瀾滄江航道建設工程溪口灘航道整治方案

袁濤峰

(長江重慶航運工程勘察設計院，重慶 401147)

瀾滄江Ⅳ級航道建設工程位于云南省境內，橫跨西雙版納自治州、普洱市和臨滄市。工程河段上起臨滄港，下至243界碑，全長387 km，包含糯扎渡、景洪兩個庫區河段和景洪以下天然河段。建設內容為對全河段43個灘險進行綜合治理，整治內容含括清礁工程、疏浚工程、丁壩、順壩、潛壩、攔石壩等各種壩體和護岸工程等[1]。本次Ⅳ級航道建設中涉及的一個重難點問題是溪口灘險的治理，在之前Ⅴ級航道建設工程中，曾對溪口灘進行過治理，整治措施主要是對溪口沖擊扇進行疏浚，解決了當時航道尺度不滿足要求的問題，但由于未采取有效的措施攔截或疏導上游來石，隨著時間的推移，溪口灘再次淤積，致使航道尺度已不滿足要求。目前，在航道整治工程中，根據《航道工程設計規范》[2]，針對溪口灘礙航問題可采用修建攔石壩、導流壩等措施。但在實際的實施過程中，往往仍是依據溪口灘本身的水沙運動規律及特點，采用傳統的整治結合疏浚措施維持航槽穩定[3]，整治手段單一，相關整治技術研究較為匱乏，同時又缺乏攔石壩等工程措施的實際應用。針對在不同溪口灘航需要提升航道等級、成灘原因又各異的情況，本文以瀾滄江Ⅳ級航道建設工程為依托，對不同成因的溪口灘航道整治方案進行研究，提出攔、導、疏綜合治理措施，為類似灘險航道等級提升整治提供借鑒。

1 灘險概況及礙航特征

瀾滄江Ⅳ級航道工程景洪以下天然河段上起景洪樞紐、下至243界碑，共76 km，該段灘險眾多，包括急灘、險灘、淺灘、溪口灘等各類型灘險，礙航特征各異，是本次整治的重點，見圖1。在Ⅳ級航道建設工程航道條件核查過程中，自Ⅴ級航道建設工程整治以來，本段航道沿程存在溪口灘回淤的問題，致使溪口沖積扇發育并凸伸航道以內，壓縮主航槽。根據各灘的地形測圖顯示，在Ⅳ級航道建設以前，各溪口灘段航道彎曲、流速急，航道尺度不滿足Ⅳ級航道尺度要求，同時水流條件較差。因此，溪口灘的治理是本河段整治的難點，直接關系工程能否達到Ⅳ級航道建設標準，是工程成敗的關鍵一環。

圖1 景洪樞紐以下灘險分布

1.1 灘段河勢

1.1.1賀寬上灘

賀寬上灘為中、枯水期溪口急流淺險灘，兼具“彎、淺、險、窄、急”等礙航特征，見圖2。灘險上段為彎曲河段，左岸為凸岸，有一條溪溝沖積扇凸入江中，岸線相對較為平順，右岸為凹岸，在凹曲頂點上下游分別有兩個礁石凸嘴，岸線較為曲折。灘險中段，該段為放寬河段，河道相對順直，兩岸岸線均向內凹，岸線較為曲折。灘險下段，河道束窄，左岸有兩個連續的礁石凸嘴，右岸有一個礁石巖盤伸入江中，左、右岸礁石巖盤對峙成卡，江面被束窄。

圖2 賀寬上灘

1.1.2南班河口灘

南班河口灘位于順直微彎型河道中，平面上成倒“L”形，左岸側有支流南班河匯入，見圖3。灘險上段順直，進口兩岸有礁石凸向江中，并形成交錯卡口。灘險中段即南班河口灘，左岸順直，右岸有一個河灣，江面寬闊，左岸有南班河匯入，并在河口形成沖積扇并凸入江中。灘險下段河段向下呈90°轉彎。

圖3 南班河口灘

1.1.3梭欏灘

梭欏灘為枯水期溪口沖積急流灘，總體河勢上，灘險處在一順直河段，兩岸岸線均較平順，見圖4。江面寬度較窄，約70 m。灘險上、下段順直，灘險中段，左岸有一條溪溝匯入，并在左岸形成淺水漫灘，并凸向江心，壓縮主航道，形成單側的卡口。

圖4 梭欏灘

1.1.4勐宋灘

勐宋灘河勢上處順直微彎河段，左岸略凸，主要為溪口沖積堆，岸線相對平順，右岸略凹，修建有一道丁壩，岸線相對曲折復雜，見圖5。灘險左岸有一條溪溝匯入，山洪暴發時，將泥沙、礫石等挾帶至此落淤，形成沖積堆突伸江中，使航道向右彎曲，右岸為陡峭的山崖，并有連續的石盤向江中伸入。

圖5 勐宋灘

1.2 自然條件

1.2.1氣候和水文條件

本工程溪口灘險均分布于云南省景洪市境內，全年平均氣溫在20 ℃以上，屬于熱帶氣候類型。降水分布特點：年內分配不均勻，有明顯的旱季和雨季，其中5—10月為雨季，降水豐沛，且高溫期與多雨期一致。鑒于以上的氣象特征，溪口灘險在旱季時來流小，基本不會挾帶砂石堆積于溪口，而在雨季，尤其是山洪暴發時，溪口來流暴增，挾帶大塊石淤積于溪口，形成沖積扇。目前，溪口灘的來水來沙條件仍以山洪挾帶來石來沙淤積為主。另外，通過現場調研發現，在溪口灘的支流上，兩岸存在大量因修建公路、鐵路散拋堆放的砂石，這也會成為今后溪口淤積砂石的來源。

1.2.2灘段水沙運動規律

1)賀寬上灘。①洪水期，主流自上段沿江心而下，過卡口后進入中段，江面突然放寬，主流至此有所放緩，加之灘險下段左右岸礁石凸嘴對峙束窄河床，對主流的壅水作用，水流進一步放緩，泥沙在溪口位置一帶落淤。另外，在支流山洪暴發時，由溪溝帶來的砂石大量淤積在溪口位置。②枯水期，在灘險上段，主流循江心偏右岸側而下，至灘險中段，主流自上段由右岸逐漸挑向左岸，在退水過程中，汛期在溪口灘淤積的泥沙逐漸被沖刷帶走，但經過上游景洪成庫后，枯水期流量增加，沖刷時間縮短，泥沙不能完全被沖刷帶走。

2)南班河口灘。①洪水期，主流循江心而下，灘險上段，右岸側河灣段，江面寬闊，主流至此流速放緩。加之下游灘險段沖積扇和右岸岸線束窄河床，對主流的壅水作用，水流進一步放緩，主流來沙在沖積扇以上右岸淺磧上淤積。至河口段，由于南班河沿線植被破壞，大量塊石、礫石順山洪帶至河口形成沖積扇，凸入江中，束水成灘。過河口段后，主流沿右岸側河灣而下。②中枯水期，灘險上段，主流逐漸歸槽至河灣段，主流掃彎后偏向左岸側而下，退水的過程中，水流沖刷汛期在右岸淺磧上淤積的泥沙，年際間沖淤基本平衡。至河口段，主流被河口沖積扇挑至右岸一側，由于沖積扇淤積質多以塊石、礫石為主，不易被沖刷帶走，沖積扇逐漸向江心發展。淤積較為明顯。過河口段后，主流掃右岸河灣偏右岸側而下。

3)梭欏灘。①洪水期，主流沿江心而下，受灘險中段左岸巖盤和漫灘凸嘴卡口束流，卡口以上流速放緩，卡口以下流速較大，泥沙在左岸漫灘上落淤。過巖盤后，主流沿江心而下。②枯水期，主流逐漸歸槽，上段主流偏向江心左岸一側下泄，沖刷洪水期在巖盤上淤積的泥沙。主流受到左岸巖盤凸嘴阻挑影響，并受溪溝水流頂沖，在此形成強烈的剪刀水，流態較差。

4)勐宋灘。①洪水期，主流沿江心而下，在灘險下段出口處，左右岸礁石突出形成卡口，對主流起到壅水作用，主流放緩，泥沙在溪口河漫灘上落淤。②中枯水期，水流逐漸消退，在退水過程中，汛期淤積的泥沙部分被沖刷帶走，但在左岸沖積堆尾部泥沙逐年有所淤積。另外，左岸溪溝由山洪帶來的泥沙也有逐年向江心淤積發展的趨勢。

1.3 成灘原因及礙航特征

通過前述分析，溪口灘成灘的原因為：洪水期，尤其在豐水豐沙的年份，泥沙在溪口灘上落淤，枯水期隨著水流的消落，主流沖刷泥沙，但是由于水位消落過快，走沙時間不足，導致泥沙在此呈累積性淤積的趨勢。同時，在雨季山洪暴發時，由溪溝沖刷帶來的砂石大量淤積在溪口，而其中的卵石、塊石等不能被沖刷帶走。因此，在溪口位置，由溪溝沖出的卵石、塊石與上游來沙逐漸淤積發展，形成溪口灘。溪口灘向河心發展過程中，逐漸壓縮主航槽，導致航道彎曲、航寬不足，水流流速增加，從而造成灘險礙航。

1.3.1賀寬上灘

賀寬上灘礙航的主要原因在于：1)整個灘險河段成“S”形彎曲，上段沖積扇堆體和下段礁石凸嘴的存在壓縮航道偏向對岸一側，使航道彎曲不順，航寬較小，且轉向頻繁，船舶操縱困難；2)灘險上、下段河床均為石質，水深較淺，航道尺度不滿足Ⅳ級航道標準；3)灘險上段左岸沖積扇堆體與右岸礁石凸嘴成對峙卡口，束窄河床并挑流，流速急，且有剪刀水等不良流態，灘險中段深槽，灘險下段卡口水淺，主流至下而上，在下段進口位置有泡漩水，過卡口后，受右岸礁石凸嘴和左岸凸嘴挑流，流急并有剪刀水，流態差。

1.3.2南班河口灘

南班河口灘礙航的主要原因在于：1)灘險上游卡口航寬不足；2)南班河口沖積扇的存在，向右壓縮了主航槽，航道尺度雖然基本滿足Ⅳ級尺度標準，但航路連續轉彎，不順暢，同時沖積扇產生向右岸的挑流，流速大且影響水流流態，航道條件不好；3)灘險下段右岸巖盤和左岸淺灘致使航道彎曲、狹窄，航道尺度不足。

1.3.3梭欏灘

梭欏灘礙航的主要原因在于：1)河段本身較為狹窄，枯水期灘險左岸巖盤、淺水漫灘的存在，形成卡口，壓縮主航槽，使航道尺度不足；2)淺水漫灘使水流右挑，加之溪溝來流頂沖，形成強烈的剪刀水，流態較差；3)灘段河窄流急，卡口上段壅水、下段深槽，水面比降陡，上行船舶上灘困難。

1.3.4勐宋灘

勐宋灘礙航的主要原因在于：枯水期，灘險上、中段左岸沖積堆和右岸連續的礁石巖盤對峙形成卡口，航道彎曲，流態紊亂，流速偏大，灘險下段受到沖積堆體挑流影響，流態紊亂，同時航槽內有零星暗礁影響航行。洪水期，右岸多處礁石巖盤挑流，流態紊亂。

根據前述，溪口灘的成因主要在于溪口挾帶卵石推移質流入干流時，因比降減小，同時受主流頂托，使卵石推移質在溪溝口沉積，形成沖積扇或者沖擊錐，若溪溝的卵石推移質粒徑比干流大，沉積后不易被沖刷帶走，便在溪溝口產生累積性沉積，使沖積扇(錐)不斷擴大，從而束窄過水斷面，水流流速增加，形成急流灘，稱之為溪口灘[4]。但同時并非所有的沖積扇(錐)都會形成溪口灘，還取決于瀾滄江峽谷型的地形地貌，溪口淤積成沖積扇后，壓縮主航槽，束窄過水面積，使航道尺度不足，同時水流流速顯著增加，因而形成急流灘。

2 山溪河流航道治理思路

2.1 灘險歷史整治情況及效果

瀾滄江Ⅴ級航道整治過程中曾經對以上溪口灘進行過治理，整治后航道等級達到了Ⅴ級航道尺度標準，但是由于當時投資等限制，基本采用單純疏浚的措施，加之整治后未開展維護性疏浚，截至Ⅳ級航道實施之前，溪口灘已經回淤，航道情況恢復到Ⅴ級航道整治前的狀況，航道尺度達不到Ⅳ級航道尺度要求，同時灘險水流條件惡劣，礙航嚴重。賀寬上灘、南班河口灘、梭欏灘、勐宋灘整治前都存在支流溪口有泥沙被沖刷帶出，淤積于溪口壓縮航道，致使出現航道尺度不足、水流條件差的礙航情況，通過清除淤積扇的整治方案，整治后都達到了Ⅴ級航道尺度標準，但未解決支流來石來沙問題，加之缺乏維護，使溪口回淤。

2.2 整治思路

針對Ⅴ級航道整治方案及治理效果的分析研究認為：單純依靠疏浚的整治措施，雖然在短期內能夠解決航道尺度的問題，但是由于未解決支流來石來沙的問題，經過一段時間的沖淤變化后，溪口灘將重新出現回淤，壓縮航道，致使航道尺度不足。因此，本次治理的思路除清除溪口沖積扇外，還需要采取攔截落石的工程措施，必要時輔以維護疏浚。

1)清除溪口沖積扇，保障尺度滿足Ⅳ級航道要求。本次Ⅳ級航道建設工程的最終目標將工程河段航道等級由Ⅴ級提升至Ⅳ級，溪口灘段由于溪口沖積扇的存在，致使航道彎曲、流態紊亂，同時航道寬度不滿足Ⅳ級航道尺度要求。據此，本次整治的首要工作就是按照Ⅳ級航道尺度的要求，對不滿足深度和寬度的部分進行清除，同時調順航道，改善水流流態。

2)在外部條件滿足要求的情況下，在溪溝拋筑攔石壩，攔截支流來石來沙。溪口灘險形成的一個重要原因在于支流流域發生暴雨時，由山洪帶來的泥石淤積于溪口。因此，針對溪流來石來沙的問題，當支流有筑壩條件，并能容納5年以上溪溝山洪來石量時，在溪溝選取適當的位置修建攔石壩，攔截溪溝來石來沙，從根源上解決溪口灘淤積問題。

3)清除溪口灘下游阻流卡口，加大水流的溪口灘沖刷力度，增加溪口灘導沙能力。根據對工程河段內的4個溪口灘總結發現，溪溝灘險形成的另一個關鍵性原因在于溪口灘所處位置往往河段寬闊，而溪口灘處在河道凸岸一側，因此洪水期泥沙容易在溪口灘上淤積，加之在寬闊段的下游有對應的礁石卡口，造成對上游的阻水作用，使得沙、石進一步在溪口淤積。針對溪口灘的這一特征，本次整治過程中，清除溪口灘下游阻流卡口，增加水流對溪口灘的沖刷力度，達到導沙的目的。

4)增加開挖深度和寬度，預留備淤工程量，同時加強觀測，必要時開展維護性疏浚工作。通過對溪口灘水沙條件的分析，溪口灘所處位置年際間的演變趨勢為“洪淤枯沖”，但由于上游景洪樞紐蓄水運行后，上游來流增加，枯水歷時期短，造成水流對泥沙的沖刷強度不夠，因此，灘險總體呈現出累積性的淤積趨勢。為此，在清除溪口淤積泥沙時，需要增加開挖深度和寬度，預備一定的備淤工程量。同時在工程完成后，需要加強觀測，必要時開展維護性疏浚工作，保障航道尺度滿足要求。

3 整治方案研究

3.1 攔石壩平面布置原則

攔石壩平面布置時，主要考慮以下因素：1)壩址選擇在峽谷處或盆地、洼地的出口，建壩工程量小、造價低、庫區容量大；2)壩址區宜選擇在交通便利位置，便于機械設備進出、利于施工；3)壩軸線宜布置在地質良好的基巖上，非基巖時應加強地基處理；4)當支流來石量大或者庫容不足時，可布置多級攔石壩。根據以上選址原則，本次攔石壩平面布置選擇在距溪口上游500 m以內合適的位置，采用一級或兩級攔石壩，壩軸線選在覆蓋層較小的基巖上，兩岸有公路可直達現場。以Ⅳ級航道建設工程梭欏灘為例，本灘在溪口上共布置了兩道攔石壩S1、S2，長度分別為12.27、9.54 m，壩軸線分別距溪口50、90 m。

3.2 攔石壩結構形式

在攔石壩結構設計的過程中，主要考慮了4個方面的因素：1)壩體結構穩定性；2)攔石壩可供淤積庫容；3)攔截效果；4)清庫方式。據此，設計出導流孔式攔石壩和廢舊鋼軌式攔石壩兩種結構形式，并對其優缺點進行了對比分析。

3.2.1導流孔式攔石壩

該結構形式采用在溪溝上澆筑混凝土壩體，壩體上預留孔位，以被水流通過，見圖6。優點為攔截能力強，施工方便；缺點為造價高、過水效果不佳，同時可攔截由水流沖刷帶走的泥沙，相同泥石流庫容設計標準下，需要壩頂設計高程高、工程量大。

圖6 導流孔式攔石壩

3.2.2廢舊鋼軌式攔石壩

借鑒泥石流災害治理的成功經驗[5]，該結構采用壩體墩加廢舊鋼軌相結合的形式，見圖7。優點為造價低、過水條件好，在相同設計標準下的工程量更小。經過對比，最佳方案為混凝土墩+廢舊鋼軌結構的攔石壩。

圖7 壩墩+鋼軌式攔石壩

3.3 結構設計

3.3.1攔石壩高度及庫容

攔石壩高度的確定主要依據以下方面確定：1)穩定壩址上游坍塌體和上游的溝道堆積物；2)根據壩址處地形、地質及岸坡工程地質條件；3)攔蓄溪溝山洪來石量和最大庫容。

攔石壩高度計算公式：

Hd=Ls(Ib-Ic)

(1)

式中：Hd為溪溝溝底至攔石壩的有效高度(m)；Ls為上游坡需要掩埋處距攔石壩壩頂上游側的距離(m)；Ib為溪溝原始縱坡坡度；Ic為溪溝回淤縱坡坡度。

攔石壩庫容計算公式：

V=[(B+b)/6]LH

(2)

式中：V為庫容(m3)；B為壩高H時的溪溝寬度(m)；b為溪溝溝底寬度(m)；L為回水長度(m)，由壩高和溪溝比降確定；H為壩高(m)。

攔石壩總壩高為攔石壩壩高和安全超高之和，安全超高取0.5～1.0 m。

以Ⅳ級航道建設工程梭欏灘為例，通過計算，兩級攔石壩設計壩高等設計參數見表1。

表1 梭欏灘攔石壩參數計算結果

根據該灘溪口2006年6月Ⅴ級航道竣工測圖和2016年5月Ⅳ級航道整治工程測圖，通過對比分析，該灘竣工后溪口灘險平均高程492.58 m，本次出現新的淤積，淤積量約2 000 m3，因此該灘10年淤積不能帶走的塊石按照2 000 m3設計，即該灘溪口5年山洪來石量約1 000 m3。因此，該灘兩級攔石壩庫容大于5年溪溝山洪來石量，滿足《航道工程設計規范》規范要求。

3.3.2柵欄間距設計

柵欄間距的設計原則以攔截大粒徑塊石為目的。以Ⅳ級航道建設工程梭欏灘為例，根據地質調查資料，溪口塊石以粒徑大于30 cm為主，達90%以上，從滿足航道整治后的效果和經濟考慮，并結合《航道工程設計規范》要求，柵欄壩間距取0.3 m。

3.3.3壩墩設計

壩墩設計以保障壩體穩定為主要原則。以Ⅳ級航道建設工程梭欏灘為例，采用左右兩岸一側各一個壩墩，底部1.3 m寬度范圍內進行石方開挖，深度為巖基以下0.8 m，壩墩岸側垂直于岸線相交，并將岸坡鑿成毛面，采用C25混凝土現澆壩墩；壩墩岸側采用錨桿結構。

3.3.4穩定性驗算

計算內容包括抗滑穩定性驗算和抗傾覆穩定性驗算。計算公式為：

Kc=f∑N/∑P

(3)

K0=∑MN/∑MP

(4)

式中：Kc為抗滑移穩定安全系數；f為摩擦系數；∑N為垂直方向作用力總和(kN)；∑P為水平方向作用力總和(kN)；K0為抗傾覆穩定安全系數；∑MN為抗傾力矩總和(kN·m)；∑MP為傾覆力矩總和(kN·m)。

計算工況按照竣工后，壩體第一次遭受山洪、發生過小型山洪后再次發生山洪、發生過大型山洪后再次發生山洪分別對應壩后為空庫、半庫、滿庫，提出支墩設計工況。

同樣以Ⅳ級航道建設工程梭欏灘S1攔石壩為例，通過計算，其抗滑移穩定安全系數分別為2.10、2.20和1.97，均大于1.1；抗傾覆穩定安全系數分別為2.41、2.42和2.28，均大于1.3。因此，此攔石壩穩定性驗算均滿足規范要求。

3.4 整治方案及效果

根據灘險礙航特征和成灘原因，并結合外部影響因素等，提出各灘的整治方案，見表2。

表2 瀾滄江Ⅳ級航道整治方案研究

4 結論

1)對溪口灘沖積扇進行開挖，保障航道尺度達到Ⅳ級要求，同時預留一定的富余深度以備淤。

2)當支流有筑壩條件、能容納5年以上山洪來石量、同時支流允許筑壩的前提下，修建攔石壩，解決支流來石來沙問題，從而保障溪口灘的航道穩定。

3)當溪口灘下游有影響阻水阻沙的卡口時，清除卡口，增加溪口沖刷力度，進一步穩定溪口航槽。

4)必要時，輔以常年維護性疏浚的手段，確保航槽穩定，保障航道尺度。通過清除溪口灘沖積扇，再采用攔(攔石壩)、導(清除阻水阻沙卡口礁石)、疏(常年維護疏浚)的工程措施，解決溪口灘航道尺度問題，同時維持灘槽穩定，達到灘段由Ⅴ級提升至Ⅳ級的整治目的。