長江下游航道整治工程對河道防洪影響分析

張 楊 ，孔 民 ，張秀敏

（1.濟寧市洙趙新河管理處，山東 濟寧 272000；2.濟寧市梁濟運河工程養護服務中心，山東 濟寧 272000；3.濟寧市水文局，山東 濟寧 272000）

1 引言

河道整治工程是指遵循河床演變的規律和河流動力學原理條件下，在河床上修筑建構筑物或者采取一定的措施引導水流，合理規劃工程各個環節，以促進生產或者航運的工程措施[1]。從古至今河流航道整治工程一直受到國家政府的高度重視，中國古代就提出了“順水之性，因勢利導”的河流治理原則，新中國成立后我國更加重視河流航道整治工作，改善了內河航運條件，促進河道沿岸居民經濟發展與生活水平。航道作為重要的調蓄洪水河道，航道整治工程還應該根據河流形勢，采取疏浚、筑壩、挖槽、炸礁等工程措施，改善通航水流條件，把防洪、行洪當作重中之重[2]。

2 工程概況

江心洲至烏江河段上起東、西梁山，下至下三山，位于長江下游段，全長約56 km，平面形態兩頭窄、中間寬，呈藕節狀，江心洲河段全長約24 km，河段平面兩頭窄、中間寬，呈順直分汊狀，為江心洲至烏江河段的3個河段之一。江心洲左汊航道從東梁山以下沿彭興洲順直而下，為江心洲水道，然后沿左岸至小黃洲洲頭，經小黃洲頭從何家洲與小黃洲間下泄過渡到小黃洲右汊，進入馬鞍山水道。過渡段長約3 km，從左至右急劇轉折，形成上下兩個接近90°的急彎，見圖1。

江心洲河段河床為砂夾礫孵石質，枯水期河面寬闊，汊道分流，航深僅為0.8 m～1.5 m淺灘，船舶難以順利通過。為了進一步穩定江心洲航道條件，加強河道防洪能力，采取了包括航道疏浚、切灘、裁彎取直及部分河段護坡護岸等在內的航道整治工程措施，并對航道整治工程措施進行防洪評價和建議。

圖1 江心洲水道航道圖

3 航道整治工程措施

3.1 灘險整治措施

江心洲河段共有礙航淺灘約5個，目前有2個保護良好。為達到既能提高枯水通航水深，又能沖刷淺灘起到防洪作用，采取基本不抬高洪水位，又能保護兩岸防洪大堤的措施。彭興洲江心洲左緣大堤是重點防洪險段，初步設計左岸建堆石壩，由于河面寬度僅為637 m，大壩修建難度大，設計在該灘右汊采用其他建筑材料逐漸堆積至河灘左汊。江心洲心灘工程原左岸修建3座堤壩，右岸采用石塊平鋪護灘帶護岸，加固長度約4124 km，寬約88 m。護灘帶為混凝土塊軟體排加排上拋石組成，頭部邊緣拋防沖石防沖，為增加右岸堤前緣護袒，將水流動力軸線擠向河中間，降低左岸堤壩增加右岸數量，保留原有護岸工程，提高江心洲心灘工程的抗洪能力。上何家洲與江心洲底部修建2條由混凝土塊軟體排和排上拋石組成的護底帶鋪塑垂直土工防滲膜。位于下游的下河家洲、小黃洲原設計采用走右汊且靠近右岸堤壩的單一疏浚工程方案投資成本低、可靠性強，但是增加河流流速，經常沖擊堤壩，為保護右岸堤壩，選取航道走左汊的工程方案，將水流動力軸線擠向河中間疏浚左汊，左岸三洲增加護岸長1600 m，采用平順護岸方式提高下游灘險抗洪能力。

3.2 疏浚挖泥措施

江心洲河段下游沉積河灘中存在許多淤泥土、砂卵石等長期堆積的淺灘，灘險整治需要遵循“疏浚為主，輔以護岸固灘”的原則。利用絞吸式挖泥船對堆積淤泥土進行疏浚清除，若通過疏浚可以使灘岸穩定，可增加疏浚挖槽數量，例如對下河家洲、小黃洲在原有15條增加疏浚挖槽的基礎上增加8條挖槽，疏浚挖槽方量近150萬m3，在此基礎上進行建壩固灘，同時注意充分利用挖取的淤泥砂石，經過加固處理可作為建筑基材，這對防洪堤壩具有重要意義，達到綜合利用的目的。

3.3 護岸與環境整治措施

江心洲河段護岸工程采用平鋪塊石固定岸線，可以達到保護堤腳前緣臺地，增強堤壩的抗洪能力，當堤壩外岸臺地較高時，采用平鋪塊石的護岸工程可以固定河道邊界條件，穩定和改善航道條件，同時達到保護堤外臺地免受沖刷，保護周圍土地和建筑的作用，綜合作用顯著。

4 防洪影響的分析

4.1 對堤防滲流穩定影響

江心洲河段修建河堤所采用的材料多為就近取土，由于河堤附近地層土體性質一般，堤身材料與堤基淺層土體材料基本一致，土質軟弱，結構松散，施工過程碾壓不夠充分，在1998年洪水爆發時江心洲河段修建河堤發生多處管涌、散浸等重大險情。河堤堤基土質主要呈二元結構狀態，上部為弱透水的粉細砂夾黏土層，下部為強透水砂土層，另一部分由各類的粘性土構成。

結合江心洲河段地質條件和以往險情，在設計洪水位條件下，航道整治工程措施實施前，選取彭興洲江心洲東西兩側大堤2個河堤典型斷面（圖2）采用autobank軟件構建大堤典型斷面滲流計算模型，進行滲流穩定性分析，彭興洲江心洲東緣08+321.5斷面和西緣08+335斷面地表地基滲流比降系數分別為0.73和0.81，此滲流比降系數不滿足穩定要求，可見部分堤內地表地基滲流不滿足工程設計的穩定性要求，通過修建混凝土塊軟體排護底帶鋪塑垂直土工防滲膜，航道整治工程措施實施后，根據autobank計算結果彭興洲江心洲兩側典型斷面地表地基滲流比降降至0.5以下，小于設計要求的滲流允許比降，滿足穩定性要求，未修建護底帶鋪塑土工防滲膜的部位堤內地表滲流比降相應增大，堤防變得更加不穩定。航道疏浚工程的實施對兩岸堤防滲流穩定較為不利，采取鋪設塑土工防滲膜可有效提高堤防滲流穩定性。

圖2 彭興洲江心洲典型斷面示意圖

4.2 對堤防邊坡、河道岸坡穩定影響

現階段，隨著航道等級持續升級，河道來往船只更為頻繁密集，且船只的噸位不斷加大，船只運行將進一步加劇河道兩岸的沖刷，影響河岸穩定。因此航道疏浚工程的實施對河道堤岸線穩定和防洪堤防安全產生不利影響。江心洲河段河道及外灘相對狹窄，兩岸堤防地質條件差，堤基底部為細砂層，在進行疏浚挖泥工程措施完成后，如不嚴格控制，岸邊的外灘變得更為狹窄，部分位置外灘被挖除，變得無外灘，疏浚邊線緊鄰堤防外堤腳，尤其是心灘守護工程左岸河道岸坎線緊鄰堤防外堤腳，挖除外灘地，將會影響堤防及岸坡的穩定，存在較大安全隱患。

對采取航道整治工程實施后江心洲河段進行抗滑穩定計算分析，選取彭興洲江心洲兩側大堤2個河堤典型斷面分別計算設計水位下降期、平灘水位下降期兩種工況，航道整治工程實施前，彭興洲江心洲東緣08+321.5斷面岸坡抗滑穩定安全系數在設計水位下降期為1.214，小于設計允許最小值1.25，在平灘水位下降期工況條件下為1.056小于允許最小值1.15；彭興洲江心洲西緣08+335斷面岸坡抗滑穩定安全系數在設計水位下降期為1.179小于設計允許最小值1.25，在平灘水位下降期工況條件下為0.983小于允許最小值1.15，2個斷面均不滿足抗滑穩定要求。航道整治工程實施后2個斷面的抗滑穩定安全系數均大于設計要求值，河床縱向平均穩定性系數為1.73，橫向平均穩定性系數為2.51，工程河段屬穩定河段，在現有及未來一段時間內，工程河道將持續保持穩定態勢。因此，江心洲河段航道整治工程對工程河段總體河勢及局部河勢穩定將會產生有利影響[3]。

4.3 對河道行洪的影響

江心洲河道位于長江下游段，入江口與長江接近垂直，江水流度由快變慢因砂石土體堆積沉淀，引起淤積，同時水體在滲流力與摩擦力作用下使河道水體與長江中上游水流進行水體交換，造成了航道內部淤積，汛期受江水影響，江心洲河道與長江水體含沙量差異，造成河口段淤積。航道整治工程的主要目的針對航道河槽寬度或彎曲半徑不足處，通過切灘、疏浚等措施拓寬航槽。江心洲航道疏浚、挖泥措施實施后，加速了河水流暢性，增大了過水斷面，提高了河道泄洪能力，有利于河道汛期的航道行洪及排澇。但擴大的斷面占行洪斷面的比重較小，因此對河道水位變化的影響也較小，但是護坡護岸措施減少整治工程措施及船行波對河岸及堤防穩定帶來的影響，短期內有利于河道及兩岸的穩定，綜合使用航道整治措施對河道汛期行洪及排澇具有重要意義[4]。

4.4 對河勢穩定的影響

經過調查江心洲航道整治歷史過程發現，在20世紀80年代左右，我國水利部門對江心洲前航道進行過一次大規模整治治理，相比起以前的航道治理后航道線路路徑更為平直。此次的航道整治工程基本沿用了上世紀治理后的航道路徑，所采用的航道中心線與原河道深泓線基本一致，盡量維持河道原有的平面形態，在對江心洲河道狹窄、彎道水流頂沖段航道疏浚工程的實施和河岸防護的過程中，基本保持了現有河道的穩定形態。對彭興洲江心洲兩側2個典型斷面河道穩定性計算，河床橫向穩定性系數為2.36，縱向穩定性系數為0.326，經計算此段工程整治河段處于穩定中。在現狀的邊界條件下，江心洲航道整治河段仍然會保持長時間的穩定狀態。可見，航道疏浚整治工程對江心洲航道工程河段總體及局部河勢穩定性不會產生明顯不利影響。

5 結論及建議

以長江下游江心洲河道航道整治工程為背景，介紹了以灘險整治措施、疏浚挖泥措施和護岸與環境整治措施為主的航道整治措施，通過對江心洲河道幾個典型斷面滲流穩定性與堤防邊坡、河道岸坡的計算，分析河道整治工程對河道防洪的影響，得到如下結論:

（1）航道疏浚挖泥措施對江心洲兩岸堤防的滲流穩定將產生不利影響，通過詳細地質勘探，采用鋪塑垂直土工防滲膜的措施可以降低此影響，確保堤防穩定和防洪安全。

（2）航道整治工程中疏浚挖泥可以達到拓寬理順航槽，增加河水的流暢性，同時可以增加河道過水斷面寬度，提高河道泄洪能力。

（3）航道整治工程擴大的斷面占行洪斷面的比重較小，對河道水位變化的影響較小，通過護坡護岸措施減少整治工程措施及船行波對河岸及堤防穩定帶來的影響，有利于河道及兩岸的穩定。