三峽庫區豐涪段典型急流灘通航期變化研究

摘 要：收集了三峽水庫豐涪段典型洪水急流灘——和尚灘大量的實測地形、水文及過往船舶航行資料，建立了數學模型，分析了船舶自航上灘臨界流量條件及通航期的變化。結果表明：175m試驗性蓄水后，豐涪段航道條件有所改善，流速、比降減緩，萬噸級船隊、3000噸船舶自航上灘臨界流量及通航期有所提升，航運效益明顯提高。

關鍵詞：三峽水庫 洪水急流灘 航道條件 上灘流量

三峽水庫175m試驗性蓄水以后，在蓄水期，三峽大壩至重慶河段受蓄水的影響，水深大幅增加，比降大大減小，流速減緩，河面變寬，成為優良的庫區航道，航道條件得到大幅的改善，促進了三峽庫區航運的飛速發展。但是，在汛期三峽水庫按145m低水位運行，水庫回水范圍減小，常年回水區上段（豐都至涪陵）水位雖還受壩前水位影響，但部分急流灘流態仍較為紊亂，影響船舶通行，已經成為限制三峽水庫航道整體通航能力提升的瓶頸。2010年10月1日長江航道局頒布實施的《長江三峽庫區船舶定線制規定》將三峽庫區船舶定線制范圍上延至涪陵李渡長江大橋。但豐都至涪陵段汛期流速仍較大，至今仍難以全年實施分邊航行。而和尚灘位于三峽常年回水區末端，受三峽水庫水位抬高影響較小，故以和尚灘為例對三峽水庫常年回水區通航期進行研究。

灘險概況及礙航成因分析

和尚灘位于烏江與長江交匯口下游約3.2km，距宜昌上游約532.8km，距壩址486.3km，處于三峽水庫常年回水區末端，是川江著名的洪水急流灘。該河段河道順直，河槽橫斷面呈窄深型（河勢圖見圖1）。右岸有和尚灘石梁伸入江中，左岸有群豬灘和郭家咀石梁，形成交錯對峙狀態。灘段上游河道呈微彎形，江中有美女磧和小和尚石，河道偏南有許多礁石潛伏，北岸王八磧與硯臺石間有暗淺相連，在硯臺石與群豬灘之間有暗淺深入江中，南岸有惡狗堆與盤蛇子石梁。和尚灘上游的苦竹沱內常年有回流，郭家咀下游灘內也常年有回流。在1955年-1956年、1969年-1971年期間及“7250工程”1996年炸除了左岸和尚灘石咀和右岸郭家咀石梁，總工程量約22萬立方米。

和尚灘段河床形態極不規則，兩岸石梁高大、凸出，尤其是右岸和尚灘的亂石咀與左岸群豬灘及郭家咀石梁交錯對峙，阻束水流汛期成灘。三峽水庫蓄水前該灘的成灘水位為145.8m，最洶水位在151-154m之間，到155.5m以上，灘勢逐漸減弱。當長江、烏江同時漲水時，灘勢更加兇猛，水流湍急，泡漩洶涌，因郭家咀石梁與和尚灘石梁的挑流使兩咀下均呈現較大回流沱及泡漩等不良流態，若船舶不慎，便有“打張”的危險。三峽工程建成后按175m水位運行時，雖然該灘的航道條件得到較大程度改善，但汛期流量較大時仍然會出現礙航特征。和尚灘上下游河道較寬，在和尚灘段由于左右岸基巖突出致使河道驟然縮窄而成灘。但因其左右基巖并非對峙，而是右岸與左岸突嘴上下交錯形成，因而屬于突嘴型中的錯口急流灘。

數學模型的建立

和尚灘河段計算區域為涪陵大橋上游至下游清溪場，全長約16km。平面二維數模在計算域內共布置500×60個網格點，經正交計算后得到如圖3所示的正交網格圖，網格線的交角除岸邊個別節點以外均為88～92°，基本保持正交。正交曲線網格沿河流方向間距約32m，沿河寬方向間距約為20m。

二維數學模型對和尚灘實測瞬時水面線及流速、流向 （2008年08月，流量Q=33500m3/s）進行了驗證。

船舶上灘指標分析

根據三峽水利樞紐工程相關設計文件，三峽蓄水后萬噸級船隊將實行渝漢直達。而目前，三峽庫區主流船型為3000噸級單船。下面主要對萬噸級船隊及3000噸級單船進行水流指標計算。

1、萬噸級船舶上灘指標

據交通部《三峽樞紐過壩船舶（隊）尺度要求及技術規范》擬定的代表性船隊有兩類：一類是1654KW、2339KW推輪配合1000-3000t駁船組成的萬噸級船隊；二類是588KW、882KW推輪配合500t駁船組成的，干支流直達的3000t級船隊，表1給出了萬噸級船隊自航上灘的水力指標。

2、 3000噸船舶上灘指標

收集了三峽水庫常年回水區3000噸級船舶資料，對3000噸船舶上灘指標進行了計算，其相關關系見圖4。

船舶上灘能力分析

圖5顯示了三峽成庫后汛期壩前145m水位時和尚灘河段實測航跡線上最不利流速、比降組合的變化情況，在汛期壩前水位145m時，航跡線上的流速比降組合較天然情況下有大幅改善。當流量為15100m3/s，流速減小了0.24m/s，比降減緩了0.12‰；當流量為35100 m3/s，流速減小了0.46m/s，比降減緩了0.46‰；當流量達到50000 m3/s，流速減小了0.15m/s，比降減緩了0.47‰。

對萬噸級船隊（1654KW、2339KW推輪配合1000-3000t駁船組成的萬噸級船隊），其自航上灘水力指標見表1。在天然情況下，清溪場流量15100 m3/s，航線上最大流速比降組合為1.85m/s×0.21‰，可滿足自航上灘；而當流量為20100m3/s，航線上最大流速、比降組合為2.24m/s×0.38‰，不滿足自航上灘指標。壩前145m蓄水時，清溪場流量在20100 m3/s，航線上最大流速比降組合為1.95m/s×0.15‰，可自航上灘；流量為25000 m3/s，航線上最大流速比降為2.41m/s×0.19‰，不滿足自航上灘。

對3000噸級單船，其自航上灘水力指標見圖4（位于曲線下方能滿足自航上灘）。在天然情況下，清溪場流量20100 m3/s以下時可自航上灘；而壩前145m 蓄水時，清溪場流量在35100 m3/s以下時可自航上灘。

2008年8月，三峽816在清溪場流量為31100m3/s成功自航上灘，可見汛期三峽大壩按145m方案蓄水時，對和尚灘航道的船舶自航上灘能力有一定程度的改善。

通航期變化分析

表3按照近5年（2007年至2011年）來流條件統計了天然和三峽蓄水后可通航萬噸級船隊及3000噸級船舶的通航天數。三峽蓄水后，萬噸級船隊和3000噸級船舶通航天數較天然條件下明顯增加，其中3000噸級船舶通航天數最低可達全年的96.7%。

結語

通過數值模擬及實測資料分析等手段，以常年回水區末端急流灘和尚灘為代表分析了三峽水庫豐涪段船舶上灘流量、通航期等相關問題。在汛期，和尚灘水位較天然有所抬高，萬噸級船隊自航上灘流量由15100 m3/s提升至20100 m3/s；主流船型3000噸級船舶自航上灘流量由20100 m3/s提升至35100 m3/s。萬噸級船隊通航期有天然的269天提升至305天；3000噸級船舶通航期由305天提升至358天。三峽水庫帶來的航運效益提升明顯。

三峽蓄水后豐涪段的航道條件有所改善，但汛期水流條件仍較為紊亂。該河段實施航路改革后，仍有5處通航條件受限制河段，受限制河段里程達6km，且近幾年出現了20多起船舶事故，嚴重制約了三峽庫區航運能力的提高。應實施航道治理工程，解決汛期通航問題。

（本文為基金項目：國家科技支撐計劃項目（2011BAB09B01）。第一作者單位：長江重慶航運工程勘察設計院）