考虑河势演变长江永安堤治理工程优化分析

2023-07-08徐凌钟琦皓

中国水运 2023年6期

徐凌，钟琦皓

（1、九江市水利电力规划设计院，江西九江 332000；2.江苏省水利工程科技咨询股份有限公司，江苏徐州 221000 ）

河势演变对河道堤防工程的安全性影响较大，在河道治理工程中不可忽视河势演变的影响[1-3]。通过现场调查分析，人民洲河段近期的河势演变情况，为河道治理工程方案优化设计提供参考。

1 河段概况

人民洲河段左岸为广阔的冲积平原，右岸紧靠山丘、矶头。1924 年以前，人民洲是鸭蛋洲到二套口一带与岸相连的边滩，经过1935 年大水，整个边滩被冲散成三个沙包排列于江中。到1953 年三个沙包联成一体形成人民洲，人民洲自形成以来，形态位置较为稳定，主要表现为随不同水文年的冲淤变化。1953 年至1981年总的变化趋势是洲头冲刷，洲尾向下游淤涨并向南摆动。永安堤段位于人民洲右汊，可研阶段审定护岸工程总长度为11000m。永安堤段地理位置见图1。

图1 永安堤段地理位置示意图

2 人民洲河段近期演变

2.1 河段两岸总体稳定，洲体岸线局部有所变化

该河段内左岸为黄广大堤、右岸为九江市防洪大堤所控制，自20 世纪七八十年代以来，该河段的两岸及洲体岸线总体稳定，局部有所变化，河道格局基本稳定。人民洲自形成以来，滩体岸线虽然有冲淤变化，但幅度较小，洲体平面位置及形态相对较为稳定。

随着人民洲的形成与发展，洲体上下延伸，横向展宽，右汊主流对右岸冲刷加强，致使永安堤一线长期崩岸，经20 世纪70 年代以来护岸工程的实施后趋于稳定。

20 世纪80 年代以来，随着上游新洲汊道段汇流段深泓左移，徐家湾边滩淤长下移，人民洲总体表现为头冲尾淤。具体表现为1981～1998 年洲头下挫1050m，左缘淤长、洲尾下移，由于1998 年长江大水，上游徐家湾边滩大幅淤长与江岸淤连，下游人民洲尾部10m线也与左岸相连；1998～2001 年随着汇流段深泓左移，人民洲头冲尾淤，左汊冲刷扩大，洲体右缘上半部分冲刷明显、下半段淤长延长；2001 年以来，受来沙大幅减少的作用，徐家湾由边滩被切割为心滩，右岸沿岸槽明显冲刷发展。

2.2 人民洲左汊中枯水分流比增加，右汊深槽处于冲刷下移，右汊将长期保持主汊地位

2.2.1 分流比变化

人民洲左右汊分流比资料较少，1959 年观测资料表明。人民洲左汊汛期高水时分流比21%，中水时14%。枯水时左汊几乎断流。从20 世纪80 年代以前地形资料看，左汊冲淤变化较小；从20 世纪80 年代以后资料看，1981～1998 年左汊大幅淤积，横断面趋于宽浅，左汊衰退明显；1998～2011 年后左汊断面发生冲刷，最大冲深达9m，左汊分流比随流量的增大而增大。根据2007 年以来分流比观测资料，2007 年至2010 年，左汊中水分流比由不到10%左右到接近15%，枯水由2.5%增加至4.85%；汛期高水分流比约为25%左右；2011 年以来左右汊均有冲刷。右汊始终处于主汊地位。分流比变化见表1。

表1 人民洲左右汊分流分沙比变化

2.2.2 右汊深槽变化

人民洲右汊深槽偏靠右岸一侧，右岸是陡岸，易崩塌。20 世纪70 年代以后，陆续实施了护岸工程，稳定了该段的河势。20 世纪80 年代以来，深槽总体处于冲刷发展之中。1981 年人民洲右汊偏靠河道右岸有一长约7.1km 的狭长型的-10m 槽，1981～2001 年尾部下移2200m；2001～2011 年以后表现为首淤尾冲且幅度相当，-10m 槽累计下移约5.4km；2011～2016 年-10m深槽变化主要在于头部的淤积，下移约800m，尾部基本稳定；2016～2020 年深槽-10m 槽明显冲刷。

-5m 槽也处于冲刷发展中，2001 年后人民洲右汊-5m 深槽与下段九江弯道段-5m 线全线贯通，2016年-5m槽头冲刷发展，与上游龙坪汇流区-5m深槽贯通。近岸岸坡变陡，人民洲右汊处于发展变化之中。

2.2.3 左汊深槽变化

20 世纪80 年代以后，上游新洲汊道段呈现左汊衰退、右汊发展的趋势，两汊水流汇合后，深槽左移、深泓大幅左摆，致使人民洲左汊进口段深槽明显冲刷。随着新洲右汊的进一步发展，右侧沿岸流发展，同期左汊进口淤积萎缩。2016～2020 年左汊进口进一步萎缩，左汊进口段-5m深槽槽尾明显淤积，左汊进流条件恶化，左汊内0m 深槽明显淤积。

3 永安堤段治理工程优化

3.1 永安堤1998～2016 年期间变化

从平面形态看，永安堤所在岸段位于人民洲右汊，深槽偏靠右岸一侧，右岸是陡岸，易崩塌，多年来深槽处于持续冲刷发展之中。其中：

（1）右汊-5m 深槽：多年来人民洲右汊-5m 槽右缘总体处于基本稳定，槽首上提下挫，槽尾冲刷发展，左缘冲淤交替。1981～1993 人民洲右汊-5m 槽冲刷扩大，槽体左缘冲刷，首尾上提下挫，右缘稳定；1993～1998 年槽首回淤、尾部冲刷，至2001 年槽首基本稳定，槽尾迅速发展下延，与弯顶二套口下游-5m 槽贯通连成一体，形成一个长约30km 的大槽；2001～2011 年槽首萎缩下移4.2km，左缘回淤；2001～2013 年槽首发展上延且向江中左偏至徐家湾心滩与人民洲之间的通道。

（2）右汊-10m 深槽：人民洲右汊深槽偏靠右岸一侧，1981 年-10m 深槽为一狭长型，1981～1993 人民洲右汊-10m 槽冲刷扩大，槽体左缘冲刷，首尾上提下挫；1993～2011 年-10m 槽呈现首淤尾冲。深槽大幅下移，首尾冲淤下移的幅度相当，累积下移约5.4km；2011～2013 该处-10m 深槽冲淤主要在头部的淤积，并在左侧形成了四个大小不一的-10m 槽冲刷坑，深槽头部出现往江中偏移的趋势。总体来看，右汊-10m 深槽呈头淤尾冲且不断向下移动。

（3）人民洲右汊深槽的变化与上游龙坪河段左衰右兴的变化趋势是密切相关的，如前所述，1998 年后随着新洲右汊水流动力增强，右汊道内深槽向下发展，槽尾右移，徐家湾边滩被冲刷、切割，边滩转化为心滩后向江中左偏，人民洲洲头受水流挤压冲刷后退。同时伴随着新洲右汊的发展，汇流段主泓左摆，造成徐家湾边滩左侧上深槽发展下延，人民洲右汊下深槽槽头上延左偏。

（4）从横断面变化来看，永安堤进口段（对应断面号YA4+900～YA6+200）受上游龙坪河段汇流段深槽下移、沿岸槽发展的作用，近岸断面发生明显冲刷；中段受徐家湾边滩切割、下移、左偏的作用，中段（对应断面号YA6+200～YA10+500）近岸断面发生大幅淤积；下段主要受水沙条件变化的作用，河槽明显冲刷，近岸岸坡后退变陡。永安堤段岸坡现状见图2。

图2 永安堤段岸坡现状

3.2 永安堤2016～2020 年期间变化

平面变化：2016～2020 年期间，该段起点至断面YA6+650 段-5m 平面等高线摆动幅度较大，呈犬牙交错状，以向近岸侧摆动为主，断面YA6+650 至终点段则相对稳定。10m、5m、0m 平面等高线相对较稳定。

断面变化：2016～2020年期间，起点至断面YA1+750段水下坡脚有一定冲刷，幅度为0.5～3.0m，局部岸坡冲刷后退幅度达到10m；断面YA1+750～YA6+650 段近岸河床冲刷较为剧烈，幅度达到5～10m。

冲淤变化：2016～2020 年期间近岸河床冲淤计算成果为冲刷面积250.0 万m2，冲刷量523.5 万m3，平均刷深厚度2.09m 左右；淤积面积249.4 万m2，淤积量143.7 万m3，平均淤积厚度0.58m 左右。

3.3 工程优化

经工程段河道演变分析，工程段2016 年以前上段和下段岸坡均有明显冲刷变陡趋势，中段淤积幅度较大。而2016 年以来，上段和下段表现为冲淤相间态势，中段坡脚则冲刷较为剧烈。经复核，为保证岸坡的整体稳定，护岸范围在前期研究范围基础上增加断面YA1+705～YA6+050 之间长约4500m 护岸范围，护岸总长度为15500m，对应永安堤堤防桩号0+000～1+630、1+705～16+600。另外，永安堤堤防桩号14+550～15+000 段位于九江长江二桥下游侧，堤外无滩，岸坡冲刷坍塌严重，威胁堤防安全（图3）。为保证岸坡稳定，兼顾景观需求，拟对永安堤堤防桩号14+550～15+000 段约450m 岸段新建水上护坡工程。与此同时，考虑永安堤段已建护坡损毁部位较为零星且分散，现状多为泥沙落淤掩埋，拟取消前期批复中4000m 范围内的老护坡修复工程。综上考虑，永安堤段护岸工程长度15500m，相比前期审定范围增加4500m。

图3 永安堤段岸坡冲刷

工程河段98 年实施的河道整治工程，对15.6km 长岸线进行了系统治理，水上护坡采用干砌块石防护，水下护脚采用抛石、抛四面体、膜袋砼、充砂管袋等型式防护。工程建成运行至今已20 年，通过对2001 年以来河道断面地形进行套汇，工程河段水下岸坡呈现持续冲刷的态势，水下护脚工程损毁严重，而水上护坡工程相对完好，总体呈现槽冲滩淤的态势，详见表2。

表2 永安堤段冲淤变化及已建工程损毁情况表

护岸工程布置主要对水下护脚进行加固处理，防止水下岸坡持续冲刷危及岸坡稳定及堤防安全，并对局部岸段水上护坡进行新建。水下护脚工程布置主要针对工程完工运行以来冲刷剧烈、原有护脚工程严重水毁的岸段及相应断面范围进行守护，即水下护脚冲刷剧烈的横向宽度范围。例如，护岸工程桩号0+000～1+900 段，水下岸坡5m 高程以下发生剧烈冲刷，已建护脚工程基本损毁，护岸工程主要对5m 高程至近岸深泓范围内采用赛克格宾进行守护，并与已建且相对完好5m 高程以上护脚及水上护坡工程形成完整的防洪保护体系。