长江南京以下深水航道和畅洲水道整治效果分析

时间：2024-07-28

沈彦军，王国波，陈亮

(长江镇江航道处，江苏镇江 212002）

引言

长江南京以下12.5 m 深水航道工程是国家打造黄金水道、建设长江经济带的重点工程。根据长江黄金水道建设总体推进方案，长江南京以下12.5 m 深水航道建设工程按照“整体规划、分期实施、自下而上、先通后畅”的治理思路分期实施[1-2]。其中，一期工程建设范围为南通天生港区至太仓荡茜闸，建设标准为5 万t 级集装箱船实载全潮双向通航，于2012 年8 月开工，2015 年12 月竣工验收；二期工程建设范围为南京新生圩港区至南通天生港区，建设标准为5 万t 级集装箱船实载双向通航，于2015 年6 月开工，2016 年7 月实现初通，2018年4 月底交工验收并进入试运行期[3]。

二期工程整治河段里程长，整治河段受径流、潮汐双重作用，水动力条件复杂，局部河段宽浅，水下沙体活动较活跃，工程河段河床演变较复杂。同时，在整治建筑物实施过程和完工后，因所处水下地形与边界条件的变化，整治建筑物周边冲淤环境将产生相应调整。为对二期工程实施后的治理效果进行评价，及时总结分析相关经验、不足，并为后续工程提供指导，开展长江南京以下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]。

二期工程河段全长227 km，在长江下游福姜沙、口岸直、和畅洲和仪征水道实施航道整治工程，使12.5 m 深水航道由南通天生港区上延至南京新生圩港区。本文重点研究和畅洲水道，根据航道整治工程实施后的实测数据，与设计阶段数物模预测结果对比分析，综合分析工程前后在滩槽变化、河床容积、流场变化、分流分沙变化等方面的实现情况。最后对和畅洲水道航道整治工程实施后的效果进行评价，为类似工程的设计和施工提供参考。

1 水道自然条件及航道整治工程概况

和畅洲水道在天然条件下右汊进口段征润洲尾滩淤积下延和右汊中下段凸岸边滩缓慢淤积的趋势将持续，使得右汊的进流条件进一步恶化以及沿程河床阻力加大。如不采取进一步工程措施，右汊河槽容积可能进一步减小，使得右汊河床继续呈现缓慢淤积状态，导致深水航道建设和维护难度不断加大。相关研究成果表明，和畅洲左、右汊河槽的容积变化与分流比的变化相对应，右汊深水航道条件的优劣与分流比的变化密切相关。针对和畅洲右汊航道目前存在的弯、窄、险的问题，结合该河段航道条件的发展趋势，改善和畅洲右汊航道条件的工程治理思路为：通过整治工程措施，适当增加右汊分流比，改善右汊航道条件并使航道可维护；在实施整治工程的前提下，对右汊进口段右侧征润洲尾滩进行切滩，改善右汊进流及船舶航行条件。

根据工程治理思路，采用的航道工程方案：和畅洲水道整体实施方案主要是在初通航道的基础上增加水深、延展宽度。设计水深提高至12.5 m（航行基准面），对和畅洲右汊进口段碍航边滩进行切滩，结合调标实现航道最小宽度由200 m 拓宽至250 m。试运行期航道维护尺度：维护水深为12.5 m（航行基准面），维护航宽为和畅洲右汊最小航宽250 m。采用的整治建筑物方案：基于工程整治思路，和畅洲水道整治建筑物主要为和畅洲左汊两道潜堤。根据设计文件，整治建筑物方案具体见图1。

图1 和畅洲水道整治工程平面布置示意图

2 整治方案数物模预测效果

2.1 地形冲淤变化预测

工程实施将起到对左汊河道促淤、对右汊河道减淤的效果，工程后堤前最大淤厚为10.6 m，堤身之间及HL2 潜堤下游最大冲深为10.9 m、15.6 m；与自然演变情况相比，遇1998 大水大沙年，其工程对左汊河道促淤量为375 万m3，对右汊河道减淤量为265 万m3。其碍航长度由工程前自然演变的5.8 km 减小为2.6 km。预测的工程后的河床冲淤变化图详见图2。

图2 工程后和畅洲水道典型年末河床冲淤变化图

2.2 流场变化预测

工程对流速的影响范围上至六圩河口下至大港河口以下3.5 km 处的四墩山附近。右汊河道内流速普遍增加，左汊河道内流速除拟建潜堤堤头、堤身、HL1 潜堤左侧下游附近水域、HL2 潜堤下游左侧深槽水域增加外，其余水域普遍减小，详见图3。

图3 工程前后流速变化（Q=57500m3/s)

1）右汊进口～右汊出口～黄港一带流速普遍增加，增幅最大的位置位于运河口附近的河槽内。工程实施后不同流量级下右汊河道内流速增幅为0.05～0.55 m/s，该段航道中心流速增幅为0.01～0.56 m/s，增幅最小位置位于右汊进口处，最大位置位于运河口附近。多年平均流量下，右汊河道内和航道中心的流速增幅分别为 0.1～0.3 m/s 和0.01～0.29 m/s；

2）新民洲河口～和畅洲左汊已建口门潜堤一带因为潜堤工程壅水作用流速略有降低，减幅为0.01～0.40 m/s；

3）左汊出口～汇流段～大港河口对岸流速略有降低，减幅分别为0.01～0.20 m/s 左右，工程对该段深水航道中心线流速的影响也较小。

4）和畅洲左汊河道内，沿程除拟建两道潜堤堤身及堤身两侧下游局部水域流速增加外，其余水域流速普遍降低，各级流量条件下流速减幅为0.05～1.0 m/s，减幅最大位置位于HL1 潜堤下游深槽及HL2 潜堤左侧下游水域。

5）各级流量条件下左汊拟建两道潜堤堤身及右侧堤头附近水域为流速增加区，随着流量的增加，两道潜堤左侧堤头水域由流速减小区转换成增加区，流速最大增幅位于第1 号潜堤左侧及2 号潜堤右侧堤身及堤头平台之间的交接处。

2.3 汊道分流比变化预测

工程实施后，和畅洲左汊分流比明显减小，右汊分流比明显增大。不同计算流量级下，汊道分流比变幅为6.18～9.11 %。

2.4 航道维护量预测

1）初通航道维护量预测

初步设计阶段采用数学模型预测和畅洲水道不考虑整治建筑物情况下初通方案实施后航道回淤量，模型计算初通航道年淤积厚度达 2 m 以上，局部淤积达 3 m。碍航部位仍位于右汊中下段，主要在一颗洲对面、运河口及孩溪边滩一线。年维护量约 50 万m³。

2）试运行航道维护量预测

根据设计文件，工程实施将起到对左汊河道促淤、右汊河道减淤的效果。工程后堤前最大淤厚为10.6 m，堤身之间及HL2 潜堤下游最大冲深为10.9 m 与15.6 m。

大水大沙水文年后，右汊位于谏壁河口处浅区12.5 m 等深线最小宽度由工程前的约160 m 展宽为182 m，与自然演变的129 m 相比增加了53 m；中水丰沙年后孩溪边滩浅区12.5 m 等深线最小航宽由自然演变的86 m 增加到158 m。

5 年水文年作用过程中的第3 年末，因遭遇2011 年的小水年，水流动力偏弱，致使航道条件相对略差，最小航宽为200 m，部分碍航段达不到250 m 的航宽要求，维护量稍大；5 年末，右汊碍航段航宽又小幅增加，12.5 m 等深线平均宽度达351 m，较工程前增加31 m，最小宽度由160 m 增加到213 m。

根据泥沙数模研究成果，结合以往航道维护情况，平常水沙年条件下，航道年维护量约85 万m3。

3 整治工程前后预测与实测效果对比分析

3.1 河势变化对比

1）冲淤变化：整治工程完工后，潜堤的阻水效应显著，左汊潜堤上游侧除零星冲刷点外大部呈淤积状态，幅度达8 m 以上，潜堤之间与潜堤下游侧受坝顶翻滚水流直接作用于河床软硬交界面，产生冲刷坑。右汊增深效果明显，整体大部处于冲刷状态，冲刷深度在3～6 m，且进口段冲刷幅度更大。洲尾汇流处存在淤积，淤积厚度在1～3 m。与设计阶段整治效果数物模预测结果相比，主要冲淤部位、冲淤幅度符合预期。

2）河床容积变化：和畅洲右汊10 m、15 m 深槽容积相较工程前分别增加37.2 %与69.5 %。

3）分流比变化：根据初步设计阶段预测，和畅洲水道整治工程实施后左汊分流比在各级流量下减小6.18 %～9.11 %，流量越小，分流比减小幅度越大。整治工程实施后左汊分流比实际减小10.4 %，效果好于预期。

3.2 流场变化对比

整治工程实施前后，和畅洲水道整体分汇流格局没有发生大的变化，但左右汊水动力调整幅度较大。由于左汊潜堤的限流作用，增加了左汊局部水流阻力，流速普遍减小，减小幅度在0.8 m/s 左右，相应右汊流速整体增加，增加幅度0.4～0.8 m/s。与设计阶段流场变化预测结果相比，流速增减区域基本相同，量值变化好于预期。