陳長(zhǎng)城

（安徽省淮南市壽縣張李鄉(xiāng)農(nóng)技站，安徽 淮南 232200）

穩(wěn)定的河勢(shì)是防洪安全和航運(yùn)發(fā)展的基礎(chǔ)保障[1]。長(zhǎng)江江都段嘶馬彎道河床沖刷勢(shì)態(tài)的變化及部分地質(zhì)條件惡劣時(shí)常引起河段內(nèi)發(fā)生崩岸險(xiǎn)情。丁壩作為典型的岸線保護(hù)和河道整治水工建筑物，其主要作用是控制主流、保護(hù)河岸、改善航道、穩(wěn)定河勢(shì)、改善河道生態(tài)環(huán)境等[2]。本文以長(zhǎng)江下游江都段嘶馬彎道為研究對(duì)象，對(duì)彎道現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并對(duì)彎道處丁壩不同的改造方案進(jìn)行對(duì)比研究，以期為嘶馬彎道丁壩改造提供依據(jù)。

1 嘶馬彎道段概況

嘶馬彎道自三江營(yíng)至高港燈凸咀，為太平洲汊道左汊上段，全長(zhǎng)約14 km，河寬2.5～3.8 km，為典型的彎曲河道。由于河勢(shì)不穩(wěn)，江岸坍塌，一百多年來(lái)已累計(jì)崩退達(dá)1 500 m，其中1951—1976年后退750 m；上世紀(jì)70年代修建10座丁壩，80年代以來(lái)又在相鄰丁壩間陸續(xù)實(shí)施拋石和軟體排護(hù)岸。目前，工程損毀及岸線后退嚴(yán)重，仍是險(xiǎn)情重點(diǎn)岸段。嘶馬彎道及重點(diǎn)整治丁壩如圖1所示。

圖1 嘶馬彎道示意

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行，上世紀(jì)70年代建設(shè)的10座丁壩中，僅有西七壩和東二壩較為完整，西六壩、西二壩、西一壩和東一壩坍塌嚴(yán)重，其余4座丁壩已基本坍失。其中，西七壩和東二壩壩身較長(zhǎng)，阻水比均超過(guò)1.0%，其他丁壩壩身較短、阻水比在0.4%以內(nèi)，主要集中在0.2%左右。西七壩和東二壩對(duì)水流流態(tài)的影響相對(duì)較大。

2 嘶馬彎道段丁壩治理現(xiàn)狀

2.1 主要存在問(wèn)題

嘶馬彎道由于長(zhǎng)期迎流頂沖，岸坡陡峻，丁壩護(hù)岸會(huì)對(duì)河床水流進(jìn)行限制，使河流上游產(chǎn)生壅水形成水流高壓區(qū)。水流沿壩頭繞流造成流線相對(duì)集中，流速較大，則形成水流低壓區(qū)。高水位區(qū)水體中一部分回流向河岸，另一部分水流會(huì)流向低壓區(qū)，同時(shí)在丁壩擋水作用下會(huì)形成繞壩頭的渦流，易對(duì)壩頭處河床形成沖刷，進(jìn)而導(dǎo)致窩崩。

2.2 前期工程概況

自上世紀(jì)70年代開(kāi)始實(shí)施嘶馬彎道強(qiáng)崩段丁壩群護(hù)岸，1991—1997年，對(duì)嘶馬彎道岸段進(jìn)行河勢(shì)控制節(jié)點(diǎn)應(yīng)急整治工程，對(duì)拋石護(hù)岸進(jìn)行平順，在崩塌部位形成了較長(zhǎng)的整體護(hù)岸帶。2015年實(shí)施長(zhǎng)江揚(yáng)中河段嘶馬彎道（江都段）崩岸整治工程，護(hù)岸長(zhǎng)度5 040 m，共拋石326 485.81 m3。

通過(guò)對(duì)河段一期的整治，嘶馬彎道水面形態(tài)基本保持穩(wěn)定，但在遭遇特殊水文年情況下，有進(jìn)一步崩坍的可能性。嘶馬彎道（江都段）岸線的崩退強(qiáng)度雖有所遏制，但由于長(zhǎng)期迎流頂沖，導(dǎo)致近岸-50 m深槽發(fā)育，灘槽高差達(dá)55 m左右，岸坡陡峻，需加強(qiáng)護(hù)岸工程的維護(hù)和部分丁壩的改造。

3 治理方案研究

正態(tài)模型是目前用于研究局部沖刷等問(wèn)題的可靠手段，即對(duì)實(shí)際河道進(jìn)行縮尺后建立物理模型，研究實(shí)際流態(tài)，其主要包括正態(tài)系列物理模型、整體正態(tài)物理模型和局部正態(tài)物理模型。

結(jié)合目前丁壩具體情況，對(duì)西七壩和東二壩的局部改造進(jìn)行局部正態(tài)物理模型試驗(yàn)研究。根據(jù)重力相似準(zhǔn)則確定長(zhǎng)度相似比尺λ1為60，模型范圍為丁壩上游200 m，至丁壩下游250 m。利用局部正態(tài)物理模型分別比較西七壩和東二壩在平攤流量下拆除、高度減半和長(zhǎng)度減半三種方案對(duì)丁壩的改造效果?，F(xiàn)狀條件下，局部流態(tài)如圖2所示，西七壩阻水面積約1.36%，東二壩阻水面積約1.18%。

圖2 現(xiàn)狀條件下西七壩和東二壩的局部流態(tài)

3.1 阻水面積及阻擋流量變化

由于丁壩拆除方案下不存在阻水面積和阻擋流量，因此只考慮高度和長(zhǎng)度減半情況下西七壩和東二壩的阻水面積及阻擋流量，如表1所示。

表1 丁壩阻水面積及阻擋流量

丁壩高度減半，阻水面積除枯水外基本減少一半，其阻擋流量基本減少一半左右；丁壩長(zhǎng)度減半，其剩余一半長(zhǎng)度阻水面積不足原來(lái)的三分之一，其阻擋流量也不足原來(lái)的三分之一。

3.2 沿岸水位變化

平灘流量下，拆除前后沿岸水位變化如表2所示，當(dāng)高度和長(zhǎng)度減半方案實(shí)施后，西七壩和東二壩沿岸水位趨勢(shì)基本一致，影響范圍有所減小。

表2 拆除方案沿岸水位變化 cm

西七壩壩長(zhǎng)約60 m，平均高度在12 m左右。拆除方案實(shí)施后，上游水位略有下降，下游略有抬升。上游最大降低2 cm，下游抬高約2 cm。東二壩相對(duì)較長(zhǎng)，約110 m左右，平均高度約9 m。拆除方案實(shí)施后，水位影響范圍主要在丁壩上游300 m至下游300 m。

3.3 丁壩改造對(duì)流態(tài)的影響

3.3.1 丁壩整體拆除方案

西七壩與東二壩附近沿岸地形類似有多個(gè)凸出磯頭及上下崩岸形成的半月形凹岸，沿岸形成鋸齒形，不管丁壩是否拆除，沿岸仍存在回流區(qū)；但丁壩拆除后原丁壩阻水部分過(guò)流，上下回流區(qū)的強(qiáng)度局部會(huì)有所減弱，回流區(qū)范圍局部會(huì)有所減小。

3.3.2 丁壩高度減半方案

西七壩高度減半時(shí)其阻水面積及阻擋流量基本減半，原壩處上下局部范圍流速增加，西七壩上下仍有回流區(qū)，回流區(qū)范圍大于西七壩拆除，但小于現(xiàn)狀回流強(qiáng)度。西七壩上游回流區(qū)位于西七壩上游50～200 m，長(zhǎng)約150 m，寬約90 m。下游回流區(qū)位于西七壩下游130～430 m，長(zhǎng)約300 m，寬約160 m。

東二壩高度減半，其阻水面積及阻擋流量也基本減半，高度減半，壩頂過(guò)流增加，但上下游仍存在回流區(qū)，回流區(qū)范圍較現(xiàn)狀條件下范圍為小，上游回流區(qū)長(zhǎng)約300 m，寬約140 m，下游回流區(qū)長(zhǎng)約400 m，最大寬約180 m。

3.3.3 丁壩長(zhǎng)度減半方案

丁壩頭部高度相對(duì)較高，丁壩長(zhǎng)度減半時(shí)阻水面積減小超2/3。由于西七壩根部高程較高，河床地形也相對(duì)較高，長(zhǎng)度減半時(shí)其阻水面積及阻擋流量不足原來(lái)的1/3，對(duì)丁壩上下游流場(chǎng)影響較小，可知，西七壩對(duì)上下游流場(chǎng)的影響主要是壩頭前1/2長(zhǎng)度。丁壩長(zhǎng)度減半上游回流區(qū)主要位于西七壩上游60～200 m，回流區(qū)長(zhǎng)約140 m，寬約85 m，丁壩下游回流區(qū)為下游140～420 m，回流區(qū)長(zhǎng)約280 m，寬約150 m。

東二壩長(zhǎng)度減半方案，其阻水面積及阻擋流量?jī)H為原來(lái)的1/3左右，但丁壩上下游處仍存在回流區(qū)，上游回流區(qū)長(zhǎng)約260 m，最大寬度約130 m，下游回流區(qū)長(zhǎng)約370 m，最大寬度約160 m?？梢?jiàn)丁壩拆除影響大于丁壩長(zhǎng)度減半，丁壩長(zhǎng)度減半影響大于丁壩高度減半方案。

3.4 丁壩改造對(duì)流速的影響

3.4.1 丁壩整體拆除方案

西七壩拆除后上下游近岸回流區(qū)范圍及回流流速有所減小，平灘流量水位約3.35 m，西七壩大部分淹沒(méi)于水下，丁壩拆除后位于丁壩上游約80 m至下游約120 m范圍內(nèi)流速增加約0.3～0.6 m/s，原壩體處流速最大增加約0.6 m/s。

東二壩拆除后上下游近岸回流區(qū)范圍及回流流速有所減小。平灘流量上游回流區(qū)流速由0.3 m/s左右減小至0.2 m/s左右，下游回流區(qū)流速由0.4 m/s左右減小至0.25 m/s左右。丁壩拆除原壩址上下游一定范圍流速增加，壩址上下游一定范圍內(nèi)流速增加，壩址上下一定范圍近岸無(wú)回流區(qū)，平灘流量流速增加0.02 m/s，范圍一般在壩上游300 m至下游550 m。原壩址處平灘流量流速最大增加約0.6 m/s。

3.4.2 丁壩高度減半方案

西七壩高度減半，其阻水面積及阻擋流量基本減半。高度減半壩頂過(guò)流增加，壩上下一定范圍流速增加，壩前深槽流速有所減小，近岸回流區(qū)回流強(qiáng)度、回流范圍也有所減小。上下游流速增加0.02 m/s，壩址附近最大流速增加約0.4 m/s。壩高度減半西七壩前深槽流速減小約0.02 m/s，壩頭外深槽流速最大減小約0.15 m/s。上游回流區(qū)最大回流流速由0.3 m/s左右減小至0.25 m/s左右，下游回流區(qū)最大回流流速由0.4 m/s減小至0.35 m/s左右?？梢?jiàn)西七壩高度減半影響小于長(zhǎng)度減半。

東二壩高度減半，其阻水面積及阻擋流量基本減半。高度減半壩頂過(guò)流增加，壩上下一定范圍流速增加，壩址上下近岸回流區(qū)回流范圍及回流強(qiáng)度也有所減小，壩頭前深槽局部流速減小。壩上下流速增加0.02 m/s，范圍位于壩址上游約200 m至下游約400 m。壩址外流速最大增加約0.4 m/s。壩頭前深槽流速減小0.02 m/s，范圍位于壩頭上游200 m至下游400 m，流速最大減小約0.2 m/s。東二壩上游回流區(qū)最大回流流速由0.3 m/s減小至0.25 m/s左右，下游回流區(qū)最大回流流速由0.4 m/s減小至0.32 m/s左右?？梢?jiàn)東二壩高度減半影響要小于長(zhǎng)度減半。

3.4.3 丁壩長(zhǎng)度減半方案

西七壩丁壩長(zhǎng)度減半，其阻水面積及丁壩阻擋流量?jī)H為原來(lái)的1/3，壩頭前流速增加，拆除丁壩處上下游一定范圍流速增加，丁壩上下近岸回流區(qū)范圍減小，回流流速減小。西七壩流速增加0.02 m/s，范圍位于壩上游約160 m至下游約400 m。原丁壩頭前深槽流速減小0.02 m/s，范圍為上游160 m至下游約400 m，最大寬度約140 m。原壩址處流速最大增加約0.5 m/s，壩頭外深槽流速最大減小約0.2 m/s。丁壩長(zhǎng)度減半，西七壩上游回流區(qū)最大回流流速由約0.3 m/s減小至0.2 m/s左右，下游最大回流流速由0.4 m/s減小至0.3 m/s左右。

東二壩長(zhǎng)度減半后其阻水面積及丁壩阻擋流量也僅為原來(lái)的1/3，丁壩長(zhǎng)度減半，東二壩壩址上下游一定范圍流速增加，壩上下近岸回流區(qū)范圍及回流強(qiáng)度減小。壩址上下游流速增加0.02 m/s，范圍為壩上游約250 m至下游約450 m，原壩址處流速最大增加0.5 m/s。原壩頭前深槽流速減小0.02 m/s，范圍為壩頭上游250 m至下游約450 m，流速最大減小約0.25 m/s。上游回流區(qū)最大回流流速由0.3 m/s減小至0.22 m/s，下游回流區(qū)最大回流流速由0.4 m/s減小至0.28 m/s左右。

4 結(jié)論

以長(zhǎng)江下游江都河段嘶馬彎道為研究對(duì)象，分析了彎道現(xiàn)狀，對(duì)彎道處丁壩的不同改造方案進(jìn)行了研究，比較不同改造方案的優(yōu)劣，主要結(jié)論如下。

（1）現(xiàn)狀條件下西七壩、東二壩附近岸線呈現(xiàn)犬牙交錯(cuò)的鋸齒狀，丁壩上下游附近均存在匯流區(qū)，流態(tài)較為紊亂，不利于通航安全以及岸線的綜合利用，有必要對(duì)西七壩和東二壩的改造開(kāi)展相關(guān)研究。

（2）西七壩、東二壩等丁壩拆除后上游沿岸局部范圍內(nèi)水位將有所下降，壩下回流區(qū)近岸水位將有所回升，由于丁壩長(zhǎng)度相對(duì)河寬很小，且丁壩阻水面積及阻擋流量一般不足1%，丁壩拆除對(duì)水位影響一般在上游300 m至下游300 m范圍內(nèi)，上游水位降低一般在2 cm以內(nèi)，下游水位抬升在2 cm以內(nèi)。丁壩高度減半及長(zhǎng)度減半，水位影響小于丁壩拆除，其對(duì)水位影響范圍一般在上游200 m內(nèi)至下游200 m內(nèi)，水位變化幅度一般在1 cm以內(nèi)。

（3）西七壩拆除后流速變化幅度和范圍有所增加，但深水航道內(nèi)無(wú)明顯變化。東二壩拆除后上下游近岸回流區(qū)回流流速由0.2 m/s左右減小至0.15 m/s左右。平灘流量上游回流區(qū)流速由0.3 m/s左右減小至0.25 m/s左右。

（4）丁壩高度減半時(shí)其阻水面積及阻擋流量基本減半，影響范圍小于丁壩拆除方案。丁壩長(zhǎng)度減半，其阻水面及阻擋流量?jī)H為原來(lái)的1/3，丁壩長(zhǎng)度減半影響要大于丁壩高度減半，但小于丁壩拆除的影響。

綜上，西七壩、東二壩等丁壩拆除改造總體有利于岸線的平順和流態(tài)的改善，拆除丁壩的方案有利于減小回流對(duì)沿岸的淘刷作用，而丁壩長(zhǎng)度減半以及丁壩高度減半等方案實(shí)施總體效果和影響均不如丁壩拆除方案。