118+100～119+100段堤防外灘狹窄，局部無外灘，崩岸將直接威脅同馬大堤防洪安全。預警級別確定為Ⅲ級，預警區對應同馬大堤樁號118+100～119+100，長度1 000 m。

4 預警效益

2011年以來，安徽省長江河道管理局每年汛前組織技術人員對長江崩岸段進行監測分析，提出長江崩岸預警方案。安徽省防汛抗旱指揮部辦公室審查后，聯合安徽省長江河道管理局向沿江各市人民政府發布預警通知，要求當地政府按照預警要求，落實各級責任制，采取必要的工程和非工程措施，保障防洪和群眾生命財產安全。目前，共發布長江崩岸預警153處，預警長度254.1 km；年均發布崩岸預警25.5處，預警長度42.35 km。

長江崩岸預警工作開展以來，安徽省長江河道崩岸危害性得到一定控制，未發生因崩岸而造成的人員傷亡和洪水災害，取得了良好的經濟和社會效益，具體表現在以下幾點。

(1) 實現了對崩岸發生地點的預判。安徽長江崩岸預警依據對崩岸發生現象的總結，通過分析河段演變趨勢、崩岸區近岸河床變化、護岸情況、岸坡抗沖能力等核心要素，實現了對崩岸發生地點的預判。近年來新發生的、具有一定危害性的崩岸，基本均在每年發布的崩岸預警區范圍內。

(2) 保障了群眾生命財產安全。安徽長江崩岸預警以崩岸可能造成的危害程度作為重要判別指標，高度重視突發崩岸的社會危害性，要求當地政府做好預警區宣傳和警示工作，加強崩岸預警區的動態監測和日常巡查查，轉移受崩岸威脅群眾, 逐步搬遷對應區域內居民，保障了群眾生命財產安全。

(3) 引起了當地政府的高度重視。安徽長江崩岸預警將突發危害量化為實際指標，由安徽省防汛抗旱指揮部對當地政府發布，并對預警防范工作提出了具體措施要求，引起了當地政府和社會各界的高度重視，提高了對崩岸防范的意識。

(4) 加大了崩岸治理的投入。崩岸預警發布后，各級政府積極籌措資金開展崩岸治理工作，消除崩岸隱患，如蕪湖市先后投入近4 000萬元對新大圩和大拐預警區進行守護。根據已發布的崩岸預警分析，預警區長度逐年減少，特別是危險性較大的Ⅰ級、Ⅱ級預警區，數量和長度均呈較大幅度下降趨勢，這與各級政府和部分加大崩岸治理投入密不可分。

5 結 語

安徽省長江崩岸預警工作開展以來，崩岸危害性得到一定控制，未發生因崩岸造成的人員傷亡和洪水災害，社會經濟效益良好。但由于崩岸機理復雜、影響因素較多，預警預報工作仍需在實踐中不斷完善。為不斷提高崩岸預警的準確性和科學性，可從以下3個方面進一步完善崩岸預警技術:①通過二維水沙數學模型計算，對長江安徽段岸線的水流泥沙動力條件進行分類評價；②加大近岸河床監測范圍和頻次，探索在重點崩岸預警區設置位移、滲流等監測設備，實施對崩岸段岸坡的適時監測；③進一步完善預警評價指標體系，實現河道水沙模型計算、岸坡穩定計算模型和崩岸段歷史數據統計分析相融合，從而提高崩岸預警成果精度。

[1] 余文疇,盧金友.長江河道崩岸與護岸[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

[2] 姚仕明,岳紅艷.長江中游河道崩岸機理與綜合治理技術[M].北京:科學出版社,2016.

[3] 余文疇,岳紅艷.長江中下游崩岸機理研究中的水流泥沙運動條件[J].人民長江，2008(2): 64-66.

[4] 岳紅艷,余文疇.長江河道崩岸機理[J].人民長江，2002，33(8): 20-22.

(編輯：唐湘茜)

2017-09-15

水利部公益性行業科研專項經費項目(201401063)

劉東風，男，安徽省長江河道管理局，教授級高級工程師.

1006-0081(2017)11-0091-05

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