长江中下游岸线大型临江港区工程水土保持设计探讨

陈兰 王志刚 钱峰 刘晓路 王一峰 刘纪根

［关键词］ 港区工程；水土保持；设计难点；武汉新港；长江中下游

［摘 要］ 为有效防治长江中下游岸线大型临江港区工程建设可能造成的水土流失，以武汉新港阳逻港区三作业区一期工程为例，分析了设计和施工中面临的平面布置制约因素多、土石方工程量大、生态环境敏感性强、施工组织复杂、水土流失风险高等难点。针对上述问题，提出了从水土保持角度优化工程布局和施工组织设计，制定完善的水土流失防治措施体系，采取蓄、渗、滞、排的雨洪集蓄利用技术等建议。经多年运行，工程经济、社会、生态效益显著，设计思路可为同类工程水土保持设计提供借鉴。

［中图分类号］ S157  ［文献标识码］ A  DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.01.009

长江经济带建设是我国大力推进区域协调绿色发展、打造中国经济新增长带的重大战略举措。党的十八大以来，沿江11省市以生态引领发展，促进经济社会发展全面绿色转型，“共抓大保护、不搞大开发”成为长江经济带发展的指导思想和方针政策。随着近年来长江中下游地区集装箱吞吐量迅速增长，新时代水土保持工作对长江中下游岸线大型临江港区发展提出了新的要求[1]。结合长江中下游河道概况，以武汉新港阳逻港区三作业区一期工程（以下简称“阳逻港区一期工程”）为例，梳理了长江中下游岸线大型临江港区工程水土保持设计难点，总结了水土保持设计策略，以期为港区工程水土保持设计提供借鉴和参考。

1 长江中下游河道概况

长江中下游河道上至宜昌，下至长江河口，全长1 893 km，是我国重要的冲积通航河段，其防洪、生态安全等关系长江经济带的发展。近年来，长江上游来沙量明显减少，中下游干流河道长期处于冲刷态势，局部河段崩岸频发，威胁防洪安全，成为“安澜长江”建设中需要着重解决的突出问题。长江中下游分汊河道表现为短汊发展占优的演变特性，下游弯道段凸岸边滩受水流冲刷后难以恢复原状，“撇弯切滩”现象较为普遍。同时，作为我国最大的河流和黄金水道，长江中下游两岸生态环境敏感性高，沿岸工程建设造成的生态破坏很难恢复。此外，长江中下游平原区是我国暴雨多发区和暴雨强度最大的区域之一，暴雨径流会挟带工程建设产生的泥沙进入河道，造成水土流失。

2 工程项目组成

武汉新港阳逻港区位于武汉阳逻经济技术开发区长江北岸，是长江中游港口城市群中的核心港区，是建设长江经济带的先导区。阳逻港区一期共计划建设4个5 000 t级集装箱江海船泊位，占用岸线长度563 m，设计年通过能力74万TEU；于2013年3月开工建设，2015年12月完工并试运行，总工期34个月；实际完成总投资21.78亿元，其中土建投资70 289万元；工程主要由码头及引桥区、集装箱堆场区、管理及辅助设施区、进出场道路区和施工生产生活区等部分组成。

1）码头及引桥区。该区占地面积7.8 hm2，码头布置为直线形，占用岸线563 m，平台尺寸为563 m×30 m，平台通过3座引桥与后方陆域堆场相连，引桥总长2 265.3 m。

2）集装箱堆场区。该区位于陆域前方，其内布置有重箱堆场和空箱堆场，占地面积31.96 hm2。重箱堆场位于陆域前沿，平行于码头前沿线布置，空箱堆场位于其后。堆场区内道路呈环形布置。堆场为夯填土填筑，堆场前沿高程29.3 m，前沿边坡坡比1∶3，坡面铺设有六边形混凝土预制块防护。

3）管理及辅助设施区。该区占地面积12.88 hm2，由生活管理区、辅助设施区和配套设施区组成。辅助设施区位于陆域堆场后方，设有综合办公楼。配套设施区位于进场大门附近，布设有拆装箱库、污水处理站、消防泵房及水池、箱修间等。

4）进出场道路区。该区占地面积2.81 hm2，设在陆域后方，进出场道路长536 m，与平江路连接。

5）施工生产生活区。该区占地面积5.5 hm2，布置于一期工程扩建场地上，位于堆场东南侧，包括临时工棚、临时办公区、停车场、建材堆放场、加工场、拌和站等。

3 港口工程设计和施工难点

3.1 施工区位于水陆交错带，平面布置制约因素多

港区工程施工区位于水陆交错带，陆域用地有限，自然条件不稳定，施工平面布置制约因素多。阳逻港区一期工程水域紧邻长江主航道，码头前沿附近等高线不平顺，有矶头零散分布，水流情势复杂。从减少对航道影响的角度，码头前沿线应靠岸侧布设，但码头前沿线越靠近岸侧，清除前沿矶头的炸礁工程量就越大。水土保持设计时进行了平面布置优化，综合考虑了自然水深、枯（洪）水期水流流向、地质条件，船舶靠离泊作业、码头前方装卸工艺布置、减少对施工区域扰动要求，以及码头沿线与既有防洪工程、航道的关系等，选择经济合理的码头区平面布置方式。

3.2 施工土石方量大，需要合理选择竖向布置

港区工程建设通常动用土石方量较大，特別是堆场施工多采取大挖大填方式，容易造成水土流失。阳逻港区一期工程开挖土石方总量111.69万m3，填方总量110.08万m3，利用1.61万m3，无借方和弃方，工程建设破坏了原地貌，削弱了其水土保持效果。

阳逻港区一期工程项目区位于长江中下游湖积冲积平原。陆域内沿江筑有防护大堤，堤顶标高28.70 m，堤内地势较平坦，但局部地区为人工堆填，最高点高程50.8 m，最低点（河湖港汊地区）高程20.1 m。陆域内设0.5％的单向坡，陆域前沿设计标高29.3 m，后沿设计标高32.9 m。堆场区域位于长江内陆滩涂位置，采取大挖大填施工方式，最大高差达10 m，造成了较大不均匀沉降，而重箱堆场区对地基沉降要求较高。为减少地基不均匀沉降，港区施工设计必须兼顾总体使用功能要求，做好场地的竖向设计，尽可能减少土石方开挖、回填量。

3.3 干流两岸生态环境敏感性强

近年来长江经济带地区环境治理虽取得积极进展，但中下游干流两岸生态环境敏感性强，生态保护形势依然严峻。目前，长江中下游干流航运交通频繁，岸线利用率已达25%左右，其中江苏沿江岸线不到1 km就设有1座码头，可作为两栖动物栖息地和水域生态屏障的自然岸线逐渐减少，而施工过程中过度采砂、水土流失等又进一步破坏了生物栖息环境。

阳逻港区一期工程项目区临江岸线属长江高河漫滩，枯水位时有基岩出露，但水域水深条件好，陆、水作用频繁。工程建设在施工期大规模开挖、陆域吹填、地基处理、码头桩基施工、道路建设等环节均存在水土流失隐患，特别是水域码头前沿钻孔处平均水深为10 m，若处置不当则很可能会造成水域生态破坏、岸线淤积、水质污染等。

3.4 长江洪枯水位变幅大，施工时序要求高

受雨季和上游来水量影响，长江中下游河道水位年内变化幅度大。阳逻港区一期工程总工期长达34个月，在不影响工期的前提下，在施工设计中合理安排施工时序，做到既确保码头和堆场区安全度汛又有利于水土保持，是设计中的主要难点。

3.5 施工过程中存在潜在水土流失风险

港区施工过程中多环节存在潜在水土流失风险。比如，施工期码头及引桥区港池疏浚产生的淤泥和桩基施工产生的泥浆钻渣，集装箱堆场区表土剥离、建构筑物基础挖填形成的大量高陡裸露边坡、挖填松散土方无序堆放、运行期码头及引桥区散杂货物防护不到位，以及集装箱堆场区、管理和辅助设施区绿化或排水设施养护或处置不当等，均有可能加剧项目区水土流失。

阳逻港区一期工程集装箱堆场区面积31.96 hm2，硬化比例高达99.2%，绿化面积仅0.24 hm2。大面积的场地硬化改变了项目区原水循环路径，影响地表产流，加剧排涝压力，进而引发水土流失。因此，项目设计过程中要合理运用各项水土保持技术措施，根据当地降雨情况，合理集蓄利用雨水，排除多余积水，保护项目区生态环境。

4 水土保持优化设计思路

针对上述设计难点，为减少工程建设和运行过程中可能造成的水土流失，提出以下优化设计思路。

4.1 从水土保持角度优化平面布置

在设计阶段综合考虑项目区水下地形、水流情势等自然因素，分析码头前沿线与航道、既有防洪工程的关系，以及码头与陆域衔接的合理性等关键因素，对码头平面布置中的水土保持方案进行优化比选，最终采取将码头前沿线布置在同一条直线上，方位角152°～332°，使方案更加经济合理。

阳逻港区一期工程堆场前沿设计高程为29.3 m，高于既有防洪墙顶部高程（28.70 m）。在陆域堆场建设方案中，经有关部门批准，拆除了既有防洪墙，用堆场前沿的水工建筑代替此段防洪墙的防洪作用。防洪墙拆除后，堆场前沿与上游武矶头自然高地之间通过新筑土堤封闭，堆场前沿与下游端现状防洪墙之间的缺口通过新筑防洪墙封闭，有效减少了地表扰动和工程动用土石方量。

4.2 基于水土保持的施工组织优化设计

港区建设施工过程中应优化施工组织设计，融入水土保持理念，采取新的施工工艺，合理安排施工时序[2]，各项工程分步进行，从而最大限度地减少项目区水土流失。阳逻港区一期工程的具体做法有：

1）采用码头施工新工艺，减少水域悬浮物。码头建设过程中采取沉桩法施工，水下施工会造成局部水域悬浮物增多，灌注桩施工过程中钻孔取渣容易造成水土流失。因此，设计方案明确要求主体设计采用新方法和新工艺，以减少在水域施工时产生的悬浮物。阳逻港区一期工程码头施工过程中采用绞吸式挖泥船进行疏浚，挖泥、输泥、卸泥等过程均由挖泥船自身连续作业实施，先进的疏浚工艺可减少悬浮物的产生。同时，修建钻渣沉淀池等临时措施，钻渣由泵送至沉淀池进行沉淀、固化处理，钻渣干化后用于进出场道路区场地填筑，以减少弃渣量。

2）保护和利用表土，优化土石方调配。阳逻港区一期工程充分利用了疏浚清淤的淤泥及项目区内可利用的表土。工程疏浚清淤产生的淤泥1.88万m3、剥离的表土1.65万m3，均堆放于施工生产生活区的临时堆土场，用于后期项目区绿化，避免了异地取土或购买绿化覆土。

港区建设过程中需要大挖大填，主体工程设计时只对总体土石方量进行了较为粗略的计算，但在实际施工过程中，土石方的开挖填筑在陆域堆场形成、施工场地布置、施工临时道路修筑及场地绿化等环节均会产生。在水土保持后续优化设计和跟踪过程中，对各工程分区进行了土石方平衡计算和优化调运，调整土石方开挖、回填的数量和运距，最大限度地利用开挖方[3]，减少弃渣的产生。采用强夯地基处理技术，就地利用土料，不仅减少了建设过程中产生的水土流失，而且节省了投资。具体做法如下：

1）时间优化，调整施工进度和时序。缩短了施工工期，阳逻港區一期工程总工期由方案设计阶段的36个月缩短为34个月；集装箱堆场区施工时采用分片施工、逐步推进的方式，缩短局部建设工期，减少地表裸露时间，减轻了施工过程中因降水等因素可能产生的水土流失。

2）空间优化，缩小裸露面积和运输距离。阳逻港区一期工程优先进行道路施工，在保证施工区通行顺畅的同时，避免施工车辆随意进场，减少对地表和植被的扰动和破坏。对施工生产生活区的布置和占地面积进行优化，方案设计阶段施工生产生活区布设在堆场西北侧，后续优化设计时调整为堆场东侧的一期工程扩建场地，缩短了各分区的临时堆土运至施工生产生活区的运输距离。

3）数量优化，就近调运土石方。阳逻港区一期工程采取强夯地基处理技术就地利用土料，提高了土方的资源化利用率；堆场前沿的护坡能代替已有防洪墙的防洪作用，减少了新建防洪墙的占地面积和土石方挖填方量。

经优化，阳逻港区一期工程建设时产生的开挖土石方得到最大程度的利用，不仅减少了因施工、取料和弃渣造成的水土流失，而且节省了工程成本。

4.3 制定完善的水土流失防治措施体系

根据阳逻港区一期工程的施工和水土流失特点，水土保持方案中设计了完善的水土流失防治措施体系[4-5]，特别是对于施工过程中因开挖、填筑、堆置等造成的裸露面设计了水土保持临时措施，见表1。项目已建设完成并通过了水土保持验收，目前各项水土保持设施运行良好，水土流失防治效果显著。

4.4 采取蓄、滲、滞、排的雨洪集蓄利用技术

针对集装箱堆场区硬化比例高，遇强降雨天气容易形成大量地表径流，加剧项目区的排涝压力，还可能产生严重水土流失的问题，阳逻港区一期工程设计单位采取了蓄、渗、滞、排的雨洪集蓄利用技术，主要包括采用透水铺装、建设下凹式绿地、优化排水设计和配套修建雨水收集设施等。具体来说，在管理及辅助设施区地面停车场铺装嵌草砖，在嵌草砖内种草提高地表雨水下渗率，同时绿化美化环境；集装箱堆场区道路设计标高略高于绿化区域，雨天道路积水可顺势流至绿化区域；将方案设计阶段的排水沟改为尺寸更大、泄洪能力更强的排水管；在辅助设施区的地势低洼处就地修建景观池塘，不仅提高了景观效果，而且可作为雨水调蓄池，将雨水径流收集后用作绿化浇灌用水和堆场降尘用水等，提高了水资源利用率，水土保持效果显著。

5 水土保持效益分析

阳逻港区一期工程秉持先进的水土保持设计理念，水土保持功能定位准确，主要技术标准、建设方案和水土保持措施都满足绿色和环保要求，经济、生态效益显著。

1）经济效益。通过水土保持优化设计，在不降低水土保持效果的前提下，选择经济合理的码头平面布置形式；采用强夯地基处理的绿色环保技术，提高了地基承载力，解决了不均匀沉降；通过施工组织优化设计，做到了工程区内土石方平衡，同时也为建设单位节省了工程投资。

2）生态效益。经监测和验收认定，采取水土保持措施后项目区共减少水土流失量约1 000 t，有效控制了水土流失，改善了生态环境。

根据水土保持监测结果，工程建设过程中产生的土壤流失量为6 883.88 t，工程实际扰动土地面积为53.15 hm2；完成水土流失治理面积10.85 hm2，硬化地表及永久建筑物占地面积41.43 hm2，扰动土地整治率为98.36%，水土流失总治理度为98.61%，工程区土壤流失控制比为1.02，拦渣率为98%；项目建设区可绿化面积为9.72 hm2，实际恢复林草植被面积为9.69 hm2，林草植被恢复率为99.69%，林草覆盖率为18.23%。工程建设完成后，六项防治指标均达到了批复的水土流失防治目标，实现了项目建设与生态建设“双赢”的目标，保障了阳逻港区绿色工程建设。

6 结束语

长江中下游大型临江港区工程是我国重要的基础设施，有力地支撑了长江经济带社会经济发展。在港区工程建设过程中要充分重视长江环境保护，结合工程特点采取有针对性的水土保持设计，促进港区绿色、可持续发展。以阳逻港区一期工程为例，从水土保持角度优化主体工程布局和施工组织设计，制定了完善的水土流失防治措施体系，其在雨洪集蓄利用等方面的设计经验，为同类工程建设提供了参考和样板。

［参考文献］

［1］ 蒲朝勇.推动新阶段水土保持高质量发展的思路与举措[J].中国水利，2022（7）：6-8.

［2］ 龚晶，陈梦华，张超.基于水土保持的施工组织优化设计[J].山东水利，2013（2）：84-85.

［3］ 李建明，王志刚，王一峰，等.基于固体废弃物资源化利用的“无废城市”建设初探[J].中国水土保持，2019（7）：25-29.

［4］ 姜德文，蒋学玮，周正立.水土保持方案的核心是防治措施体系[J].中国水土保持，2021（8）：10-13.

［5］ 周航.沿海港口工程建设方案水土保持评价与防治措施[J].中国水土保持科学，2014，12（1）：96-101.