雅魯藏布江某裸露沙洲河段治理措施研究

諸 青，黃 偉

（長江河湖建設有限公司，湖北 武漢 430010）

雅魯藏布江中游某寬谷河段內有大面積的沙洲，枯水期水流集中在沙洲間的枯水深槽內，河道內沙灘大面積裸露。地形和風場耦合形成狹管效應，強風情況下沙灘泥沙起動形成揚沙天氣，沙塵嚴重時迫使附近機場的飛機無法安全起飛或返航，因機場周邊揚沙導致飛機停飛或返航的事件幾乎每年都會發生數次。揚沙天氣也影響了當地人民群眾日常的生產、生活，威脅人民生命財產安全，制約了地區經濟社會的持續健康發展，也給西藏地區的國防安全留下了隱患。為落實國家治邊穩藏方略，顯著緩解機場周邊的沙害問題，改善區域生態環境，促進民族團結，維護國家安全，支撐沿岸社會經濟高質量發展，實施雅魯藏布江中游某機場周邊河道沙化應急治理是非常必要、非常迫切的。工程建設內容包括濕地面積846.7 hm2、生態治沙面積2 666.7 hm2、生態護岸8 段總長23.3 km，初步匡算工程投資約17.4 億元。河段內裸露沙洲治理面積2 013.3 hm2，沙地治理率37.19%，河道內裸露沙洲占比由36.50%降至22.93%。此外，工程實施后，T8灘面可形成約1 506.7 hm2土地，遭遇5 a 一遇洪水時不會被淹沒。

1 水文地質條件

1.1 徑流泥沙

羊村水文站多年平均流量為933 m3/s，徑流量為294億m3，徑流年內分配極不均勻，主要集中在6—10月，約占全年的80.1%；8月平均流量為3 100 m3/s，1—4月平均流量僅為252～283 m3/s，僅占8月平均流量的8.1%～9.1%。羊村水文站多年平均輸沙量為1 512 萬t，多年平均含沙量為0.51 kg/m3。羊村水文站年內輸沙量分配也極不均勻，6—10 月輸沙量占全年的97.8%，其余月份輸沙量合計僅占全年的2.2%[1]。

1.2 設計洪水位

本次推薦采用《雅魯藏布江流域綜合規劃》成果，確定羊村水文站100、50 a 一遇洪水流量分別為10 200、9 340 m3/s。對比工程區灘面高程以及不同頻率洪水位可以看出，CS1 斷面工程區灘面平均高程約3 569 m，與10 a一遇洪水位基本齊平；CS2斷面工程區灘面平均高程約3 568 m，與30 a一遇洪水位基本齊平；CS3斷面工程區灘面高程平均約3 566 m，與5 a 一遇洪水位基本齊平[2]。總的來說，工程區的灘面高程相對較高。

1.3 地質概況

工程區內雅魯藏布江流向自西向東，河谷呈“U”形寬谷或較寬谷，為辮狀河道，心灘、邊灘發育，汊流密布，水流較平緩，水面寬200～400 m，洪水期最寬可達5 km；兩岸Ⅰ級階地或漫灘順河向發育，規模大小不一，寬度為0.1～2.5 km。工程區內第四系地層廣泛分布，主要為全新統新近沖積層（Q42al）粉細砂、砂礫（卵）石，部分為洪積層（Qpl）碎石土、沖洪積層（Qal+pl）碎石土、砂礫（卵）石及上更新統河湖積層（Q3hl）粉細砂、砂礫石。不良地質現象主要為崩岸、風沙侵害及凍融侵蝕。主要工程地質問題有抗沖穩定問題和飽和砂土液化問題。新建護岸工程岸坡工程總長10.36 km，岸坡穩定狀態為工程地質條件差（D 類）為主。為此，應采取防護處理措施，對岸基上部厚度不大的粉細砂層可與清表結合清除，對厚度較大的粉細砂層根據需要采取夯實及必要的抗液化處理措施。

2 沙化成因及治理思路

2.1 沙粒運動基本原理

沙粒在重力、推力、升力共同作用下以震動、滾動、飛升、跳躍幾種形式起動。地表沙粒由靜止狀態變為運動狀態的臨界風速約為4.5～5 m/s。沙粒蠕移運動（0.5～2.00 mm），約占總輸沙量的20%～25%；躍移運動（0.05～0.50 mm），為風沙運動的主體成分，約占總輸沙量的75%；懸移運動（一般＜0.05 mm），約占總輸沙量5%以下，為沙塵暴（浮塵）的主要來源。輸沙率影響因素有風力、粒徑、地面粗糙度、地面斜度、濕度、植被蓋度。

氣流搬運的沙量約80%在0～10 cm 的高度內，約90%在30 cm 高度內。這對防沙工程設計具有重要參考價值。例如，沙障高于沙面20～30 cm 即可收到良好效果。引起揚沙的風向中，東風占33.3%，偏西風占38.4%，受偏東風和偏西風的影響最大；引起浮塵的風向中，偏東風占74.55%，受東風影響最大[3]。

工程區域全年風向以東風和西風為主，其中東風發生頻率14.27%、西風發生頻率10.00%；11—次年4 月風向以東風和西風為主，其中東風發生頻率10.95%、西風發生頻率12.53%，所以偏東（西）風對沙塵的形成影響較大。

受河段地質構造影響，上游峽谷段水沙進入寬谷河段后流速降低，泥沙持續淤積，枯水期徑流集中在沙洲間的枯水深槽內，河段內形成了大面積的裸露洲灘；且河沙粒徑小，以粉砂為主。雅魯藏布江流域河床沙以極細沙為主（58%），為風沙災害形成提供了最主要的物源，并以就地起沙的方式在河道北岸、江心洲、河漫灘和山麓地帶形成沙地。大風來臨時，河道洲灘均可能出現起沙現象[4]。

2.2 治理思路

由風沙運動學原理及沙化成因分析可知，防沙治沙須從沙粒狀態和起沙的動力條件2 個方面入手，通過采取措施增加沙粒起動難度或降低風速進而控制風沙災害。本著分階段、分部位、優先治理的原則，本次試點工程（以下簡稱本工程），根據2億元投資規模，結合《應急治理實施方案》，治理對象選擇距離機場較近、沙地面積較大且治理對機場風沙災害有明顯效果的T8 洲灘先期開展工程措施部分。該河段總長度31 km，其中機場上游段14 km、下游段17 km。其橫向治理范圍為河道管理范圍線內的區域，為后續的沙障、生物固沙等措施奠定基礎。

2.3 河道演變分析

由于風沙運動影響，本工程河段總體呈緩慢淤積態勢。長期來看，自然條件下，由于河道不斷淤積，枯水期裸露的灘面面積將逐漸增大，河道沙化現象趨于嚴重，揚沙天數也呈增加趨勢。受天然或人工節點控制，工程河段總體河勢變化趨于穩定。

3 治理方案比選和工程設計

3.1 治理方案比選分析

治理方案工程分布如圖1—2 所示，治理方案對比分析詳見表1。

表1 治理方案對比分析

圖1 方案1工程分布

圖2 方案2工程分布

從與《應急治理實施方案》的銜接、保障工程治理效果的角度考慮，經過綜合比較推薦方案2，但填方區具體的形態還需結合防洪、河勢等要求進一步優化完善[5，6]。

3.2 工程主要類型和設計

3.2.1 疏浚工程

為保障疏挖區在枯水期也被水淹沒、避免該區域泥沙被風吹起、減少揚沙天數，本次挖方底高程確定為設計枯水位，高程范圍為3 561.49～3 564.92 m，疏挖方量為249.8 萬m3。本工程疏浚區的土質以砂性土為主，根據《疏浚與吹填工程設計規范》（JTS181-5-2012），結合類似工程的經驗，河道側疏浚邊坡設計坡比為1∶5。

3.2.2 土方填筑工程

249.8 萬m3疏浚砂及護岸工程開挖料全部用于T8疏浚區北側填筑，填筑區面積約473.3 hm2，填筑至5 a一遇設計洪水位，高程范圍為3 563.88～3 565.3 m，填筑區邊坡坡比為1∶4。

3.2.3 護岸工程

坡式護岸工程主要有干砌塊石、漿砌塊石、預制混凝土六方塊、預制混凝土植生塊、土工格柵石墊、雷諾石墊等形式。綜合交通、經濟、施工等多個因素，經過比選，生態護岸工程水上護坡采用格賓石籠擋墻結構。水下護腳形式主要有拋石、模袋混凝土、鉸鏈排、格賓石籠等。經過比選，生態護岸工程水下護腳采用格賓石籠結構。根據施工總進度要求及施工特性，本工程施工程序一般遵循“先護坡，后護腳，最后路面”的原則[7]。

T8 洲灘回填是將回填區域外圍區域疏挖，并用疏挖料回填抬高回填區，土方填筑工程量約256.99萬m3。考慮到T8洲灘回填施工是在枯水期進行，且枯水期大部分疏挖區域位于設計枯水期水位以上，因此疏挖回填施工方式以挖掘機配自卸汽車挖運為主、鏈斗式挖泥船疏挖為輔。

（1）護坡設計。格賓石籠擋墻墻底高程位于設計枯水位以下0～0.5 m，墻頂高程與5 a 一遇洪水位一致。參考類似工程的經驗，擋墻迎水側設置為階梯形狀，每級臺階高0.5 m、寬0.5 m，背水側采用直立邊坡，墻高2 m 或2.5 m。單個格賓石籠的規格采用6 m×2.0（1.0/1.5）m×0.5 m（長×寬×高），本次設計格賓石籠充填塊石粒徑范圍為0.10～0.25 m。擋墻基礎位于承載力較差的砂土層，為確保墻體穩定，基礎采用塊石換填基礎，換填厚度為0.5～2.0 m，平均厚度約1 m。塊石料平均粒徑范圍為20～25 cm。護坡橫截面，如圖3所示。

圖3 護坡橫截面

為降低墻后土壓力和工程風險，墻后填土選用含礫砂土回填。為保障T8洲灘的防汛交通，在護岸工程后方建設1條防汛便道，便道采用碎石路面，碎石厚度50 cm，路肩寬5 m，路面寬4.5 m。

（2）護腳設計。本工程擬建護岸工程護寬依據護岸范圍內各斷面水下地形情況具體確定，最小護寬為8 m，迎流頂沖段取10 m。參照已建類似的施工經驗，格賓石籠厚度取0.5 m。設計水深取2.5 m，設計流速取2.5 m/s，經計算沖刷深度1.0 m，所需格賓石籠量為3.75 m3/m。本次設計水下最小護寬8.0 m，厚度0.5 m，方量最小4.0 m3/m，可以滿足沖刷計算的要求。護腳格賓石籠鋼絲網技術參數與格賓石籠擋墻鋼絲網參數一致。

3.3 擋墻穩定計算

擋墻穩定計算工況分為3 種：①工況1：基本荷載組合，墻前水位與墻頂齊平，墻后水位與墻前水位相同；荷載考慮結構自重、水壓力、土壓力、基底揚壓力以及坡頂汽車活荷載。②工況2：基本荷載組合，墻前水位與墻底齊平，墻后水位與墻前水位相同；荷載考慮結構自重、水壓力、土壓力、基底揚壓力以及坡頂汽車活荷載。③工況3：特殊荷載組合Ⅰ，墻前水位由墻頂驟降最大墻高，荷載考慮結構自重、水壓力、土壓力、基底揚壓力以及坡頂汽車活荷載。

在3 種計算工況下，按照抗滑穩定安全系數、抗傾穩定安全系數、地基應力計算公式計算擋墻穩定性[8]，具體數據詳見表2。

表2 擋墻穩定計算成果

4 結語

本工程是《應急治理實施方案》中T8 洲灘生態治理的部分工程。本工程疏浚及土方填筑工程實施后，形成了面積約473.3 hm2的灘地，在遭遇5 a 一遇以下洪水時不會被淹沒。根據《應急治理實施方案》，為減少揚沙天數，還應在473.3 hm2填筑區實施沙障、植樹種草等治沙措施。因此，為達到減少沙化面積、降低揚沙天數、改善區域生態環境的目的，建議及時跟進本工程對應的生態治沙措施，以保障治沙效果。同時，工程區相關資料欠缺，為分析本工程效果，建議在本工程實施前后加強水文、泥沙、揚沙等的觀測。另外，總結本工程經驗，為后續《應急治理實施方案》其他區域治沙提供借鑒，確保投入取得實效。