長江中游新洲—九江河段航道治理二期工程思路與方案研究

陸 英

(長江航道局，武漢 430010)

圖1 新九河段河勢圖(2015-02)Fig.1 River regime of the Xin-Jiu reach of the Yangtze River

長江中游新洲—九江河段(以下簡稱新九河段)位于武漢至安慶河段，上起葫蘆山，下迄九江港客運碼頭，全長35 km，包括新洲水道和九江水道。河段平面形態呈反S型(圖1)，上段新洲水道為向左彎曲的新洲鵝頭型分汊段；下段九江水道向右彎曲。新洲水道右汊歷來是主通航汊道，左汊為支汊，僅通行地方小輪；九江水道中有鳊魚灘，將河道分為左右兩汊，主航槽一直穩定于右汊。2011年11月至2012年10月，長江航道局在新九河段實施了航道整治工程(以下簡稱“一期工程”)，主要包括：徐家灣邊灘3道護灘帶，鳊魚灘灘頭梳齒壩工程，左岸新洲洲尾護岸，蔡家渡護岸，鳊魚灘灘頭及右緣護岸，右岸大樹下一帶護岸加固。通過一期工程的整治，目前本河段的航道尺度由4.0 m提高至4.5 m水深，淺區航道條件有所改善。

根據水運發展需求結合及武漢至安慶段航道尺度建設標準，考慮本河段的防洪及環保的限制，新九河段二期工程航道建設目標尺度[1]確定為：6.0 m×110 m×1 050 m(水深×航寬×彎曲半徑，下同)，實現13 000 t級內河貨船、780TEU集裝箱船、10 000 t級江海船全線雙向通航及2 700 kW+4×5 000 t(分節駁)船隊全線單向通航。本文分析了新九河段近期演變和航道條件，提出了河段建設6.0 m水深航道尺度的治理思路，并研究了工程方案效果。

1 河道概況及外部環境條件

1.1 河段概況

新九河段上段新洲鵝頭型汊道，江中的新洲將河道分為兩汊，右岸存在有徐家灣邊灘，邊灘上部蔓延至河心，較為低矮(灘脊高程為5 m)，邊灘下部地勢較高(灘脊高程為12 m)；中段為徐家灣至官湖港段，為順直分汊段，進口深槽居左，鳊魚灘將河段分為左右兩汊，主航道在鯉魚灘右汊。下段為九江彎道淺區位于二套口以下至彎頂一帶，2000年以后，凸岸二套口邊灘發育充分、完整，凹岸深泓貼岸，航道條件較好。

1.2 外部環境條件

新九河段左岸為湖北黃梅縣，右岸為江西九江市，兩岸經濟相對比較發達，外部建設條件較為復雜。

(1)防洪、河勢規劃：新九河段防洪要求較高，對整治工程的力度和強度均有較嚴格的限制。

(2)沿岸港口、碼頭：九江港港區位于河段右岸，沿岸分布有大量碼頭，同時右岸岸線也是港區規劃岸線，目前徐家灣邊灘守護工程上游約1 050 m處有一飼料公司碼頭、下游約570 m處有一沙碼頭。

(3)取水口：在原XH3#護灘帶下游約865 m，有九江順風自來水廠、九江市第四水廠取水口，取水規模為10萬t/d，取水頭頂部高程為黃海高程2.69 m，對應當地航行基準面下3.0 m。

2 近期河床演變與航道條件

2.1 近期演變特點

根據近期實測資料和已有成果[2-5]分析可知：

(1)新九河段兩岸岸線基本穩定，但河道內局部洲灘出現坍塌和沖蝕。一期工程重點對新洲尾、蔡家渡以及鳊魚灘右緣中下段等岸線進行了守護，工程后上述岸線基本穩定，總體變化不大，但未守護岸線有所崩退，新洲右緣中上段最大崩退60 m，同時水下邊坡變陡，岸線趨于不穩定。

(2)新洲水道近期演變主要表現為深泓擺動，上下深槽交錯，淺區范圍擴大，同時邊灘沖刷、下移，灘體切割、分離，航道條件向不利方向發展。一期工程后，邊灘沖刷、下移得到控制，灘槽格局得到初步控制，淺區航道條件有一定程度改善，但邊灘頭部低灘高程仍較低，淺區沖刷有限(圖2)。

(3)九江水道近期演變特點主要表現為：受上游河道水流條件變化的影響，順直段進口主流左擺，白沙邊灘沖蝕后退，鳊魚灘左汊發展，上下深槽交錯，九江上淺區由正常型轉化為交錯型淺灘，淺灘形態惡化；同時鳊魚灘洲頭沖刷，河道展寬，航道出淺礙航；九江彎道段凸岸二套口邊灘不斷淤長，凹岸潛洲沖刷、消失，深槽右擺貼凹岸，主流趨于穩定。一期工程實施后，鳊魚洲頭有所恢復，淺區主流集中，航道條件改善，但由于工程對鳊魚灘左汊控制較小，左汊分流比有小幅增加。

圖2 河道治理規劃工程、采砂區及主要涉水工程示意Fig.2 The planning projects for river regulation、area for sand excavation and mainly aquatic projects圖3 新九河段一期工程實施以來河床沖淤Fig.3 The bed scour and sedimentation since the operation of the 1st project in the Xin-Jiu reach

2.2 航道條件

一期工程及時控制關鍵洲灘，穩定了灘槽格局，改善了航道條件，也為下一步航道尺度的提高奠定了良好基礎。從近年來的實測地形來看(圖3)，新洲淺區5 m等深線貫通，寬度在200 m左右，航道尺度達到了一期工程建設標準(4.5 m×200 m×1 050 m)，但6.0 m等深線斷開，個別年份6.0 m線雖然貫通，但寬度不足110 m(見表1)；九江上淺區5 m等深線貫通，寬度均在250 m以上，較一期工程前，航道條件改善明顯，6.0 m等深線也貫通，寬度大于200 m，但2015年10月、2016年3月以及2016年12月淺區6 m等深線斷開，水深有所減小。

總的來說，一期工程后自然沖刷條件下新洲淺區和九江上淺區均不能達到6.0 m×110 m的尺度要求。

表1 新九河段航道尺度核查表(設計水位下)Tab.1 The verification of navigational scale (the design water level)

注：T表示貫通，量其最窄寬度；D表間斷，量其間斷長度；單位均為m。設計水位=現行航基面+0.06 m

2.3 航道變化趨勢預測

通過平面二維水沙數模[6]預測新九河段未來6.0 m航道變化趨勢(見圖4和圖5)，模型以2016年3月實測地形為起始，選取2011～2015年、1998年(減沙2/3)，2012～2015年共計10 a作為系列水沙年。水沙系列的選取考慮近年來實際發生的水沙年加上1998年(減沙2/3)，其中2011年為三峽蓄水以來的小水小沙年，2012、1998年為大水大沙年，其余為中小水沙年。1998年的減沙原則以2008年來九江站流量和輸沙量關系的趨勢線為依據。

趨勢預測計算表明：系列水文年內，當遭遇大水大沙年后，新洲淺區航道條件惡化明顯，設計水位下6 m水深線斷開，6 a末6 m線斷開340 m，10 a末斷開90 m；九江淺區航道條件也有所惡化，但淺區6 m線仍貫通，航寬不滿足規劃要求；當遭遇小水小沙年后，新洲和九江淺區航道條件有所改善。同時，大水年作用后，河段灘槽沖淤幅度較大，新洲水道上深槽下探、右擺幅度明顯加大，徐家灣沿岸槽分流明顯增加；鳊魚灘左汊沖刷幅度加劇，分流比也有一定幅度的增加。

圖4 無工程10 a末河床沖淤Fig.4 The bed scour and sedimentation after 10 years in natural condition圖5 無工程10 a末 6.0 m航道條件Fig.5 The navigation condition in the depth of 6.0 m after 10 years in natural condition

3 治理思路及工程部位確定

3.1 治理思路

對于4.5 m×200 m的航道尺度標準，河段已滿足該航道尺度要求，但要提升至6.0 m水深，河段內還存在如下問題：(1)新洲水道上下深槽交錯，淺區水流分散，水動力相對不足，并且隨著上深槽沖刷發展，主流偏移，枯期淺區沖刷有限，航道水深難以大幅增加；(2)徐家灣邊灘沿岸槽分流能力仍較強，造成主航槽分流減小，對淺區航道改善不利；(3)受沿岸槽吸流以及鳊魚灘左汊進口沖刷的影響，鳊魚灘右汊分流比減小，九江上淺區沖刷幅度有限，6 m航槽不穩定。

鑒于防洪及環保等外部條件的限制，考慮本期建設標準、河道自身的特性以及已建工程實施后河道演變特點，二期工程整治思路確定為：在已有一期工程的基礎上，增強邊灘的控制力度，限制沿岸槽及支汊發展，同時輔助基建性疏浚及不利年份維護性疏浚，達到6 m×110 m×1 050 m的航道尺度。

3.2 工程部位確定

為了進一步明確工程實施部位，通過數模[6-7]開展了不同部位的單方案效果計算分析。從上述不同部位、不同措施研究發現：對新洲淺區航道問題，在徐家灣邊灘已建工程加高，在邊灘上游修建丁壩可實現新洲淺區流速的增加，而在沿岸槽倒套內修建潛鎖壩可限制沿岸槽發展，有利于主流的集中(表2)；對九江上淺區的航道問題，在鳊魚灘左汊實施護底帶，在白沙邊灘修建丁壩可限制左汊進流，抑制左汊發展，有利于淺區主流的穩定(表3)。

因此，對于新洲淺區的治理，限制沿岸槽分流，增大淺區流速，工程部位選在徐家灣邊灘是合適的；對于九江上淺區的治理，主要是左汊發展，維持右汊穩定，工程部位選在鳊魚灘頭部及左汊進口是合適的。

表2 新洲水道工程部位方案探索性計算Tab.2 The calculated result for the exploratory scheme in the engineering sites in Xinzhou waterway

表3 九江水道工程部位方案探索性計算Tab.3 The calculated result for the exploratory scheme in the engineering sites in Jiujiang waterway

4 治理方案及工程效果

4.1 方案平面布置

在上述單方案效果計算分析基礎上，形成組合方案，并經過多次優化[6,8]，最終形成二期工程的推薦方案，方案由整治、疏浚工程兩部分組成(見圖6)，具體如下：

(1)徐家灣邊灘守護工程。對徐家灣邊灘，在已建工程上游新建2道丁壩，1#丁壩長538 m，頭部余排180 m，壩頭高程按5.79 m控制；2#丁壩長711 m，頭部余排長200 m，壩頭高程按4.29 m控制，守護寬度均為180 m。在已建工程下游新建1道護底帶，長1 023 m，近岸側373 m長軸線拋石按-8.21 m高程控制(設計水位下14 m)，寬度為180 m。同時對已建前2道帶護灘帶加高，3#丁壩是在原XH1#護灘帶軸線拋石加高，高程為4.29 m(設計水位下1.5 m)，4#護灘帶是在原XH2#護灘帶軸線加高1.5 m，長度分別為1 093 m、1 340 m。

圖6 新九河段航道治理二期工程推薦方案平面布置Fig.6 The layout chart in the recommended scheme of the 2nd channel regulation project of the Xinzhou-Jiujiang reach

(2)鳊魚灘洲頭守護工程。沿鳊魚灘洲頭灘脊布置1道護灘帶，長377 m，與已建梳齒壩銜接；同時增加1道橫向護灘帶，與左岸相接，根部采用護岸方式，長度為585 m，護灘帶寬度均為180 m。

(3)護岸及護岸加固工程：新洲右緣上段新建4 677 m護岸、蔡家渡新建2 675 m護岸，左汊護底新建814 m根部護岸。

(4)疏浚工程:對新洲淺區進行疏浚，疏浚底高程為設計水位下6.5 m，范圍為22.69萬m2。

圖7 10 a末工程引起的河床沖淤Fig.7 The bed scour and sedimentation after 10 years with the recommended project scheme圖8 推薦方案10 a末 6.0 m航道條件Fig.8 The navigational condition after 10 years with the recommended project scheme

4.2 方案工程效果

物理模型[8]和數學模型[6]分別對推薦方案開展了系列年效果研究，模型起始地形為2016年3月，水沙系列選取2011～2015年、1998年(減沙2/3)、2012～2015年。兩模型結果相近，其中數模預測的效果見圖7和圖8。結果表明：推薦方案實施后能減小徐家灣沿岸槽分流比，增加新洲、九江淺區流速，限制鳊魚灘左汊分流比，其中，整治流量下徐家灣沿岸槽減小1.3%，新洲、九江淺區流速增幅分別為0.08 m/s、0.03 m/s，鳊魚灘左汊分流減小0.7%；工程實施后，系列年內6 m×110 m×1 050 m的航道尺度基本得到滿足，疏浚區年回淤率在41%左右，但不利水文年(第6年)新洲水道6 m線寬度不滿足要求，需要疏浚維護。

5 結論

(1)新九河段航道治理一期工程實施后，已滿足4.5 m×200 m航道尺度要求，但要提升至6.0 m水深，河段內還存在如下問題：新洲水道上下深槽交錯，淺區水流分散，且隨著上深槽沖刷發展，主流偏移，枯期淺區沖刷有限；徐家灣邊灘沿岸槽分流能力仍較強，造成主航槽分流減小，對淺區航道改善不利；受沿岸槽吸流以及鳊魚灘左汊進口沖刷的影響，鳊魚灘右汊分流比減小，九江上淺區沖刷幅度有限，6 m航槽不穩定；(2)鑒于防洪及環保等外部條件的限制，二期工程整治思路確定為：在已有一期工程的基礎上，增強邊灘的控制力度，限制沿岸槽及支汊發展，同時輔助基建性疏浚及不利年份維護性疏浚，達到6 m×110 m×1 050 m的航道尺度；(3)通過數模開展了不同部位、不同措施效果，確定工程部位。對新洲淺區，限制沿岸槽分流，增大淺區流速，工程部位選在徐家灣邊灘是合適的；對九江上淺區，主要是左汊發展，維持右汊穩定，工程部位選在鳊魚灘頭部及左汊進口是合適的；(4)采用物模和數模研究二期工程推薦方案的效果。結果表明：方案實施后能減小徐家灣沿岸槽分流比，增加新洲、九江淺區流速，限制鳊魚灘左汊分流比，系列年內6 m×110 m×1 050 m的航道尺度基本得到滿足，但不利水文年新洲水道需要疏浚維護。