渦河航道（大寺閘至入淮口段）整治工程設計特點

胡飛

【摘 要】 為推動航道升級擴能，促進地區經濟發展，在介紹渦河航道（大寺閘至入淮口段）整治工程的基礎上，對工程設計新理念、應用新技術、新方法、新結構等工程設計特點進行總結。渦河航道（大寺閘至入淮口段）整治工程采用的內河航道設計技術的創新經驗，可為國內同類航道整治工程提供經驗借鑒。

【關鍵詞】 渦河航道;內河航道;整治工程;設計特點

1 工程概況

渦河位于淮河左岸，是淮河第二大支流，流經河南、安徽兩省，通航歷史悠久。渦河航道是《水運“十三五”發展規劃》中的重要航道，是《安徽省干線航道網規劃（2018―2030年）》“一縱兩橫五干二十線”中的“一干”，也是《河南省內河航運發展規劃（2006―2020）》中“五條地區重要航道”之一，規劃等級為Ⅳ級。

目前渦河航道上游河南段正按Ⅳ級標準進行建設，同時下游引江濟淮航運工程的建設也為渦河打開了入江通道。渦河航道安徽段現狀航道等級較低，通而不暢，制約了區域經濟的發展及整體航道功能的發揮。為實現國家水運發展規劃、安徽省航運發展規劃，完善淮河高等級航道網，發揮渦河水資源的綜合效益，以促進地區經濟發展、調整運輸結構、推動航道升級擴能，迫切需要實施渦河航道（大寺閘至入淮口段）整治工程（以下簡稱“渦河整治工程”）。2017年7月，安徽省發展和改革委員會對渦河整治工程的工可報告進行了批復，初步設計和施工圖設計先后得到安徽省交通運輸廳的批復，工程已于2018年12月開工建設。

根據渦河航道規劃及運量預測結論，渦河整治工程按天然和渠化Ⅳ級航道標準建設，整治航道185.68 km，護岸17.1 km，改建跨河橋梁2座，建設服務區3處、錨地5處，以及配套設施，工程總投資13.9億元。

2 建設標準

渦河河槽平面形態多彎曲，橫斷面呈“U”形，寬度一般在50～100 m，最低通航水位時河谷深度為1.5～5 m。考慮到渦河河道上建有大寺、渦陽、蒙城等多級控制樞紐，渦河航道安徽段已由天然河流變為渠化河流，宜采用天然和渠化河流航道的有關標準建設。根據航道規劃，渦河航道等級為Ⅳ級，因此渦河航道安徽段建設標準按天然和渠化Ⅳ級航道標準建設，其航道尺度論證如下。

2.1 航道水深

根據《內河通航標準》“天然和渠化河流航道水深應根據航道條件和運輸要求通過技術經濟論證確定”的要求，計算方法采用標準“附錄A 天然和渠化河流航道水深和寬度的計算方法”。

h=d +h

式中： h為航道水深，m; d為船舶吃水，m;h為富余水深，m。

渦河航道安徽段按天然和渠化河流Ⅳ級標準進行設計。根據對蒙城船閘的現場調查及對蒙城海事處和船閘管理處的咨詢，蒙城船閘單日通航量最多約100艘次，平均約90艘次，通航船舶最大噸級為 t，其中500～800 t最多。航行于渦河航道中噸級在500～800 t的船舶吃水一般在2.3～2.6 m，標準富余水深為0.2 m，代入公式計算的航道水深在2.5～2.8 m。渦河腹地出口貨物中70%的目的地是長三角地區、亳州地區，淮河水系中有70%的運輸船舶經常在長三角地區營運。長三角地區航道網通過多年整治，大部分航道已達到Ⅲ、Ⅳ級航道標準，造成渦河航道中航行的船舶吃水偏大。結合淮河航道網內運營船舶的吃水特點、整治經驗及與長三角航道網的對接，本次設計航道水深采用2.8 m。

2.2 航道寬度

航道寬度按《內河通航標準》附錄A的計算方法和要求取值，渦河航道寬度計算式如下：

W=W下 + W上 + W1 + W2 + C

W下=W船+ L船sin

W上=W船+ L船sin

式中：W為直線段雙線航道寬度，m; W上、W下分別為上、下行船舶或船隊航跡帶寬度，m;W1、W2分別為上、下行船舶或船隊外舷至航道邊緣的安全距離，m;C為船舶或船隊會船時的安全距離，m;W船為上、下行船舶或船隊寬度，m; L船為上、下行頂推船隊長度或貨船長度，m;為船舶或船隊航行漂角，（埃？

根據船舶營運組織推薦船隊、船型尺寸，航道寬度計算見表1。

表1 航道寬度計算

根據《內河通航標準》規定，確定本次航道寬度取50 m。

2.3 最小彎曲半徑

《內河通航標準》規定：航道最小彎曲半徑宜采用頂推船隊長度的3倍或拖帶船隊中最大單船長度的4倍，彎曲航道在直線航道寬度的基礎上適當放寬。渦河航道按天然和渠化河流Ⅳ級標準進行整治，按照推薦船型、船隊尺度計算航道最小彎曲半徑為

R=3？L船=3？08 ?m=324 ?m

《內河通航標準》規定該等級航道最小彎曲半徑為330 m，因此渦河航道最小彎曲半徑取值為330 m。

3 運量需求預測

渦河整治工程充分考慮引江濟淮工程對于腹地內交通運輸格局的深刻影響，采用運輸成本分析法，合理界定渦河航道的經濟腹地，確定其直接腹地為蚌埠市、亳州市，以及周口市、商丘市等靠近渦河沿線的地區。按“目的性、適應性、協調性、客觀性、前瞻性”等五大運輸需求分析原則，綜合考慮皖豫兩省社會經濟發展、礦產資源分布、產業布局和交通發展水平，著眼于比較優勢，重點分析水運優勢對煤化工的利好、環保開采后對礦建材料貨運量的影響及引江濟淮工程溝通后誘增貨運量等因素，采用時間序列法、彈性系數法、灰色模型法以及貨源調查法等預測法互相印證，得出預測運量：2030年渦河航道貨運量為萬t，2040年貨運量約為萬t，2050年貨運量約為萬t。

4 工程設計理念

4.1 堅持生態選線，建設美麗水上交通走廊

渦河河道水質為Ⅳ類，渦河航道（大寺閘至入淮口段）涉及46處不同類型環境敏感點，在渦河入淮河口門處涉及淮河荊涂峽鯉、長吻國家級水產種質資源保護區。航道定線堅持生態優先原則，注重保護原有灘地的濕地資源、陸地生態資源及水生態資源，盡量減少影響，對需要局部擴挖、疏深的河段，采用生態袋 + 杉木樁 + 植物防護結構的水陸生態修復、補償設計。在渦河沿線兩側設置2 m寬的水生植物防護帶，采用當地水生植物對沿線岸線進行綠化、生態防護，美化航道環境。

4.2 以人為本，打造人文航道

渦河流域為“老莊”思想的發源地，渦河整治工程充分結合沿線城鎮打造“老莊”文化的需要，在城鎮段設置親水平臺，提供休閑、觀光活動場所;結合航道需求分層次布置綜合服務區和錨地，設置大寺、渦陽及蒙城3處綜合服務區，設置大寺閘下、渦陽閘上閘下、蒙城閘上閘下等5處錨地，解決了船舶亂停帶來的安全隱患;增加“三廢”收集處理系統，美化環境，改善船民生活條件，在橋梁橋型選擇和服務區建筑設計中體現人文與環境的融合，打造人文航道。

4.3 提高管理運行水平，建設平安智慧航道

渦河整治工程的航運信息服務系統設計起點高，以“一數據兩指揮三中心，一圖兩平臺，感知、傳輸兩張網”為總體框架的航道信息化系統（見圖1），構建現代化船舶航行安全監控、航道運行動態監測、通航協同調度體系，并與安徽省內及相關流域港航信息服務體系有效融合，形成反應高效、服務貼心、運行可靠的智能航運保障能力，實現該段航運的平安、綠色、高效運行，最大程度發揮渦河航道航運服務效能。

5 工程設計技術

5.1 通過三維仿真設計和航行漫游試驗等，提高工程設計質量和航行效能

成功將BIM軟件進行了水運行業化的改造開發，實現了航道工程從方案研究到三維正向設計以及護岸專業的動態關聯設計，對基于三維設計模型而提取的二維圖紙進行了標簽標注樣式的定制開發，提高了設計質量和效率;借助可視化軟件Infraworks，將高精度的衛星云圖、數字高程數據、各類三維設計模型（橋梁、航標、整治建筑物等）數據導入并精準定位后可顯示工程設置航區的環境，并通過航行漫游試驗（見圖2），對船舶航行效果進行模擬評估，為航區航標效能評估和布設提供一種直觀、有效的輔助決策手段，有效提高了航區服務質量和助航效能。

5.2 通過數學模型，確定工程措施，提高設計 水平和精度

運用數值模擬手段，建立航道水動力模型和泥沙運動模型，研究不同工程措施、工況條件下航道水流條件（見圖3）及航道穩定情況，在保障船舶航行安全和航道穩定的基礎上，優化設計，提升舒適性，體現“創新、共享”的設計理念。

5.3 采用技術手段，開展工程設計，提升感知 效果

針對渦河航道現場調查線路長、調查難度大，現場與工程布置有偏差等問題，應用GIS將各種信息地理位置與工程布置相結合，方便工程設計，并將CAD技術、航拍航測、GPS技術、多媒體技術等有機融為一體，通過視頻及圖片等形式圖文并茂地將有關工程信息傳達給業主，提升感知效果，便于業主分析及決策。

5.4 貫徹創新發展的理念，采用新結構、新材料

工程設計采用生態“W”形排水墊、混凝土鉸鏈排和生態魚槽等新結構，更好地保護淮河荊涂峽鯉、長吻等國家級水產種質資源。在防船撞設計中采用“凹凸接頭 + 插銷棒”的法蘭連接，有效提高了防船撞設施的抗撞能力，延長其使用年限。應用新型FRP護舷 + 鋼模一次性真空導入成型技術，提高工程適應性和降低工程維護成本。在服務區工程設計中探索采用新的適合大水頭差的靠船結構和設施（見圖4），能更好地服務于船民，提升錨地、服務區的服務質量。

6 結 語

渦河整治工程包括總體工程、航道工程、橋梁工程、錨地、服務區工程及其他配套工程，工程涉及面廣，設計復雜困難。工程設計立足打造水運“品質工程”，建設“綠色、人文、智慧”航道工程;設計嚴格執行國家政策、法規，依據航道規劃，合理確定航道建設標準和尺度;運量預測方法正確、需求分析得當;積極采用新技術、新手段解決設計難點;多種新結構和新材料的采用，給工程增添更多便利和環保。

根據新理念，應用新技術、新方法，采用新結構完成的工程設計，為渦河整治工程的建設打下了堅實基礎。同時渦河整治工程在設計中采用的技術創新經驗，可為國內同類航道整治工程提供經驗借鑒。