某航道整治方案設計及整治效果分析

王雨翔

摘要 根據重慶主城區銅元局段航道整治研究表明，有許多淺冰磧突出到河中，使水道變窄，嚴重限制其通過能力，文章分析了該項目的水文和沉積特征，在此基礎上，設計了航道的水文整治方案，采用疏浚和筑壩相結合的方式穩定工程，溪流斷面變寬，水道變寬，通過建立水沙二維數值計算模型，系統分析整治前后的經營計劃，航道狀況得到很大改善。

關鍵詞 航道整治;通航尺度;數值模擬;礙航淺磧

中圖分類號 TV85 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0023-03

0 前言

因為長江上游水頭落差大，河床成分粒度大，下層物質主要為礫石和沙石，沿江斷面變化很大。河流布滿礁石和淺冰磧，極大地影響了航道的航行條件，通過工程措施進行改造，提高航行效率[1]。

1 工程河段水文泥沙特性

1.1 流量特性

根據距離工程段上下游最近的兩個閘站——竹沱站（工程段上游16.5 km）和寸灘站（工程段下游9.3 km）的統計數據，分析歷史流量特征，圖1為兩個水文站近30年的累積流量頻率分布曲線，采用Pearson型水文頻率分布曲線。分析結果表明，該項目段的特征性洪水每20年發生一次，為24 500～30 500 m3/s;30年一遇的特征洪水為25 000～34 000m3/s;50年一遇的特征洪水為27 500～41 500m3/s。

1.2 水位特征

2008 年之前，工程范圍是天然水道，水位和流量與功率曲線有顯著關系。由于2008年三峽大壩175 m蓄水池的運行，項目河段成為回流區，與水之間沒有明顯的對應關系，在河道之間回流，圖2為寸灘站斷面水位～流量關系曲線。其中，工程河段水位在158.6～185.5 m之間變化，多數是處于162.0～170.0 m之間（概率密度為84.2%）。

2 工程河段礙航特性分析

研究段河道彎曲，礁石多。上游是拐角酒吧灘，兩岸突入河中，河道極為狹窄[2]。且河道偏離河型，下游有白鶴梁凹礁擠壓水流。旱季由于九堆子航道改道，有效通航寬度小于100 m，航道平均流速1.75 m/s，最大流速2.64 m/s，水面垂直坡度為0.41%，水面水平比為1.89%。圖3顯示了航道研究部分的平面形態。

3 工程河段整治方案設計

重慶主城區銅元局段航道整治航道整治平面布置方案如圖4所示。

（1）由于九堆子、白鶴梁通航水深不足，需要疏浚。其中，九堆子疏浚范圍從角壩灘延伸至潭子口，平面形狀狹長，總面積9.35萬m2。白鶴梁由三角形冰磧延伸至海灘頭骨，平面形狀不規則，疏浚面積約12.65萬m2。

兩個清淤區底高程分別開挖至160.80 m和160.50 m，確保設計水深3.7 m，周邊邊坡坡比1∶3。

（2）在雞心磧右岸和三角磧右岸設置丁壩，穩定河勢，防止側灘淺冰磧沖入河中心。其中，紀信冰磧右岸丁壩沿線L1長200 m，鉤頭L2長260 m，夾角約153°。在三角形冰磧的右岸，沿壩丁壩長度L1為525 m，鉤頭長度L2為130 m，夾角約為138°。

4 整治效果數值模擬分析

運用數值模型計算時，依據最低通航的流量方案，計算實施前后的工程情況，可見，最低通航流量時，工程河段流量為2 650 m3/s，水位為166.72 m。

4.1 流場變化

整治前后工程河段流場分析表明，在進行整治以前，雞心磧的右岸水流有向旁邊灘分散的情況，流線和主流方向的夾角達到42%[3]。九堆子的附近遍布回流和湍流的區域。在進行整治以后，雞心磧的右岸水流在定順壩引導下有向主流匯聚的情況，側灘水流大幅減少，呈現緩流狀態，流線大幅偏轉。

在雞心磧丁壩，大量水流回流到左槽，使槽速略有增加。在丁壩頭部，水流收斂速度的增加逐漸被疏浚河道和減緩水深的增加所抵消[4]。整個河段的水流結構更加順暢，流型得到很大改善。

4.2 航行尺度的變化

選擇了工程部兩個典型部分，項目改造前后兩個典型路段的通航尺度變化見圖5。據分析，在研究條件下，重慶主城區銅元局段航道整治段航道水深大幅增加。其中，典型斷面1（雞心雷斷面）平均水深由整治前的5.90 m增加到7.51 m，通航深度由5.22 m增加到6.63 m，典型斷面2（九堆子斷面）平均水深由整治前的6.66 m增加到7.42 m，通航深度由5.64 m增加到7.43 m，通航規模顯著增加，符合通航條件。

5 航道管理措施

工程改造完成后，應采取以下措施完善運河管理，保障航行段船舶的通行條件。

5.1 流場變化

航道部門（相關管理執法部門）要加大航標檢查力度，及時修復異常標志。每月定期檢查本段航標3次，間隔合理，至少每月檢查一次陸標。所有浮標位置均由全球定位系統測量，并以帶電位置為準[5-6]。誤差采用解析法計算，主航道浮標誤差半徑不超過40 m。對于河道的特殊路段，如橋區，每晚都要檢查航標。維修船得知信號異常后，應在1 h內進行處理，橋區信號應在0.5 h內恢復航行。同時，注意收集意見和建議，適當調整指示牌，方便船只航行。

5.2 做好渠道調查和研究分析

加強檢查是及時了解最新變化的重要手段，航道部門必須提前規劃好相關檢查計劃，若河道有新的變化時，第一時間向上級稟報，按照相關情況對河道的探測適當增加檢測密度和控制范圍[7]。橋梁區、碼頭區等重點部位，當水位達到最高通航水位時，應當加強探測，尤其是水位快速下降時，應在時間和探測范圍內增加探測次數，在保證自身安全的前提下，加強對測繪成果的分析，對最新的測繪件進行全面對比分析，把握演變趨勢，早決策，確保維護規模。

5.3 設備提前到位，保證航道施工的需要

航道部門（相關管理執法部門）要及時組織適當的維修船進行航道維修，合理組織維修船的維修保養工作，確保維修船和設備在生產過程中處于正常運行狀態，汛、旱季前，所有生產材料和設備必須提前到位，以滿足航道生產需要。

5.4 加強水位監測

重慶主城區銅元局段航道整治段航道維修規模是在多年測繪分析和充分利用當地水位的基礎上提出的。相關設計人員要繪制水位隨時間變化的曲線，加強與同期歷史水位的對比，根據水位變化情況采取相應的維護措施。上游流量，結合當月水下地形變化和航道維修規模。

5.5 嚴格遵守安全規章制度，確保施工安全

重慶主城區航道整治段航道整治水深增加后，標牌將大型化，標牌位置在深水區，難度加大的水路。對工人的技術水平提出了更高的要求[8]。水運管理單位要加強一線人員培訓，建立安全管理機構，健全安全保障體系，制定安全管理制度，落實安全責任制。

5.6 強化行政管理，積極擴大影響

重慶主城區銅元局段航道整治航段的運管單位應加強與海事、港航等部門的交流溝通，征求相關航行單位對維護尺度提高后航標調整和航道維護的意見和建議，及時優化調整航標，為船舶航行提供安全便捷保障。同時應適時邀請航運企業召開座談會，大力宣傳深水航道的作用及航道資源的保護和利用，著力提高深水航道的行政管理水平，增強公共服務能力。

6 結語

九堆子灘涂整治方案是根據河段水動力條件和河道整治原則設計的，通過數學模型計算驗證，采用該項目改造方案后，航道勘察段水位上升，流速下降，水面坡度減慢。渠道條件得到很大改善，整治效果良好。工程整治完成后，應采取相關管理措施提高航道管理力度，保障航段船舶通行條件。

參考文獻

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[2]劉建民， 劉俊濤. 沙卵石淺灘整治水位及整治線寬度確定方法的研究[J]. 水道港口， 2014（25）： 19-25.

[3]姜謀余， 龔淼. 我國農村河道整治的現狀及問題[J]. 水資源保護， 2015（1）：41-47.

[4]張先起， 李亞敏， 李恩寬， 等. 基于生態的城鎮河道整治與環境修復方案研究[J]. 人民黃河， 2013（2）：36-38+77.

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[6]李保國， 周永康， 等.試議水庫泄洪河道整治方案優化設計[J].中國防汛抗旱， 2015（45）： 19-20.

[7]韓冬艷.港口航道整治線及斷面設計研究[J].中國水運， 2020（7）：77-78.

[8]趙東遠.淺談港口航道整治線及斷面設計[J].科技創新與應用，2012（12）：24.