黃河烏金峽庫(kù)區(qū)及龍灣至南長(zhǎng)灘河段航道整治技術(shù)探析

吳林 賈國(guó)珍 四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司

1.項(xiàng)目背景

黃河烏金峽庫(kù)區(qū)及龍灣至南長(zhǎng)灘河段航運(yùn)建設(shè)工程建設(shè)地點(diǎn)位于蘭州市和白銀市，上段烏金峽庫(kù)區(qū)河段從大峽電站起，經(jīng)青城，至蔣家灣入烏金峽庫(kù)區(qū)，工程河段長(zhǎng)32.1km；下段龍灣至南長(zhǎng)灘從龍灣起，經(jīng)紅山峽、五佛川和黑山峽，至南長(zhǎng)灘，與寧夏接壤，工程河段長(zhǎng)103.4km。本文基于黃河烏金峽庫(kù)區(qū)及龍灣至南長(zhǎng)灘河段航運(yùn)建設(shè)工程設(shè)計(jì)成果，對(duì)黃河烏金峽庫(kù)區(qū)及龍灣至南長(zhǎng)灘河段航道整治技術(shù)探析進(jìn)行研究。

2.工程河段航道整治技術(shù)探析

2.1 工程段河流概況

黃河白銀段地勢(shì)由西向東呈階梯狀降低，流向北東，兩岸由基巖或部分堅(jiān)質(zhì)黃土組成，尤以進(jìn)峽谷后主要以變質(zhì)巖和花崗巖組成。該河流屬山區(qū)性河流，具有山區(qū)河流特性。本工程河段涉及大峽、烏金峽兩座電站，其中：

大峽水電站于1996年建成發(fā)電，裝機(jī)容量30萬(wàn)kW（4×7.5），保證出力14.3萬(wàn)kW，多年平均年發(fā)電量14.65億kW?h。正常蓄水位1480m時(shí)，庫(kù)容0.9 億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容0.35億m3，為日調(diào)節(jié)水庫(kù)。壩址控制流域面積22.78萬(wàn)km2，多年平均流量1037m3/s，實(shí)測(cè)最大流量5900m3/s，多年平均懸移質(zhì)輸沙量0.52億t，實(shí)測(cè)最大含沙量306kg/m3。

烏金峽水電站于2008年建成發(fā)電，電站安裝4臺(tái)3.5萬(wàn)kw燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量14萬(wàn)kw，年均發(fā)電量6.83億kw·h。水庫(kù)正常蓄水位1436m，死水位1434m，總庫(kù)容2368萬(wàn)m3，電站無(wú)調(diào)節(jié)能力。

2.2 研究河段航道整治難點(diǎn)和整治技術(shù)探析

（1）上段烏金峽庫(kù)區(qū)受上游電站非恒定流下泄和下游電站變動(dòng)回水區(qū)雙重影響。主要體現(xiàn)在灘險(xiǎn)河段受上游大峽電站非恒定流下泄和下游烏金峽電站變動(dòng)回水區(qū)雙重影響，水沙條件復(fù)雜，水位變幅大，常用的航道整治方法根本無(wú)法滿足庫(kù)尾航道的要求，同時(shí)需充分考慮大峽、烏金峽電站的調(diào)節(jié)作用來(lái)合理確定航道設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)水位標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。

經(jīng)大量收集有關(guān)資料并合理分析，通過(guò)考慮大峽、烏金峽電站下泄一定的基流和電站間反調(diào)節(jié)兩種方法推求設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)水位，庫(kù)尾水尺觀測(cè)資料確定電站變動(dòng)回水區(qū)的長(zhǎng)度，結(jié)合庫(kù)尾航道特點(diǎn)，根據(jù)《航道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù)及整治工程總平面布置。對(duì)于變動(dòng)回水區(qū)的淺灘整治，以規(guī)劃單一微彎航槽，增強(qiáng)中低水時(shí)航道水流輸沙能力為整治原則，充分利用消落期的有利水流條件，沿程抬高建筑物設(shè)計(jì)水位以上的高度以延長(zhǎng)沖刷歷時(shí)，沿程縮窄整治線的寬度，以增大航槽的沿程水流速度。通過(guò)本項(xiàng)目的研究，提出了以增強(qiáng)變動(dòng)回水區(qū)航道中低水時(shí)的水流輸沙能力為整治原則，以整治線寬度呈倒喇叭型向下沿程縮小，整治水位沿程向下逐步抬高為整治技術(shù)進(jìn)行變動(dòng)回水區(qū)淺灘的整治。

（2）下段龍灣至南長(zhǎng)灘河段河床（灘險(xiǎn)）演變復(fù)雜。龍灣至南長(zhǎng)灘河段為天然河段，具有典型的山區(qū)河流特性，即流速急、比降陡、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)劇烈、河床演變復(fù)雜，在烏金峽電站大壩下游附近表現(xiàn)為沖刷下切，再往下游出現(xiàn)沖淤交替的情況，洲灘易變、岸坡不穩(wěn)、枯季流量小，邊界條件復(fù)雜多變，維持航槽穩(wěn)定困難，部分河段彎、窄，開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定性差。

充分研究了烏金峽電站非恒定泄流對(duì)壩下航道設(shè)計(jì)水位、航道流速、消灘與船舶航行情況等的影響，結(jié)合各灘的礙航特性，整治設(shè)計(jì)采用低壩治理，以整治線寬度為主，整治水位為輔，兩者配合塑造淺灘沖刷過(guò)程的思路，工程實(shí)施后實(shí)現(xiàn)了小水歸槽，大水漫灘的整治效果；同時(shí)，整治建筑物布置結(jié)合本研究河段河流及山區(qū)河流航道水流特性，在整治方案布置上采取凹岸建順壩導(dǎo)流，凸岸用丁壩挑流固灘的思路，以適應(yīng)黃河的水流特性；針對(duì)河段彎窄、邊坡穩(wěn)定性差的特性，采用疏浚+護(hù)岸的方式來(lái)保證疏浚邊坡的穩(wěn)定，既保證了疏浚邊坡及兩岸建筑物的穩(wěn)定，確保疏浚工程的順利進(jìn)行，減少了由于邊坡不穩(wěn)、垮塌所造成的航槽多次重復(fù)疏浚，保持了航槽尺度，減少了維護(hù)工程量，達(dá)到了良好的整治效果。

（3）堅(jiān)持一水多用、綜合治理的整治理念，消除對(duì)公用事業(yè)的不利影響。考慮到黃河河段防洪的重要性和特殊性，本設(shè)計(jì)在疏浚、整治等工程的方案布置時(shí)充分考慮和評(píng)估了工程實(shí)施后的對(duì)河道行洪的影響，整治線布置時(shí)依托防洪工程建筑物作為節(jié)點(diǎn)，順應(yīng)防洪工程走向，凸岸盡量采用丁壩，凹岸盡量采用順壩，因勢(shì)利導(dǎo)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。經(jīng)工程實(shí)踐證明，本整治工程實(shí)施后，控制站點(diǎn)水位降低或者保持不變。疏浚工程對(duì)河道進(jìn)行的拓展底寬、增大水深、撇彎切灘及局部河段裁彎、退堤等工程措施,擴(kuò)大了河道行洪斷面，增加了泄流能力，整治工程增大了水流流速，促進(jìn)了河槽的沖刷拓深，邊灘的促淤固灘。工程實(shí)施后，計(jì)算求得泥沙起動(dòng)流速如表1。近岸流速普遍減小，對(duì)堤防或岸坡穩(wěn)定起到了積極作用，實(shí)現(xiàn)了航道整治工程與防洪工程的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，并得到了當(dāng)?shù)胤篮楣芾聿块T的高度肯定和評(píng)價(jià)。

表1 泥沙起動(dòng)流速計(jì)算成果表

（4）采用數(shù)值模擬計(jì)算研究評(píng)估整治效果。根據(jù)本整治工程的需要，為使整治方案周全，滿足航行要求，根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求，對(duì)急、難、險(xiǎn)、重的雙旋溝灘的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算研究。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分析了在設(shè)計(jì)流量和整治流量條件下，灘險(xiǎn)河段整治前后的水流運(yùn)動(dòng)特性；針對(duì)整治后的通航條件、航槽沖淤變化等問(wèn)題進(jìn)行了研究，并評(píng)估了整治效果?？梢钥闯?，實(shí)施整治工程后，河道較天然情況下過(guò)流面積增加，單寬流量降低，礁石區(qū)域炸礁后峽谷進(jìn)口水面高程有所降低，在峽谷出口處修建潛壩后，峽谷河段水面線有所壅高，整治效果較好。

圖1 整治前后流場(chǎng)分布圖（Q=980m3/s）

3.結(jié)語(yǔ)

本工程已建設(shè)完成并投入使用，航道的暢通，解決了部分交通不發(fā)達(dá)地區(qū)“出行難”的問(wèn)題，方便了人們的出行和生活，同時(shí)為今后開(kāi)發(fā)黃河旅游資源，推進(jìn)腹地旅游業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。本工程設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)水位的研究方法已在受上游樞紐非恒定流下泄和下游樞紐變動(dòng)回水區(qū)雙重影響的山區(qū)性河流的航道整治工程中推廣使用，通過(guò)本項(xiàng)目的研究，解決了黃河變動(dòng)回水區(qū)航道整治的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，提出了整治方案，可用于西部其他山區(qū)沖積性河流的梯級(jí)開(kāi)發(fā)中，將豐富航道整治的內(nèi)容。