三江口窝崩及抢护

三江口窝崩及抢护 第2期 2011年6月 水利水运工程 ANDENGD卫R No.2 Jun.2011 三江口窝崩及抢护 仲琳,应强,袁胜英 章志强,藏英平, (1.南京市长江河道管理处,江苏南京210011;2.南京水利科学研究院,江苏南京210029) 严重时会造成生命及财产摘要:窝崩是发生在长江中下游极具危险性的崩岸形式, 的重大损失,因此,有必要 对窝崩成因及抢护措施进行研究.根据三江口窝崩前后的河道实测地形资料,分析比较了崩塌前后河床地形及 断面变化,崩岸发生的原因,计算了各测次的水下体积,研究了相关抢护措施及效果.分析研究结果明,窝崩 发生后80%以上的崩体均淤积在口门上下约1km河道内,经过1个月冲刷,约有37%崩体被水流带走.文中介 绍的抢护措施及效果可为相似抢护工程提供借鉴参考. 关键词:窝崩;三江口;抢护措施 中图分类号:TV861文献标志码:A文章编号:1009-640X(2011)02-(I)71-06 长江的崩岸主要发生在中下游河道,按其崩塌的类型可分为洗崩,条崩和窝崩等.洗崩是由水流及波浪 的冲刷作用而使河滩产生的冲刷,冲刷的泥沙主要由表层的波浪所挟带,冲刷主要发生在上层.条崩是指沿 河岸发生较长长度的崩塌,它主要发生在沿岸水流条件和地质条件变化不大的河 岸.窝崩是指在江岸水流作 用下,土体成块状向岸崩进形成一个个崩窝.由于窝崩崩速快,一次崩落量大,是危害较大的一种崩岸,如马 湖堤窝崩就是其中之一. 目前对窝崩形成的机理研究还不统一,主要有3种观点:?土体液化假设.美国学者在对密西西比河 下游窝崩的研究中,首先提出土壤液化导致大堤窝崩的概念_2J.?深泓逼岸假设.陈引川?5等在对南京市, 江都嘶马和安徽省发生的一些窝崩进行调查后,提出长江下游窝崩的形成主要由水流逼岸,河岸为粉沙或沙 质壤土层的土质,及沿岸土质分布不均等条件所决定.?深泓逼岸形成崩塌导致液化假设.张岱峰对镇江 人民滩在1996年1月3日发生大规模窝崩这一现象进行分析后认为,窝崩形成是由深泓逼岸导致少量崩 塌,再由崩塌引起土体液化而形成的.孙梅秀等在半圆体外侧为刚性的周界半圆柱体内用木屑模拟天然 河流中窝崩的泥沙以观察窝崩体内及周围的水流泥沙运动情况;在窝崩体外的河岸采用木屑模拟,以观测窝 崩发生后的水沙运动情况;张幸农等也对不同天然沙和黏土组成比例的弯道窝崩进行了探索.由于窝崩 涉及水流运动及河岸物质组成两大方面,影响因素很多,许多观点还很不成熟,有待深入探讨.本文基于长江 三江口窝崩发生前后的地形资料,分析了窝崩成因并介绍了相关抢护措施. 1三江口窝崩概述 2008年11月18日,长江南京河段发生崩岸,崩岸位于龙潭二期工程下游(简称三江口崩窝,见图1),形 成长约340m,崩进230m的崩窝(见图2).此次崩岸面积约5.3×10m,崩塌土方量约110×10m,约 200m长的主江堤遭受水毁,所幸崩岸处无民房,长江水位低于圩内地面高程,没有 造成人员伤亡和较大财 产损失.窝崩是长江下游危害最严重的一种崩岸形式,往往使沿江滩地等附属物在短时间内被江水吞噬,造 成巨大的损失.因此有必要对三江口窝崩的成因进行分析,为相同或相似河段的窝崩研究及预报提供参考. 收稿日期:2010—05—11 作者简介:章志强(1960一),男,安徽绩溪人,高级工程师,主要从事河道治理与堤防管理工作 E—mail:zzQiang868@sohu.corn 72水利水运工程2011年6月 图1三江口窝崩发生位置图2窝崩发生后1d的河道地形 Fig.1ThepositionofpitcollapseattheSanjiangkonFig.2Therivertopographicalmaponeday afterpitcollapse 2窝崩前后的河床局部地形变化 2.1窝崩前后河床地形 即2008年汛前测图(见图3中黑线)可知:深槽紧贴右岸(崩岸由窝崩发生前的地形, 侧),一40m深槽 从上游一直延伸到窝崩点下游1201"11处,槽宽超过80m,最大宽度150m.一45m深槽有两处,分别为一47.3 和一48.1m.窝崩发生后1d,此河段水深减小,窝崩口门及以下的河床上,堆积体高程约一30m,再往下游, 一 35m深槽减小;窝崩口门上游影响不大.窝崩后口门外上下游河床普遍淤高,口门处淤积最大,向上下游逐 渐减小,上游侧主要淤积在深槽内,下游侧沿床面淤积较为均匀. 窝崩发生35d后又进行了水下地形监测(见图4).可见,经过35d后,河床上淤积体冲刷调整,,35m 深槽已贯穿,呈上下游宽,中间窄的形状,河道地形正在重新塑造之中;窝塘内的水下地形变化很小,一是因 为窝崩发生后进行了抢护,二是窝塘内水沙交换远没有主槽内剧烈. 图3窝崩发生前后河道地形比较 Fig.3Thefiverterraincomparisonbeforeandafter pitcollapse 图4窝崩发生后35d和窝崩发生后1d河道地形比较 Fig.4Thefiverterraincomparisonofonedayand 35daysafterpitcollapse 2.2窝崩发生前后断面比较 窝崩发生前,该河段最深处已达48.1m,这是引发窝崩的因素之一.窝崩刚发生时河道水深最小,崩塌 的泥沙淤积在口门外,使河床抬高;窝崩后1个多月,口门外淤积体被水流冲刷带走,河床有所刷深.在窝崩 口门及上下游分别选取1个断面进行比较说明. 第2期章志强,等:三江口窝崩及抢护73 图5(a)为窝崩口门上游200m(图2中A-A断面)断面图,在一30m线以上的河岸,窝崩前后变化不大, 一 40m深槽宽度超过100m,崩后淤积体堆积6,12m,1个多月后平均冲深了2,3m.距河岸较远处,河床 变化不大. 图5(b)为窝崩口门(图2中曰一B断面)断面变化,可分3段:第1段是80m以内(3个断面交点),汛前 的河岸很陡,窝崩发生后,原河岸处的水深达20m以上,同时还向岸侧崩退了200多米,崩窝内在两次窝崩 后地形基本不变;第2段是在80—300in之间,此段河床窝崩时大量淤积,最厚达15m,窝崩以后河床又有 所冲刷,近1个月时间最大冲刷约5m;第3段是300m以外的河床,崩岸前后变化不大. 窝崩口门下游侧200m处部分河道断面(图2中的C加 一 C断面)见5(c).由图可见,窝崩后较汛前普遍淤积,但 淤积厚度不大,大多在2,5m之间,窝崩1个月后与窝. 崩时又有所冲刷,冲刷深度不大,统计100,330m之问 的平均高程,3个测次分别为36.67,32.98和33.83m.可40 见,窝崩发生后,河床淤高3.69m,经过1个月冲刷,河床一50 冲深了0.85m. i0—200 , -7,150—100—500. , , ,, 一 10 , ' 藤一. 一 :二::*_40 (a)窝崩口门上游侧A—A断面 )0 :,二蓁-l0昌.20*一30(b)窝崩口门B—B断面(C)窝崩口门下游c—c断面 图5窝崩前后河段断面变化 Fig.5Comparisonofcrosssectionsbeforeandafterpitcollapse 2.3窝崩体积及河床淤积 为进一步说明3次地形间的冲淤关系,沿河岸方向选取长为1000m,宽350m的河 段,计算各测次的水 下体积,以说明窝崩前后的河床变化,并将河岸方向的1000m分为3个区,具体位置 见图2.窝崩口门上游 300m为I区,窝崩口门300m为?区,窝崩口门下游400m为?区.计算结果表明,窝崩发生后,3个区分别 淤积了(包括其间的河床冲淤)31.3×10,42.5×10和17.5×101TI.,总淤积量为91.3×10m,如窝崩体积以 110xl0m计算,约有83%淤积在1000m的河段内.经过1个月的水流冲蚀作用,3个区分别冲刷了8× 10,2.4×10和9×10m,总冲刷量为4.1×10m,占窝崩体积37%.而所冲刷的部位以?区最多,I区和? 区的冲刷较?区要小许多. 3窝崩成因分析 3.1主流贴岸 三江口窝崩处位于龙潭水道下弯道,由于弯道螺旋流的作用,主流和深泓均位于凹岸.1985,1991,1998, 2001和2005年深泓线在窝崩发生河段均紧贴右岸,较陡的岸坡是发生窝崩的必要条件I9. 3.2河床地质组成易发生窝崩 南京河段处于扬子准地台宁镇弧形构造带,南京河段除燕子矶,下三山外,河岸组成大多为第四纪沉积 物,一般为二元结构,上层为河漫滩相的黏土,亚黏土或粉砂亚黏土,厚度一般为2,5m,抗冲能力强,黏土 覆盖层较厚的河段则易形成突咀的平面形态,如拐头,三江口等;第2层为粉砂细砂层,其抗冲性能较差;第 3层为中粗砂和基岩上的粗砾石层,厚度约40,50m;最下层为基岩,其高程一般在一50m左右. 74水利水运工程 中国科学院地理研究所等根据长江下游河岸物质的组成结构将枯水位以上的疏松沉积物分为四大 类,十七亚类,并分析了各类土质的河岸与崩岸现象产生之间的关系.结果表明,可 动性最大的?类河岸(其 物质组成多为亚砂土,粉细沙)长度占全部岸线总长的35.7%,但发生崩岸的几率却高达54%,崩塌程度大 于30m/a的强崩区比例占72%,充分说明崩岸与河岸土体性质关系十分密切,其中由可动性最大的亚砂土 和粉细沙组成的河岸最易出现崩岸. 1985年后,在龙潭水道实施了大范围的抛石护岸(坡)工程,增强了河岸(坡)的抗水流冲刷能力;而处 于抛石护岸的下游河段(即现在窝崩河段),一是受块石作用,底部水流的紊动强度增大,二是护岸河段水流 相对集中,动能也相应增大,使得下游河床水流冲刷能力增加,而河床的抗冲能力没有变化,因此护岸工程会 加强下游未护岸河段的河床崩塌. 3.3水位下降快,地下水位落差大 长江中下游河段属典型的平原河道,年内水沙过程具有明显的涨落过程,多数河段具有洪淤枯冲的特 征.洪水退水期及枯水期河道水流归槽,比降增大,河床与河岸出现冲刷,加上水位下降,岸坡土体内地下水 位落差大,因而容易发生崩岸现象.据统计,长江下游河段洪水退水期或枯水期出现的崩岸次数远多于洪水 期和涨水期,两者比例基本为8:2. 在年际间,长江中下游河段也具有水量沙量分配很不均匀的特征,河床冲淤变化的特征也出现变化.一 般来说,大水少沙年份河道以冲刷为主,岸坡在水中浸泡时间也较长,土体力学性质变差,退水期和枯水期河 岸内也易出现大比降渗流,因而崩岸几率最高;相反,少水年份河道以淤积为主,河岸稳定性相对较高,崩岸 几率就较低. 长江为季节性分明的河流,洪季水位高,枯季水位低.本河段没有水位站,但根据 1950—1961年曾在龙 潭水道右岸栖霞山设立的水位站的资料分析发现,历史最高水位为7.67m(1954年8月17日);最低水位为 一 0.35m(1956年1月9日);最大潮差为1.52ITI;最小潮差为0.011TI.可见,洪季和枯季水位相差可达6, 7m.在枯季,随着水位下降,水流对河岸的支撑作用减弱,同时,还存在流向河道的渗流,这两个因素都对河 道的稳定起着不利作用. 3.4河岸抗冲能力不同,较弱处发生窝崩 长江中下游河段在多处因两岸是山体或抗冲性较好的土质,形成了天然的河道节点,一般情况下,节点 下游河道展宽,水流动力出现摆动,节点的挑流对其下游水流动力轴线的位置及变化影响很大,往往决定了 节点下游斜对岸的水流顶冲部位及范围,水流顶冲部位一般均会出现严重的崩岸现象.另一方面,节点挑流 对其所在一侧的河岸具有掩护作用.因而,节点位置是否稳定与其下游崩岸有较大关系.如安徽官洲河段上 段南岸存在吉阳矶节点,对岸三益圩,六合圩一带为主流顶冲区,历史上曾多次出现强烈崩岸,许多实测资料 分析表明,崩岸的发生与吉阳矶的挑流作用关系十分密切?". 4窝崩抢护措施及效果介绍 2008年11月18日,三江口窝崩发生后,水利部门紧急调用抢险预备石料进行防护,并组织多名专家及 相关单位会商研究处理,主要包含水下抛石护岸和岸上堤防退建两部分. (1)应急护岸应急抢险工程在崩窝口门及两肩防护岸长400m,厚1,2m,抛石量约53700111.崩窝 范围内近岸防护长280Ill,宽30Ill,厚1m,抛石量约8420m,两者合计抛石量共约6.2万m. (2)堤防退建工程采用钢筋混凝土防洪墙,断面呈L形,底板高4.0rn,宽5.2m;墙顶高程9.87m.防 洪墙基础采用水泥搅拌桩,间距1m,桩长以打人第2层粉砂层土lm控制.在第1排桩之间套打直径为 0.5111,长5.0nl的短桩,形成连续的防渗幕墙,以延长渗径长度. (3)江口节点护岸加固工程由于抢险工程时间紧,资金不足,范围有限,较低,三江河口附近岸段 仍是栖霞龙潭段最为薄弱的环节,迫切需要进行全面防护,以保证节点的河势控导作用,沿岸的防洪安全和 下游镇扬河段的河势稳定. 第2期章志强,等:三江口窝崩及抢护75 (4)监测崩窝发生后,相关单位进行多次水下地形监测,为抢险工程的,施工和后期分析提供 了重要依据.应急方案实施后,岸坡有所淤积,崩窝得到控制,深槽的变化趋于稳定.崩窝下游岸线有明显冲 刷,深槽也有向下游发展趋势. 应急方案遏制崩窝发展,为后期综合治理创造条件,江堤退建,满足该区域防洪安全的要求. 5结语 窝崩导致口门及上下游河道出现暂时性淤积,口门附近1000m长度范围内的淤积量约占窝崩总量的 83%;经1个月的水流冲蚀作用,同样长度范围的河床冲走约37%的窝崩泥沙;窝崩泥沙在口门区及上游河 段,大多淤积在近岸的深槽中,在下游河段,淤积体在河床上分布较为均匀;窝崩发生原因主要有:深泓贴岸, 岸坡变陡;河床地质组成适应窝崩发生;水位下降快,地下水位落差大,水流对河岸的支撑作用减弱;崩岸河 段抗冲能力较弱等. 窝崩发生后的抢护措施主要有:崩窝口门及两肩护岸工程;堤防退建工程;窝崩区 域的水下地形监测;江 口节点护岸加固工程.预计这些工程全部实施后,窝崩区域的河势将趋于稳定. 参考文献: [1]应强,张幸农,孙波.长江窝崩机理研究现状的述评[C]?长江重要堤防隐蔽工程 建设管理局,长江科学院.长江护岸 工程(第六届)及堤防防渗工程技术经验交流会论文集.北京:中国水利水电出版 社,2003:84-91.(YINGQiang, ZHANGXing— nong,SUNBo.ThemechanismresearchandcommentaryofthepitcollapseinYangtzeRiver[ C]?Construction ManagementBureauofHiddenEngineeringonChangjiangMajorLevee,ChangjingRiverS cientificResearchInstitute.The SymposiumoftheRevetmentProjects(SixthSession)andtheAgainstInfiltratesProjectalon gtheYangtzeRiver.Beijing:China WaterPowerPress,2003:84-91.(inChinese)). 12]TORREYllIVH,DUNBARJB,PETERSONRW.Fieldinvestigations,laboratorystudie sandanalysisofthehypothesized [3] [4] failuremechanism[R].USA:CorpsofEngineers,1988. 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Keywords:pitcollapse;theSanjiangkouriverbank;measuresofemergencyprotection