沈彥軍，王國波，陳 亮

(長江鎮(zhèn)江航道處，江蘇鎮(zhèn)江 212002）

引言

長江南京以下12.5 m 深水航道工程是國家打造黃金水道、建設(shè)長江經(jīng)濟帶的重點工程。根據(jù)長江黃金水道建設(shè)總體推進方案，長江南京以下12.5 m 深水航道建設(shè)工程按照“整體規(guī)劃、分期實施、自下而上、先通后暢”的治理思路分期實施[1-2]。其中，一期工程建設(shè)范圍為南通天生港區(qū)至太倉蕩茜閘，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為5 萬t 級集裝箱船實載全潮雙向通航，于2012 年8 月開工，2015 年12 月竣工驗收；二期工程建設(shè)范圍為南京新生圩港區(qū)至南通天生港區(qū)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為5 萬t 級集裝箱船實載雙向通航，于2015 年6 月開工，2016 年7 月實現(xiàn)初通，2018年4 月底交工驗收并進入試運行期[3]。

二期工程整治河段里程長，整治河段受徑流、潮汐雙重作用，水動力條件復(fù)雜，局部河段寬淺，水下沙體活動較活躍，工程河段河床演變較復(fù)雜。同時，在整治建筑物實施過程和完工后，因所處水下地形與邊界條件的變化，整治建筑物周邊沖淤環(huán)境將產(chǎn)生相應(yīng)調(diào)整。為對二期工程實施后的治理效果進行評價，及時總結(jié)分析相關(guān)經(jīng)驗、不足，并為后續(xù)工程提供指導(dǎo)，開展長江南京以下12.5 m 深水航道工程整治效果分析研究是十分有必要的[4-5]。

二期工程河段全長227 km，在長江下游福姜沙、口岸直、和暢洲和儀征水道實施航道整治工程，使12.5 m 深水航道由南通天生港區(qū)上延至南京新生圩港區(qū)。本文重點研究和暢洲水道，根據(jù)航道整治工程實施后的實測數(shù)據(jù)，與設(shè)計階段數(shù)物模預(yù)測結(jié)果對比分析，綜合分析工程前后在灘槽變化、河床容積、流場變化、分流分沙變化等方面的實現(xiàn)情況。最后對和暢洲水道航道整治工程實施后的效果進行評價，為類似工程的設(shè)計和施工提供參考。

1 水道自然條件及航道整治工程概況

和暢洲水道在天然條件下右汊進口段征潤洲尾灘淤積下延和右汊中下段凸岸邊灘緩慢淤積的趨勢將持續(xù)，使得右汊的進流條件進一步惡化以及沿程河床阻力加大。如不采取進一步工程措施，右汊河槽容積可能進一步減小，使得右汊河床繼續(xù)呈現(xiàn)緩慢淤積狀態(tài)，導(dǎo)致深水航道建設(shè)和維護難度不斷加大。相關(guān)研究成果表明，和暢洲左、右汊河槽的容積變化與分流比的變化相對應(yīng)，右汊深水航道條件的優(yōu)劣與分流比的變化密切相關(guān)。針對和暢洲右汊航道目前存在的彎、窄、險的問題，結(jié)合該河段航道條件的發(fā)展趨勢，改善和暢洲右汊航道條件的工程治理思路為：通過整治工程措施，適當(dāng)增加右汊分流比，改善右汊航道條件并使航道可維護；在實施整治工程的前提下，對右汊進口段右側(cè)征潤洲尾灘進行切灘，改善右汊進流及船舶航行條件。

根據(jù)工程治理思路，采用的航道工程方案：和暢洲水道整體實施方案主要是在初通航道的基礎(chǔ)上增加水深、延展寬度。設(shè)計水深提高至12.5 m（航行基準(zhǔn)面），對和暢洲右汊進口段礙航邊灘進行切灘，結(jié)合調(diào)標(biāo)實現(xiàn)航道最小寬度由200 m 拓寬至250 m。試運行期航道維護尺度：維護水深為12.5 m（航行基準(zhǔn)面），維護航寬為和暢洲右汊最小航寬250 m。采用的整治建筑物方案：基于工程整治思路，和暢洲水道整治建筑物主要為和暢洲左汊兩道潛堤。根據(jù)設(shè)計文件，整治建筑物方案具體見圖1。

圖1 和暢洲水道整治工程平面布置示意圖

2 整治方案數(shù)物模預(yù)測效果

2.1 地形沖淤變化預(yù)測

工程實施將起到對左汊河道促淤、對右汊河道減淤的效果，工程后堤前最大淤厚為10.6 m，堤身之間及HL2 潛堤下游最大沖深為10.9 m、15.6 m；與自然演變情況相比，遇1998 大水大沙年，其工程對左汊河道促淤量為375 萬m3，對右汊河道減淤量為265 萬m3。其礙航長度由工程前自然演變的5.8 km 減小為2.6 km。預(yù)測的工程后的河床沖淤變化圖詳見圖2。

圖2 工程后和暢洲水道典型年末河床沖淤變化圖

2.2 流場變化預(yù)測

工程對流速的影響范圍上至六圩河口下至大港河口以下3.5 km 處的四墩山附近。右汊河道內(nèi)流速普遍增加，左汊河道內(nèi)流速除擬建潛堤堤頭、堤身、HL1 潛堤左側(cè)下游附近水域、HL2 潛堤下游左側(cè)深槽水域增加外，其余水域普遍減小，詳見圖3。

圖3 工程前后流速變化（Q=57500m3/s)

1）右汊進口～右汊出口～黃港一帶流速普遍增加，增幅最大的位置位于運河口附近的河槽內(nèi)。工程實施后不同流量級下右汊河道內(nèi)流速增幅為0.05～0.55 m/s，該段航道中心流速增幅為0.01～0.56 m/s，增幅最小位置位于右汊進口處，最大位置位于運河口附近。多年平均流量下，右汊河道內(nèi)和航道中心的流速增幅分別為 0.1～0.3 m/s 和0.01～0.29 m/s；

2）新民洲河口～和暢洲左汊已建口門潛堤一帶因為潛堤工程壅水作用流速略有降低，減幅為0.01～0.40 m/s；

3）左汊出口～匯流段～大港河口對岸流速略有降低，減幅分別為0.01～0.20 m/s 左右，工程對該段深水航道中心線流速的影響也較小。

4）和暢洲左汊河道內(nèi)，沿程除擬建兩道潛堤堤身及堤身兩側(cè)下游局部水域流速增加外，其余水域流速普遍降低，各級流量條件下流速減幅為0.05～1.0 m/s，減幅最大位置位于HL1 潛堤下游深槽及HL2 潛堤左側(cè)下游水域。

5）各級流量條件下左汊擬建兩道潛堤堤身及右側(cè)堤頭附近水域為流速增加區(qū)，隨著流量的增加，兩道潛堤左側(cè)堤頭水域由流速減小區(qū)轉(zhuǎn)換成增加區(qū)，流速最大增幅位于第1 號潛堤左側(cè)及2 號潛堤右側(cè)堤身及堤頭平臺之間的交接處。

2.3 汊道分流比變化預(yù)測

工程實施后，和暢洲左汊分流比明顯減小，右汊分流比明顯增大。不同計算流量級下，汊道分流比變幅為6.18～9.11 %。

2.4 航道維護量預(yù)測

1）初通航道維護量預(yù)測

初步設(shè)計階段采用數(shù)學(xué)模型預(yù)測和暢洲水道不考慮整治建筑物情況下初通方案實施后航道回淤量，模型計算初通航道年淤積厚度達(dá) 2 m 以上，局部淤積達(dá) 3 m。礙航部位仍位于右汊中下段，主要在一顆洲對面、運河口及孩溪邊灘一線。年維護量約 50 萬m3。

2）試運行航道維護量預(yù)測

根據(jù)設(shè)計文件，工程實施將起到對左汊河道促淤、右汊河道減淤的效果。工程后堤前最大淤厚為10.6 m，堤身之間及HL2 潛堤下游最大沖深為10.9 m 與15.6 m。

大水大沙水文年后，右汊位于諫壁河口處淺區(qū)12.5 m 等深線最小寬度由工程前的約160 m 展寬為182 m，與自然演變的129 m 相比增加了53 m；中水豐沙年后孩溪邊灘淺區(qū)12.5 m 等深線最小航寬由自然演變的86 m 增加到158 m。

5 年水文年作用過程中的第3 年末，因遭遇2011 年的小水年，水流動力偏弱，致使航道條件相對略差，最小航寬為200 m，部分礙航段達(dá)不到250 m 的航寬要求，維護量稍大；5 年末，右汊礙航段航寬又小幅增加，12.5 m 等深線平均寬度達(dá)351 m，較工程前增加31 m，最小寬度由160 m 增加到213 m。

根據(jù)泥沙數(shù)模研究成果，結(jié)合以往航道維護情況，平常水沙年條件下，航道年維護量約85 萬m3。

3 整治工程前后預(yù)測與實測效果對比分析

3.1 河勢變化對比

1）沖淤變化：整治工程完工后，潛堤的阻水效應(yīng)顯著，左汊潛堤上游側(cè)除零星沖刷點外大部呈淤積狀態(tài)，幅度達(dá)8 m 以上，潛堤之間與潛堤下游側(cè)受壩頂翻滾水流直接作用于河床軟硬交界面，產(chǎn)生沖刷坑。右汊增深效果明顯，整體大部處于沖刷狀態(tài)，沖刷深度在3～6 m，且進口段沖刷幅度更大。洲尾匯流處存在淤積，淤積厚度在1～3 m。與設(shè)計階段整治效果數(shù)物模預(yù)測結(jié)果相比，主要沖淤部位、沖淤幅度符合預(yù)期。

2）河床容積變化：和暢洲右汊10 m、15 m 深槽容積相較工程前分別增加37.2 %與69.5 %。

3）分流比變化：根據(jù)初步設(shè)計階段預(yù)測，和暢洲水道整治工程實施后左汊分流比在各級流量下減小6.18 %～9.11 %，流量越小，分流比減小幅度越大。整治工程實施后左汊分流比實際減小10.4 %，效果好于預(yù)期。

3.2 流場變化對比

整治工程實施前后，和暢洲水道整體分匯流格局沒有發(fā)生大的變化，但左右汊水動力調(diào)整幅度較大。由于左汊潛堤的限流作用，增加了左汊局部水流阻力，流速普遍減小，減小幅度在0.8 m/s 左右，相應(yīng)右汊流速整體增加，增加幅度0.4～0.8 m/s。與設(shè)計階段流場變化預(yù)測結(jié)果相比，流速增減區(qū)域基本相同，量值變化好于預(yù)期。

3.3 航道維護量對比

1）初通維護量：初通期22 個月（2016.7～2018.4）航道維護疏浚上方量為3.6 萬m3，與設(shè)計階段預(yù)測的初通年維護量50 萬m3相比大大降低。

2）試運行航道維護量：試運行期前10 個月（2018.5～2019.2）維護疏浚上方量0.9 萬m3，與設(shè)計階段預(yù)測的平常水沙年條件下航道的年維護量85 萬m3相比大大降低。

3.4 其他方面變化

1）深泓線變化：和暢洲右汊水道試運行期深泓線繼續(xù)保持穩(wěn)定，與初通期深泓線相比變化幅度較小。

2）排邊沖淤情況：和暢洲潛堤工程實施以來，潛堤附近略有淤積，HL1 和HL2 潛堤之間及HL2潛堤下游均出現(xiàn)較大的沖刷坑，最大沖刷出現(xiàn)在兩潛堤之間，最大累計沖刷深度高達(dá)20.2 m。

4 結(jié)語

1）整治工程實施后左汊潛堤上游側(cè)主要呈淤積狀態(tài)，潛堤下游側(cè)呈沖刷狀態(tài)。右汊分流比大幅提高，河槽大面積刷深。左汊限流、右汊增深的整治效果顯著。整治建筑物監(jiān)測點未發(fā)現(xiàn)明顯水平位移與沉降。左汊潛堤HL1 與HL2 之間、HL2 下游側(cè)水域存在異常沖刷區(qū)。

2）初通基建工程無需疏浚，深水航道主要通過調(diào)標(biāo)完成。初通維護期疏浚量3.6 萬m3。后續(xù)基建疏浚工程主要為右汊進口段淺灘切灘，切灘工程量92.2 萬m3。試運行期切灘處沒有發(fā)生泥沙回淤現(xiàn)象，航道維護量非常小，前10 個月航道維護疏浚量合計0.9 萬m3，航道維護前景較好。

3）和暢洲水道整治工程實施后，右汊進口段口門寬度擴大，入流條件得到進一步改善，右汊持續(xù)增深，整體處于沖刷狀態(tài)，深槽容積繼續(xù)增大。水道深泓線穩(wěn)定，擺動幅度很小，實際航道尺度進一步改善，滿足設(shè)計航道尺度要求。整治方案實現(xiàn)了12.5 m 深水航道的貫通，整治建筑物較好地實現(xiàn)了整治意圖。

4）和暢洲水道航道整治工程達(dá)到了預(yù)期的航道整治目標(biāo)，工程治理方案合理，航道整治效果好于預(yù)期。