防洪-通航协同下强冲刷河段航道整治

第1章 强冲刷河段航道整治技术现状分析 本章将介绍长江中游航道治理情况及成效，洪水灾害特点，防洪体系建设情况，三峡水库建成后的防洪形势，并从航道整治理念、航道整治参数、水位控制技术、滩槽控制技术、沙质急弯河段整治方法及设计与施工辅助技术六个方面分析强冲刷河段航道整治技术的研究进展。 1.1 长江中游航道治理情况及成效 1.1.1 长江中游航道概况 长江航道作为沟通我国东部、中部、西部地区的运输大动脉，是构建长江经济带综合立体交通走廊的主骨架，在航运方面具有独特的优势和巨大的发展潜力，在流域经济社会发展中的地位极其重要。随着加快长江等内河水运发展和长江经济带发展等国家战略的深入推进，加强长江航道治理已成为长江水运发展的重点工作。 作为长江水运*基础的设施，长江航道的条件好坏直接影响到沿江经济的发展的快慢。长江中游航道作为长江干线航道的重要组成部分，起着承上启下的作用，具有显著的经济发展地位和开发利用价值。三峡水库蓄水运行后，因水库蓄水拦沙，上游库区河段河道大幅淤积，坝下河段来沙减少，水流挟沙能力沿程恢复饱和，河床自上而下冲刷发展，尤其是位于近坝区域的长江中游河段，“清水”下泄条件下河床冲刷强烈。同时，随着长江下游南京以下12.5 m 深水航道工程的实施，长江干线航道呈现两头深、中间浅的情况，长江中游特别是荆江、武汉至安庆等河段，河道洲滩冲蚀、航槽不稳、滩槽及水位控制困难、航道条件稳定性差等航道问题普遍存在，航道瓶颈效应更趋凸显，航道条件急需改善。 根据《长江干线航道发展规划》（2003年）及《长江干线航道总体规划纲要》（2009年），至2020年，长江中游宜昌至城陵矶河段、城陵矶至武汉河段、武汉至安庆河段航道水深将分别达到3.5 m、3.7 m、4.5 m ，随着荆江等河段航道整治工程的实施，此目标在2015年已基本实现。近年来，《水运“十三五”发展规划》《长江经济带发展规划纲要》等文件围绕“生态优先、绿色发展”的基本思路，设立到2020年、到2030年两个阶段的战略目标，明确长江经济带“一轴、两翼、三极、多点”的发展新格局，是依托黄金水道推动长江经济带发展重大国家战略的纲领性文件，对长江航运发展具有重要的指导意义。2019年7月，交通运输部印发了《交通运输部关于推进长江航运高质量发展的意见》（交水发〔2019〕87号），以“共抓大保护、不搞大开发”“生态优先、绿色发展”为根本遵循，以改革创新为动力，提出到2025年、到2035年的总体发展目标，着力推进设施装备升级、夯实安全基础、提高服务品质、提升治理能力，将长江航运打造成交通强国建设先行区、内河水运绿色发展示范区和高质量发展样板区，为推动长江经济带高质量发展提供坚实支撑和有力保障。其中，在“强化设施装备升级，促进航运顺畅发展”方面，提出推进航道网络化，其涉及的主要任务有推进航道区段标准统一，加快推进干支航道系统建设；积极推动实施三峡枢纽水运新通道和葛洲坝航运扩能工程，打通瓶颈制约；推进长江干线航道扩能提升工程，实现长江干线3000 t 级船舶直达宜宾、5000 t 级船舶直达重庆、1×104 t 级船舶直达武汉、5×104 t 级船舶直达南京；结合长江上游水库群联合调度，提高通航保证率；等等。 1.1.2 航道治理情况 长江中游航道整治主要分为三个阶段。 （1）“战枯水，保畅通”阶段。20世纪90年代以前，长江中游河道以自然河道为主，长江中下游航道主要利用自然水深通航，在局部河段需根据自然条件下的河道冲淤特点，年年“战枯水”，采取维护措施，保障航道畅通。 （2）“重点碍航浅水道疏通”阶段。20世纪90年代～2002年，长江中下游航道建设以疏通重点碍航浅水道为主，宜昌至安庆河段仅实施了“长江中游界牌河段综合治理工程”“长江下游马当河段沉船打捞工程”“长江航道清淤应急工程”“长江中游碾子湾水道航道整治工程”“长江下游张家洲水道航道整治工程”五个项目。 （3）“全面守护与调整”阶段。2003年《长江干线航道发展规划》颁布以来，长江中下游航道建设拉开了序幕。采用的工程形式主要包括守护型工程和调整型工程。至2017年底，长江中游宜昌至安庆河段共实施航道整治工程42项（表1-1-1）。 表1-1-1 长江中下游宜昌至安庆河段航道整治工程统计表 1.1.3 航道治理成效 在航道治理中初步掌握了三峡水库蓄水运行后长江中游河道的演变规律及碍航特性，研发了适应新水沙条件的航道整治思路、原则、布置、结构，初步形成了新水沙条件下的长江中下游航道整治技术体系。 经过不同时期的航道治理，宜昌至安庆河段的通航条件不断改善，实现了规划目标。宜昌至城陵矶河段，航道维护尺度标准在2009年以前的56年一直为2.9 m×80 m×750 m，经过逐步治理，2015年11月提高至3.5 m×100 m×750 m，2016年11月荆州至城陵矶河段进一步提高至3.8 m×150 m×1000 m 。城陵矶至武汉河段，航道维护尺度标准在2010年以前为3.2 m×80 m×750 m，经过逐步治理，2018年11月提高至4.2 m×150 m×1000 m 。武汉至安庆河段，航道维护尺度标准在2014年以前为4.0 m×100 m×1050 m，2014年1月提高至4.5 m×200 m×1050 m，2015年12月安庆吉阳矶至皖河口河段提高至6 m×200 m×1050 m ，2017年11月黄石上巢湖至安庆吉阳矶河段提高至5 m×200 m×1050 m 。 1.2 洪水灾害和防洪工程建设概况 长江是以暴雨洪水为主的河流，洪灾基本上由暴雨洪水形成。除海拔3000 m 以上青藏高原的高寒、少雨区外，凡是有暴雨和暴雨洪水行经的地方，都可能发生洪灾。因此，长江流域洪灾分布范围广泛，在山区、丘陵区、平原区、河口区都可能发生程度不同的各种洪水灾害。 1.2.1 长江中游洪水灾害特点 长江中游洪灾类型主要包括干支流洪水上涨漫溢造成的冲毁、淹没两岸河谷阶地的灾害和干流及其支流洪水泛滥或堤防溃决造成的平原区大片土地淹没的灾害。干支流洪水上涨造成的洪灾，一般具有洪水峰高、来势迅猛、历时短和灾区分散的特点，局部地区性大洪水有时也造成局部地区的毁灭性灾害，但其受灾范围与影响则有局限性。长江中游受堤防保护的防洪保护区，其地面高程一般低于汛期江河洪水位5～6 m，有的低10余米，洪水灾害*为频繁严重，一旦堤防溃决，淹没时间长，损失大，特别是荆江河段，还将造成大量人员死亡的毁灭性灾害。因此，平原区是长江流域洪灾*频繁、*严重的地区，也是长江防洪的重点。 1.2.2 长江中游河道防洪体系建设 根据2015年《国务院关于长江防御洪水方案的批复》，目前长江中游基本形成了以堤防为基础，以三峡水库为骨干，其他干支流水库、蓄滞洪区、河道整治工程、平垸行洪、退田还湖等相配合的防洪工程体系。长江中游总体防洪标准为防御中华人民共和国成立以来发生的*大洪水（1954年洪水）。荆江河段防洪标准为100年一遇，同时应有可靠的措施来应对类似1870年的洪水，保证荆江两岸干堤防洪安全，防止发生毁灭性灾害。 长江干线堤防是长江防洪的基础，长江中下游3900 km 干堤已基本达标，以防洪较为严重的长江中游荆江河段为例，沿江左岸有荆江大堤和监利长江干堤，另外还有下百里洲江堤、学堂洲民堤，右岸有荆南长江干堤和岳阳长江干堤。其中，荆江大堤和长江干堤的岳阳城防堤属一级堤防，监利长江干堤和荆南长江干堤均属二级堤防，下百里洲江堤、学堂洲民堤属三级堤防。 以防御1954年洪水为目标，为保障重点地区防洪安全，长江中游安排了40处可蓄滞洪水约627×1083的蓄滞洪区。其中：荆江地区4处，蓄洪量为71.6×108 m3；城陵矶附近地区25处，洞m庭湖区24处，洪湖区1处，蓄洪量约为345×108 m3；武汉附近地区6处，蓄洪量约为122×1083；湖口附近地区5处，鄱阳湖区4处，蓄洪量约为26×108 m3，华阳河区1处，蓄洪量为m62×108 m3。目前，已建分洪闸的蓄滞洪区有荆江分洪区、杜家台蓄滞洪区、围堤湖蓄洪垸和澧南蓄洪垸，荆江分洪区和杜家台蓄滞洪区两个蓄滞洪区自分洪闸建成后发挥了削减洪峰、蓄纳超额洪水、降低江河洪水位的作用。 经过多年建设，长江干支流主要河段现有防洪能力大致达到以下标准：荆江河段依靠堤防可防御约10年一遇洪水，加上使用蓄滞洪区，可防御约40年一遇洪水，考虑三峡水库的防洪作用，可使荆江地区防御100年一遇洪水；城陵矶河段依靠堤防可防御10～15年一遇洪水，考虑比较理想地使用蓄滞洪区，可基本满足防御1954年洪水的防洪需要；武汉河段依靠堤防可防御20～30年一遇洪水，考虑比较理想地使用河段上游及本地区蓄滞洪区，可基本满足防御1954年洪水（其*大30天洪量约为200年一遇）的防洪需要；湖口河段依靠堤防可防御20年一遇洪水，考虑比较理想地运用河段上游及本地区蓄滞洪区，可基本满足防御1954年洪水的防洪需要；考虑三峡水库的防洪作用，在减少部分蓄滞洪区使用的情况下，可使荆江以下河段满足防御1954年洪水的防洪需要（长江水利委员会，2008）。 1.2.3 三峡水库建成后的防洪形势 三峡水库位于长江干流宜昌境内，控制流域面积100×104 km2。 三峡水库采用“一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民”的建设方案。三峡水库已于2003年6月利用右岸围堰和左岸大坝挡水，按135 m 水位通航发电（围堰发电期）；2006年汛后，水库蓄水至156 m，进入运行期初期；2009年工程完建，在移民完成且经过水库泥沙观测、论证后，按*终规模（正常蓄水位175 m）运行。 正常运行期，水库正常蓄水位（防洪高水位）为175 m ，防洪限制水位为145 m，防洪库容达221.5×108 m3。三峡水库按正常规模投入使用后，中游各地区防洪能力将有较大提高，特别是荆江地区的防洪形势将发生根本性变化。 对荆江地区，遇100年一遇及以下洪水（如1931年、1935年、1954年洪水，1954年洪水洪峰流量在荆江地区不到100年一遇）时，可使沙市水位不超过44.5 m ，不启用荆江分洪区；遇1000年一遇或类似1870年的洪水时，可使枝城流量不超过80000 m3/s，并配合运用荆江地区的蓄滞洪区，使沙市水位不超过45.0 m，从而保证荆江两岸的防洪安全。对城陵矶附近地区，一般年份基本上可不分洪（各支流尾闾除外）；遇1931年、1935年、1998年、1954年大洪水时，可减少本地区的分蓄洪量和土地淹没。对武汉地区，由于长江上游的洪水得到了有效控制，可以避免荆江大堤溃决后洪水取捷径对武汉的威胁。三峡水库调蓄提高了对城陵矶附近地区洪水的控制能力，配合丹江口水库和武汉附近地区的蓄滞洪区的运用，可避免武汉水位失控。三峡水库建成后，武汉以上控制洪水的能力除原有的蓄滞洪区容量外，增加了三峡水库的防洪库容（221.5×108 m3），