长江上游铜鼓滩治理措施研究

杨 祥 飞

（1.重庆交通大学河海学院，重庆 400074;2.长江重庆航运工程勘察设计院，重庆 401147）

长江上游铜鼓滩治理措施研究

杨 祥 飞1，2

（1.重庆交通大学河海学院，重庆 400074;2.长江重庆航运工程勘察设计院，重庆 401147）

铜鼓滩处于两反向河湾的过渡段，枯水期上口水深浅，不满足尺度要求，中段航槽落湾，弯曲半径小，下口流速大，流态乱，上下水船舶航行危险。在有关模型试验成果的基础上，通过研究分析滩段的演变规律及碍航机理，对弯道浅险滩的整治方案和整治建筑物结构等治理措施进行了探讨，对治理效果进行了评价，这对山区河流类似滩段的治理提供了一定借鉴。

航道整治;长江;铜鼓滩

铜鼓滩为长江上游重要碍航滩险，滩性复杂，俗称“川江滩王”，是长江上游三大名滩之一。曾先后经过多次整治，治理效果都不太理想。一般在整治后的短期内，滩段航道条件有一定改善，经过一段时间的自然演变，滩段航道条件又会恶化，造成枯水期下水船舶航行危险，上水船舶自航上滩困难［1］。2006年交通部安排叙泸段航道建设二期工程对该滩进行彻底治理，治理投资创下当时川江单滩投资规模之最，达到3 700万元［2］。工程实施后，效果相当好。下面就该滩的治理思路、整治方案、整治建筑物新结构新材料的应用等治理措施进行研究。

1 滩险演变及碍航成因

1.1 滩势概况

铜鼓滩为弯道枯水浅、险滩。该滩位于宜昌上游996.0 km，紧邻南溪县城区，其上游5 km为筲箕背滩，下游2 km为油榨碛浅滩。

该滩河势上处于两反向河湾的过渡段（图1）。滩段上游河势较顺直，河面宽约600 m，航行条件良好，左岸为南溪县港区。滩段上口弯道左岸九龙滩和右岸董碛坝相对峙河宽仅有300 m。中段放宽，但江中有巨大的迎宾阁卵石碛坝，碛坝顶高达当地0水位以上14 m。迎宾阁北面为一漏浩名玉带浩，水位3.0 m以上开始泄流。南面河床宽阔，但江中有迎宾阁卵石碛翅延伸江中，形成暗碛挤压河床，致使南槽水深但弯曲狭窄。滩段上口铜鼓子处水深不足，0水位时水深通常在1.8～2.4 m之间;中段水流经潜碛向右岸深潭落弯;曾盘石以下，主流受上游九龙滩石盘和下游曾盘石一左一右挑流的影响，形成强烈的回流泡漩，流态较坏。

图1 铜鼓滩地理位置示意图Fig.1 Geographic position of Tonggu Beach

该滩碍航主要表现在枯水期滩段上口铜鼓子一带水深较浅，不满足尺度要求，中段航槽落湾，弯曲半径小，下口主流受挑流影响，流速较大，流态紊乱。下水船舶航行危险，上水船舶上滩困难。形成“上浅中弯下险”的碍航特征。

1993 年曾疏浚、清炸浅区，拓宽加深航槽，并在右岸建丁顺坝一座，减弱扫湾水和泡漩，改善流态。整治后尺度达到要求，下口流态有所改善。经自然演变，浅区回淤严重，枯水上段出浅，中段弯曲半径不足，下段流态恶化，碍航情况依然严重，见图2。

图2 1993年整治方案示意图Fig.2 Sketch map of regulation proposal in 1993

1.2 河床演变

该滩枯水航槽入口年内在9～10月间存在淤积现象，之后逐渐冲刷，年际间无明显冲淤规律，冲淤情况随不同来水来沙条件而异，2002年11月入口水深仅1.8 m。从1991年—2005年测图看，迎宾阁潜碛呈现明显冲深趋势，1991年碛槽1 m等深线未贯通，而2005年1 m等深线贯通，宽度达100 m，碛槽内水深在1.5 m左右。曾盘石对岸碛坝顶高也有所降低，由1991年0水位上升到0.6 m降至水下0.2 m，冲深近 1 m。1992年——1993年间对碛翅进行了开挖，开挖上段回淤明显，中段回淤较少，下段碛翅也有所回淤，致使此处弯曲半径又有所减小。滩段其余位置无明显冲淤变化规律。

1.3 碍航成因

该滩中洪水期，水流淹没董碛坝，下泄较枯水期相对顺直，流经九龙滩后河面骤然开阔，加之下游河道弯曲及大中坝卵石碛坝的阻流作用，流速减缓，水流挟沙能力降低，致使大量沙卵石在滩段淤积，形成巨大的迎宾阁碛坝。汛后随着水位降落，水流落弯，受九龙滩阻流后流向右转，对碛翅产生冲刷，但由于枯期水流动能不足，不能有效冲深碛翅，形成该滩“上浅、中弯、下险”的碍航特征。

2 治理方案研究

根据滩段的河床演变规律和碍航特征，整治方案主要有两个大类:①以从前的治理思路为基础，对滩口浅区和迎宾阁潜伸江中的碛翅进行疏浚，并配以整治建筑物维持稳定，通行船舶走旧航槽即右槽方案;②突破从前治理思路的束缚，在迎宾阁碛翅新开航槽，并配整治建筑物维持稳定，通行船舶走新槽即左槽方案。两相比较，右槽方案能够解决滩口水浅的问题，缓解中下段航道弯曲半径小的问题，但从本滩以前的整治情况看，要维持整治效果较难。疏浚区域容易回淤，整治后需经常进行维护性疏浚。此外，该滩中下段航道弯曲半径小的问题得不到解决，加上水流较急，船舶航行仍然危险。左槽方案的新开航槽将该滩上下游深槽平顺连接，顺应了河势。航槽被裁弯取直，根本上解决了该滩航道弯曲半径小的问题。但新开航槽长达1 100多m，宽达80 m。大面积开槽，开槽的稳定性是方案成功与否的关键。总之，两类方案各有优缺点。

2.1 方案的研究

通过定性分析，结合重庆交通大学针对铜鼓滩碍航问题开展的数模研究成果，对该滩的河床演变、碍航成因，以及各种水流条件下，滩段水流运动特性、整治方案等进行研究。认为左槽方案实施后航槽水流平顺，水流条件好，但挖槽的稳定性较差，对河势的改变较大，工程投资亦较大;右槽方案实施后水流局部比降和流速较大，铜鼓子浅区疏浚后回淤的可能性较大，工程投资相对较小;为此，需要对上述方案作进一步研究［3］。

重庆西南水运工程科学研究所在该数模成果的基础上开展定床试验对铜鼓滩的水流运动规律、9个左槽类整治方案和6个右槽类整治方案进行研究［4］。在研究铜鼓滩水流运动规律的基础上重点研究:右槽类方案中如何配置整治建筑物维持疏浚稳定的问题;左槽类方案中新开航槽通航水流条件问题，如何确定开槽的合理尺度，减少泥沙淤积，维持航槽稳定的问题。最后总结出初步适合铜鼓滩实际情况的左槽方案作为推荐方案和右槽方案作为比选方案，并作为后续动床试验的主要验证方案。

天津市是资源性缺水地区，多年平均当地水资源总量15.69亿m3，人均水资源量仅160 m3，是全国人均水资源占有量最少的省（直辖市）。自1958年海滦河流域内进行大规模的水利建设，工农业用水量逐年增加，拦蓄了流域80%以上的水量，上游来水逐年减少且难以得到有效利用。目前城市用水主要靠引滦水。境内大多数河流成为季节性河流，非汛期几乎无来水，来水多为污水。加之本地区直排污水、雨污混流、处理水不达标等造成的污水排放，河流稀释自净能力很差，加重了水质恶化。

动床试验重点验证了左槽方案新槽开挖尺寸问题、开挖后通航条件和航槽稳定问题;验证了右槽方案如何配置整治建筑物，维持疏浚稳定的问题。通过试验验证认为左槽方案实施后水流条件能够满足通航要求，航槽稳定性能够得到保证，因此将左槽方案作为推荐方案;右槽方案航道条件总体改善效果不如左槽方案，作为比选方案［5］。

另外，挖槽的方向应与主流方向一致，并位于主流线上，与主流向交角不应超过15°，挖槽在平面上应设计成微弯形，以增强弯道环流的挟沙力，挖槽断面宽深比B/H=17.8～21.5时输沙强度较大，新开航槽宜采取窄深型断面型式［6］。

2.2 治理方案及目的

根据上述研究成果，选用左槽方案作为整治方案，具体为（图3）:

图3 铜鼓滩整治方案示意图Fig.3 Sketch map of Tonggu Beach regulation proposal

1）新开左槽。即开挖江中潜碛与迎宾阁之间的碛槽。开槽长度1 160 m，开槽深度3.5 m，开槽宽度上段80 m，下段逐渐加宽到95 m。开挖纵坡为变坡。

开挖左槽的目的是:使铜鼓滩上下游河道深槽得以平顺连接，彻底避开弯曲狭窄流态紊乱的右槽，彻底解决该滩航道弯曲，流态坏的问题。

疏浚宽度上窄下宽，纵坡为变坡的目的是:使下段水流逐渐分散，防止整治后下段流速过大，船舶上滩困难。

2）在江心建1道顺坝、3道齿丁坝，右槽建1道潜坝并对潜坝附近河床进行护底。

目的是:调整左右两槽河道分流，增大新开航槽流量，以稳定新开航槽。

3 整治建筑物结构研究

3.1 顺坝

根据模型试验成果，顺坝全长550 m。坝顶高设计水位上2 m。根据JTJ312—2003《航道整治工程技术规范》［7］和川江航道整治经验，坝体顶宽3.0 m，迎水坡1∶2，背水坡1∶2。顺坝位于河心，中枯水期，水流向右岸落湾时，会长期顶冲该顺坝，为进行顺坝背水坡消能，减小水流对背水坡脚的冲刷，在背水坡设置一平台宽1 m，位置在坝顶以下1.5 m。该顺坝坝头常年受水流顶冲，坝头40 m范围内，坝顶逐渐加宽至8.0 m，迎水坡1∶3，背水坡 1∶5，坝头坡1∶5，使坝头平顺伸入河床，减弱水流对坝头的冲击力。

3.1.2 结构材料

坝头:考虑到该处水流急，对坝头的冲刷力量大，为保证坝头稳定，对坝头结构进行了两种方案的比选论证，即常规的钢丝石笼坝头结合铰链排护面方案和在长江上首次提出的钢丝石笼坝头结合扭王字块护面方案。川江平时流速较稳定，在涨、退水时，流速变化较大，水流对坝头冲击力大。扭王字块结构在水下的抗冲性能是较好的，其作为海港防波提的主要结构材料，能够经受住海浪的冲击，通过测算也能够在川江中保持稳定。对于石笼坝体配铰链排维护的坝头结构，其有一个不能回避的缺陷。铰链排一般是顺水流方向铺设才能较好的维持自身和覆盖物的稳定。由于坝头位置特殊，铰链排只能垂直水流铺设，容易被水流从侧面掀翻破坏。

通过比较，采用钢丝石笼抛筑坝头段的坝身，然后对坝头迎背水坡、坝头坡以及坝面采用散抛一层0.8 t规格的扭王字块进行坝头护面［8］。另外，考虑到水流翻坝后对河床的冲刷，对坡脚河床采用铰链排护底，钢丝石笼压排。

坝身:川江传统采用块石结构。随技术的发展，钢丝石笼也逐渐应用到坝体中。考虑到坝体在枯水期会露出水面，上部坝体处于水位变动区，若采用钢丝石笼结构，钢丝网很容易锈蚀，导致石笼内卵石被水流冲走，引起局部石笼破坏，然后逐步扩大最终导致整个坝体的毁坏。若采用块石结构，就可以避免这个问题。虽然坝体背水坡块石容易被翻坝水流带走，在采取一定防护措施后，这个问题也是可以解决的。

为此坝体采用块石结构，坝顶0.5 m厚范围内采用现浇C30块石混凝土压顶结构。混凝土内竖向插钢筋，伸入坝体。该坝面结构使坝面和坝体形成了一个整体，建筑物的整体性和稳定性得到增强。

3.2 丁坝

3.2.1 坝体尺寸

与顺坝坝体尺寸的确定方法类似，1#丁坝长63 m，2#丁坝长45 m，3#丁坝长43 m。坝顶高为设计水位上2 m。坝顶宽 3.0 m，迎水坡 1∶1.5，背水坡1∶2。坝头10 m范围内，坝顶加宽至5.0 m，迎水坡 1∶3，背水坡 1∶5，坝头坡 1∶5。

3.2.2 结构材料

坝头采用块石抛筑，表面采用扭王字块护面。坝头坡脚河床散抛钢丝石笼护底镇脚。坝身采用块石抛筑。坝顶0.6 m厚现浇块石混凝土。混凝土竖向插钢筋。坝身背水坡采用混凝土铰链排护面，防止背水坡块石被水流冲走。

3.3 潜坝

根据模型试验成果，潜坝长127 m，坝顶高为设计水位下2 m。根据JTJ312—2003《航道整治工程技术规范》和川江航道整治经验，坝顶宽5.0 m，迎水坡 1∶2，背水坡 1∶2.5，坝顶纵坡 1.5‰，右高左低。潜坝结构采用钢丝石笼。

4 治理效果

铜鼓滩是长江上游最复杂的碍航滩险之一，也是当时长江上游单滩治理投资规模最大的滩险。该滩的治理效果也是很好的。铜鼓滩整治工作已全部完工，并正式开通左槽。从完工后现场踏勘情况和测图情况看，该滩整治效果很好，具体表现在，前期研究过程中技术人员担心的几个问题都得到好的解决。

1）铜鼓滩新开航槽的挖槽范围大，挖槽长达1 160 m，如此大范围的新开航道，能否保证航槽不回淤是一个问题。从目前的测图情况看，新开航槽断面尺寸稳定，达到设计要求，新开航槽没有回淤，稳定性较好。

2）江中抛筑的整治建筑物起着调整两汊分流，维持新槽稳定的作用，其结构能否保持稳定是工程成败的关键，特别是顺坝和齿丁坝长期受水流顶冲，其结构能否保持稳定也是一个问题。目前铜鼓滩已经整治完工并经过一个汛期，测图资料和现场踏勘情况反映，这些整治建筑物结构都保持稳定，充分发挥着整治作用，保障了整治效果。

3）整治前，铜鼓滩浅区主要位于滩的上段，为防止新槽上段泥沙回淤，特在江中抛筑顺坝和齿丁坝调整分流，冲刷浅区位置，齿丁坝的位置主要也集中在上段。由于整治前，铜鼓滩下段水流流速就比较大，如果上段入槽水流过多，就可能引起下段水流流速进一步加大，导致该位置上水船舶航行困难。这也是一个问题。针对这个问题，整治方案还特将挖槽下口逐渐放宽，以放缓下口流速。目前的实际情况是，整个航槽水流平顺，上下水船舶航行都很方便，没有出现航槽下段流速过大，船舶上滩困难的情况。

4）左槽开通后，该滩上下游深槽平顺连接，航道变得顺直，水流平顺，流速流态都相当好。该滩航道弯曲、流态紊乱，局部位置水深不足的问题都得到解决，上下水船舶航行都变得容易。江中整治建筑物结构稳定，能够达到稳定两汊分流，维持左槽稳定的目的。新槽开通后，船舶从此走左槽，彻底避开同时具有“弯浅险”特征的右槽。碍航情况得到根治。据经常航行于该河段的船长评论，该滩治理效果被认为是川江重庆至宜宾河段整治效果对比最好的滩之一。

5 结论

对于类似铜鼓滩这样的弯道浅险滩，治理技术归纳起来主要有以下几点:

1）治理方案的思考不一定局限于已有的治理思路，有时可跳出这个思维束缚，从另一角度思考问题，从而提出好的方案。

2）整治建筑物结构材料应结合实际情况进行选定，必要时进行创新是保障建筑物稳定，发挥整治效果的重要因素。

3）类似铜鼓滩这样的川江弯曲汊道浅险滩，航槽弯浅、水流条件较差，在航行条件难以彻底改善时，可开辟碛槽通航。以疏浚与筑坝相结合的枯水整治方法，维护挖槽稳定。疏浚挖槽方向与主流方向一致，并位于主流线上，与主流向交角不应超过15°;挖槽在平面上宜设计成微弯型;挖槽断面宜采取窄深型断面型式，宽深比 B/H=17.8～21.5较好。

总之，铜鼓滩采用新开航槽，并筑坝维持挖槽稳定的措施，彻底解决了该滩碍航问题，工程效果良好。该工程在治理思路、整治建筑物结构材料等方面获得一定突破，在整治措施研究、挖槽设计等方面取得一定经验，这些经验可为长江上游及其他山区河流类似滩险的治理提供参考。

［1］ 长江航道局.川江航道整治［M］.北京:人民交通出版社，1997:133-139.

［2］ 长江重庆航运工程勘察设计院.长江干线宜宾合江门至泸州纳溪航道建设二期工程可行性研究报告［R］.重庆:长江重庆航运工程勘察设计院，2006:14-29.

［3］ 重庆交通学院.长江上游铜鼓滩航道整治数值模型研究报告［R］.重庆:重庆交通学院，2005:33-37.

［4］ 重庆西南水运工程科学研究所.长江干线叙泸段铜鼓滩航道整治定床模型试验研究报告［R］.重庆:重庆西南水运工程科学研究所，2006:36-39.

［5］ 重庆西南水运工程科学研究所.长江干线叙泸段铜鼓滩航道整治动床模型试验研究报告［R］.重庆:重庆西南水运工程科学研究所，2006:18-20.

［6］ 重庆交通大学.长江叙渝段典型卵石浅险滩的整治技术研究报告［R］.重庆:重庆交通大学，2007.

［7］ JTJ 312-2003航道整治工程技术规范［S］.

［8］ 长江重庆航运工程勘察设计院.长江干线宜宾合江门至泸州纳溪航道建设二期工程初步设计［R］.重庆:长江重庆航运工程勘察设计院，2007:10-49.

Regulation Measures of Tonggu Beach at Upstream of Yangtze River

YANG Xiang-fei1，2
（1.School of River＆ Ocean Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;
2.Survey＆ Design Institute of Yangtze River Harbor＆ Waterway Engineering，Chongqing 401147，China）

Tonggu Beach is located in the transition section of two reverse rivers.The upstream of the beach can’t satisfy the requirements of water level in dry season;the middle section is the navigation channel with small bending radius;and the down section is of high flowing speed and disordered flow pattern，which is dangerous to navigate.The regulation treatments of dangerous shoal and building structures are discussed through the analysis of the evolution rule and hindering mechanism of the beach based on experimental results of relative models.Furthermore，the effect of regulation treatment is evaluated.The method proposed provides certain references for the regulation treatment of similar beaches of rivers at the mountainous area.

waterway treatment;Yangtze River;Tonggu Beach

U617

A

1674-0696（2010）01-0133-05

2009-10-21;

2009-11-23

杨祥飞（1977-），男，重庆市人，高级工程师，硕士，主要从事航道整治研究方面的工作。E-mail:49511980@qq.com。