新水沙条件下长江太子矶河段秋江圩崩岸治理及效果分析

2021-10-19杨丽

水利建设与管理 2021年9期

杨丽

(安徽省长江河道管理局，安徽芜湖 241000)

1 引言

三峡工程运行以来，长江下游安徽段来水来沙条件发生了较大改变，主要表现为来水量变化不大，来沙量大幅度减小，清水下泄明显。受水沙条件变化及河势调整影响，近十几年来长江安徽段崩岸频繁发生，太子矶河段出口右岸秋江圩崩岸区长约8km，岸线年崩退20～30m，严重影响河势稳定及防洪安全。

为维护岸线和河势稳定，保障防洪安全，根据国家相关部门批复，2015—2018年实施了安徽省长江崩岸应急治理工程，该工程是国家172项重大水利项目中长江中下游干流河道治理的子项，治理范围涉及安庆、池州、铜陵、芜湖、马鞍山等5个市，分布在长江上下三号等12个河段，共治理崩岸26处，护岸总长度50.5km(见表1和图1)，该工程2019年12月通过竣工验收。其中秋江圩段护岸长5080m，主要工程措施为水上干砌混凝土块护坡、水下抛石和混凝土铰链排护脚，2015年10月开工，在工程实施过程中结合2016年大洪水对工程区河岸稳定的影响，及时调整工程方案，2018年4月完工。工程经历了2016—2019年洪水考验，工程区岸坡稳定，防护效果较好，工程实施对维护河势稳定、提高抵御崩岸灾害能力、保障防洪安全、促进沿江经济发展等方面具有重要作用。

表1 安徽省长江崩岸应急治理工程情况

图1 安徽省长江崩岸应急治理工程位置示意图

通过多年水文、河道地形监测资料，分析太子矶河段河势演变特点和演变规律，利用秋江圩近年崩岸监测资料分析岸坡稳定情况，结合地质资料、河势演变、崩岸区岸坡稳定分析及近期来水来沙变化情况，分析秋江圩崩岸原因。总结在三峡工程运行后新水沙变化条件下，特别是工程实施遭遇了2016年大洪水的强水沙变化条件下，成功治理强烈崩岸的经验，为今后研究新水沙条件下河道治理方法提供经验和技术参考。

2 三峡工程运行前后水沙变化

2.1 来水来沙变化

据大通水文站资料统计，三峡水库蓄水前多年平均径流量9052亿m3、输沙量4.27亿t。三峡水库运行以来，2003—2017年该站年均径流量8630亿m3、输沙量1.38亿t，与蓄水前均值相比，来水略偏枯5%，来沙减少了68%。

2.2 2016年洪水特点

2016年长江流域发生中下游型区域性大洪水，长江安徽段超警戒水位历时23天。大通站最高水位15.64m(吴淞高程)，超过警戒水位1.24m，最大流量为70800m3/s，年径流量为1998年以来的首位，大于45000m3/s(河段平滩流量)的时间达到120天。2016年大通站的径流量、输沙量主要集中在5—10月，其径流量占全年的66%，输沙量占全年的72%。

3 秋江圩段崩岸及原因分析

3.1 崩岸概况及护岸的必要性

池州江堤秋江圩段为2级堤防，上起宝赛岗，下至秋浦河口，全长24.38km，与通江河(堤长24.36km)形成一个独立的防洪堤圈(见图2)。秋江圩崩岸段位于太子矶河段出口段右岸扁担洲外滩，对应池州江堤秋江圩段桩号1+900～10+200。自20世纪90年代以来,受河势调整影响，水流顶冲秋江圩扁担洲段强度增大，在水流贴岸冲刷作用下，秋江圩段岸坡逐年崩塌后退，深槽向近岸移动(见图3)。以0m岸线为例，2004—2013年最大冲退130m，年均冲退15m。岸坎距堤脚最近处约180m，崩岸对河势稳定及防洪安全均构成一定威胁。因此，对秋江圩扁担洲水流贴岸、强崩岸段进行治理是必要的。

图3 秋江圩崩岸区断面变化

3.2 崩岸原因分析

3.2.1 河势演变分析

3.2.1.1 河道冲淤

根据有关研究成果，三峡蓄水前太子矶河段表现为淤积，1981—2001年平滩河槽年均淤积量为66.5万m3；三峡工程蓄水运用后，2001—2006年太子矶河段出现冲刷，平滩河槽年均冲刷量为261万m3；2006—2011年太子矶河段表现为淤积，平滩河槽年均淤积量为502万m3，且淤积主要发生在枯水河槽，枯水河槽年均淤积量为603万m3；2011—2016年太子矶河段由淤积转为冲刷，平滩河槽年均冲刷量为167万m3[1]。经过2016年长江大洪水，上游来水来沙条件的改变有可能强化这一趋势[1]。

3.2.1.2 河道演变

太子矶河段上起安庆市前江口，下至枞阳县新开沟，河道全长25.12km，为鹅头形分汊河段。江中铁铜洲将水流分为左、右两汊，左汊为支汊，多年分流比约为13%，右汊为主汊，多年分流比约为87%，右汊内的稻床洲心滩将汊道分为东、西两水道，东水道窄深，西水道宽浅。出口段上至铁铜洲尾，下到新开沟，长约10km，出口单一段右岸为扁担洲。

近二十年来，受太子矶河段中部铁铜洲左右汊道演变影响，铁铜洲尾汇流后居中偏右下行，贴右岸冲刷秋江圩扁担洲一带河岸，该段自20世纪90年代后期以来持续冲刷后退(见图4)。从秋江圩段护岸区附近的河道横断面历年变化图来看，1981年深槽居左侧，1981—1998年左岸淤积，右岸冲刷，深槽右移。1998—2013年河床断面形态变化不大，河槽居中相对稳定，左岸冲淤交替以淤为主，右岸(扁担洲)逐年冲刷后退。2013—2016年深槽居中，河槽底部由-8m冲刷下切至-22m，左岸冲刷，右岸继续冲刷后退。

图4 太子矶河段出口段河床断面变化

3.2.2 河岸地质状况

秋江圩段岸坡地质结构为双层结构(见图5)。岸坡上部覆盖8～10m厚的重—中粉质壤土，下部为强透水性的粉细砂层，厚度大于15m，抗冲性较差，岸坡稳定性较差。

图5 秋江圩河岸地质剖面

3.2.3 崩岸区近岸岸坡分析

1998—2016年右岸岸坡崩退右移，5～-10m高程区间岸坡年均冲退14m。1998—2001年河床底部略有刷深，在-19～-20m之间；2001—2013年，河床底部略有淤高，在-16～-17m左右；2013—2016年河床底部冲刷下切5m，最深点-22m(见图6)。岸坡平均坡度在1∶3左右，局部陡坡1∶1.8。

图6 秋江圩崩岸断面变化

3.2.4 崩岸原因分析

综合前述分析结果，秋江圩段河岸地质为二元结构，下部存在较厚的粉砂、细砂层，抗冲性差，经局部河势调整变化，水流顶冲或贴岸冲刷，右岸秋江圩段岸坡冲刷变陡，岸坡逐年崩退。三峡工程运行后，来水来沙变化及2016年大洪水作用，加速了崩岸发生发展。

4 秋江圩段崩岸治理实施情况

秋江圩段崩岸应急治理工程位于长江太子矶河段出口段右岸，对应秋江圩江堤2+060～7+020和8+300～9+300，护岸区长5080m，自上而下分为A、B、C、D四段，采用水上干砌混凝土块护坡、水下抛石和混凝土铰链排护脚型式。2015年10月开工，2015—2016年实施B段，B段全长1700m，其中1100m为混凝土铰链排护脚，600m为水下抛石护脚；2016—2017年实施A、C段，全长2380m，其中A段长1650m，为混凝土铰链排护脚，C段长730m，原设计为混凝土铰链排护脚，在2016年大水作用下，C段拟护岸区强烈崩塌，岸线犬牙交错，枯水位附近岸坡较陡，不能满足系排梁稳定要求，护脚型式由混凝土铰链排变更为水下抛石；2017—2018年实施补充完善工程，包括B、C和D 段加固工程，2018年4月完工。

5 防护效果分析

5.1 工程区岸坡稳定情况

将施工图阶段水下地形测图、施工前后及完工后水下地形测图进行对比，分析工程区岸坡稳定情况，采用ARCGIS软件计算分析工程区河床冲淤工程效果。分析得出，工程实施有效消除了崩岸隐患，工程区岸坡处于稳定状态，河床冲淤互现，局部河床呈稍淤积状态(见表2和表3)。工程经历了2016—2019年洪水期考验，未出现崩岸险情，秋江圩江堤防洪能力显著增强。受河势调整及水流顶冲作用影响，虽然岸坡处于稳定状态，但河道横向冲刷受阻，河床向纵深方向发展，深槽部位仍然继续处于冲刷状态，应加强观测分析，遇不利情形及时采取加固措施，以发挥工程整体防护效果。

表2 秋江圩崩岸治理工程前后岸坡稳定分析

表3 秋江圩崩岸治理工程区冲淤计算分析

5.2 工程区崩岸预警变化情况

根据2011—2017年安徽省防汛抗旱指挥部办公室和2018—2019年水利部长江水利委员会发布的崩岸预警通知，秋江圩段为Ⅱ级崩岸预警区。随着2015—2018年崩岸治理工程的实施，秋江圩段预警区范围逐年缩小，2017年后除了下游石头埂段因堤防无外滩仍维持Ⅱ级预警外，已护工程区均解除预警(见表4和图7)。