汊流型沙質淺灘的航道治理研究

黃金俊

（江西省港口集團有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

汊流型沙質淺灘的航道治理一直是航運領域的重要問題，因為這些淺灘不僅對船只造成安全隱患，還對貿易和經濟活動造成嚴重影響。過去，已經開展一些航道治理工程，但仍然存在不足，需要進一步改進。一方面，汊流型沙質淺灘的地理和地質條件復雜多變，不同航道可能存在不同的挑戰和問題。現有的研究通常缺乏足夠的地域性和個性化，很少考慮不同地區或航道的特殊情況。另一方面，現有的航道治理方法主要集中在機械疏浚和爆破等物理方法上，這些方法常常昂貴且破壞環境。需要更多地關注環保和可持續性，尋找更加環保和經濟的治理方法，如生態恢復和沙灘穩定技術，以減少對生態系統的破壞[1]。因此，通過深入研究汊流型沙質淺灘的航道治理措施，可以更好地應對存在的問題，促進航道治理的可持續發展。

1 案例概況

黃河頭道墩至橫城渡口段總長37.20km，為散亂型平原河道。該河段為沙質河床，兩岸沙質臺地土質疏松，容易坍塌潰崩；河床橫向寬淺變化大，平面呈現藕節態，水流散亂，灘洲密布，主流擺動劇烈，淤變頻繁。園藝場灘岸線凹凸，河床形態復雜。洪水期時，水流漫灘，河面展寬，過流狀態良好；中水期，在左岸存在的凸咀和磯頭的不良影響下，部分區域的過流存在較嚴重的不良狀態，不利于安全通航；因此，在水工分析的基礎上，最終決定實施右汊構建鎖壩、左汊入口疏浚的改進方案，圓滿完成治理任務。

2 汊流型沙質淺灘的航道治理方案分析

2.1 初步方案主要內容

第一，小龍頭碼頭附近航道疏浚，疏浚長度為495m，挖槽截面1.60m×35m，以便船只進出；

第二，1#洲左汊入口段疏浚，挖槽截面1.60m×35m，并在1#江心洲頭布置齒狀攔沙壩，其壩長259m；攔沙壩分為兩條，上壩長度82m，下壩長度111.50m；

第三，灘中段的左側修建5 條垂直于河岸的丁壩，長度分別為122m、177m、170m、138m 和191m；并疏浚3#洲外淺區，疏浚長度319m，挖槽截面1.60m×35m；

第四，在5#～6#洲間開挖新航道，疏浚長度約710m，挖槽截面1.60m×35m；

第五，在右岸1#、4#、5#、7#江心洲上，鋪設2#、4#、6#三條堤防，高度與灘面相平，長度分別為964.10m、834.10m 和581.50m；

第六，左岸的第9 座江心洲分別鋪設了上下游4條丁壩，長度分別為96.10m、142.60m、249.10m 和235.10m；

第七，河灘村的第13 座江心洲左汊修建了3 條丁壩，長度分別為116m、134m 和166m，并在12#和13#江心洲對右側2 個淺區給予疏浚，疏浚長度分別為356.10m 和714.10m；

第八，為了預防江心洲沖蝕和防范岸線崩塌，對于容易被沖刷的洲灘和河岸實施了護岸護洲措施。

2.2 初步方案水工分析結果

基于系列工程參數，經二維水流數學模擬計算，分析顯示，通過對初步方案的治理，位于1#洲頭的梳子壩的功能得到體現，包括水流導向效果和水位調整功能的實現。然而，由于中段左岸配置了5 條護灘帶，而右岸只有3 條護灘帶，河寬被縮窄至約200m，比治理前縮窄了近80%，導致該區域的水流過于集中，結果是水流過快，水位升高。在13#洲左汊修筑的3 條丁壩，因為壩身較長，使河寬收窄了1/3，右汊的流速增加明顯。計算結果顯示，在治理前，當水位上漲至0.70m 時，河面增加寬度，灘口航線深度達到2m，航道入口處的中流速為1.20m/s，中段區域的中流速為1.45m/s，岸凸處已經有輕微的挑流現象，但并不強烈，通航狀態仍然良好[2]。

3 汊流型沙質淺灘的航道治理中期優化方案

3.1 優化方案主要內容

在初步方案和模擬成果基礎上，優化方案如下：

一是護洲護岸：保護易動易沖洲灘和河岸，例如左汊入口處左岸、8#洲尾和主題公園洲頭等地，通過護洲護岸控制流態穩定。

二是上段：將1#洲頭原梳子壩改為魚骨壩，壩頭按照順時針的方位進行調整，參數為100°。在設計時，壩高相較于原有水位提升了0.05m，而縱坡則根據1/300 的要求進行了優化。洲面與壩根緊密連接，主壩的左右側各附有3 條魚骨壩。對左汊入口進行挖槽優化，其軸線走向與設計平行，并向左移動了30m，斷面尺寸仍為1.60m×35m，總長度為560m。

三是中段：在1#洲的中部，建造一座長216m 的順流導壩和5#洲頭建造一座長91m 的洲頭壩。左岸建有3 條護岸，其長度分別為46m、82m 和132m，在6#洲的左汊彎段，建護岸短丁壩12 座。同時挖深拓寬5#～6#洲間的河道，新航槽的槽寬從設計的35m增至50m，促進流態改善。

四是下段：9#洲上游的左岸，新建丁壩5 條，自上而下長度分別取45m、56m、106m、160m 和240m，以導順水流，并疏浚右汊淺區。

五是河灘村灘段：在左岸新建丁壩3 條，由上而下的長度分別為113m、70m 和101.60m，壩高在原設計水位基礎上增加0.50m；疏浚治理12#～13#洲淺水區，疏浚長度分別為343.10m 和570.10m。

六是對小龍頭碼頭進行港池開挖處理，以利于船舶在該區域方便出入和泊靠。

3.2 優化方案水工分析結果

基于系列工程參數，經二維水流數學模擬計算，分析成果如下：

一是上段：洲頭魚骨壩對保護洲頭和兩汊分流比控制作用比較明顯，左汊入口中流速比治理前加大0.16m/s。設計流量下，該段水位相對治理前變化值在0.01～0.02m，較初步方案大幅度提高。在流量690m3/s 時，較治理前水位壅高0.11m，比初步方案降低0.47m。在各個流量狀態下，經過疏浚處理的航道區域的水流速度分布比治理前增加0.10～0.20m/s，這對于控制航道淤積非常有利。

二是中段：優化方案具體實施后，在261.0m3/s 的流量條件下，航道的中流速是0.97m/s，比原方案的中流速提高0.25m/s。整理后中流速維持在0.93～1.55m/s，比初步方案降低了0.53～0.67m/s。當流量690m3/s 條件下，水位上升，6#洲漫灘的河面變寬，流速0.1～0.25m/s，較治理前水位上漲約0.08～0.22m，比初步方案降低了約0.28m。5#洲灘的左汊分流量減少，右汊分流量加大，洪水流量1000～3000m3/s 時，新航道內流速變化值為0.25～0.30m/s，比治理前水位上漲約0.09m，比初步方案降低了約0.27m。

三是下段：河灘村灘的流速比治理前流速有所加大。在設計流量情況下，航槽下和航槽上的流速分別為1.270m/s 和0.950m/s，比治理前分別增加了0.140m/s 和0.580m/s。當流量為690.0m3/s 時，航槽上和下的流速分別增加了0.320m/s 和0.080m/s，分別達到1.450m/s 和1.490m/s。在1000～3000m3/s 的洪水流量下，12#洲的航道中流速在1.750～3.160m/s，比治理前有不同程度的增加，考慮到治理需求，增加最大值設計為0.420m/s。龍盤灣碼頭水域流速設計按照原有規范控制在1.71～3.27m/s，比原方案降低了約0.270m/s。在保持流量440m3/s 條件下，河段的航中流速在0.58～1.74m/s，比降幅度控制在0.20‰以內，局域最大比降也僅為0.36‰，過流狀態良好、水流平穩。流速治理功效前后比較見表1。

表1 流速治理功效前后比較（流量819m3/s）

模擬分析顯示，優化方案治理后，左汊流量有所增強。當527m3/s 流量時，入口區域的最大航中流速相比治理前提升了0.34m/s。灘中過渡段的流速1.9m/s，提升了0.44m/s。因為丁壩縮短，河灘村灘的航中流速比初步方案降低0.10m/s，這有助于防止航道遭受過度沖刷。其他區域流速雖然有漲有落，但變化的絕對值不大。當819m3/s 流量時，左槽入口區域的航中流速從治理前1.20m/s 增加到治理后的1.42m/s，達18%增幅。灘中過渡段的流速達到1.77m/s，提升了0.29m/s。相比治理前，河灘村灘的中流速提升了0.26m/s。各級流量狀態下，河段水面的比降總體變化不大。

經過治理后，園藝場5#洲左右兩汊的分流比產生明顯變化，其總體趨勢是隨著流量的增加，右汊分流比則逐漸增大，而左汊分流比逐漸降低。在設計流量為261m3/s 條件下，左汊分流占比91.30%，比治理前提高了31.80%。當流量760m3/s 條件下，左汊分流占比76%。而在流量為690m3/s 條件下，左汊分流占比則為66.10%，較治理前提升了21.60%。左汊分流占比明顯降低，1000.10m3/s 的流量條件下左汊分流的占比51%，1500.10m3/s 的流量條件下左汊分流的占比44.30%。

4 汊流型沙質淺灘的航道治理方案實施效果

4.1 實施方案的確定

上述分析顯示，采取優化方案治理后，增強了灘洲的結構穩定，更加合理地控制流態。在淺區流速實現適度增加的條件下，航槽結構很穩定，過流順暢無阻。航行條件明顯改善。與初步方案相比，水流阻礙更小。實施治理工程后，大大控制和降低了河段水位的洪水期上升幅度。因此，案例工程選擇優化方案作為治理方案。

4.2 實施方案定床輸沙試驗

在初步選定治理方案后，采取定床輸沙方式對航道的穩定性開展了分析研究。試驗采用1500m3/s 流量標準，借以檢測河段通過優化治理后的泥沙運動狀態。測試結果表明：

第一，治理后，案例灘段的上游仍保持兩個分汊狀態，部分泥沙仍從右側分汊通過。由于洲頭魚骨壩的作用，左側分汊入口處的水流速度略有增加。航槽內除邊灘稍有淤積以外，未出現淤沙停留情況。但淺區的流速有所增加，仍存在著微沖刷。

第二，航槽速度普遍較為平穩，除了左岸位置存在淤泥集中情況外，其他區域均未出現淤泥現象。

第三，由于丁壩束水影響，左岸航槽水流增加。然而，分析測試結果表明，該區域的回淤可能性較低。

第四，對于河灘村灘的治理措施，主要采用筑壩和疏浚相結合的方式進行。治理完成后，水流明顯增加，且未出現淤積情況。

第五，由于采用近岸挖掘的方式，上游碼頭港池存在一些淤沙問題。而下游龍盤灣碼頭的水流速度相對較大，可能需要特別關注流速對航道的影響。

第六，航道中流速比較適中，流態平穩。除了左岸護灘和壩田間仍存在低程度淤積外，其他區域未見淤沙現象。

第七，河灘村沙洲進行了筑壩和疏浚治理，治理后航道流速加快，未發現淤積現象。

第八，由于丁壩的束水作用，左岸航道流速加快，測試結果表明，回淤的可能性比較低。

第九，碼頭港池因近岸開挖影響，發生少量淤沙。龍盤灣碼頭水域的流速較快，但未發生泥沙淤積。

綜合測試結果，優化方案設計合理，該方案治理下，航槽基本穩定，淺區適度流速增加。

5 結語

總之，在汊流型沙質淺灘的航道治理過程中，結合工程實例進行詳細說明，分析前期、中期以及后期的治理效果。從上述整改后的施工參數發現，各方面的治理效果良好，滿足了通航的要求。未來，還要注重汊流型沙質淺灘航道治理方法的研究，要結合生態學、水文學等專業領域的知識與技術，從而更好地理解和應對汊流型沙質淺灘的影響。