长江上游红灯碛滩采砂活动对航道维护的影响及治理措施

2022-03-07雷淳宇王誉寰

水运工程 2022年2期

雷淳宇，王誉寰

(长江宜宾航道局，四川宜宾644000)

20世纪以来，随着长江上游地方经济的快速发展，砂石需求日益旺盛，长江河道采砂活动频繁，部分河势发生改变，引起局部过水断面面积增加，水流流速降低，泥沙淤积，航道条件恶化[1]。学者针对采砂活动对河床演变及航道影响进行诸多研究[2-9]，而对于挖砂采石影响的航道治理措施却鲜有提及。因此，笔者以长江上游红灯碛滩为例，研究挖砂采石影响下航道的维护及治理措施，以期为后续航道进一步治理奠定基础，并为类似滩险的整治积累经验。

红灯碛是长江上游典型的枯水浅险滩，具有中洪水险、枯水上急下浅的特点[10]，在20世纪90年代曾实施过整治工程。由于受到挖砂采石的影响，原有整治建筑物的功能有所减弱，航道条件趋于恶化。笔者基于多年测图资料，对该河段挖砂采石后的河床演变及航道条件变化进行分析，并提出维护措施和下一阶段的治理思路。

1 滩段概况

红灯碛滩位于长江上游航道里程955.7 km，系中洪水险、枯水上急下浅的滩险，滩段处在急弯河段顶点下游，平面呈“S”形的弯曲河势。在上口有一长200 m、宽50 m的干堆窝纵卧江中，其下又有一系列散乱卵石堆。中洪水期，主流直冲干堆窝孤石，激起大浪和泡漩，流态极为紊乱；枯水期，干堆窝与红灯碛相对峙，水流急乱，纵比降2.6‰，最大流速4 m/s，上、下行船舶抱碛过紧易在碛边檫浅，过松则有触干堆窝的危险。在下游有青龙碛暗潜，将河床分为两槽。左槽为枯水航道，但水深仅1.8 m，航道尺度不够，严重碍航。

20世纪90年代兰叙段二期航道建设工程中，在左岸红灯碛狗下疤抛筑上顺坝，在右岸红灯碛碛尾抛筑下顺坝，并于2008年在“叙泸段”一期工程中按原整治标准对损毁坝体进行修复性建设。工程实施后滩段水流归槽，冲刷浅区，维持疏浚航槽的水深，滩段流态改善，上、下行船舶通航条件均明显改善。图1为长江上游红灯碛滩历史整治方案。

最新的测图显示，近年受挖砂采石影响，红灯碛边滩大部分滩体被挖掉，目前仅剩滩缘部位约70 m宽范围，且下顺坝坝根左右侧都被冲开形成串沟过流，整治建筑物的束水攻砂功能因此减弱，坝体整体稳定性也受到威胁。图2为长江上游红灯碛滩近期河势。

图2 长江上游红灯碛滩河势

2 挖砂采石的影响

2.1 对河势的影响

挖砂采石后，红灯碛边滩和董坝边滩完整形态均被破坏，尤其红灯碛边滩仅剩局部滩缘，如遇不利水砂条件，极易引起滩段滩槽格局甚至河势的改变。原本接岸的红灯碛下顺坝后方形成串沟，束水攻砂功能显著减弱。

2.2 对水流条件的影响

挖采前，红灯碛滩滩段流线顺直，水流流速大部分在3.5～4.2 m/s，最大流速出现在红灯碛上、下顺坝坝头附近，约为4.62 m/s，河道浅区受到冲刷。挖采后，下顺坝坝根后方形成串沟分流，分流比约1:9，主航槽内流速有所降低，最大流速仅出现在上顺坝下游附近，对浅区冲刷作用减弱，下顺坝坝头附近流线略有交叉，水流条件恶化。若遇不利水文年，红灯碛边滩仅剩的滩缘被冲毁，滩段过水面积将进一步增大，水流流速继续降低，对泥沙的冲刷作用随之减弱，滩段极易淤积碍航。

2.3 对航道条件的影响

红灯碛滩挖砂采石活动主要集中在红灯碛边滩和董坝边滩，其中尤以红灯碛边滩为甚。

从图3可知，2016年与2009年枯水期相比，受挖砂采石影响，红灯碛边滩和董坝边滩地形变化较为剧烈：红灯碛边滩80%以上滩体(以0 m线计)高程明显降低，高程降低范围顺水流方向1 700 m左右，垂直水流方向约320 m，最大降低约12 m；董坝边滩高程降低区域主要包括上、下游两部分，间距约500 m，呈不连续分布，高程降低区域面积约13万m2，高程降低值在7.0 m左右红灯碛边滩滩体边缘部位有所淤积抬高，淤积抬高部位最大高程增加约3.0 m；狗下疤滩附近岸边等靠岸部位受砂石堆场影响，局部高程抬高超过10.0 m。航槽内除红灯碛上顺坝坝头外侧冲淤变化较大外，其余部位无明显的冲淤变化。2017年和2016年相比，变化主要集中在整治建筑物附近、干堆窝石梁以及红灯碛、董坝等边滩，航槽内无明显的冲淤变化。2018年和2017年测图相比，主航槽部位变化不大，边滩和碛坝零散分布有范围较小的淤积体，董坝边滩碛翅部位略有淤积外延，目前幅度较小。2019年和2018年测图相比，航槽内冲淤变化相对较小，干堆窝—金堆子—董坝一线有淤积抬高，局部最大高程变化接近5.0 m，红灯碛边滩上有冲有淤。考虑仍与滩面的自然冲淤调整有关，但红灯碛中段两岸水下暗碛部位均有向河心淤积外延的趋势，有效航宽束窄，航道条件向不利方向发展。

图3 红灯碛滩滩段冲淤变化

从近年红灯碛滩3 m等深线变化看，该滩3 m等深线近年均全线贯通，但由于红灯碛边滩受到挖砂采石影响，致使红灯碛下顺坝后方形成漏浩过流，主槽分流减少冲刷力度降低，两岸均有不同程度向主航槽淤长的趋势，金堆子—董坝一线碛翅部位淤积外延，最大幅度约20 m，对岸红灯碛—青龙嘴一线同样略有淤积外延，幅度多在10 m以内，滩段航道条件有向不利方向发展的趋势。

图4显示红灯碛滩1993、2007和2016年3.5 m等深线的变化过程。

图4 红灯碛滩历年3.5 m线变化过程对比

20世纪90年代3.5 m线还未贯通，在金堆子—青龙碛附近断开640 m长，上浅区3.5 m线位于主槽偏右的位置。通过兰叙段二期工程，在该滩修筑了红灯碛上、下丁坝2处整治建筑物，到2007年3.5m线全线贯通，平均宽度达50 m，航道条件显著改善。之后，由于受到挖砂采石的影响，至2016年红灯碛边滩滩体受到破坏，下顺坝后方形成漏浩过流，整治建筑物的束水攻砂功能减弱，下顺坝附近3.5 m线宽度由120 m减小至90 m，有明显束窄趋势。

图5显示红灯碛滩2017、2018和2019年3 m等深线的变化过程。

图5 红灯碛滩历年3 m线变化过程

从近年红灯碛滩航道条件变化看，该滩3 m等深线已全线贯通，两岸均有不同程度向主航槽淤长的趋势，滩段航道条件向不利方向发展。

3 维护措施

3.1 维护思路及目的

红灯碛下顺坝建于1997年，兰叙段二期工程以控导水流为整治目标，调整金堆子右侧水流流向，冲刷对岸碛翅浅区部位，确保浅区通航尺度。由于挖砂采石影响，下顺坝后方形成串沟分流，整治建筑物束水功能减弱，因此维护的主要目的在于恢复该坝原有设计功能和作用。

红灯碛下顺坝主要对坝根后方串沟部位进行恢复接岸，对坝体其他区域进行修缮。维修后有利于恢复原整治建筑物的束水导流功能，提高坝体的结构稳定性，保证其整治功能的正常发挥，为红灯碛河段航道的安全畅通提供有力保障。

3.2 维护方案

根据近期测图及现场踏勘分析成果，拟对红灯碛坝根损毁部位进行修复加固，并恢复接岸，防止串沟继续冲刷发展，保证整治建筑物原束水冲沙功能的发挥，维持滩段通航条件。维修方案见图6。

图6 维修方案平面布置

接岸部位高程为237.735 m，与原坝根相接部位高程为236.97 m，接岸段总长255 m，坝体顶宽3 m，与顺坝相接部位10 m范围向背水一侧放宽至5 m，过渡段长度为10 m。坝体迎水坡1:2，背水坡1:2.5。坝体主体采用抛石结构，坝顶采用0.5 m厚C30现浇混凝土压顶。对接岸坝体背水坡坡面采用1层扭王字块护面，并在背水坡坡脚采用10 m宽1层扭王字块护底进行加固。与原顺坝相接部位，迎水坡30 m采用1层扭王字块护面，坡脚增设10 m宽1层扭王字块护底加固，坝体接岸处设1层扭王字块守护区，其范围为坝根后方以石梁为界，从坝根沿坝轴线方向向河心方向40 m，从坝轴线计算上游方向20 m，下游方向20 m组成的区域。

3.3 维护效果

2020年1—5月对该滩进行了维护施工，将坝根位置恢复接岸。图7显示红灯碛滩2018、2019和2020年3 m等深线的变化过程，其中2020年12月为维护实施后经历了一个汛期的测图。

图7 红灯碛滩近期3 m线变化过程

2020年汛期长江上游遭遇了罕见大洪水，河床变化明显。汛后资料分析结果表明，红灯碛滩段整体呈淤积状态。2020年12月较2019年之前有所淤积外延，但整个滩段3 m线均全线贯通，满足维护尺度要求，在本年度该河段总体淤积的态势下，整治建筑物外侧3 m等深线仅有少量淤积束窄，整治建筑物维护对航道条件改善的效果已经显现，后续维护中将继续加强该河段航道条件变化的观测和分析，进一步验证维护工程对红灯碛滩段的效果。

4 后续治理

4.1 治理思路

随着沿江地区经济的快速发展，对航运的需求不断加大，长江上游河段通行船舶标准化、大型化趋势明显，枯水期行船需要减载通行，船舶装载稍有不慎即容易在本滩段搁浅，安全隐患突出。红灯碛滩设计航槽内主要存在南槽上、中、下3个浅区水深或航宽不足，同时红灯碛边滩受到挖砂采石破坏，滩面凌乱，水流分散，浅区冲刷力度不足，滩槽格局的稳定性较差。因此，红灯碛滩的基本治理思路为：开挖浅区，满足航道尺度需要，对红灯碛边滩采用生态固滩与整治建筑物相结合的方式，恢复滩形，固滩稳槽。

4.2 初步治理方案

初步治理方案主要是采用生态固滩与整治建筑物结合的方式，对挖砂采石破坏的红灯碛边滩进行修复，方案如下：1)首先，在红灯碛边滩头部建1道丁顺坝，引导水流集中冲刷航槽的同时，守护住碛头关键部位；2)其次，红灯碛边滩中段局部深坑利用疏浚土回填，恢复至原滩面高程后平铺鱼巢砖，以利于鱼类生境的构建；3)最后，在红灯碛边滩尾部对已建红灯碛下顺坝高程加高至本次设计水位上2.5 m，以增加提高航道尺度后对水流的约束时长。针对南槽上、中、下3个浅区采用疏浚措施提高航道尺度。初步治理方案见图8。