长江东流水道整治工程设计浅析

长江东流水道整治工程设计浅析

东水路位于安徽省安庆市以上30公里处，全长约34公里。它属于顺直排河流，是长江下游大部分浅危险水道之一。该河段冲淤变化复杂,航道整治工程实施前以主流摆动、航槽多变为主要演变特征,由于主流周期性易位,整治前枯季航道条件恶劣,维护困难;另外受历史遗留因素的影响,东流水道上仍然存在水雷隐患,水上交通安全事故多发。为稳定东流水道河势格局,改善该水道的碍航情况,2004年东流水道航道整治工程开始实施,该水道航道整治工程是长江干线航道发展规划实施的第一个项目,目前工程已经完工。本文在介绍东流水道整治工程设计思路及具体工程布置的基础上,通过分析工程建成后几个水文期的实际效果,总结了工程取得的主要经验和教训。1流量小、顺列分布广东流水道上起华阳河口,下迄吉阳矶,全长约34km,为顺直分汊河型,洲滩汊道众多、冲淤变化频繁,主流摆动,航槽多变。水道中顺列分布有老虎滩、天沙洲、玉带洲、棉花洲,将水道分为三汊,从左到右分别为莲花洲港、西港、东港,莲花洲港为汛期主汊,西港为枯季主汊,东港为支汊。湖东村以下,微弯窄深,河岸较为稳定(图1)。1.1总体工程方案的确定东流水道整治标准的确定是根据2002年12月由交通部批复的《长江干线航道发展规划》,具体航道整治标准为:4.5m×200m×1050m,保证率98%。整治原则为:稳定洲滩、控制分流,通过工程措施稳定洲滩,使之进一步完整,形成较稳定的分汊格局,并适当改善西港的分流条件。航道整治工程布置应同时兼顾堤防,不增加左岸同马大堤的压力。总体工程方案研究设计思路考虑了以下几个问题:(1)稳定西港的分流比或使其有所增加;(2)基本稳定西港过渡段的平面位置;(3)通过整治建筑物保证西港退水过程中的冲刷速度和冲刷时间,从而确保西港航道达到设计航道尺度;(4)保证老虎滩左汊东角冲—雷港口段不出现新的浅区;(5)清除水雷隐患,为航道维护创造条件。东流水道航道整治工程方案的提出均以上述思路和原则作为基础。1.2主要工程实施效果工程方案以整治工程为主,辅以水雷清除。通过试验分析,最终提出的工程实施方案主要工程包括四部分,分别是:左岸丁坝群工程、老虎滩守护及滩尾顺坝工程、天沙洲头鱼嘴工程和扫雷工程。工程平面布置见图2。(1)丁坝群的设计在左岸雷港口至娘娘树沿岸筑3条丁坝,丁坝间距按上游丁坝坝长的1.5倍设计,丁坝群与其下方的鱼嘴工程相呼应,限制莲花洲港的发展,适当调整枯水主流方向,增加西港流量,加快枯季西港的冲刷速度。丁坝头部高程为黄海7.69m。(2)老虎滩下天然雷港口早运区整治设计采用护滩方式对老虎滩中上部进行守护,防止老虎滩头部冲刷后退及左侧滩体冲刷,达到维持东港现有分流条件,避免老虎滩左汊东角冲—雷港口一带产生新浅区的目的。在老虎滩尾部偏左侧筑1条顺坝,防止老虎滩中下部低滩冲散,同时束窄西港宽度,限制中水漫滩横流,达到控制整治线宽度及束水攻沙的目的。老虎滩护滩高程为黄海7.69m,顺坝坝根上接老虎滩护滩,高程为黄海7.69m,坝头降至黄海6.69m。(3)退及左低滩冲刷治理在天沙洲头部筑一座分流鱼嘴,其作用主要是以天沙洲洲体为依托,筑人工分流鱼嘴,防止天沙洲头崩退及左侧低滩的冲刷,通过对天沙洲与玉带洲间窜沟的适当封堵,使枯季西港分流比有所增加,同时,鱼嘴平面布置与上洲左岸丁坝群相呼应,形成较平顺的整治线型。鱼嘴顺坝头部顶高为黄海4.69m,根部顶高为7.69m,条格坝顶部高程为黄海5.51m、6.62m、7.69m。(4)西港过渡段扫雷工程为了保证工程实施后航道使用及维护安全,对工程范围内西港过渡段实施扫雷工程,工程包括水雷探测与水雷清除两部分,扫雷区位于西港过渡段,面积为2.0km2。2航道维护效果与经验的总结2.1工程管理效果整治工程实施后整治效果主要体现在以下几个方面:(1)中、枯水河势条件开始向有利方向发展。老虎滩守护工程阻止了老虎滩中上部的冲刷,减缓了老虎滩尾淤积下延速度,稳定了老虎滩左侧主河槽,有利于西港的稳定。左岸丁坝群工程防止了左岸沿岸槽与上深槽的贯通,坝田总体淤积,促使左边滩的形成,防止了莲花洲港再度发展。鱼骨坝工程遏制了玉带洲洲头低滩冲刷后退的趋势,并促使玉带洲洲头低滩淤高。整治工程的实施,加大了河道的滩槽高差,将莲花洲港与西港的分流点控制在较合理的位置,使水流可较平顺地进入西港过渡段,遏制了莲花洲港的发展,中、枯水河势发展方向,由工程前向不利方向发展转而开始向有利方向发展。(2)西港航道条件得到改善。工程后,左侧的整治线得到有效控制,航道线路与设计航道线路相同,连续三届枯季西港过渡段的4.5m等深线宽度大于200m,达到了本工程设计航道标准,枯季仅需采取调标进行维护,未发生船舶在西港过渡段搁浅事故,西港过渡段浅区航道条件得到改善。(3)整治工程建筑物总体稳定。东流水道航道整治工程平面布置复杂,整治建筑物多。左岸丁坝最大坝高达10m左右,最长伸入江中708m,鱼骨坝是在长江上第一次采用,且均处于河床剧烈冲刷区,对水流干扰较大,受到水流的强烈顶冲,主体工程建成后已历经2个水文年的考验,建筑物稳定。老虎滩中上部在整治工程实施前剧烈冲刷,对这种心滩的守护以往还没有成功的先例,老虎滩守护工程实施后,虽然头部护滩带边缘出现局部破坏,但护滩带主体稳定,达到了守护目的。2.2东弱化驳岸结构整治措施东流水道航道整治工程实施后,工程达到了预期的整治效果,但也存在很多问题,工程设计需不断的完善改进。具体存在的问题及建议如下:2.2.1顺应并把握有利的整治时机工程可行性研究阶段,东流水道西港发展迅速,分流比增加,枯季航道条件好转,为20世纪50年代以来航道条件较好的时期,是东流水道进行航道整治的良好时机。但在东流水道航道整治工程开始实施时,东流水道河势已开始向不利方向发展,莲花洲港口门上游左岸一侧河床发生大幅冲刷,玉带洲头低滩冲刷后退,老虎滩头部冲刷后退,中下部淤积下延,呈现莲花洲港发展、西港衰退的演变趋势,西港航道条件向不利方向发展。但工程实施与进度及时,通过三届枯季施工,工程总体效果明显,已遏制了以上不利的演变趋势,实现了工程目标。由此可见,把握好河势发展的有利时机对于航道整治工程的实施十分重要。2.2.2强化设计中综合治理的理念从目前工程整治效果看,东流水道航道整治工程总体上是合理的,但工程平面布置设计也存在一些问题。在工程平面布置设计中未充分考虑工程对右岸的影响,右岸没有采取相应的守护工程措施。东流水道西港对右岸包括七里湖江堤外滩和东流护城圩两部分,为池州江堤的组成部分,堤防等级为Ⅲ级,两者之间有尧渡河入汇,航道整治工程实施以来,东流水道右岸七里湖江堤外滩发生了一定幅度的崩岸,东流护城圩局部出现近岸河床小幅冲刷。根据长委设计院《东流河段右岸崩岸原因及其相关影响分析》及工程设计项目组2006年的分析,河道的自然演变是目前右岸崩岸的主要原因,但航道整治工程实施后,主流将长期稳定在西港,七里湖江堤段岸坡及东流护城圩将长期处于水流冲刷段,整治工程在一定程度上对该段岸坡稳定产生了不利的影响。因此,需要深入研究航道整治工程对防洪、环境等影响程度,并采取综合整治措施。2.2.3护滩设计理论、结构设计尚不成熟在进行东流水道航道整治工程设计时,当时国内外对护滩理论的研究较少,没有成熟的护滩理论,也缺乏十分有效的研究手段,因此,老虎滩守护选用了以往在长江护滩工程中最常用的X型排结构。根据目前研究成果,护滩带结构应在设计中将护滩带分为基本功能区和预留变形区两大部分,其中功能区的护滩带应维持基本稳定,保护其下河床不受冲刷,不允许出现大的变形,X型排是适应这一区域的一种较好的结构型式,而护滩带预留变形区则应允许产生一定幅度的冲刷,变形区在塌陷后,在护滩带以外的河床与基本功能区之间形成地形过渡段,预留变形区结构不宜采用X型排。在自然条件下,由于老虎滩头部冲刷较为剧烈。因此,其护滩带结构设计应考虑设立预留变形区,但限于当时对护滩带结构的认识,未设立预留变形区,护滩带结构设计上存在一定缺陷,以致于部分护滩带边缘发生局部破坏。对于护滩工程理论上的研究目前尚处于起步阶段,由于缺少理论依据,设计中多根据设计者的个人经验确定护滩工程的平面布置及结构型式,因此,需要进一步加强对护滩工程的理论研究。3航道其它河段的整治东流水道航道整治工程实施后,工程达到了预期的航道整治效果。但工程设计中也同样存在一定的问题,对这些问题的思考与经验的总结对长江航道其它河段的