湞江周田樞紐1000 噸級(jí)船閘平面布置研究

李倩

（廣東省航道測繪中心（廣東省航道技術(shù)保障中心），廣東 廣州 510115）

1 樞紐概況

湞江，發(fā)源于江西省信豐縣石碣，由東北向西南流經(jīng)江西信豐、崇義、廣東南雄、始興、仁化、曲江和韶關(guān)市區(qū)，至韶關(guān)市沙洲尾與武江匯合后稱為北江，全長211km，流域面積7,554km2，河面寬度約60～200m，河床平均比降0.617‰。

周田樞紐所在河段為周田圩（從湞江口起K30+000）至萬家村（從湞江口起K36+000）6km 河段，河道處于天然河道狀態(tài)。該河段整體呈現(xiàn)連續(xù)90°折彎態(tài)勢，其中上彎段為S 型微反彎段，中間段為彎曲分叉段，下段為順直河段，其中周田樞紐位于中間段處。

圖1 周田樞紐鳥瞰圖

2 建設(shè)規(guī)模

（1）運(yùn)量預(yù)測。隨著北江流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以水泥、煤炭、礦建材料以及木材等大宗散貨為代表的貨運(yùn)需求增加迅猛，北江水運(yùn)量需求大幅度增加。湞江作為北江的主要支流，是聯(lián)通粵北山區(qū)和珠三角地區(qū)的重要紐帶，水運(yùn)將在大型工業(yè)項(xiàng)目布局中發(fā)揮重要作用。根據(jù)預(yù)測，預(yù)計(jì)周田樞紐2030 年水路貨運(yùn)量為580～660 萬t；2035 年水路貨運(yùn)量為829～935 萬t；2045年水路貨運(yùn)量將達(dá)到1,150～1,310 萬t。現(xiàn)狀周田樞紐無通航設(shè)施，難以滿足腹地對(duì)水運(yùn)的需求，船閘的建設(shè)迫在眉睫[2]。

（2）航道規(guī)劃。2020 年，廣東省交通運(yùn)輸廳印發(fā)的《廣東省航道發(fā)展規(guī)劃（2020～2035）》，提出湞江韶關(guān)～周田大橋37km 航道發(fā)展規(guī)劃技術(shù)等級(jí)為內(nèi)河Ⅲ級(jí)航道，同時(shí)對(duì)湞江流域粵贛運(yùn)河提出遠(yuǎn)期展望遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)航道資源的合理保護(hù)，做好航道管理維護(hù)。這為船閘工程的建設(shè)提供了規(guī)劃支撐。

（3）船閘建設(shè)規(guī)模確定。隨著北江干流千噸級(jí)航道建成，北江干流船舶大型化趨勢明顯，結(jié)合航道發(fā)展規(guī)劃和腹地貨運(yùn)量的需求，周田樞紐船閘建設(shè)規(guī)模確定為1,000t 級(jí)船閘（Ⅲ級(jí)船閘）。

3 河床演變分析

河道所處為山區(qū)河流，由兩岸多山和峭壁形成固定邊界和控制節(jié)點(diǎn)，對(duì)河道水流的約束作用顯著，從而形成現(xiàn)有總體灘槽態(tài)勢。比如亞公鬢急彎灘、矮子楊村彎道河段凹岸沖刷明顯形成深槽，涯婆石村磯頭處岬角效應(yīng)將形成沖刷深坑，出涯婆石村磯頭處，河道放寬段卵石堆積水深較淺，分汊河道交匯段下游河道縮窄，河道沖深。

圖2 給出了2010～2016 年變化圖，總體而言，由于灣頭樞紐的回水至親聯(lián)村以下，周田樞紐河段基本仍處于天然河道狀態(tài)，河道延續(xù)了自然演變趨勢，有沖有淤，整體呈沖刷態(tài)勢，沖淤幅度在2m 以內(nèi)，局部變化幅度達(dá)到3m，主要受到了人工或者樞紐建設(shè)采砂影響。舊周田圩至平鋪村上游500m 處，河道較窄，沖刷幅度為1～2m；平鋪村大肚子河段，特別是在河道展寬處，流速突然減緩，河道處于1m 以內(nèi)微淤狀態(tài)；矮子楊村附近盡管河道窄流速大，仍有泥沙淤積，可能由于周田樞紐電廠建設(shè)阻水作用所致；周田樞紐下游特別是右岸河床下切，由于船閘建設(shè)開挖的基坑尚未恢復(fù)；分汊河道的進(jìn)口處仍有淤積，淤積幅度為1～2m；分汊河道下段及匯合口下游窄深段，普遍沖刷1～3m，局部出現(xiàn)3m以上的深坑，由于人工采砂所致。

圖2 2010～2016 年沖淤變化圖

結(jié)果表明，樞紐建成后，壩上水深均在5m 以上。樞紐下游分汊河段至尾部水深均不滿足3m，需要進(jìn)行開挖，分汊河段以下段，除了零星的淺灘段，水深均滿足3m 航深條件。

4 船閘總體布置

4.1 布置原則

（1）根據(jù)地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物、一線船閘以及周邊建筑物分布情況，因地制宜進(jìn)行船閘總體布置，協(xié)調(diào)好與一線船閘及樞紐其他建筑物的關(guān)系，盡可能布置緊湊，減少征地和移民[1]；

（2）船閘上、下游引航道與上、下游河道深槽的平順連接；上、下游引航道口門區(qū)水流條件滿足規(guī)范要求；

（3）協(xié)調(diào)好船閘的布置與分期施工方案，減少對(duì)現(xiàn)有樞紐及船閘正常運(yùn)行的影響；

（4）近、中、遠(yuǎn)期相結(jié)合，與航道建設(shè)相匹配，與航運(yùn)發(fā)展相適應(yīng)；

（5）結(jié)合工程實(shí)際充分利用現(xiàn)有資源，以降低工程投資。

4.2 軸線選擇

根據(jù)現(xiàn)場踏勘、地形地貌及建筑物分布情況，綜合工程占地、與永久基本農(nóng)田關(guān)系、與丹霞山風(fēng)景名勝區(qū)界紅線關(guān)系、土方量、地質(zhì)條件、拆遷移民、交叉管線、施工展布、對(duì)外交通等建設(shè)條件分析，周田船閘做了左右岸船閘線位進(jìn)行了比選。

圖3 周田船閘軸線線位比選圖

周田樞紐左岸（南側(cè)）分布有電站廠房，船閘與樞紐電站位于同岸，間距較小，方案布置有一定的干擾。船閘施工，尤其是基坑開挖對(duì)發(fā)電影響較大。且工程征拆樞紐管理區(qū)，對(duì)其運(yùn)營管理影響較大。此外左岸為山體，地勢較高，施工不易展布。故船閘線位推薦右岸方案。

4.3 右岸船閘布置方案

受限于現(xiàn)有樞紐的位置，周田樞紐布置在連續(xù)反彎河段，這造成了船閘布置難度大。為避免下游引航道的開挖對(duì)下寮村的影響，下游引航道右側(cè)采用直立式導(dǎo)航墻，減少村莊的征地拆遷。而由于上游引航道直線段長度受限，無法再布置1 倍設(shè)計(jì)船型長度的調(diào)順段，因此為避免將停泊段布置于引航道直線段外，上游引航道采用曲線導(dǎo)航墻，使其具備導(dǎo)航與調(diào)順功能，船舶采用曲線進(jìn)閘、直線出閘方式過閘。船閘平面布置方案見圖4。

圖4 周田船閘右岸平面方案圖

5 物理模型研究

5.1 右岸方案水流條件

整治工程方案實(shí)施后，對(duì)于上游引航道口門區(qū)，由于處在彎道處，引航道口門存在橫流，250及550流量下，通航水流條件滿足，至980 流量口門開始出現(xiàn)橫流，橫流大小為0.3～0.5m/s[3]。上游口門區(qū)橫流流速詳見表1。

表1 上游口門區(qū)橫流

下游引航道口門區(qū)，存在較大問題，由于壩下至洲尾河段為脫水段，航道大規(guī)模的開挖使得右汊吸流嚴(yán)重，水流從導(dǎo)航墻頭部匯入右汊，各級(jí)流量下導(dǎo)航墻頭部均存在嚴(yán)重橫流。洲的左右汊匯合段為急彎段，左右汊的分流比影響匯流段通航條件，需控制左汊分流比，否則對(duì)右汊頂沖嚴(yán)重，匯流處橫流較大，不滿足通航水流條件。下游口門區(qū)橫流流速詳見表2。

表2 下游口門區(qū)橫流

5.2 上游引航道平面布置優(yōu)化

5.2.1 優(yōu)化思路

結(jié)合模型試驗(yàn)對(duì)上游引航道條件進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化思路為：

思路1：一方面調(diào)整停泊區(qū)至上游緩流區(qū)河段，減小導(dǎo)航墻長度，減小進(jìn)入口門區(qū)流量進(jìn)而減小堤頭橫流；同時(shí)引航道航線向右岸調(diào)整，減小引航道航線與水流的夾角。

思路2：另一方面，對(duì)上游的凸岸進(jìn)行切灘，進(jìn)一步減小水流與航線的交角，同時(shí)堤頭設(shè)置透空，使得進(jìn)入引航道的水流從底部分散流出引航道，進(jìn)入主流，進(jìn)一步減小口門區(qū)橫流。

5.2.2 優(yōu)化方案

為了更好地改善通航水流條件，在堤頭設(shè)置透空方式，使得進(jìn)入口門區(qū)的橫流從底部流出，減小表面橫流，底部透空采用50%的透空率，設(shè)置透空段的高度為2.7m。在現(xiàn)有的180m 導(dǎo)航墻長度的基礎(chǔ)上，堤頭延伸設(shè)置45、90、135m 的透空長度，觀看其透空效果。90m 情形下口門處滿足通航水利條件。

圖5 上游引航道優(yōu)化方案

5.3 下游引航道平面布置優(yōu)化

5.3.1 優(yōu)化思路

下游側(cè)由于右汊分流集中于導(dǎo)航墻頭部，橫流嚴(yán)重，同時(shí)右汊需要保持一定的分流比，滿足交匯段水流條件。優(yōu)化思路如下：

思路1：考慮延伸導(dǎo)航墻至洲體頭部，對(duì)右汊進(jìn)行封堵，保證引航道口門區(qū)的通航水流條件，同時(shí)觀察洲尾交匯段的左汊對(duì)右汊頂沖的水流條件。

思路2：在思路1 的基礎(chǔ)上，考慮如果洲尾匯流區(qū)通航水流條件不滿足，則導(dǎo)航墻頭部堤頭采用透空形式，進(jìn)行分散水流，使得右汊流量通過透空堤分散進(jìn)入引航道口門，減弱橫流，一方面滿足口門區(qū)的水流條件，另一方面保證了右汊的分流比，滿足洲尾匯流段的通航水流條件。

思路3：在思路2 的基礎(chǔ)上，若無法找到同時(shí)滿足堤頭橫流及洲尾匯流的通航條件方案，則需要進(jìn)行開挖洲體，重新塑造新的河槽，使得引航道口門區(qū)成為遮蔽緩流區(qū)，洲體尾部急彎段雙汊匯流格局轉(zhuǎn)變?yōu)閱我粡澢拥缿B(tài)勢，徹底解決通航水流條件問題。

5.3.2 優(yōu)化方案

在洲體全挖、導(dǎo)流堤延伸90m 方案的基礎(chǔ)上，彎道處航線向河中心調(diào)整75m，使得航線趨于河道中心，減小彎曲半徑，調(diào)整后的方案如圖6 所示。航線調(diào)整完畢后，彎道處橫流滿足通航水流條件。

圖6 下游引航道優(yōu)化方案

6 結(jié)論

（1）船閘平面布置應(yīng)結(jié)合周邊環(huán)境，因地制宜進(jìn)行，船閘上、下游引航道與上、下游河道深槽的平順連接；上、下游引航道口門區(qū)水流條件滿足規(guī)范要求。

（2）對(duì)于河道彎曲的山區(qū)航道，引航道直線段布置受限的情況下，引航道停泊區(qū)可考慮布置在主航道緩流區(qū)河段。

（3）透空式防波堤對(duì)于改善船閘引航道口門區(qū)水流條件有著明顯作用，但透空導(dǎo)航墻長度需根據(jù)模型確定，過短或過長對(duì)于改善船閘口門區(qū)水流條件作用不明顯。

（4）船閘口門區(qū)布置在分汊河段的一汊，需要重點(diǎn)研究河道分流比，如有必要，對(duì)洲頭進(jìn)行挖除，重塑河槽對(duì)于改善口門區(qū)水流條件作用明顯。