重慶主城胡家灘河段航道整治方案及整治效果數值模擬研究

王爔若

摘 要：長江上游重慶主城胡家灘河段為典型的大比降山區卵礫石河段，具有比降大、水流急、航寬航深不足等特點，本文依據其實際平面形態與該航道的通航標準，分析了其通航能力的現狀與不足，在此基礎上，參照山區卵礫石河流的整治原則，本文研究探討了科學有效的整治方案，并借助地表水模擬軟件對整治方案的整治效果進行了驗證。從整治效果來看，本文方案很好的改善了胡家灘河段的航道條件，有效的增大了航深與航寬。本文研究成果可為同類河段的整治提供依據。

關鍵詞：胡家灘河段;航道整治;數值模擬;通航標準

中圖分類號：U617 文獻標識碼：A

0 前言

重慶主城河段為山區河流，具有河道彎曲，洲灘林立，航槽寬窄相間、洪水猛漲猛落等特點。洪、枯水期河道流量與水位變化導致水流運動極具復雜性，即水流流態紊亂、水流湍急。在彎曲、分汊等灘段，泡漩、回流、跌水和水躍水流現象會交替出現。其復雜的平面形態和水流條件嚴重地影響著航道條件的安全穩定性。為保證河段通航能力，依據其地形特征，進行科學的航道整治具有重要的意義。

1 河段自然條件

該灘位于落中子水位站以上僅0.85 km，上距釣二嘴水位站12.00 km，系枯水彎、窄、急險灘。胡家灘上游11 km處為窎魚咀急彎，之間為棟桿磧順直河道連接。胡家灘河對岸的倒鉤磧向河心凸出，束窄胡家灘河段河寬，其彎曲半徑僅為1 200 m。

枯水期上游簸箕石盤沿河心而下的水流經胡家灘彎段后，受離心力作用該偏左岸而下，在胡家灘處右岸因水淺不能通航，有效航寬不到100 m，灘口斷面平均水深2.85 m，航槽內平均水深3.27 m，水面平均比降0.58‰，最大比降達85‰，航槽內平均流速為2.44 m/s，最大流速為3.16 m/s，在胡家灘灘尾有斜流，水面橫比降達1.85‰，其下有夾堰。該河段內航槽流態較為紊亂，多處出現泡漩水，水動力軸線與航槽中軸線偏角達到20°，邊灘由于復雜的平面形態多處有回流、亂流現象，航道條件十分惡劣。其平面形態圖如圖1所示。

2 整治方案

2.1 整治原則

針對整治河段的灘險特性，提出如下整治原則：

（1）因勢利導，充分利用河道有利條件，綜合考慮河勢、河床特征及水沙運動規律，確定投資省、效果好的航道整治方案。

（2）筑壩和炸礁相結合，合理布置疏浚挖槽和整治建筑物，充分發揮整治建筑物在三峽水庫蓄水前和消落期束水導流和改善泥沙分布的作用。

（3）綜合考慮整治工程對上下游河段的影響，避免灘險整治后，其上、下游河段又出現新的礙航灘險。

2.2 整治方案

2.2.1 方案平面布置（見圖2）

（1）在胡家灘灘頭外側筑洲頭壩，為適應左岸主槽走勢，壩體分為兩段，上段長420 m，下段長385 m，兩段壩體均基本與疏浚挖槽右邊界平行，夾角約10°，壩頂高程為設計水位以上4.0 m（高程170.60 m）。

（2）疏浚范圍由洲頭壩壩頭的牛草溝至胡家灘灘尾，平面形態為不規則多邊形，疏浚面積89 000 m2。

（3）右岸布置1、2、3號丁順壩，其中1號丁順壩順壩部分L1長100 m，勾頭部分L2長140 m，夾角約141°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約25°。2號丁順壩順壩部分L1長120 m，勾頭部分L2長160 m，夾角約132°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約23°。3號丁順壩順壩部分L1長140 m，勾頭部分L2長65 m，夾角約141°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約25°。

2.2.2 結構設計

（1）壩體為拋石結構，面層1 m采用C20混凝土蓋面。壩頂寬3 m，高程170.60 m，平坡，兩側邊坡均為 1：2，壩頭坡為 1：4，壩尾坡為1：3。

（2）挖槽設計水深3.7 m（挖槽后河床底高程162.90 m），挖槽邊坡1：3。

（3）壩體為拋石結構，面層1 m采用C20混凝土蓋面。壩頭頂部高程為設計水位以上3.0 m（1、2、3號丁順壩高程分別為169.60 m、169.50 m、169.40 m），寬10 m，壩頂縱坡為1：140，兩側邊坡為1：1.5，壩頭坡為1：1.5，壩尾坡為1：1.5。

3 整治效果分析

用平面水流二維數學模型分別驗證整治方案前后，整治流量下主城河段航道條件的變化以及在最低通航水位條件下，主城河段航道尺度的變化。

3.1 流場變化

將整治流量級下，工程整治區域方案前后的流場圖繪于圖3。從圖3可看出，整治前，在該級力量下，胡家灘河段航槽水淺、流速大，航槽右側水流散亂流向右岸的倒鉤磧，整治后，該河段右岸水流受丁壩引導，流向線向主流方向偏轉，趨向航槽流動，1、2、3號丁壩附近水流流速下降，壩后水流明顯減小，邊灘水流歸槽，航槽內水深增加，流速放緩，整個河段內水流結構分布更為平順，流態有所改善。

3.2 通航尺度變化

將最低通航流量級下，胡家灘工程整治區域幾個典型斷面水深分布情況繪于圖4。由圖4可知，整治水位下，豬兒磧河段整治后航槽水深大明顯增加，其中黃桷渡航槽平均水深由整治前的13.85 m升至15.74 m，航深由13.42 m升至14.76 m，升高幅度分別為13.7%和9.7%。豬兒磧磧首航槽平均水深由整治前的14.39 m升至15.47 m，航深由13.31 m升至15.40 m，升高幅度分別為7.4%和15.8%。雞翅膀航槽平均水深由整治前的14.81 m升至15.88 m，航深由13.16 m升至14.58 m，升高幅度分別為7.2%和10.7%。通航條件改善明顯。

4 結論

本文根據長江上游重慶主城胡家灘河段的地形條件，以及該河段的通航標準，分析了其通航能力的不足。在此前提下，本文根據山區大比降卵礫石淺灘河流的整治標準，因地制宜，采用了筑壩、疏浚相結合的手段，對該河段進行了整治方案的研究設計，最后，借助地表水模擬軟件，對整治方案的整治效果進行了數值模擬，從效果來看，整治后該河段水深增加、航寬拓寬，很好的解決了航道困難的問題，本文結論可為同類河段的整治設計提供參考。

參考文獻：

[1]謝龍.三峽變動回水區末端段復合水動力條件分析及對泥沙輸移的影響[D].重慶：重慶交通大學，2013.

[2]李雙江，謝龍.長江上游塘土壩河段水流特性及河床演變分析[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2013（4）：673-676.