赭山灣控導(dǎo)工程方案研究

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簡(jiǎn)介： 錢(qián)塘江河口自七格至美女山段的南岸為河變凹巖，習(xí)稱(chēng)赭山灣．因位于河口的過(guò)渡段，山水和潮流流路不一致，且流量的時(shí)間分布相差懸殊，以致主槽擺動(dòng)頻繁，岸灘坍漲不定．歷史上，河口過(guò)渡段流路曾先后流經(jīng)龕、赭兩山間的南大門(mén)，禪機(jī)、河莊兩山之間的中小門(mén)和河莊山與海寧海塘之間的北大門(mén)的變遷，史稱(chēng)“三門(mén)變遷”......
關(guān)鍵字：赭山灣 控導(dǎo)工程 方案研究

1　概　況
　　錢(qián)塘江河口自七格至美女山段的南岸為河變凹巖，習(xí)稱(chēng)赭山灣．因位于河口的過(guò)渡段，山水和潮流流路不一致，且流量的時(shí)間分布相差懸殊，以致主槽擺動(dòng)頻繁，岸灘坍漲不定．歷史上，河口過(guò)渡段流路曾先后流經(jīng)龕、赭兩山間的南大門(mén)，禪機(jī)、河莊兩山之間的中小門(mén)和河莊山與海寧海塘之間的北大門(mén)的變遷，史稱(chēng)“三門(mén)變遷”．
　　為了除害興利，清康熙末期便開(kāi)始開(kāi)挖中小門(mén)引河，希圖引導(dǎo)主流由中小門(mén)進(jìn)出，以免危害兩岸；雍正期間，更擬訂了開(kāi)挖中小門(mén)引河，筑尖、塌兩山之間石壩和北岸改建石塘三項(xiàng)措施并進(jìn)的治理河口計(jì)劃．此后，民國(guó)期間和中華人民共和國(guó)成立后，均曾幾度擬定治理河口計(jì)劃，并在實(shí)施過(guò)程中隨江道形勢(shì)變化而一再修改．至2000年封堵九上順壩圍堤和建成標(biāo)準(zhǔn)塘，赭山灣整治工程已大體上完成．
　　主要建筑物有：美女山壩，于1964年建成，壩長(zhǎng)1 050 m．其中自0＋972 m處起向上游折轉(zhuǎn)90°，成與水流方向平行的順壩，整條壩實(shí)際上是勾頭丁壩．
    九號(hào)壩，于1966年基本建成，壩長(zhǎng)3 100 m．
    一號(hào)壩，于1964年開(kāi)始拋筑，1966年建成，壩長(zhǎng)1 700 m．
　　七下右順壩，于1960年開(kāi)始拋筑壩根護(hù)岸塊石，1961年開(kāi)始拋筑壩身，1965年建成，壩長(zhǎng)1 750 m．
　　1966年，從美女山壩壩身0＋550 m處至九號(hào)壩壩身2＋750 m處筑圍堤，長(zhǎng)4 721 m，圍涂1 500 hm²．圍堤外設(shè)盤(pán)頭4座，并外各接短丁壩，間距900 m，以挑溜護(hù)腳，當(dāng)年完工．
　　1966年～1968年，自赭山灣一號(hào)壩上游769 m至該壩下游1 443 m，沿設(shè)計(jì)堤線在灘地上預(yù)堆塊石；又自赭山灣九號(hào)壩開(kāi)始向上游沿設(shè)計(jì)堤線也在灘地上預(yù)堆塊石，堆石體長(zhǎng)1 447 m．至1970年下半年，堆石體內(nèi)側(cè)和外側(cè)數(shù)百半灘面已淤漲到可圍高程，遂于是年冬至次年春，緊貼堆石體內(nèi)側(cè)筑圍堤長(zhǎng)5 159 m，圍涂1 266．7 hm²，并于1977年完成塊石護(hù)坡和拋石護(hù)腳．又在赭山灣一號(hào)壩上游圍堤外拋筑短丁壩兩座，一號(hào)壩至九號(hào)壩間圍堤外拋筑短丁壩4座，長(zhǎng)分別在240～250 m．
　　1976年開(kāi)始拋筑東風(fēng)角至九號(hào)壩壩頭間順壩（簡(jiǎn)稱(chēng)九上順壩），全長(zhǎng)6 423 m，至1988年，實(shí)拋筑6 403 m，其中從九號(hào)壩向上游伸展的1 615 m和自東風(fēng)角向下游伸長(zhǎng)的1 580 m為高壩．至此，主槽已控制在規(guī)劃河道線內(nèi)，江槽基本上趨于穩(wěn)定，通航條件明顯改善，順壩壩囊內(nèi)733．3 hm²灘涂已圍340 h m²．2000年完成順壩堵口．
　　九上順壩合攏封閉后，赭山灣河勢(shì)雖已得到基本控制，但新岸線堤前緊鄰沖刷槽．由淤漲、落潮流走向分歧和強(qiáng)度變化等因素，導(dǎo)致凹岸頂沖點(diǎn)和沖刷槽在彎頂附近上、下移動(dòng)．有時(shí)可向上延伸到東風(fēng)角，有時(shí)也可向下延伸至倉(cāng)前白虎山，九號(hào)壩至美女山壩和美女山壩至烏龜山岸段經(jīng)常處于深槽逼岸狀態(tài)．塘前河床最大沖深至－5～－8 m高程（吳淞基面，下同）．以致可能出現(xiàn)塘前灘地刷低而使塘身失穩(wěn)的局面．目前，南岸標(biāo)準(zhǔn)塘雖已建成，但受自然和技術(shù)條件制約，標(biāo)準(zhǔn)塘的底腳防沖只能做到0 m高程．為此，在標(biāo)準(zhǔn)塘設(shè)計(jì)時(shí)，便以增加河道控制建筑物為前提．故擬在加固1^＃～4^＃盤(pán)頭前的丁壩和美女山壩外，在此河段南岸增建若干建筑物．定床模型試驗(yàn)表明：在百年一遇的洪水時(shí)，這些建筑物會(huì)抬高七堡（0．19 m）、順壩中（0．24 m）、順壩頭（0．28 m）和九號(hào)壩下（0．24 m）的洪水位；但降低美女山壩上（－0．09 m）和倉(cāng)前（－0．06 m）的洪水位．并減小九號(hào)壩以上河段的流速0．11～0．62 m／s；九號(hào)壩以下河段則南岸流速減小，而江中和近北岸流速增加．這是二壩四盤(pán)頭挑流作用的結(jié)果．對(duì)潮水而言，七堡、順壩中和九號(hào)壩下的低潮位稍有抬升，依次為0．03、0．05和0．03 m，而高潮位則有所降低；順壩頭－0．03 m，九號(hào)壩下－0．06 m，美女山壩下－0．07 m．從而減小南岸的潮差，潮動(dòng)力也隨之減弱．諸建筑頭部的漲潮平均流速和最大流速會(huì)分別增大0．03～0．18 m／s和0．13～0．64 m／s；江中漲潮的平均流速和最大流速分別增大0．10～0．33 m／s和0．17～0．26 m／s．落潮時(shí)，則彎頂平均流速減小0．12～0．39 m／s，最大流速減小0．12～0．44 m／s；而美女山壩壩頭和該處江中平均流速和最大流速分別增大0．16～0．26 m／s和0．12～0．51 m／s．
　　更重要的是，塘前河床50年一遇沖刷深可以從－9．9 m減少為0．7 m，百年一遇沖刷深從－10．2 m減為－0．8 m．
　　由此可見(jiàn)，由于這些建筑物的挑流作用，對(duì)保護(hù)南岸海塘起著重要作用．但它們的頭部都要經(jīng)受高流速?zèng)_刷，故應(yīng)予加強(qiáng)．
3　整治方案的比較與研究
　　用定床實(shí)物模型研究了南岸新添整治建筑物布置方案見(jiàn)表1．

3．1　新添建筑物布置方案
3．1．1　對(duì)沿程百年一遇洪水位的影響
　　三種方案均以抬高順壩頭的洪水位最為明顯，依次為0．57m、0．62 m和0．51 m；并向上、下游逐漸減?。畬?duì)九號(hào)壩下和美女山壩上的作用差別甚小；對(duì)順壩中和美女山壩下的影響則隨建筑物加多而增大，但抬升不多，方案Ⅲ也僅分別抬高0．13 m和0．09 m，對(duì)倉(cāng)前站則均有降低洪水位的作用，且隨建筑物增多而更加明顯，但數(shù)量不大，依次降低0．02 m、0．05 m和0．09m． 

3．1．2　對(duì)沿程高、低潮位的影響
　　三個(gè)方案對(duì)沿程各站高、低潮位的影響差別不大．且只有九號(hào)壩下的高潮位略有抬升（0．05～0．06 m），低潮位略有降低（0～0．03 m），從而潮差略有增大（0．05～0．09 m）外，順壩中和倉(cāng)前兩站高潮位不變，而低潮位略有升高（0．02～0．06 m），從而潮差略有減??；順壩頭高潮位均有降低而低潮位略有抬高，從而潮差減小0．24～0．07 m；美女山壩上和下兩站則高、低潮位均有降低，潮差則美女山壩上幾乎不變，美女山壩下減小約0．05～0．10 m．

3．1．3　對(duì)洪水流速的影響
　　三種方案均能使1^＃盤(pán)頭以上河段（包括彎頂斷面）的洪水主流趨向北擺；彎頂以下洪水主流折向2^＃～4^＃盤(pán)頭；4^＃盤(pán)頭以下，洪水主流又趨向北擺．此現(xiàn)象以方案Ⅲ最明顯，方案Ⅱ和方案Ⅰ依次減弱．
3．1．4　對(duì)潮流速的影響
    各方案對(duì)潮流速的影響較為復(fù)雜．茲分述如下：
　　（1）東風(fēng)角下游2 750 m處，塘腳（2^＃測(cè)點(diǎn)）漲、落潮流速均有下降，且以方案Ⅲ漲潮流速降低最多，平均流速降低0．07 m／s，最大流速降低0．18 m／s．該斷面河中心（3^＃測(cè)點(diǎn)）則漲潮流速增大0．01～0．05 m／s，落潮流速降低0．01～0．07 m／s．
　?。?span lang="EN-US">2）整治建筑物前緣（5^＃、17^＃和6^＃測(cè)點(diǎn)）的局部流速，隨建筑物增加而呈漲、落潮流速均增加的趨勢(shì)．且來(lái)流方向的排斥掩護(hù)作用較明顯．
　?。?span lang="EN-US">3）1^＃盤(pán)頭前（7^＃測(cè)點(diǎn)）漲潮平均流速增大0．05～0．10 m／s，最大流速增加0．16～0．18 m／s；落潮流速減少0．02～0．06m／s．各方案相差不大．該斷面中流（8＃測(cè)點(diǎn)）漲、落潮流速略有增大，各方案也相差不大．
　　（4）2＃盤(pán)關(guān)前（10＃測(cè)點(diǎn)）漲、落潮流速均有降低，漲潮最大流速降低0．04～0．07 m／s；落潮平均流速降低0．04～0．08 m／s，最大流速降低0．12～0．16 m／s．有隨建筑物增加而降低加大趨勢(shì)．

　　（5）3^＃盤(pán)頭前（11^＃測(cè)點(diǎn)），Ⅲ號(hào)方案漲潮流速略有降低，另兩方案無(wú)影響；落潮平均流速增大0．08～0．09 m／s，最大流速增大0．19～0．25 m／s．各方案相差不大．
　?。?span lang="EN-US">6）4^＃盤(pán)頭前（12^＃測(cè)點(diǎn)）漲、落潮流速均有降低．以漲潮最大流速最明顯，為0．08～0．12 m／s，有隨建筑物加多而降低較多的趨勢(shì)，其余則僅略有降低．河中心（14^＃測(cè)點(diǎn)）則漲潮流速增加較明顯，平均流速增大0．07～0．14 m／s，最大流速增大0．14～0．45 m／s，有隨建筑物加多而增大較多的趨勢(shì)．落潮平均流速略有增大，各方案相同；最大流速以方案Ⅲ增大0．19 m／s，另兩方案均增大0．05 m／s．近北岸（15^＃測(cè)點(diǎn)）則漲、落潮流速都以Ⅲ號(hào)方案增大較多，分別為0．11～0．14 m／s和0．06～0．08 m／s，另兩方案相同，僅略有增加．
　?。?span lang="EN-US">7）美女山壩前（16^＃測(cè)點(diǎn)）漲潮平均流速減小0．08～0．20m／s，落潮平均流速減小0．03～0．06 m／s，漲潮最大流速減小0．13～0．29 m／s．落潮最大流速減少0．05～0．12 m／s．
　　（8）美女山壩下游斷面（18^＃、19^＃、20^＃測(cè)點(diǎn)），漲潮以江中（19^＃測(cè)點(diǎn)）增大最多，平均流速增大0．16～0．37 m／s，且以方案Ⅲ為甚；落潮則以南岸（18^＃測(cè)點(diǎn)）增加最多，平均流速增大0．07～0．10 m／s，隨建筑物俱增，最大流速增大0．21～0．22 m／s，各方案相差甚微．北岸（20^＃測(cè)點(diǎn)）則以漲潮流速增加較多，平均流速增加0．09～0．15 m／s，最大流速增加0．19～0．21 m／s，均隨建筑物增加而甚．
　?。?span lang="EN-US">9）美女山壩上、下游兩斷面，江中（14^＃、19^＃測(cè)點(diǎn)）和北岸（15^＃、20^＃測(cè)點(diǎn)）均以下游漲潮流速增加較多，落潮則以上游最大流速增加較多．這表明美女山壩和7^＃丁壩的挑流作用．
　　從總體上看，方案Ⅲ除在1^＃盤(pán)頭至美女山壩間會(huì)引起漲潮流速增大3％左右外，其余壩段的漲、落潮流速均有所減小，其幅度在10％至2％不等．但沿北岸的流速卻會(huì)增大5％至10％．　　為了減少這種不利影響，新添的盤(pán)頭或丁壩，平面尺度不宜過(guò)大．
　　另?yè)?jù)實(shí)測(cè)地形圖用經(jīng)驗(yàn)頻率分析，并參考一維動(dòng)床數(shù)值模型，預(yù)測(cè)南岸塘前河床高程結(jié)果表明，建筑物對(duì)塘前河床防沖作用異常明顯．詳見(jiàn)下表．

　　綜上所述，美女山壩至烏龜山是漲潮流頂沖的岸段，原建有7^＃和8^＃兩座丁壩，均已被沖毀，以致漲潮流直沖塘岸，深槽逼臨塘前，危及塘身，并加重美女山壩的御潮負(fù)擔(dān)．據(jù)1970～1988年實(shí)測(cè)江道地形圖分析和一維動(dòng)床數(shù)值模擬預(yù)測(cè)，在無(wú)此兩壩的情況下，塘前50 m以?xún)?nèi)河床50年一遇可刷深達(dá)－5．0 m，百年一遇深達(dá)－5．3 m；若恢復(fù)兩壩，則可分別減為－0．59 m和－0．80 m．可見(jiàn)，此兩壩不僅可以減輕美女山壩御潮負(fù)擔(dān)，更是保護(hù)此段海塘所必不可少．又據(jù)現(xiàn)場(chǎng)涌潮觀測(cè)，從烏龜山到美女山壩，涌潮逐漸增強(qiáng)，原7^＃壩處比原8^＃壩處強(qiáng)得多．故應(yīng)以原7^＃壩處為主，8^＃壩處為輔．為此，擬于兩壩原址偏下游50 m，即在6＋320和7＋030兩處分別建筑200 m長(zhǎng)的7^＃丁壩和100 m長(zhǎng)的8^＃丁壩．
　　自九號(hào)壩往上游2 km范圍內(nèi)，河道處于彎道頂部．由于九上順壩于2000年才封閉，尚未在塘前興建防護(hù)建筑物．
　　試驗(yàn)表明，倘使在九號(hào)壩處興建一座盤(pán)頭（方案Ⅰ），九上順壩中段塘前最大漲潮流速可減小10％，但百年一遇洪水流速都有所增大；若在其上游增建一座盤(pán)頭（方案Ⅱ），則同一測(cè)點(diǎn)的洪水和漲潮最大流速均可減小10％左右，而對(duì)岸下沙塘前流速將增大7％；若在第二座盤(pán)頭上游再增建第三座盤(pán)頭（方案Ⅲ），則同一測(cè)點(diǎn)處的最大漲潮流速將減小18％，洪水流速也減小3％～16％．實(shí)測(cè)江道地形分析和一維動(dòng)床數(shù)值模擬預(yù)測(cè)表明，塘前50 m范圍內(nèi)河床刷低深度可大為減?。ㄒ?jiàn)表6）；但對(duì)岸塘前洪水流速將增大16％．據(jù)此，宜在以九號(hào)壩為起點(diǎn)的0＋050、－1－100和－2－200三處各建一座盤(pán)頭，依次命名為9^＃、8^＃和7^＃盤(pán)頭．盤(pán)頭圓弧半徑均為80 m，外各接30 m長(zhǎng)的丁壩，共伸出塘外110 m．
3．2　　新添建筑物的結(jié)構(gòu)形式
3．2．1　烏龜山至美女山壩間的7^＃和8^＃丁壩
　　為免兩丁壩再次被毀，經(jīng)試驗(yàn)改進(jìn)結(jié)構(gòu)型式，壩根30 m范圍內(nèi)采用八字腳，并用小沉井防沖；30 m以外壩身，均用不同長(zhǎng)度的灌注樁和板樁相間保護(hù)壩腳．壩根高程6．0 m，壩頭高程5．0 m．這種結(jié)構(gòu)的造價(jià)雖比傳統(tǒng)丁壩高出近80％，但它運(yùn)行可靠，維修費(fèi)用低；又因它們關(guān)系到赭山灣整治成效安穩(wěn)，故決定采用這種結(jié)構(gòu)．
3．2．2　7^＃～9^＃盤(pán)頭
　　采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式．
3．2．3　美女山壩加固
　　該壩是拋石圬工面結(jié)構(gòu)．1991和1992年曾兩次沖成缺口，1996和1997年，壩身上游又大幅度淘空，多次搶險(xiǎn)，壩身沿線也修補(bǔ)較多，防沖能力參差不齊．故應(yīng)予全面加固．在勾頭段外側(cè)和丁壩段上游側(cè)用拉錨式小沉井防沖結(jié)構(gòu)，沉井底高程為0．0～1．0 m，上設(shè)鋼筋砼護(hù)坦寬6．0 m；兩壩段的另一側(cè)則建砼直墻，高1．6～3．1 m，以固定護(hù)坡腳趾和減少丁壩段壩基進(jìn)潮水量．丁壩段兩側(cè)則拆除原有坡面，另建筑砼護(hù)面，厚40cm．勾頭段壩頭用環(huán)梁掛樁防沖結(jié)構(gòu)，環(huán)梁是半圓形，直徑16 m，環(huán)梁后趾伸入鋼筋砼護(hù)坦錨塊，計(jì)長(zhǎng)20 m，環(huán)梁周邊放置鋼筋籠裝石和拋石護(hù)腳．
3．2．4　1^＃～4^＃盤(pán)頭前丁壩加固
　　這4座盤(pán)頭本身已相對(duì)穩(wěn)固，無(wú)需加固．但前面的丁壩則年年搶險(xiǎn)，應(yīng)提高防沖能力．?dāng)M用4 m高的沉井，底高程為0 m，頂部建砼護(hù)坦寬8．2 m，頂高程為5．6 m．沉井處安放砼四面體，單塊重4t，水平布置5排．
3．2．5　局部海塘塘腳加固
　　在九號(hào)壩下游堤長(zhǎng)500 m用4．5 m高的沉井加固，沉井底高程0．5 m，上建C₂₅鋼筋砼護(hù)坦，厚40cm，寬8．20 m，于原外坡貼面建C₂₅混凝土，厚25cm，沿井外側(cè)拋塊石混合料．
　　美女山壩下游660 m腳塘已有小沉井的底高程偏高，應(yīng)在沉井外安放不銹鋼絲網(wǎng)兜袋石護(hù)腳．
4　結(jié)　語(yǔ)
    （1）塘前挑流建筑物對(duì)保護(hù)塘前河床具有明顯作用；
　?。?span lang="EN-US">2）按推薦方法加固現(xiàn)有塘前挑流建筑物，可以避免或減輕潮流沖刷破壞；
　　（3）塘前沒(méi)有挑流建筑物的段落，應(yīng)補(bǔ)充新添．新添建筑物的布置以方案Ⅲ為佳，既可較好地調(diào)整塘前流場(chǎng)，又可以將塘前河床沖刷高程控制在－0．75～－1．7 m（1％）或－0．54～－1．7 m（2％）以?xún)?nèi)；
　?。?span lang="EN-US">4）經(jīng)過(guò)新添建筑物和加固現(xiàn)有工程，赭山灣河勢(shì)可基本得到控制；
　?。?span lang="EN-US">5）本文提供的成果已為當(dāng)局采納． 

參考文獻(xiàn)：
［1］　李光炳．赭山灣整治的回顧［J］，河口與海岸工程，1991，（1）．
［2］　陳希海．錢(qián)塘江南岸赭山灣河勢(shì)控制工程可行性研究報(bào)告［R］，2001．