川江神背嘴灘航道條件評價(jià)

范鵬朋,陳 希,樓金仙

(1.長江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，重慶 401147；2.長江重慶航道局，重慶 400010)

神背嘴灘為川江著名的分汊、急彎、淺窄灘險(xiǎn)，歷史上以彎曲的左槽為主航槽。2005—2007年瀘渝段航道整治工程封堵左槽、開放右槽，竣工前效果觀測分析顯示，開辟右槽切實(shí)改善了彎曲半徑過小的問題，航道較順直、船舶航行更安全。至今，經(jīng)過十余年的沖淤變化后，有必要對新開航道的航道條件進(jìn)行評估，并提出維護(hù)措施以保障航道的安全暢通。

1 灘險(xiǎn)基本情況

1.1 灘險(xiǎn)概況

神背嘴灘是川江上著名的汊道淺灘[1]，兼具彎、淺、險(xiǎn)、急等礙航特性，是山區(qū)河流航道整治中較為復(fù)雜的類型[2]。平面上呈70°急彎(圖1)，彎道上游河面較寬，多為700 m，其左岸為砂巖塊石，河心靠右有麥子磧暗磧，近年受人為活動影響，原暗磧部位已發(fā)展為深槽。彎道河寬在500 m左右，左岸有神背嘴突嘴伸入河心，右岸為彌陀巖石壁，受彎道環(huán)流作用[3]，右岸水深較大，最大水深超過航行基面下40 m。彌陀下游枯水河寬約600 m，江中有約1 200 m長的窄長天然卵石壩——秤桿磧將水道分為左右兩槽，歷史上左槽曾是主航槽、右槽不通航，左右兩槽在下游寡婦槽深槽處交匯；右岸為平坦開闊的古河床階地，階地寬1 000～1 500 m，原本沿岸為大罐口、小罐口漏浩，九條龍、豬兒石、青蛙石等巖盤，岸線極不平整；兩槽交匯處于寡婦槽，左岸寡婦槽石嘴突出，其下回流旺盛，全年流態(tài)較壞；右岸為孝女磧卵石磧壩，岸線較平順，水流平緩。

圖1 神背嘴灘河勢

1.2 河床組成

2003年勘察資料顯示，河床質(zhì)以卵石加細(xì)沙為主，中值粒徑在120～170 mm；根據(jù)文獻(xiàn)[4]，背嘴秤桿磧河床卵石組成較粗，在20～300 mm，中值粒徑約為156 mm。

1.3 歷史整治情況

20世紀(jì)60年代，在罐口筑壩以關(guān)穿浩水，實(shí)施后罐口附近泡漩減弱、流態(tài)有所改善。蘭敘段航道整治工程中，疏浚左槽，在秤桿磧首筑磧頭壩；整治后橫流消除、掃彎水減弱，水深由2.4 m增加到2.9 m，受河勢條件限制彎曲半徑不足，船舶須先調(diào)順航向方可進(jìn)槽[5]。

2005—2007年瀘渝段航道整治工程中，開辟右槽為主航槽，在右岸小罐口拋筑堵壩和神背嘴1#丁壩、在秤桿磧拋筑順壩右側(cè)建設(shè)3道丁壩、在左槽拋筑3道潛壩，整治后航槽較順直、船舶易于操作、航行更安全；右槽分流比增加，水深增加到3.5 m、航寬50 m以上、完全半徑560 m，確實(shí)改善了灘段彎曲半徑過小的問題[6]。

2 航道現(xiàn)狀

2.1 航道尺度

神背嘴灘所處河段航道技術(shù)等級為Ⅲ級，航道尺度為2.9 m×50 m×560 m，枯水期可通航1 000噸級船舶及其組成的船隊(duì)，通航保證率為98%。

2.2 參考航線

神背嘴灘參考航線見圖2。下行航線：中、枯水期循主流沿河心下至麥子磧偏轉(zhuǎn)右岸入右槽下行，出槽后沿河心下行；洪水期循主流偏右岸下至寡婦槽后循河心下行。過神背嘴須防落彎，中水期須注意九條龍石梁淹沒后的滑梁水。上行航線：中、枯水期沿孝女磧、大中壩上行至蜞螞石斜趨掉頭向神背嘴突嘴過河至左岸，沿左岸神背嘴、梭子磧上行；洪水期沿右岸上行至大中壩腦，過河至左岸竹林灣，繞沿左岸神背嘴突嘴上行至梭子磧。

圖2 神背嘴灘參考航線

2.3 通航現(xiàn)狀

神背嘴灘枯水期水淺槽窄流急；中洪水期神背嘴回流旺盛、江心泡旋強(qiáng)烈，秤桿磧一帶坡陡流急；洪水期水流漫過九條龍石梁、右岸有滑梁水；秤桿磧1#(上游航道里程871.7 km)—神背嘴2#(上游航道里程874 km)全年實(shí)行通航控制。

3 航道條件

3.1 灘槽變化

從瀘渝段整治后(2007年)與2016年枯水期的河床沖淤變化(圖3)可看出，受近年人為活動影響，麥子磧暗磧高程普遍降低，高程降低超過5 m的范圍為一長約1 400 m、寬約380 m的帶形，高程降低超過10 m的范圍約長690 m、寬130 m，最大降低值約12.3 m；彌陀巖上游岸邊堆積卵石和沙，高程明顯抬高，最大抬高值超過20 m；彌陀下游右岸古階地受人為活動影響，有些局部高程降低超過10 m、有些局部高程抬高約29 m；左槽拋筑潛壩后，進(jìn)口有所淤積抬高，有利于調(diào)整兩汊分流比、增大右槽流量；右槽筑壩后有輕微沖刷，大多在0.5 m以內(nèi)；灘段出口右岸寡婦槽石梁外側(cè)沖淤相間且變化幅度較大，左岸孝女磧一側(cè)略有沖刷。總體來看，灘槽格局無明顯變化，左汊進(jìn)口有所淤積，有利于右槽分流、維持枯水期航道穩(wěn)定。

圖3 2007年3月—2016年1月神背嘴灘河床沖淤變化

3.2 淺區(qū)演變

瀘渝段航道整治工程中，神背嘴灘按照80 m寬、3.5 m深在右槽新開一航槽，故采用3.5 m等深線進(jìn)行航槽內(nèi)的河演變化分析。2007年右槽略有回淤，但3.5 m等深線貫通、其寬度也多在60 m以上，航道條件較好。近年，左槽進(jìn)口、右槽出口部位不斷淤積，2016年以來，右槽出口部位3.5 m等深線均為斷開狀態(tài)，2017年航槽內(nèi)最小水深約2.9 m。見圖4。

圖4 神背嘴灘3.5 m等深線變化

3.3 分流比變化

瀘渝段整治工程實(shí)施前，右槽分流比為38%(測時(shí)總流量4 500 m2/s)；工程實(shí)施后，同等級流量下右槽分流比有所提高，有利于沖刷右槽、維持航槽穩(wěn)定。從實(shí)測數(shù)據(jù)(表1)可看出，枯水期至中水期，右槽分流比略有減??；至洪水期，右槽分流比大幅增加。

表1 各水位期下右槽分流比

3.4 流速比降

神背嘴灘沿程比降、流速、上灘水力指標(biāo)見圖5。大罐口以上河段水面平緩且流速較小，能夠滿足船舶自航上灘的要求；枯水期大罐口—蜞螞石一帶平均比降1.24‰，最大比降達(dá)到2.14‰，平均流速約3.13 m/s，最大流速3.46 m/s，坡陡流急，雖然急流段(上灘指標(biāo)超過4)長度僅50 m，但因航行水域較窄船舶無法通過緩流區(qū)跳搭上灘，該段枯水期船舶自航上灘困難；隨著水位上漲，蜞螞石一帶最大比降1.16‰、最大流速4.28 m/s，急流段長度約340 m；到洪水期，船舶在大中壩腦過河，故大中壩腦以上河段均能自航上灘，壩腦以下普遍流速在4.0 m/s，大中壩一線約832 m上灘水力指標(biāo)超過4。此外，孝女磧一帶中、洪水期流速和比降均較大，但船舶可抱磧循緩流區(qū)上行。

圖5 神背嘴灘沿程比降、流速、上灘水力指標(biāo)

4 航道條件評價(jià)

4.1 與船舶的發(fā)展相適性

近年來，船舶大型化趨勢明顯，到達(dá)瀘州港最大貨船已達(dá)到9 700 t。2 000噸級及以上船舶進(jìn)出瀘州港由2009年的3 651艘提高到2013年的7 915艘；2 000噸級船舶占船舶總量60%左右，已成為主力船型。而目前航道尺度特別是航道水深滯后于船舶的發(fā)展(表2)。

表2 工程河段2 000噸級船舶尺度

4.2 與航道規(guī)劃相適性

“十一五”期以來，交通運(yùn)輸部《水運(yùn)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》《“十三五”交通運(yùn)輸專項(xiàng)建設(shè)規(guī)劃中期評估調(diào)整方案》《四川省人民政府印發(fā)貫徹國務(wù)院關(guān)于依托黃金水道推動長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展指導(dǎo)意見的實(shí)施意見》和《四川省人民政府辦公廳印發(fā)四川省推進(jìn)實(shí)施長江經(jīng)濟(jì)帶綜合立體交通走廊規(guī)劃工作方案的通知》《長江干線航道發(fā)展規(guī)劃(2016—2030年)》等規(guī)劃和文件中均提到建設(shè)重慶—宜賓段航道整治工程。正在開展工可研究的合江門—界石盤河段生態(tài)航道建設(shè)工程，其整治目標(biāo)為通航水深達(dá)3.5 m[7]；神背嘴灘右槽出口部位不滿足規(guī)劃要求，亟需開展航道建設(shè)工程。

4.3 航道條件評價(jià)

2005—2007年瀘渝段整治工程實(shí)施后，神背嘴灘通航條件有所好轉(zhuǎn)，枯水期最小維護(hù)尺度2.9 m×50 m×560 m。但主航槽即右槽又淺又窄，出口部位近年最小水深僅2.9 m，與瀘渝段整治之初相比有一定回淤?？菟?，水流過神背嘴突嘴后敞泄，右槽上段流速、比降較大，平均比降1.24‰，最大比降達(dá)到2.14‰，平均流速約3.13 m/s，最大流速3.46 m/s；中水期，上段最大比降1.16‰，最大流速4.28 m/s；洪水期，壩腦以下普遍流速在4.0 m/s，大中壩一線約800 m上灘水力指標(biāo)超過4。此外，中洪水期，神背嘴有大面積回流，江心泡旋強(qiáng)烈；九條龍石梁被淹沒后，有滑梁水，險(xiǎn)象環(huán)生，給安全航行帶來了嚴(yán)重隱患。該灘設(shè)置了專門信號臺，在長江上游航道里程871.7～874 km，全年控制船舶單線航線。目前灘段所屬河段運(yùn)營船舶部分接近或達(dá)到3.5 m，為消除通航安全隱患、提高通航安全保障能力，在生態(tài)優(yōu)先的原則下實(shí)施航道建設(shè)工程是必要的。因神背嘴灘各水位期均存在坡陡流急的現(xiàn)象，建議采取擴(kuò)大泄水?dāng)嗝?、增加沖刷歷時(shí)的治理措施以改善通航條件。

5 結(jié)語

1)瀘渝段航道整治工程中，為徹底解決神背嘴灘彎曲半徑不足的問題，按照80 m寬、3.5 m深開辟右槽為主航槽，并輔以必要的整治建筑物以維持挖槽穩(wěn)定，竣工初期整治果顯著，航道條件得到極大改善。

2)經(jīng)歷十余年的自然變化，右槽分流比有所增加，但主槽有所回淤，特別是出口部位最小水深僅2.9 m，與船舶大型化發(fā)展、航道規(guī)劃等不適應(yīng)；此外，各水位期均存在坡陡流急的現(xiàn)象，船舶上灘較困難，神背嘴灘全年實(shí)行通航控制。為保證船舶的安全航行，遇不利條件時(shí)建議擴(kuò)大泄水?dāng)嗝妗⒉⑦m當(dāng)提高部位整治建筑物高程。