瀾滄江三道拐河段航道整治方案優(yōu)化設(shè)計

陳一波 王舒濤

摘 要：瀾滄江244界碑至臨滄港四級航道建設(shè)工程以曼廳大沙壩河段航道整治為依托，針對三道拐河段航道整治方案進行研究，分析了三道拐河段灘險成因及礙航特性，并通過物理模型試驗，重點對比不同方案實施后的整治效果，同時結(jié)合整體模型試驗，推薦最優(yōu)方案，為后續(xù)航道整治方案確定提供支撐，對今后類似復(fù)雜灘險航道整治具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：模型試驗;復(fù)雜灘險;航道整治

中圖分類號：U617 ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）07-0112-03

瀾滄江-湄公河是亞洲唯一一條連接六國的國際河流，是連接中國—東盟自由貿(mào)易區(qū)的橋梁和紐帶，素有“東方多瑙河”之稱。隨著瀾湄合作、西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入實施和人民生活水平的不斷提高，對水路客、貨運的需求越來越大，2.0m×40m×300m（航深×航寬×彎曲半徑，下同）五級航道標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足航運的需求，進一步提升航道尺度是十分必要和迫切[1]。由于三道拐河段灘險兼有“彎、險、窄、急”等礙航特征，且水流條件十分復(fù)雜，整治難度較大[2]，本文擬以瀾滄江四級航道建設(shè)工程物理模型研究為依托，針對三道拐河段航道整治方案進行研究，為后續(xù)工程設(shè)計及類似復(fù)雜灘險航道整治提供借鑒。

1 灘險概況

三道拐河段位于景洪下游約39.0km，該河段灘險密集。枯水期彎道急流險灘，灘險上游緊鄰曼廳大沙壩出口，下游200m緊鄰曼丙灘險。由三個連續(xù)的彎曲灘段組成，平面上呈“S”型，灘險進口河窄，向下在第一彎曲段內(nèi)放寬，然后束窄成卡口，過卡口后逐漸放寬至第二個彎段，河道放寬，再向下，河道再次束窄成卡口，過卡口后進入第三個彎段，江面放寬。

1991年至1996年曾對三道拐進行切嘴、清障為主的整治施工，清除了第一、第二道彎道中岸線突出的巖盤，清除了江中大巖盤的上部分及江中部分明暗礁石。在瀾滄江五級航道一期工程中，針對灘險枯水期航槽彎曲、中洪水流態(tài)紊亂的礙航問題，采取對航槽淺區(qū)進行清障開槽，布置了#1、#2、#3三個清障區(qū)，清除航槽淺區(qū)礁石、石盤，疏浚淺區(qū)至設(shè)計航深，同時為促進凸岸新開航槽的穩(wěn)定性，在一道拐修建#1～#3丁壩群和出口#4丁壩，在二道拐適當(dāng)將航槽右移，擴寬航槽，并增加彎曲半徑，在彎頂上修筑#6、#7丁壩[3]。

2 礙航特性分析

三道拐灘由一拐、二拐、三拐等三個連續(xù)反向彎道組成。一拐灘位于勐罕渡口下游約10.0km，中、枯水分汊，河中縱臥礁石江心洲，高程大多+2.0m左右，最高點約+3.0m。左槽蜿蜒曲折，水流雜亂，為2007年前主航道;2007年開辟右槽，航槽微彎，流速較大。一拐洲頭分流區(qū)左向橫流較強，洲尾匯流區(qū)流態(tài)紊亂。該灘右側(cè)彎曲半徑、航寬不足。二拐灘位于勐罕渡口下游約10.6km，一拐下游約600m。二拐為彎曲河道，左側(cè)為寬大的礁石邊灘，灘面礁石雜亂，高低不平，高程+2.0～+10.0m不等，僅在大洪水時全部過流;右側(cè)為一大片回流區(qū)，彎頂及其下游已建有2條丁壩，高程約+0.0m。二拐中枯水水流掃彎水強烈，流線與航槽極不適應(yīng)，丁壩上、下流態(tài)紊亂，泡漩洶涌，另彎曲半徑不足，為基巖彎險灘。三拐灘位于勐罕渡口下游約11.0km，二拐下游約400m。三拐河中縱臥孤礁江心洲，頂部較高，最高點達(dá)+8.0m。左槽蜿蜒曲折，進出口不順且水流雜亂，為現(xiàn)有主航槽;右槽順直，但河槽狹窄，現(xiàn)擬開辟為主航槽。三拐右側(cè)順直，但航寬、航深不足，為基巖窄險灘。

3 物理模型

根據(jù)模型場地以及試驗相關(guān)要求，確定模型范圍為勐罕～鬼門關(guān)。模型進口于景洪大壩下游約30.59km（勐罕渡口上游約1.65km），出口于景洪大壩下游約46.78km（鬼門關(guān)下游約0.7km），全長枯水河道里程16.189km。按平面比尺1：120計算，模型全長134.9m，進口具有17m（原型約2km），出口具有6m（原型約700m）的調(diào)節(jié)段，符合相關(guān)要求。

模型采用平面比尺=120、垂直比尺=60、變率=2的變態(tài)模型。根據(jù)河工模型相似基本準(zhǔn)則，需滿足幾何、重力、阻力以及連續(xù)等相似條件，由此可得如下相似比尺：

平面比尺：λL=120

垂直比尺：λH=60

變率：η=2

流速比尺：λV=7.746

水流時間比尺：λt=15.49

流量比尺：λQ=55771

糙率比尺：λn=1.4（采用曼寧糙率公式）

河段枯水主槽最淺處位于曼哈洲尾淺區(qū)，設(shè)計流量時深弘水深約1.9m，模型水深3.2cm，符合避免表面張力影響對模型最小水深1.5cm的要求。該處枯水主槽流速不小于2.0m/s（模型0.26m/s），模型水流雷諾數(shù)ReM=52000，遠(yuǎn)大于模型水流進入紊流狀態(tài)（雷諾數(shù)1000）的要求。

模型主要進行枯水、中水的水面線、大斷面橫向和垂向流速分布以及浮標(biāo)流向等內(nèi)容的驗證。經(jīng)對模型的水位、大斷面流速及浮標(biāo)流向、流態(tài)的驗證，其結(jié)果滿足定床河工模型的相似性要求。[2]

4 方案優(yōu)化試驗

本文主要針對S5、S4壩方案進行優(yōu)化試驗。

（1）布置一拐、二拐、三拐共3個炸礁區(qū)，根據(jù)下游方案試驗結(jié)果，同時考慮到本段炸礁可能引起的水面降落，炸深分別取3.5m、3.0m、3.2m。

（2）布置S1～S5共5條整治建筑物，頂部高程均為+0.0m，S1、S5洲頭壩主要優(yōu)化其長度，S2、S3丁壩主要優(yōu)化其壩頭位置，S4壩分為潛壩和丁壩兩種工況。

4.1 S5洲頭壩的優(yōu)化

修筑S5洲頭壩的主要目的是改善洲頭橫流，壅高上游水位，盡量減小開挖引起的水位降落。試驗方案基礎(chǔ)為一拐、二拐、三拐共3個炸礁區(qū)+S5洲頭壩，試驗Q=800m3/s。

表1是S5洲頭壩長度對水力參數(shù)的影響試驗結(jié)果。可以看出：

（1）三道拐炸礁對水位的影響十分顯著，一拐、二拐、三拐最大分別降落了0.76m、0.50m、0.65m（含下游工程的影響）。

（2）洲頭壩對抬高上游水位的作用非常明顯，在無壩的基礎(chǔ)上，三種壩長可分別抬升三拐水位0.38m、0.24m、0.15m;對二拐也有作用，可分別抬升0.25m、0.16m、0.10m;對一拐影響不大。

（3）洲頭壩明顯增加了右側(cè)航槽的分流量，流速增加較大，三種壩長最大流速達(dá)到了4.72、4.35、4.07m/s，除壩長27m工況外，其余上灘指標(biāo)均超標(biāo)。

（4）S5洲頭壩對減小洲頭橫流效果明顯。因此，綜合考慮，壩長27m的工況基本可行。

4.2 ?S4壩的優(yōu)化

已建5#、6#壩區(qū)域水流紊亂，掃彎水強烈，在二拐炸礁區(qū)末端出現(xiàn)局部滯留區(qū)，泥沙有可能落淤，修建S4壩（原6#壩延長）以期調(diào)整流速分布，同時壅高水位、改善流態(tài)。試驗方案基礎(chǔ)為一拐、二拐、三拐共3個炸礁區(qū)+S5洲頭壩（長度27m），試驗Q=800m3/s。

試驗擬定了兩個工況，丁壩：原6#壩延長33m，壩頭高程+0.0m，距航槽邊22m;潛壩：原6#壩延長線上，高程-4.0m，壩頭靠近航槽邊。圖2是 S4壩局部流場的影響，可以看出，丁壩可縮小滯留區(qū)，而潛壩作用微弱，不過可壅高上游水位0.05～0.07m，改善局部流態(tài)，其中丁壩可能對通航有一定影響。

5 結(jié)論

綜合考慮整治效果和相互影響，提出兩個方案：

（1）一拐、二拐、三拐炸礁+S5洲頭壩（長27m）+S4潛壩，壩頂高程均為+0.0m。

（2）一拐、二拐、三拐炸礁+S5潛壩（頂高程-3.0）+S4潛壩+S2、S3壩+S1洲頭壩（長46m），壩頂高程均為+0.0m。

通過物理模型試驗，從最大流速、比降與工程前相比的最大水位變化來看，兩方案均能改善三道拐灘河段航道條件，使該河段的航道尺度達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)。通過“局部和整體優(yōu)化相結(jié)合”的方法進行試驗，首先獲得單灘相對可行的初步方案或初步認(rèn)識，再將各灘基本可行的方案組合形成整體方案進行整體測試優(yōu)化，最終確定推薦采用方案一作為三道拐航道整治的實施方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]長江重慶航運工程勘察設(shè)計院.瀾滄江244界碑至臨滄港四級航道建設(shè)工程施工圖設(shè)計[R].2016.12.

[2]重慶交通大學(xué).瀾滄江244界碑至臨滄港四級航道建設(shè)工程曼廳大沙壩河段物理模型試驗研究報告（定床部分）[R].2017.3.

[3]庹瑤. 瀾滄江三道拐河段航道整治模型試驗研究[J]. 重慶交通學(xué)院學(xué)報， 1999， 18（2）： 109-113.