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长江中下游生态护岸工程发展趋势浅析 姚仕明 岳红艳

减小字体 增大字体 作者:姚仕明 岳红艳  来源:本站整理  发布时间:2012-6-29 8:50:50


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摘 要:通过对长江中下游干流河道生态护岸工程现状、需求及型式等的分析,探讨了生态护岸的发展趋势及其应用前景,提出需要进一步加强生态护岸研究。要更加重视从生态角度加强对长江中下游干流河道崩岸与险工段河段的综合整治,同时还需开展对不同类型生态护岸防护机理、生态效应、已实施护岸工程的生态修复技术及生态护岸设计规范等方面的研究。

关键词:长江中下游,生态护岸,水下护脚,水上护坡

一、长江中下游干流河道生态护岸工程现状

生态护岸指的是利用植物或者植物与土木工程相结合,达到对河道坡面防护目的的一种护岸型式。近年,随着社会与经济的发展,以及人们环境意识的增强和人类与自然界对高质量环境的需求,迫切需要在河道护岸工程中采取新的工程结构型式、施工工艺,以便提高护岸工程的综合效果和整体技术水平。

目前长江中下游干流河道实施护岸工程使用的材料、结构型式也趋于多样化,并开展了现场试验工程,其中有部分试验工程重视生态与环境因素,使护岸工程与河道生态相协调。另外,在长江重要堤防隐蔽工程三个未完工程中也安排了植物措施和非植物措施相结合的生态护岸型式等,如在下荆江观音洲河弯段实施了引进植物香根草、本地植物狗牙草和非植物措施生态混凝土护坡试验。上述护岸型式更有利于植物生长和生态维持:采用天然河流中的卵石护岸时,有利于水下生物的栖息与环境改善,是比较理想的生态型的护岸材料。但目前有关长江中下游河道生态护岸工程的研究仍不系统,其实践仍处于探索阶段,还难以在未来河道治理和生态河岸建设中发挥指导性作用。

随着以三峡水库为核心的长江干支流水库群建设与水土保持工程的不断实施,进入长江中下游河道的水沙条件会发生较大变化,尤其是来沙将大幅度减少,会使中下游干流河道发生长时期、长距离的河床冲刷粗化过程,会对河势及堤岸稳定产生一定的影响,因此需要继续实施护岸工程或加固工程。生态护岸需符合“维护健康长江,促进人水和谐”的治江理念,在稳定河势、保障防洪安全的同时有效维持生态健康,并充分发挥景观功能,这一新型护岸技术研究已成为长江河道治理的重要研究方向。

二、长江中下游干流河道护岸需求

1.长江中下游河道近期演变特点

(1)河道冲淤变化

三峡水库蓄水运用以来,长江中下游干流河道自上而下发生了长距离的冲刷.2002年10月至2010年10月,宜昌至湖口河段总体表现为“滩槽均冲”,尤其以枯水河槽冲刷为主,总体冲刷量为8.14亿m3,年均冲刷量为1.22亿m3,年均冲刷强度为12.82万m3/km。分河段来看,枯水河槽冲刷主要集中在宜昌至城陵矶河段,而城陵矶以下河段相对较小。随着冲刷的继续进行,长江中下游干流河道的冲刷幅度会加大,冲刷部位也将不断向下游发展。

(2)河道演变主要特点

长江中下游干流河道流经广阔的冲积平原,沿途各河段来水来沙和边界条件均有所差别,在水流与河床的长期相互作用下形成了不同的河型。其中宜昌至枝城河段长约61 km,是山区河流进入平原河流的过渡段,为顺直微弯河型。枝城至藕池口的上荆江,长约172 km,为弯曲分汊型河道,河床组成主要为中细沙,其中枝城至江口段河床组成为砾卵石夹沙。藕池口至城陵矶的下荆江长约175 km,自然条件下属典型的蜿蜒型河道,现已为限制性弯曲河道,河床由中细沙组成,卵石层深埋床面以下。城陵矶以下河道属分汊型河道,两岸地质条件具有明显的不均匀性,左岸多为广阔的冲积平原,右岸多为山丘阶地。河岸组成有土质、土沙质、沙质和基岩质等4类,以沙质岸坡居多。两岸分布有对河势起控制作用的、由山丘和阶地出露的基岩组成的节点。河床组成一般为细沙和极细沙。按汊道平面形态不同,本河段分顺直段、微弯形和鹅头形三种汊道。

三峡水库蓄水运用以来,宜枝河段河床冲刷加剧,主要以枯水河槽冲刷为主,宽深比有所减小,但河道平面形态、深泓位置和河势均保持相对稳定,胭脂坝与宜都汊道段仍维持已有的主支汊格局,白洋弯道亦保持了较为规顺的弯道形态,但南阳碛潜洲沙泓冲刷幅度大于石泓,位于白洋弯道的局部位置冲刷较大,最大冲刷深度超过7.0m。荆江自上而下有15个弯道,其中郝穴、调关、金鱼沟、反嘴、七弓岭、观音洲等弯道为弯曲河床凸岸淤长消退的特点;其余均为弯曲分汊河段,表现为江心洲滩的分合和左右汊变化的特点。由于弯曲河段凹岸均有护岸工程守护,三峡水库蓄水运用后凹岸平面形态基本稳定,凸岸低滩和高滩虽有不同程度的淤长或消退,但整体来看,弯曲半径较大的弯道凸岸边滩仍相对稳定,未发生明显的切滩撇弯现象,但对于弯曲半径较小的弯道或急弯段,弯道凸岸存在明显的冲刷或切滩撇弯现象,导致局部的河势调整:受弯曲分汊河段凹岸护岸工程(或天然节点)的影响,三峡水库蓄水运用以来该类型河段平面形态和深泓多数较稳定,相对变化较大的有沙市河弯的老三八滩消失后形成新三八滩平面形态上的改变,公安河弯的突起洲、石首河弯的新生滩、监利河弯的乌龟洲等平面形态也有一定程度的变化,其他如江口弯道的柳条洲和江口洲、涴市弯道的马羊洲、熊家洲弯道的孙良洲等平面形态和深泓均相对较为稳定;与蓄水前类似,弯道间的过渡段仍是不稳定的河段,如涴市弯道和沙市弯道间的太平口过渡段变化较大,但未发生深泓和滩槽移位现象,其他弯道间的过渡段主流有不同程度的摆动,引起过渡段的一系列崩岸和下游河势的小幅调整,但均未达到改变整体河势的程度。城陵矶以下河道距离三峡大坝相对较远,且自然条件下河道含沙量相对要小,其对上游水沙条件变化的响应过程与幅度均相对要小,三峡水库蓄水运用以来,城陵矶以下河道也遭受冲刷,但冲刷幅度要小,总体河势变化不大。随着三峡水库蓄水进程的发展,以及干支流水库与水土保持工程的陆续建设,进入长江中下游的水沙条件会发生进一步变化,尤其是来沙的大幅度减少,会造成长江中下游干流河道的长距离、长时间冲刷,进而可能引起局部河段的河势调整.加剧河岸崩塌现象与堤岸稳定的风险。

2.河床持续冲刷过程中护岸需求分析

(1)持续冲刷过程中的河岸稳定性

长江中下游干流河床边界河岸部分除局部河段有濒江的低山丘陵外,大部分河岸由厚度25~100m的疏松沉积物组成,呈层状,具有二元结构特征。上层为河漫滩相的黏性土,厚4~30 m;下层为河床相的中细沙,厚度自数米至60余m。黏土和砂土的物理化学性质有所不同,在水流作用下的受力特点和运动形式区别也很大,其抗冲性有着明显差别。水深为10 m时,细砂起动流速为0.7 m/s左右,而黏土则为2.7 m/s左右;水深为20 m时,细砂起动流速为0.8 m/s左右,而黏土则为4.2 m/s左右:水深越大,两者差别越大。天然情况下,长江中下游汛期近岸水深20 m以上,近岸最大垂线平均流速一般在3 m/s以上,最大估计达4 m/s.实测资料还显示,中水位时,近岸流速达到1.29~1.59 m/s,这就说明,由二元结构组成的长江中下游岸坡,上层黏性土在水流作用下难以被冲动甚至基本未动,而下层细砂则比较容易达到起动状态。当下层细砂遭受冲刷时,砂层坡度变陡,容易引发崩岸。

在长江中下游河道二元结构的特定地质条件下,三峡水库清水下泄将造成下游河道的长距离冲刷,目前实测资料表现出来的冲淤特点是枯水河槽冲刷最为严重,而这也将进一步加剧二元结构河岸或洲滩的坡脚冲刷,将造成岸坡变陡并可能对堤防的安全带来不利影响,加剧已有位置的崩岸或引发新的崩岸。三峡水库蓄水运用以来2003—2007年的实测资料表明,荆江干流河段发生较大崩岸险情101处,年均发生崩岸险情约34处,年均崩岸长达33.64 km。与蓄水前相比,三峡蓄水后崩岸险情发生的频次明显增多,崩岸

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