長江上游長葉磧河段航道整治方案試驗研究

寇寧宇 重慶交通大學

1.河道概況

長葉磧?yōu)┪挥陂L葉磧水道，長江上游航道里程632km，果園港上游2km處長江右岸，為一彎曲河段凸岸卵石大邊灘，低水位期航道淺、窄，是川江著名淺灘。長葉磧上段左岸水葬為川江著名枯水期淺灘之一，三峽水庫蓄水后航道情況有所改善，右岸長葉磧阻截直沖北岸，形成斜流、剪刀水等不良流態(tài)。礙航時段主要集中在水庫消落期，在改時期航道條件變化較大，對船舶的安全通行產(chǎn)出威脅，因此急需對該河段進行整治。

2.整治方案布置

2.1 治理思路

針對長葉磧?yōu)┑牡K航特性，提出其治理思路為：合理布置規(guī)劃航槽線，對航槽內(nèi)不滿足規(guī)劃尺度要求的淺區(qū)進行挖槽，對伸入江中的礁石進行適當?shù)那谐?/p>

通過對長葉磧礙航特性的分析及對數(shù)學模型、物理模型多方案的對比研究，長葉磧的整治方案應首先考慮滿足規(guī)劃航道尺度，保障航槽穩(wěn)定性，同時要考慮保留船舶習慣航線，并且經(jīng)濟合理的方案布置。

2.2 方案布置

2.2.1 方案一：航槽偏右

航槽布置：方案一設計規(guī)劃航槽在上段水葬偏向右岸，沿門閂子礁石而下，長葉磧段保留習慣航線，規(guī)劃航槽利用深水區(qū)偏向左岸，經(jīng)長葉磧彎道而下，沿河心達海壩磧磧翅偏左而下，經(jīng)民典石，通過魚嘴長江大橋。規(guī)劃設計航槽的寬度是150m，其中上段灘口（631km）至水葬（633km）河段約長2km河段屬于彎曲河段，經(jīng)計算，航道寬度采用內(nèi)側(cè)加寬方式加寬25m。

表1 長葉磧河段不同流量下沿程水位變化趨勢統(tǒng)計表（m）

圖1 長葉磧水道河勢圖

上段：考慮到門閂子為位于主航道中間位置的孤礁石梁，從安全角度考慮，對于航道中船舶航線上的孤礁來說，其富裕水深應該包含船舶淺水行駛的下沉量、船舶的觸底安全富余量、礁石存在引起的水位下降值以及石質(zhì)河床富裕水深的增加值等。此外，針對目前三峽庫區(qū)船舶大型化發(fā)展的趨勢，考慮到船舶大型化發(fā)展及船舶安全航行的需要，門閂子孤礁需加深開挖深度，將其炸至設計最低水位下6m。

中段：開挖左岸烏獨磧磧翅淺區(qū)、右岸長葉磧磧翅淺區(qū)，開挖底高程為設計水位下4.7m。

下段：對民典石孤礁進行炸除，民典石孤礁長50m、寬17m，與上段門閂子孤礁同理，考慮到船舶大型化發(fā)展及船舶安全航行的需要，門閂子孤礁需加深開挖深度，將其炸至設計最低水位下6m。

圖2 方案一長葉磧流速流向分布圖（Q=9350m3/s）

圖3 方案二長葉磧流速流向分布圖（Q=9350m3/s）

2.2.2 方案二：航槽偏左

航槽布置：設計規(guī)劃航槽偏向左岸，沿烏獨磧磧翅而下，長葉磧段保留習慣航線，規(guī)劃航槽利用深水區(qū)偏向左岸，經(jīng)長葉磧彎道而下，沿河心達海壩磧磧翅偏左而下，經(jīng)民典石，通過魚嘴長江大橋。設計規(guī)劃航槽寬度為150m，其中上段灘口（631km）至水葬（633km）河段約長2km河段屬于彎曲河段，經(jīng)計算，航道寬度采用內(nèi)側(cè)加寬方式加寬25m。

中上段：對計劃航槽內(nèi)的不能滿足水深要求的部位進行疏浚和對礙航礁石進行炸除，即開挖左岸烏獨磧磧翅淺區(qū)、右岸長葉磧磧翅淺區(qū)，開挖底高程為設計水位下4.7m。

下段：對民典石孤礁進行炸除；民典石孤礁炸除和沉船打撈同方案一，將民典石孤礁炸至設計最低水位下6m。

3.整治效果與方案比選

通過物理模型對方案一、方案二的整治效果進行了計算分析：

3.1 水位變化分析

在方案實施后，過流面積加大，在長葉磧河段，水位相比于方案前呈略微降低的趨勢，方案一實施后長葉磧河段沿程水位減少約0.01～0.21m，方案二實施后長葉磧河段沿程水位減少約0.04～0.17m。總體來看，方案一與方案二實施后，長葉磧河段水面平緩，工程效果基本相當。

3.2 流速變化分析

方案一與方案二實施后，長葉磧過流斷面擴寬，航道流速略有減小，斷面流速分布較方案前更加均勻。Q=4500m3/s時，長葉磧處方案一實施后斷面流速減小約0.35m/s，方案二實施后減小幅度約為0.2m/s，航槽主流速均減小至2.0m/s以下，其余斷面流速整體變化不大。

3.3 航道尺度變化分析

方案一實施后，滿足4.5m水深的河寬在303-496m之間，較方案前增加25-167m；方案二實施后，滿足4.5m水深的河寬在278-391m之間，較方案前增加75-138m。

總體看，方案一與方案二實施后，全河段均滿足4.5m水深航道的尺度建設要求。

3.4 船舶通航水力指標分析

方案實施后，在各個流量下，通過長葉磧沿程的比降、流速組對比情況，長葉磧河段枯水期隨著流量的增加流速有所增大，但比降略有減小。在Q=4500、9350和13500m3/s時最大比降與流速組合分別為0.42‰+2.02m/s、0.26‰+2.02m/s、0.24‰+2.63m/s，均滿足5000噸級船舶自航上灘的要求。

3.5 流態(tài)變化分析

方案實施后，枯水期水流均從邊灘向航槽集中，設計水位時因流速普遍在2m/s左右，方案二實施后規(guī)劃航槽內(nèi)水流與航槽走向夾角比方案一略大，但在設計水位以上2m至整治水位時斜流流速加大，且斜流角度仍然保持在25°左右，在6m水位以上，水流向與規(guī)劃航槽走向夾角有所減小。

總體看，方案一比方案二實施后，主流向右偏移，船舶通航條件得到較大程度的改善。

4.結(jié)論

（1）通過實測資料分析及1:100的正態(tài)物理模型試驗，研究長葉磧水道的灘險礙航特性，在此基礎上開展長葉磧水道整治方案研究，

（2）從以上物理模型計算結(jié)果分析來看，兩方案實施以后，航道尺度增加，船舶可通航水域擴大，對于方案一，由于此前進行過整治，其目的是拓寬航道尺度及改善水流條件，本方案中繼續(xù)對其實施炸深，習慣航線能夠保留，且航槽穩(wěn)定性較好；方案二實施后規(guī)劃航槽內(nèi)水流與航槽走向夾角比方案一略大，因此，推薦方案一作為推薦方案。此外該方案相對工程量較小，很好地節(jié)約了施工成本，可以為類似灘險的整治提供參考。