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赭山湾控导工程方案研究

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简介: 钱塘江河口自七格至美女山段的南岸为河变凹岩,习称赭山湾.因位于河口的过渡段,山水和潮流流路不一致,且流量的时间分布相差悬殊,以致主槽摆动频繁,岸滩坍涨不定.历史上,河口过渡段流路曾先后流经龛、赭两山间的南大门,禅机、河庄两山之间的中小门和河庄山与海宁海塘之间的北大门的变迁,史称“三门变迁”......
关键字:赭山湾 控导工程 方案研究

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  钱塘江河口自七格至美女山段的南岸为河变凹岩,习称赭山湾.因位于河口的过渡段,山水和潮流流路不一致,且流量的时间分布相差悬殊,以致主槽摆动频繁,岸滩坍涨不定.历史上,河口过渡段流路曾先后流经龛、赭两山间的南大门,禅机、河庄两山之间的中小门和河庄山与海宁海塘之间的北大门的变迁,史称三门变迁
  为了除害兴利,清康熙末期便开始开挖中小门引河,希图引导主流由中小门进出,以免危害两岸;雍正期间,更拟订了开挖中小门引河,筑尖、塌两山之间石坝和北岸改建石塘三项措施并进的治理河口计划.此后,民国期间和中华人民共和国成立后,均曾几度拟定治理河口计划,并在实施过程中随江道形势变化而一再修改.至2000年封堵九上顺坝围堤和建成标准塘,赭山湾整治工程已大体上完成.
  主要建筑物有:美女山坝,于1964年建成,坝长1 050 m.其中自0972 m处起向上游折转90°,成与水流方向平行的顺坝,整条坝实际上是勾头丁坝.
   
九号坝,于1966年基本建成,坝长3 100 m
   
一号坝,于1964年开始抛筑,1966年建成,坝长1 700 m
  七下右顺坝,于1960年开始抛筑坝根护岸块石,1961年开始抛筑坝身,1965年建成,坝长1 750 m
  1966年,从美女山坝坝身0550 m处至九号坝坝身2750 m处筑围堤,长4 721 m,围涂1 500 hm2.围堤外设盘头4座,并外各接短丁坝,间距900 m,以挑溜护脚,当年完工.
  1966年~1968年,自赭山湾一号坝上游769 m至该坝下游1 443 m,沿设计堤线在滩地上预堆块石;又自赭山湾九号坝开始向上游沿设计堤线也在滩地上预堆块石,堆石体长1 447 m.至1970年下半年,堆石体内侧和外侧数百半滩面已淤涨到可围高程,遂于是年冬至次年春,紧贴堆石体内侧筑围堤长5 159 m,围涂1 2667 hm2,并于1977年完成块石护坡和抛石护脚.又在赭山湾一号坝上游围堤外抛筑短丁坝两座,一号坝至九号坝间围堤外抛筑短丁坝4座,长分别在240250 m
  1976年开始抛筑东风角至九号坝坝头间顺坝(简称九上顺坝),全长6 423 m,至1988年,实抛筑6 403 m,其中从九号坝向上游伸展的1 615 m和自东风角向下游伸长的1 580 m为高坝.至此,主槽已控制在规划河道线内,江槽基本上趋于稳定,通航条件明显改善,顺坝坝囊内7333 hm2滩涂已围340 h m22000年完成顺坝堵口.
  九上顺坝合拢封闭后,赭山湾河势虽已得到基本控制,但新岸线堤前紧邻冲刷槽.由淤涨、落潮流走向分歧和强度变化等因素,导致凹岸顶冲点和冲刷槽在弯顶附近上、下移动.有时可向上延伸到东风角,有时也可向下延伸至仓前白虎山,九号坝至美女山坝和美女山坝至乌龟山岸段经常处于深槽逼岸状态.塘前河床最大冲深至-5~-8 m高程(吴淞基面,下同).以致可能出现塘前滩地刷低而使塘身失稳的局面.目前,南岸标准塘虽已建成,但受自然和技术条件制约,标准塘的底脚防冲只能做到0 m高程.为此,在标准塘设计时,便以增加河道控制建筑物为前提.故拟在加固14盘头前的丁坝和美女山坝外,在此河段南岸增建若干建筑物.定床模型试验表明:在百年一遇的洪水时,这些建筑物会抬高七堡(019 m)、顺坝中(024 m)、顺坝头(028 m)和九号坝下(024 m)的洪水位;但降低美女山坝上(-009 m)和仓前(-006 m)的洪水位.并减小九号坝以上河段的流速011062 ms;九号坝以下河段则南岸流速减小,而江中和近北岸流速增加.这是二坝四盘头挑流作用的结果.对潮水而言,七堡、顺坝中和九号坝下的低潮位稍有抬升,依次为003005003 m,而高潮位则有所降低;顺坝头-003 m,九号坝下-006 m,美女山坝下-007 m.从而减小南岸的潮差,潮动力也随之减弱.诸建筑头部的涨潮平均流速和最大流速会分别增大003018 ms013064 ms;江中涨潮的平均流速和最大流速分别增大010033 ms017026 ms.落潮时,则弯顶平均流速减小012039 ms,最大流速减小012044 ms;而美女山坝坝头和该处江中平均流速和最大流速分别增大016026 ms012051 ms
  更重要的是,塘前河床50年一遇冲刷深可以从-99 m减少为07 m,百年一遇冲刷深从-102 m减为-08 m
  由此可见,由于这些建筑物的挑流作用,对保护南岸海塘起着重要作用.但它们的头部都要经受高流速冲刷,故应予加强.
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 整治方案的比较与研究
  用定床实物模型研究了南岸新添整治建筑物布置方案见表1


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1 新添建筑物布置方案
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11 对沿程百年一遇洪水位的影响
  三种方案均以抬高顺坝头的洪水位最为明显,依次为057m062 m051 m;并向上、下游逐渐减小.对九号坝下和美女山坝上的作用差别甚小;对顺坝中和美女山坝下的影响则随建筑物加多而增大,但抬升不多,方案也仅分别抬高013 m009 m,对仓前站则均有降低洪水位的作用,且随建筑物增多而更加明显,但数量不大,依次降低002 m005 m009m 

312 对沿程高、低潮位的影响
  三个方案对沿程各站高、低潮位的影响差别不大.且只有九号坝下的高潮位略有抬升(005006 m),低潮位略有降低(0003 m),从而潮差略有增大(005009 m)外,顺坝中和仓前两站高潮位不变,而低潮位略有升高(002006 m),从而潮差略有减小;顺坝头高潮位均有降低而低潮位略有抬高,从而潮差减小024007 m;美女山坝上和下两站则高、低潮位均有降低,潮差则美女山坝上几乎不变,美女山坝下减小约005010 m

313 对洪水流速的影响
  三种方案均能使1盘头以上河段(包括弯顶断面)的洪水主流趋向北摆;弯顶以下洪水主流折向24盘头;4盘头以下,洪水主流又趋向北摆.此现象以方案最明显,方案和方案依次减弱.
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14 对潮流速的影响
   
各方案对潮流速的影响较为复杂.兹分述如下:
  (1)东风角下游2 750 m处,塘脚(2测点)涨、落潮流速均有下降,且以方案涨潮流速降低最多,平均流速降低007 ms,最大流速降低018 ms.该断面河中心(3测点)则涨潮流速增大001005 ms,落潮流速降低001007 ms
  (2)整治建筑物前缘(5176测点)的局部流速,随建筑物增加而呈涨、落潮流速均增加的趋势.且来流方向的排斥掩护作用较明显.
  (31盘头前(7测点)涨潮平均流速增大005010 ms,最大流速增加016018 ms;落潮流速减少002006ms.各方案相差不大.该断面中流(8#测点)涨、落潮流速略有增大,各方案也相差不大.
  (42#盘关前(10#测点)涨、落潮流速均有降低,涨潮最大流速降低004007 ms;落潮平均流速降低004008 ms,最大流速降低012016 ms.有随建筑物增加而降低加大趋势.

  (53盘头前(11测点),号方案涨潮流速略有降低,另两方案无影响;落潮平均流速增大008009 ms,最大流速增大019025 ms.各方案相差不大.
  (64盘头前(12测点)涨、落潮流速均有降低.以涨潮最大流速最明显,为008012 ms,有随建筑物加多而降低较多的趋势,其余则仅略有降低.河中心(14测点)则涨潮流速增加较明显,平均流速增大007014 ms,最大流速增大014045 ms,有随建筑物加多而增大较多的趋势.落潮平均流速略有增大,各方案相同;最大流速以方案增大019 ms,另两方案均增大005 ms.近北岸(15测点)则涨、落潮流速都以号方案增大较多,分别为011014 ms006008 ms,另两方案相同,仅略有增加.
  (7)美女山坝前(16测点)涨潮平均流速减小008020ms,落潮平均流速减小003006 ms,涨潮最大流速减小013029 ms.落潮最大流速减少005012 ms
  (8)美女山坝下游断面(181920测点),涨潮以江中(19测点)增大最多,平均流速增大016037 ms,且以方案为甚;落潮则以南岸(18测点)增加最多,平均流速增大007010 ms,随建筑物俱增,最大流速增大021022 ms,各方案相差甚微.北岸(20测点)则以涨潮流速增加较多,平均流速增加009015 ms,最大流速增加019021 ms,均随建筑物增加而甚.
  (9)美女山坝上、下游两断面,江中(1419测点)和北岸(1520测点)均以下游涨潮流速增加较多,落潮则以上游最大流速增加较多.这表明美女山坝和7丁坝的挑流作用.
  从总体上看,方案除在1盘头至美女山坝间会引起涨潮流速增大3%左右外,其余坝段的涨、落潮流速均有所减小,其幅度在10%至2%不等.但沿北岸的流速却会增大5%至10%.  为了减少这种不利影响,新添的盘头或丁坝,平面尺度不宜过大.
  另据实测地形图用经验频率分析,并参考一维动床数值模型,预测南岸塘前河床高程结果表明,建筑物对塘前河床防冲作用异常明显.详见下表.


  综上所述,美女山坝至乌龟山是涨潮流顶冲的岸段,原建有78两座丁坝,均已被冲毁,以致涨潮流直冲塘岸,深槽逼临塘前,危及塘身,并加重美女山坝的御潮负担.据19701988年实测江道地形图分析和一维动床数值模拟预测,在无此两坝的情况下,塘前50 m以内河床50年一遇可刷深达-50 m,百年一遇深达-53 m;若恢复两坝,则可分别减为-059 m和-080 m.可见,此两坝不仅可以减轻美女山坝御潮负担,更是保护此段海塘所必不可少.又据现场涌潮观测,从乌龟山到美女山坝,涌潮逐渐增强,原7坝处比原8坝处强得多.故应以原7坝处为主,8坝处为辅.为此,拟于两坝原址偏下游50 m,即在63207030两处分别建筑200 m长的7丁坝和100 m长的8丁坝.
  自九号坝往上游2 km范围内,河道处于弯道顶部.由于九上顺坝于2000年才封闭,尚未在塘前兴建防护建筑物.
  试验表明,倘使在九号坝处兴建一座盘头(方案),九上顺坝中段塘前最大涨潮流速可减小10%,但百年一遇洪水流速都有所增大;若在其上游增建一座盘头(方案),则同一测点的洪水和涨潮最大流速均可减小10%左右,而对岸下沙塘前流速将增大7%;若在第二座盘头上游再增建第三座盘头(方案),则同一测点处的最大涨潮流速将减小18%,洪水流速也减小3%~16%.实测江道地形分析和一维动床数值模拟预测表明,塘前50 m范围内河床刷低深度可大为减小(见表6);但对岸塘前洪水流速将增大16%.据此,宜在以九号坝为起点的0050、-1100和-2200三处各建一座盘头,依次命名为987盘头.盘头圆弧半径均为80 m,外各接30 m长的丁坝,共伸出塘外110 m
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2  新添建筑物的结构形式
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21 乌龟山至美女山坝间的78丁坝
  为免两丁坝再次被毁,经试验改进结构型式,坝根30 m范围内采用八字脚,并用小沉井防冲;30 m以外坝身,均用不同长度的灌注桩和板桩相间保护坝脚.坝根高程60 m,坝头高程50 m.这种结构的造价虽比传统丁坝高出近80%,但它运行可靠,维修费用低;又因它们关系到赭山湾整治成效安稳,故决定采用这种结构.
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22 79盘头
  采用传统的结构形式.
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23 美女山坝加固
  该坝是抛石圬工面结构.19911992年曾两次冲成缺口,19961997年,坝身上游又大幅度淘空,多次抢险,坝身沿线也修补较多,防冲能力参差不齐.故应予全面加固.在勾头段外侧和丁坝段上游侧用拉锚式小沉井防冲结构,沉井底高程为0010 m,上设钢筋砼护坦宽60 m;两坝段的另一侧则建砼直墙,高1631 m,以固定护坡脚趾和减少丁坝段坝基进潮水量.丁坝段两侧则拆除原有坡面,另建筑砼护面,厚40cm.勾头段坝头用环梁挂桩防冲结构,环梁是半圆形,直径16 m,环梁后趾伸入钢筋砼护坦锚块,计长20 m,环梁周边放置钢筋笼装石和抛石护脚.
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24 14盘头前丁坝加固
  这4座盘头本身已相对稳固,无需加固.但前面的丁坝则年年抢险,应提高防冲能力.拟用4 m高的沉井,底高程为0 m,顶部建砼护坦宽82 m,顶高程为56 m.沉井处安放砼四面体,单块重4t,水平布置5排.
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25 局部海塘塘脚加固
  在九号坝下游堤长500 m45 m高的沉井加固,沉井底高程05 m,上建C25钢筋砼护坦,厚40cm,宽820 m,于原外坡贴面建C25混凝土,厚25cm,沿井外侧抛块石混合料.
  美女山坝下游660 m脚塘已有小沉井的底高程偏高,应在沉井外安放不锈钢丝网兜袋石护脚.
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1)塘前挑流建筑物对保护塘前河床具有明显作用;
  (2)按推荐方法加固现有塘前挑流建筑物,可以避免或减轻潮流冲刷破坏;
  (3)塘前没有挑流建筑物的段落,应补充新添.新添建筑物的布置以方案为佳,既可较好地调整塘前流场,又可以将塘前河床冲刷高程控制在-075~-17 m1%)或-054~-17 m2%)以内;
  (4)经过新添建筑物和加固现有工程,赭山湾河势可基本得到控制;
  (5)本文提供的成果已为当局采纳. 

参考文献
1] 李光炳.赭山湾整治的回顾[J],河口与海岸工程,1991,(1).
2] 陈希海.钱塘江南岸赭山湾河势控制工程可行性研究报告[R],2001

发布:2007-07-28 11:49    编辑:泛普软件 · xiaona    [打印此页]    [关闭]
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