長江中下游岸線大型臨江港區工程水土保持設計探討

陳蘭 王志剛 錢峰 劉曉路 王一峰 劉紀根

［關鍵詞］ 港區工程；水土保持；設計難點；武漢新港；長江中下游

［摘 要］ 為有效防治長江中下游岸線大型臨江港區工程建設可能造成的水土流失，以武漢新港陽邏港區三作業區一期工程為例，分析了設計和施工中面臨的平面布置制約因素多、土石方工程量大、生態環境敏感性強、施工組織復雜、水土流失風險高等難點。針對上述問題，提出了從水土保持角度優化工程布局和施工組織設計，制定完善的水土流失防治措施體系，采取蓄、滲、滯、排的雨洪集蓄利用技術等建議。經多年運行，工程經濟、社會、生態效益顯著，設計思路可為同類工程水土保持設計提供借鑒。

［中圖分類號］ S157? ［文獻標識碼］ A? DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.01.009

長江經濟帶建設是我國大力推進區域協調綠色發展、打造中國經濟新增長帶的重大戰略舉措。黨的十八大以來，沿江11省市以生態引領發展，促進經濟社會發展全面綠色轉型，“共抓大保護、不搞大開發”成為長江經濟帶發展的指導思想和方針政策。隨著近年來長江中下游地區集裝箱吞吐量迅速增長，新時代水土保持工作對長江中下游岸線大型臨江港區發展提出了新的要求[1]。結合長江中下游河道概況，以武漢新港陽邏港區三作業區一期工程（以下簡稱“陽邏港區一期工程”）為例，梳理了長江中下游岸線大型臨江港區工程水土保持設計難點，總結了水土保持設計策略，以期為港區工程水土保持設計提供借鑒和參考。

1 長江中下游河道概況

長江中下游河道上至宜昌，下至長江河口，全長1 893 km，是我國重要的沖積通航河段，其防洪、生態安全等關系長江經濟帶的發展。近年來，長江上游來沙量明顯減少，中下游干流河道長期處于沖刷態勢，局部河段崩岸頻發，威脅防洪安全，成為“安瀾長江”建設中需要著重解決的突出問題。長江中下游分汊河道表現為短汊發展占優的演變特性，下游彎道段凸岸邊灘受水流沖刷后難以恢復原狀，“撇彎切灘”現象較為普遍。同時，作為我國最大的河流和黃金水道，長江中下游兩岸生態環境敏感性高，沿岸工程建設造成的生態破壞很難恢復。此外，長江中下游平原區是我國暴雨多發區和暴雨強度最大的區域之一，暴雨徑流會挾帶工程建設產生的泥沙進入河道，造成水土流失。

2 工程項目組成

武漢新港陽邏港區位于武漢陽邏經濟技術開發區長江北岸，是長江中游港口城市群中的核心港區，是建設長江經濟帶的先導區。陽邏港區一期共計劃建設4個5 000 t級集裝箱江海船泊位，占用岸線長度563 m，設計年通過能力74萬TEU；于2013年3月開工建設，2015年12月完工并試運行，總工期34個月；實際完成總投資21.78億元，其中土建投資70 289萬元；工程主要由碼頭及引橋區、集裝箱堆場區、管理及輔助設施區、進出場道路區和施工生產生活區等部分組成。

1）碼頭及引橋區。該區占地面積7.8 hm2，碼頭布置為直線形，占用岸線563 m，平臺尺寸為563 m×30 m，平臺通過3座引橋與后方陸域堆場相連，引橋總長2 265.3 m。

2）集裝箱堆場區。該區位于陸域前方，其內布置有重箱堆場和空箱堆場，占地面積31.96 hm2。重箱堆場位于陸域前沿，平行于碼頭前沿線布置，空箱堆場位于其后。堆場區內道路呈環形布置。堆場為夯填土填筑，堆場前沿高程29.3 m，前沿邊坡坡比1∶3，坡面鋪設有六邊形混凝土預制塊防護。

3）管理及輔助設施區。該區占地面積12.88 hm2，由生活管理區、輔助設施區和配套設施區組成。輔助設施區位于陸域堆場后方，設有綜合辦公樓。配套設施區位于進場大門附近，布設有拆裝箱庫、污水處理站、消防泵房及水池、箱修間等。

4）進出場道路區。該區占地面積2.81 hm2，設在陸域后方，進出場道路長536 m，與平江路連接。

5）施工生產生活區。該區占地面積5.5 hm2，布置于一期工程擴建場地上，位于堆場東南側，包括臨時工棚、臨時辦公區、停車場、建材堆放場、加工場、拌和站等。

3 港口工程設計和施工難點

3.1 施工區位于水陸交錯帶，平面布置制約因素多

港區工程施工區位于水陸交錯帶，陸域用地有限，自然條件不穩定，施工平面布置制約因素多。陽邏港區一期工程水域緊鄰長江主航道，碼頭前沿附近等高線不平順，有磯頭零散分布，水流情勢復雜。從減少對航道影響的角度，碼頭前沿線應靠岸側布設，但碼頭前沿線越靠近岸側，清除前沿磯頭的炸礁工程量就越大。水土保持設計時進行了平面布置優化，綜合考慮了自然水深、枯（洪）水期水流流向、地質條件，船舶靠離泊作業、碼頭前方裝卸工藝布置、減少對施工區域擾動要求，以及碼頭沿線與既有防洪工程、航道的關系等，選擇經濟合理的碼頭區平面布置方式。

3.2 施工土石方量大，需要合理選擇豎向布置

港區工程建設通常動用土石方量較大，特別是堆場施工多采取大挖大填方式，容易造成水土流失。陽邏港區一期工程開挖土石方總量111.69萬m3，填方總量110.08萬m3，利用1.61萬m3，無借方和棄方，工程建設破壞了原地貌，削弱了其水土保持效果。

陽邏港區一期工程項目區位于長江中下游湖積沖積平原。陸域內沿江筑有防護大堤，堤頂標高28.70 m，堤內地勢較平坦，但局部地區為人工堆填，最高點高程50.8 m，最低點（河湖港汊地區）高程20.1 m。陸域內設0.5％的單向坡，陸域前沿設計標高29.3 m，后沿設計標高32.9 m。堆場區域位于長江內陸灘涂位置，采取大挖大填施工方式，最大高差達10 m，造成了較大不均勻沉降，而重箱堆場區對地基沉降要求較高。為減少地基不均勻沉降，港區施工設計必須兼顧總體使用功能要求，做好場地的豎向設計，盡可能減少土石方開挖、回填量。

3.3 干流兩岸生態環境敏感性強

近年來長江經濟帶地區環境治理雖取得積極進展，但中下游干流兩岸生態環境敏感性強，生態保護形勢依然嚴峻。目前，長江中下游干流航運交通頻繁，岸線利用率已達25%左右，其中江蘇沿江岸線不到1 km就設有1座碼頭，可作為兩棲動物棲息地和水域生態屏障的自然岸線逐漸減少，而施工過程中過度采砂、水土流失等又進一步破壞了生物棲息環境。

陽邏港區一期工程項目區臨江岸線屬長江高河漫灘，枯水位時有基巖出露，但水域水深條件好，陸、水作用頻繁。工程建設在施工期大規模開挖、陸域吹填、地基處理、碼頭樁基施工、道路建設等環節均存在水土流失隱患，特別是水域碼頭前沿鉆孔處平均水深為10 m，若處置不當則很可能會造成水域生態破壞、岸線淤積、水質污染等。

3.4 長江洪枯水位變幅大，施工時序要求高

受雨季和上游來水量影響，長江中下游河道水位年內變化幅度大。陽邏港區一期工程總工期長達34個月，在不影響工期的前提下，在施工設計中合理安排施工時序，做到既確保碼頭和堆場區安全度汛又有利于水土保持，是設計中的主要難點。

3.5 施工過程中存在潛在水土流失風險

港區施工過程中多環節存在潛在水土流失風險。比如，施工期碼頭及引橋區港池疏浚產生的淤泥和樁基施工產生的泥漿鉆渣，集裝箱堆場區表土剝離、建構筑物基礎挖填形成的大量高陡裸露邊坡、挖填松散土方無序堆放、運行期碼頭及引橋區散雜貨物防護不到位，以及集裝箱堆場區、管理和輔助設施區綠化或排水設施養護或處置不當等，均有可能加劇項目區水土流失。

陽邏港區一期工程集裝箱堆場區面積31.96 hm2，硬化比例高達99.2%，綠化面積僅0.24 hm2。大面積的場地硬化改變了項目區原水循環路徑，影響地表產流，加劇排澇壓力，進而引發水土流失。因此，項目設計過程中要合理運用各項水土保持技術措施，根據當地降雨情況，合理集蓄利用雨水，排除多余積水，保護項目區生態環境。

4 水土保持優化設計思路

針對上述設計難點，為減少工程建設和運行過程中可能造成的水土流失，提出以下優化設計思路。

4.1 從水土保持角度優化平面布置

在設計階段綜合考慮項目區水下地形、水流情勢等自然因素，分析碼頭前沿線與航道、既有防洪工程的關系，以及碼頭與陸域銜接的合理性等關鍵因素，對碼頭平面布置中的水土保持方案進行優化比選，最終采取將碼頭前沿線布置在同一條直線上，方位角152°～332°，使方案更加經濟合理。

陽邏港區一期工程堆場前沿設計高程為29.3 m，高于既有防洪墻頂部高程（28.70 m）。在陸域堆場建設方案中，經有關部門批準，拆除了既有防洪墻，用堆場前沿的水工建筑代替此段防洪墻的防洪作用。防洪墻拆除后，堆場前沿與上游武磯頭自然高地之間通過新筑土堤封閉，堆場前沿與下游端現狀防洪墻之間的缺口通過新筑防洪墻封閉，有效減少了地表擾動和工程動用土石方量。

4.2 基于水土保持的施工組織優化設計

港區建設施工過程中應優化施工組織設計，融入水土保持理念，采取新的施工工藝，合理安排施工時序[2]，各項工程分步進行，從而最大限度地減少項目區水土流失。陽邏港區一期工程的具體做法有：

1）采用碼頭施工新工藝，減少水域懸浮物。碼頭建設過程中采取沉樁法施工，水下施工會造成局部水域懸浮物增多，灌注樁施工過程中鉆孔取渣容易造成水土流失。因此，設計方案明確要求主體設計采用新方法和新工藝，以減少在水域施工時產生的懸浮物。陽邏港區一期工程碼頭施工過程中采用絞吸式挖泥船進行疏浚，挖泥、輸泥、卸泥等過程均由挖泥船自身連續作業實施，先進的疏浚工藝可減少懸浮物的產生。同時，修建鉆渣沉淀池等臨時措施，鉆渣由泵送至沉淀池進行沉淀、固化處理，鉆渣干化后用于進出場道路區場地填筑，以減少棄渣量。

2）保護和利用表土，優化土石方調配。陽邏港區一期工程充分利用了疏浚清淤的淤泥及項目區內可利用的表土。工程疏浚清淤產生的淤泥1.88萬m3、剝離的表土1.65萬m3，均堆放于施工生產生活區的臨時堆土場，用于后期項目區綠化，避免了異地取土或購買綠化覆土。

港區建設過程中需要大挖大填，主體工程設計時只對總體土石方量進行了較為粗略的計算，但在實際施工過程中，土石方的開挖填筑在陸域堆場形成、施工場地布置、施工臨時道路修筑及場地綠化等環節均會產生。在水土保持后續優化設計和跟蹤過程中，對各工程分區進行了土石方平衡計算和優化調運，調整土石方開挖、回填的數量和運距，最大限度地利用開挖方[3]，減少棄渣的產生。采用強夯地基處理技術，就地利用土料，不僅減少了建設過程中產生的水土流失，而且節省了投資。具體做法如下：

1）時間優化，調整施工進度和時序?？s短了施工工期，陽邏港區一期工程總工期由方案設計階段的36個月縮短為34個月；集裝箱堆場區施工時采用分片施工、逐步推進的方式，縮短局部建設工期，減少地表裸露時間，減輕了施工過程中因降水等因素可能產生的水土流失。

2）空間優化，縮小裸露面積和運輸距離。陽邏港區一期工程優先進行道路施工，在保證施工區通行順暢的同時，避免施工車輛隨意進場，減少對地表和植被的擾動和破壞。對施工生產生活區的布置和占地面積進行優化，方案設計階段施工生產生活區布設在堆場西北側，后續優化設計時調整為堆場東側的一期工程擴建場地，縮短了各分區的臨時堆土運至施工生產生活區的運輸距離。

3）數量優化，就近調運土石方。陽邏港區一期工程采取強夯地基處理技術就地利用土料，提高了土方的資源化利用率；堆場前沿的護坡能代替已有防洪墻的防洪作用，減少了新建防洪墻的占地面積和土石方挖填方量。

經優化，陽邏港區一期工程建設時產生的開挖土石方得到最大程度的利用，不僅減少了因施工、取料和棄渣造成的水土流失，而且節省了工程成本。

4.3 制定完善的水土流失防治措施體系

根據陽邏港區一期工程的施工和水土流失特點，水土保持方案中設計了完善的水土流失防治措施體系[4-5]，特別是對于施工過程中因開挖、填筑、堆置等造成的裸露面設計了水土保持臨時措施，見表1。項目已建設完成并通過了水土保持驗收，目前各項水土保持設施運行良好，水土流失防治效果顯著。

4.4 采取蓄、滲、滯、排的雨洪集蓄利用技術

針對集裝箱堆場區硬化比例高，遇強降雨天氣容易形成大量地表徑流，加劇項目區的排澇壓力，還可能產生嚴重水土流失的問題，陽邏港區一期工程設計單位采取了蓄、滲、滯、排的雨洪集蓄利用技術，主要包括采用透水鋪裝、建設下凹式綠地、優化排水設計和配套修建雨水收集設施等。具體來說，在管理及輔助設施區地面停車場鋪裝嵌草磚，在嵌草磚內種草提高地表雨水下滲率，同時綠化美化環境；集裝箱堆場區道路設計標高略高于綠化區域，雨天道路積水可順勢流至綠化區域；將方案設計階段的排水溝改為尺寸更大、泄洪能力更強的排水管；在輔助設施區的地勢低洼處就地修建景觀池塘，不僅提高了景觀效果，而且可作為雨水調蓄池，將雨水徑流收集后用作綠化澆灌用水和堆場降塵用水等，提高了水資源利用率，水土保持效果顯著。

5 水土保持效益分析

陽邏港區一期工程秉持先進的水土保持設計理念，水土保持功能定位準確，主要技術標準、建設方案和水土保持措施都滿足綠色和環保要求，經濟、生態效益顯著。

1）經濟效益。通過水土保持優化設計，在不降低水土保持效果的前提下，選擇經濟合理的碼頭平面布置形式；采用強夯地基處理的綠色環保技術，提高了地基承載力，解決了不均勻沉降；通過施工組織優化設計，做到了工程區內土石方平衡，同時也為建設單位節省了工程投資。

2）生態效益。經監測和驗收認定，采取水土保持措施后項目區共減少水土流失量約1 000 t，有效控制了水土流失，改善了生態環境。

根據水土保持監測結果，工程建設過程中產生的土壤流失量為6 883.88 t，工程實際擾動土地面積為53.15 hm2；完成水土流失治理面積10.85 hm2，硬化地表及永久建筑物占地面積41.43 hm2，擾動土地整治率為98.36%，水土流失總治理度為98.61%，工程區土壤流失控制比為1.02，攔渣率為98%；項目建設區可綠化面積為9.72 hm2，實際恢復林草植被面積為9.69 hm2，林草植被恢復率為99.69%，林草覆蓋率為18.23%。工程建設完成后，六項防治指標均達到了批復的水土流失防治目標，實現了項目建設與生態建設“雙贏”的目標，保障了陽邏港區綠色工程建設。

6 結束語

長江中下游大型臨江港區工程是我國重要的基礎設施，有力地支撐了長江經濟帶社會經濟發展。在港區工程建設過程中要充分重視長江環境保護，結合工程特點采取有針對性的水土保持設計，促進港區綠色、可持續發展。以陽邏港區一期工程為例，從水土保持角度優化主體工程布局和施工組織設計，制定了完善的水土流失防治措施體系，其在雨洪集蓄利用等方面的設計經驗，為同類工程建設提供了參考和樣板。

［參考文獻］

［1］ 蒲朝勇.推動新階段水土保持高質量發展的思路與舉措[J].中國水利，2022（7）：6-8.

［2］ 龔晶，陳夢華，張超.基于水土保持的施工組織優化設計[J].山東水利，2013（2）：84-85.

［3］ 李建明，王志剛，王一峰，等.基于固體廢棄物資源化利用的“無廢城市”建設初探[J].中國水土保持，2019（7）：25-29.

［4］ 姜德文，蔣學瑋，周正立.水土保持方案的核心是防治措施體系[J].中國水土保持，2021（8）：10-13.

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