淺談贛江豐城龍頭山樞紐以下航段礙航成因、整治措施及成效

劉立平，黃建宇

（江西省贛西航道事務中心，江西 宜春 336000）

贛江豐城龍頭山樞紐至龍務洲航道里程約20公里，位于贛江中下游，上距贛江贛州水尺395 公里，下距南昌外洲水文站39.3 公里，航道現狀等級為Ⅲ-（3），維護等級為Ⅲ-（3）。該航段以上河段都已渠化，以下河段屬鄱陽湖湖區航段，故該航段是贛江三級通航的咽喉地。從上至下主要有龍頭山灘、磨盤灘、小港口灘、大港口灘、羅漢石灘、龍務洲灘。

2005 年，南昌至樟樹贛江三級航道整治開工建設，2007 年完工。完工后，該航段航道等級由整治前Ⅴ級提升到Ⅲ級，船舶通航能力由原來的500 噸級提高到1000 噸級，航道條件大大改善。

近年來，受豐城龍頭山水電樞紐運行，水庫蓄清排渾、水電站擔任調峰負荷及人為采砂等因素影響，使下游河道發生較大的沖於變化，河床大幅下切，枯水期水位持續下降，最枯水位時該航段落差達到1.1 米，航道條件逐年持續惡化。同時由于河段中小港口灘、龍務洲灘局部河床覆蓋層泥沙基本沖刷殆盡導致基巖裸露，航道條件明顯惡化，枯水期水深不足，危及船舶航行安全，成為目前贛江Ⅲ級航道全線貫通的主要礙航瓶頸之一。

1 影響龍頭山樞紐至市汊航段通航因素分析

1.1 龍頭山樞紐下泄流量是影響該航段通航的主要因素

龍頭山樞紐于2015 年開工建設，2019 年底基本完工。自2019 年以來，該樞紐開始蓄水發電，蓄水位一直在23.0m 左右。

龍頭山水電樞紐電站投入運行后，特別是在枯水期水電站擔任調峰負荷后，負荷高就開機發電增加流量，負荷低就關機減少流量。枯水期高時下泄流量在1500m3/s 左右，低時下泄流量在100m3/s 左右。電站下泄流量的不穩定性，致使下游水位變化幅度大。枯水期淺灘上的水深本來就小，再受電站調峰影響，擾亂了航道的相對穩定。整治前當下泄流量低于500m3/s 時，下游淺灘水深不滿足三級通航條件，故行船經常被困堵在灘上灘下，不能即時過灘。

據統計，在2019 年豐城龍頭山樞紐蓄水發電以前，該航段處于天然河段，龍頭山樞紐下游豐城曲江碼頭最低水位如下表：

表1

龍頭山樞紐蓄水發電后，豐城曲江碼頭最低水位如下表：

表2

從以上兩個表數據分析，龍頭山樞紐在沒有蓄水發電以前（2013—2018 年），該航段處于天然河流狀態，曲江碼頭最低水位在11.2-11.75 之間。在2019 年蓄水發電后，由于下泄流量不能保證，導致近三年曲江碼頭最低水位在10.6-10.7 之間，根據《江西省贛江龍頭山水電樞紐工程通航安全評估報告（2015 年12 月）》，該樞紐運行后最小下泄流量為358 m3/s。

根據2020 年11 月至2022 年12 月龍頭山樞紐下泄流量分析，當該樞紐下泄流量在400 m3/s 以下時，壩下水位在11米以下；當該樞紐下泄流量在400-500 m3/s時，壩下水位在11—11.5 米；當該樞紐下泄流量在500-700 m3/s 時，壩下水位在11.5—11.8 米，超過800 m3/s 時，水位在12 米以上。通過以上分析，龍頭山樞紐在枯水期下泄流量，對該航段淺灘水深起主導作用，是影響該航段通航的主要因素。

圖1 龍頭山樞紐建閘后枯水期水位流量關系圖（2020～2022 年）

1.2 前幾年無序采砂，造成河床下切是影響該航段通航的人為因素

2007 年，該航段三級航道整治工程完成后，受無序采砂影響，該河段河床演變劇烈，破壞了原河床地質地貌。據江西省航務勘察設計院結合2003 年、2008年、2010 年、2012 年、2022 年五次測量資料和水文史料分析，該河段受采砂影響，河床演變劇烈，枯水位下降幅度4m 以上，河床平均下切5m 左右，枯水比降變陡，深槽大為萎縮，河勢處于劇烈變化狀態。在龍頭山灘、磨盤灘、小港口灘、羅漢石灘、龍務洲灘，由于河床下切，覆蓋層沖刷，部分河床下切深度已接近或超過臨界深度，河床底質為礁板，嚴重影響航道的穩定和發展。隨著采砂活動的限制，雖然河床演變變緩，但河床恢復需要一段相當長的時期。當流量一定，特別是在枯水期，河床下切將會導致明顯水位下降，又會形成新的淺灘，這將大大降低航道通航能力。

1.3 降雨偏少和鄱陽湖水位是影響該航段通航不可預見的因素

近幾年，受厄爾尼諾現象影響，極端天氣頻繁，降雨偏少，上面來水量減少，導致淺灘顯露，水深不足。但也有例外，在2015 年豐水年，該段航道僅有6 天水深不足2.2 米。枯水期該航段受鄱陽湖水位影響較大，當鄱陽湖水位有頂托時，該航段水深良好。當鄱陽湖水位出現低水位時，該航段水位變幅較大。

1.4 船舶大型化，非標準化，超Ⅲ級航道標準運輸是影響該航道通航效率的根本因素

在中洪水位時，水深條件良好，二、三千噸級甚至八千噸船舶都可自由進入豐城港。當枯水期來臨時，由于企業和船民追求利益最大化，不愿過駁，甚至冒險超載，導致船舶擱淺。據我們對枯水期擱淺船舶調查，絕大多數是船舶超吃水配載導致擱淺。另外，豐城曲江碼頭一期工程設計貨物吞吐量每年50 萬噸，近2、3 年每年貨物吞吐量都超過300 萬噸，甚至達到400 萬噸，遠遠高于設計標準，這是因為中洪水期大型船舶運輸的結果。但在枯水期大型船舶、非標準化船舶空載時吃水均超2m，成為制約枯水通航效率的根本因素。

2 整治前該航段通航存在的主要問題

2.1 存在的問題

2021 年省高航中心對豐城龍頭山樞紐以下航段磨盤灘、羅漢石灘進行的應急搶通疏浚，疏浚效果明顯。2021 年最枯水位時，磨盤灘、羅漢石灘航道水深均在2.2米以上。由于龍頭山水電樞紐下游河道近幾年河床演變劇烈，上游來水量不足，枯水期水面線又下跌，導致龍務洲渡口上下游、小港口閘上下游、龍頭山灘等礙航淺段顯現，當曲江碼頭水位10.95 米時（黃海高程），龍務洲渡口上游淺段水深1.8 米，長約200 米，下游淺灘水深1.6 米，長約150 米；小港口閘上游淺段水深1.6 米，長約500 米；龍頭山灘淺段水深1.5 米，上淺段約200 米，下淺段約400 米。以上三個淺段，原本都不礙航，但在2020 年枯水期開始出現散亂性淺段礙航。目前該三個淺段是制約該航段通航的主要淺段。

2.2 礙航成因及演變分析

龍頭山水電樞紐運行后，低谷流量使庫區下游河槽水位大幅下降，航槽變淺。受影響最嚴重的是水位降低，水面縱波變陡，航道演變加快，淺灘脊發育差。特別是在12 月-1 月低谷水位最低值時，水電站的調峰對不良類型的淺灘影響最大。

龍頭山灘、小港口灘在2019 年以前一直滿足三級通航標準，但自龍頭山水電樞紐運行以后，龍頭山樞紐至龍務洲航段處于頻繁沖刷變化狀態，導致該航段的洲灘多變，航槽不穩定，水深不足。

龍頭山灘右岸是壩田，左岸是凹岸，因彎道凸岸受切割，凹岸彎頂上側出現水下堆形心灘，形成新的礙航點。

小港口灘由于來流量減少后，灘脊坡降變陡。主流頂沖點上移，掃彎水較強，流速加大，流態紊亂，糙率降低，航道內因覆蓋層沖刷殆盡，河床已至巖基。水深不足，流速流向多變，給船舶航行和航標設置帶來不利影響。

大港口灘上游處于干支流交匯處，近年來由于懸移質增多，糙率增大，動床阻力大，致使造床系數高，凹岸有大量泥沙落淤，普遍淤積，深泓線偏移變窄。

羅漢石灘受局部沖刷和河床下切影響，由于地質原因，在航道上形成了一道長約300 米的“橫坎”，在枯水期好似溢水壩，灘上游形成雍水，下游出現跌水，甚至“吊坎水”。

龍務洲灘受沿線河床下切、水位下降的影響，礙航特性突顯。龍務洲航段礙航主要體現在兩個方面：一是局部航道水深不足；二是羅漢石灘礁石攔斷河道導致局部跌水影響通航安全。

龍務洲洲尾航段受大量挖砂影響，特別是官洲的挖失，使該河段形成了“喇叭”口。河型的變化，改變了河床邊界條件，導致該航段分流比消失，縱比降變小，水流平緩，航道演變雜亂無序。由于水面寬闊，水流突變緩，每年在洪水期有大量懸移質淤積，懸移質在河床演變作用下，在航道內淤成一道動態的縱向泥沙淤積帶，導致航道深泓線偏移，枯水期水深不足，彎曲半徑不夠。

3 航道整治工程方案及內容

3.1 整治工程方案

根據豐城龍頭山樞紐至龍務洲航道通航存在的問題、礙航成因及演變分析，航道管理部門與設計單位經多次專題討論、研究，提出了以下方案比選：

方案1：維持現狀河床地形，通過增加枯水期龍頭山樞紐下泄流量，使沿程航槽水深滿足2.3m。經初步測算，該方案需保證龍頭山樞紐下泄流量不小于950m3/s。

方案2：結合現狀河床地形（小港口灘航槽底高程8.5m、龍務洲航槽底高程7.0m 控制），通過局部少量的疏挖，輔以上游龍頭山樞紐下泄流量的調度，使沿程航槽水深滿足2.3m。經初步測算，該方案需保證龍頭山樞紐下泄流量不小于615m3/s。

方案3：不考慮龍頭山樞紐下泄流量的調度，在80%、85%、90%、95%四級保證率流量下，通過工程措施實現Ⅲ級航道。

經初步測算，各方案主要工程量見下表：

表3 各方案主要工程量對比表

（4）針對上述各方案，由航道管理單位、樞紐管理單位等相關部門進行了討論。從增大上游來流量的可行性、工程實施方案的經濟性、工期合理性等方面進行了綜合比選，確定了本次航道養護工程整治方式為加大上游來流量及整治措施（疏浚、炸礁）相結合，上游來流量取85%保證率天然流量，即上述方案3-3。

3.2 整治工程內容

根據比選成果，確定了本次航道養護工程整治方式為加大上游來流量及整治措施（疏浚、炸礁）相結合，上游來流量取85%保證率天然流量。

因此，本次航道養護工程設計邊界條件為：上游來流量取85%保證率天然流量，下游水位采用該流量對應的水位。

本工程上起于贛江豐城龍頭山樞紐船閘下引航道出口，下止于贛江豐城龍務洲尾，河段全長約20km，涉及龍頭山灘、小港口灘、大港口灘、龍洲頭灘以及龍洲尾灘共5 個淺灘。工程方案方案布置表如下：

表4 工程方案布置表

工程河段地理位置示意圖如下：

圖2

4 整治工程措施

4.1 整治工程技術措施

本次航道養護工程整治方式為加大上游來流量及整治措施（疏浚、炸礁）相結合，上游來流量取85%保證率天然流量。本工程采用綜合歷時曲線法計算得到龍頭山樞紐壩址85%保證率流量值為581.4m3/s。

當上游來流量≥85%保證率流量時，通過實施航道整治工程實現Ⅲ級航道暢通；當上游來流量＜85%保證率流量時，聯合調度龍頭山樞紐、新干樞紐運行方式，分時段加大上游來流量（不小于85%保證率流量），以滿足Ⅲ級航道通航尺度。

4.2 整治工程標準

工程河段現狀按Ⅲ-（3）級航道標準進行維護，航道尺度2.2×60×480m（航深×航寬×彎曲半徑）。

本次養護工程按Ⅲ-（3）級航道標準進行養護，考慮到工程河段多數為硬質河床，根據《內河通航標準》增加硬質河床富余水深0.1m，故航道尺度2.3×60×480m（航深×航寬×彎曲半徑）。

4.3 設計水位

4.3.1 基本站設計水位

根據工程河段上下游水文（位）分布情況，選擇下游贛江干流市汊站作為推求設計水位的基本站，由于龍頭山樞紐壩址至市汊河段無支流匯入，近似認為龍頭山壩址流量等于市汊站流量。

圖3 市汊站水位-流量關系圖（2015～2019 年）

由上述分析可知，近年來市汊站中枯水水位流量關系基本穩定，故選擇2019 年作為水文代表年份，繪制“市汊站水位-流量關系曲線”，推求市汊站85%保證率水位。經計算，龍頭山壩址85%流量值為581.4m3/s，對應市汊站水位為9.97m。

圖4 龍市汊站水位-流量關系圖（2019 年）

4.3.2 河段沿程設計最低通航水位計算

根據上述確定的龍頭山壩址流量及市汊站水位組合，結合2021 年7 月全河道測圖及2022 年工程區補測大比例測圖，通過多個方案試驗性模擬，得到既能滿足水深要求，且開挖量較低的方案，工程前后設計最低通航水位見表5。

表5 工程前后設計最低通航水位成果表

4.3.3 航道整治底標高

本段航道按內河Ⅲ-（3）級標準養護，航道設計水深原則上按航道現狀維護水深確定，即2.2m，由于工程河段工程區多數為硬質河床，根據《內河通航標準》，另取硬質河床富余水深0.1m，即工程河段航道設計水深為2.3m，設計河床底標高見下表：

表6 挖槽區設計河床底標高

表7 清礁區設計河床底標高

4.4 挖槽平面布置

4.4.1 規劃航道走向

本次航線規劃遵循“充分依托現有航道走向，盡量利用深泓”的原則，采用2022 年航道測圖，對工程河段航道線進行規劃，規劃航道寬度60m，彎曲半徑不小于480m。

4.4.1.1 龍頭山灘、小港口灘

兩灘段位于龍頭山樞紐壩下，枯水河面寬度350～530m，大部分區域河床底質為巖石。歷史上曾對該灘段進行了多次的疏浚、炸礁等整治，整治后起到一定的效果，航道條件有所改善，現狀航道范圍內河床標高多在8m～10m 左右。近年來受大規模采砂活動影響，贛江下游河床大幅下切，枯水水位持續下降，灘段內水深條件有所惡化。

該河段邊灘交錯分布，受邊灘控制，河段內深槽上段（龍頭山樞紐近壩段）偏居于左岸，壩下里程約3.5km（新越瀝青公司附近）處開始向右岸過渡，至壩下里程約6.2km（小港口閘附近）處貼右岸前行。規劃航線依托深槽布置，上段對接龍頭山一線船閘后，由左岸深槽逐漸過渡至右岸深槽。

圖5 龍頭山灘、小港口灘規劃航線布置圖

4.4.1.2 大港口灘

該河段河勢微彎，左岸邊灘大片發育，主流和深槽居于右岸，枯水河面寬度300～650m。規劃航線依托深槽布置，貼右岸前行。

圖6 大港口灘規劃航線布置圖

4.4.1.3 龍務洲河段（龍洲頭灘、龍洲尾灘）

該河段河面首尾寬，中段窄，呈“啞鈴”狀。中段羅漢石附近沿河道走向約有200m 長河床表層為基巖，近年來隨著贛江下游枯水水位的下降，巖質河床難以沖刷，羅漢石附近航道水深不足，成為主要礙航瓶頸之一。

該灘段入口左岸邊灘分布，深槽居于右岸；受右岸龍務洲高灘的控制，深槽逐漸向左偏折，于窄段向右貼高灘前行；至洲尾，河面開闊，深槽再次偏向右岸。規劃航線依托深槽布置，自右岸過渡至左岸后，再次折向右岸。

圖7 龍務洲河段規劃航線布置圖

4.4.2 整治工程平面布置

規劃航道范圍內設計水位下水深不足2.3m 的區域為疏浚區和清礁區。按照此標準，共布置4 條疏浚挖槽和10 條清礁挖槽，總長4831m。各灘段分布情況如下表：

表8 各灘段挖槽分布表

表9 各灘段清礁區分布表

4.5 挖槽斷面設計

4.5.1 挖槽縱坡

挖槽縱坡根據工程后沿程水面線縱坡確定，各灘段挖槽縱坡均為平坡。

4.5.2 挖槽橫斷面

4.5.2.1 槽設計深度

H=H設=2.3m

式中：H— 挖槽設計深度（m）；

H設—航道設計水深（m）。

4.5.2.2 挖槽設計寬度

根據確定的Ⅲ-（3）級航道養護標準，航道寬度為60m，故挖槽設計寬度確定為60m。

4.5.2.3 挖槽設計邊坡

根據地質鉆探資料和《疏浚與吹填工程設計規范》，疏浚河段河床質以圓礫為主，挖槽設計邊坡可采用1：2～1：5。考慮挖槽開挖深度和挖槽長度，挖槽邊坡按1∶3 控制。

4.5.2.4 挖槽設計斷面

挖槽設計斷面如下圖。

圖8 挖槽斷面圖

圖中：實線為設計斷面，虛線為工程量計算斷面。

H -挖槽設計深度；

B -挖槽設計底寬；

M -挖槽邊坡系數；

Δh、Δb-分別為工程量計算超深和超寬。疏浚河段河床質以圓礫為主，擬選用抓斗挖泥船進行疏浚開挖。根據《疏浚與吹填工程設計規范》要求，4 方抓斗挖泥船超深、超寬取值分別為0.5m、4.0m。

4.6 清礁斷面設計

4.6.1 縱坡設計

清礁區縱坡根據工程后沿程水面線縱坡確定，各灘段挖槽縱坡見下表：

表10 清礁區設計縱坡

4.6.2 清礁橫斷面設計

4.6.2.1 清礁設計深度

如前所述，清礁設計深度按設計最低通航水位以下2.3m 考慮。

4.6.2.2 清礁設計寬度

與設計航道寬度保持一致，確定為60m。

4.6.2.3 清礁設計邊坡

根據地質鉆探資料，炸礁河段河床質為礁石，Re=2.3MPa，根據《疏浚與吹填設計規范》，設計邊坡可采用1：1.5～1：2.5。考慮到本工程清礁厚度普遍較小，故本次設計邊坡采用1∶2。

4.6.2.4 清礁炸礁設計斷面

清礁設計斷面如下圖。

圖9 清礁斷面圖

圖中：實線為設計斷面，虛線為工程量計算斷面。

H -清礁設計深度；

B -清礁設計底寬；

M -清礁邊坡系數；

Δh、Δb-分別為工程量計算超深和超寬。根據《疏浚與吹填工程設計規范》，挖巖、清渣的計算超深、超寬值可取為1.0m、4.0m。考慮內河小型施工設備施工超深、超寬可適當減小，本工程計算超深、超寬值取為0.5m、4.0m。

5 整治工程效果

5.1 淺灘水深整治效果

整治工程自2022 年7 月開始施工，11 月底基本完工。12 月10 日全段單波束掃測驗收通過，12 月15 日硬式掃床驗收合格。整治工程完工后，2022 年12 月31日上午08 時龍頭山樞紐：壩上水位24.13m，壩下水位11.17m，下游曲江碼頭水位11.0 米（接近設計最低通航水位11.1 米）。入庫流量：554m3/s，出庫流量：554m3/s（接近85%通航保證率龍頭山樞紐下泄流量563m3/s），其中機組出庫流量：554m3/s，閘門出庫流量：0m3/s（閘門開0 孔）。經贛西通航辦巡查科人員實測，當曲江碼頭水位11.0 米時，龍頭山灘航道水深最低淺點2.4 米，小港口灘航道水深最淺點2.3 米。龍霧州渡口處航道水深最淺點2.5 米，龍霧州尾航道最淺點水深2.5 米，水深大于三級通航標準，整治超過預期效果。

5.2 水面線整治效果

2022 年12 月6 日，江西省航道工程局工程處、贛西航道事務中心通航辦對龍頭山灘至龍務洲灘上午8 時瞬時水位進行監測，曲江碼頭水位13.2 米，龍務洲灘水位12.9 米，落差30cm，比降為0.015‰。

從水位監測結果得出結論，整治后枯水期水面比降明顯變緩，水流平緩，落差變小。

5.3 航道通航效果

2022 年11 月26 日，龍頭山灘、小港口灘整治工程掃床驗收合格，11 月29 日下午2 時，曲江碼頭水位11.10 米（設計最低通航水位），航道整治工程后的小港口灘迎來了兩艘煤炭船和一艘集裝箱貨船首航，經過近1個小時的航行，3艘貨船順利駛過小港口灘，磨盤灘、龍頭山灘，到達曲江碼頭，標志著豐城龍頭山灘，小港口灘整治效果明顯。