论文部分内容阅读
摘 要：由于长江枯水期短，大部分上游弯曲分汊浅滩的流速比降较大，若采用传统枯水整治的思路通过束水攻沙的方法进行二级航道整治，水流条件可能进一步恶化。因此针对长江上游弯曲分汊浅滩，本文提出中水治理的整治思路，不改变整治线宽度，通过提高整治水位，延长退水冲刷时间以增加航深，改善航行条件。神背嘴滩研究表明整治水位在设计水位上3.3m，整治线宽度为190m时可取得良好的整治效果。
关键词：弯曲分汊浅滩；整治水位；整治线宽度；航道整治
2016年开始，为进一步改善长江上游泸渝段航行条件，提高通货能力，泸渝段将由三级航道升级为二级航道，航道建设标准提升至3.5m×60m×800m。泸渝段主要碍航河段为弯曲分汊浅滩，其整治效果对泸渝段航道升级将产生重要影响。如何确定该类滩险的整治参数直接关系到整治工程的成败，本文将以神背嘴滩为例，对泸渝段二级航道弯曲分汊浅滩的整治参数展开研究。
1 滩险概况
神背嘴滩（航道里程873～871km）是泸渝段典型的弯曲分汊浅滩，航道具有“弯、浅、险”的典型特征，水流形式相对复杂，弯道处环流强，航行条件较差。长约1200m的天然卵石坝（秤杆碛）位于河流中心，将水道天然分成左右两槽，左右两汊在下游寡妇槽处汇流。左槽为微弯汊道，枯期水面宽度约150m，入口窄深，航深约10m；右槽较为平顺，枯水期水面宽度约260m。进口河底为9.5%陡急的倒坡，航深约3.3m。右岸为宽约1000～1500m平坦开阔的古河床阶地，岸线极不平整[ 1 ]。
2 整治思路
整治后河段的过水断面面积是评价浅滩整治效果的重要指标[ 2 ]。分析神背嘴滩（航道里程873.5km）与优良河段（航道里程874.4km）的过水断面面积与相对水位（相对设计水位）的关系发现，在设计水位以下时，神背嘴滩过水面积小，流速较大，较优良断面束水能力好；中枯水期时，在此区间神背嘴滩整治后的束水攻沙作用较优良河段更强；洪水期整治建筑物坝顶被淹没后，整治前后神背嘴滩的束水效果都不及优良河段。从总体分析上看，由于枯水期历史短，采用传统浅滩低水治理的思路通过筑坝调整河床形态通以趋向于优良河段，效果是很有限的[ 3 ]。因此本文提出中水治理的整治思路，提高整治水位，从而延长河床的冲刷历时，增加航深，增大汊道分流比。
3 确定整治参数
3.1 整治水位
神背嘴滩目前整治水位在设计水位上2m，根据本文提出的中水治理的思路，应适当提高整治水位。本文采用多年平均流量法、造床流量法、平滩水位法以及经验法对神背嘴滩的整治水位进行综合分析[ 4 ]：对滩段下游朱沱水文站多年水文资料分析得出多年平均流量为7450m3/s，對应水位为217.38m，在设计水位上3.2m；采用造床流量公式G=QmJP计算得神背嘴滩第二造床流量为7600m3/s，对应水位在神背嘴滩设计水位上3.3m；平滩流量输沙能力高，造床作用强，是衡量水流挟沙能力的重要指标[ 6 ]。航道里程874.4km～873km为微弯顺直河段，河势稳定，河床常年处于冲淤平衡状态，可视作优良河段，其边滩高程在215.3m左右，其平滩水位约为设计水位上3.4m；从川江整治的历史成功经验得出，浅滩的整治水位为设计最低通航水位以上1.5～2.5 m时整治效果较好。由上述分析发现取其平均值，则整治水位在设计水位上3.3m，对应整治流量为7600m3/s。
3.2 整治线宽度
目前神背嘴右汊整治线宽度为190m，本文阿尔图宁公式、输沙平衡法公式、水力学公式公式确定其II级航道整治线宽度。各计算方法得出的神背嘴滩整治线宽度各不相同，阿尔图宁公式计算值较大，比枯水期河宽宽出约100m，不作参考。输沙平衡法公式计算值与原整治线宽度基本一致，水力学公式计算结果为170m。根据输沙平衡法公式和水力学公式的计算结果布置两个整治方案：方案一整治线宽度为190m，方案二为200m。通过分析其整治效果，研究整治线宽度的合理取值。
4 整治效果分析
本文采用SMS软件二维水流模型对神背嘴滩各整治方案的整治效果进行分析，计算结果表明各方案整治后右槽航深都达到Ⅱ级航道建设要求，分流比皆有提高。由于丁坝存在一定阻水作用，导致在设计流量Q=2308m3/s时方案2分流比为46.9%，较方案1减少2.4%，在整治流量Q=7600m3/s时较方案1减少4.3%。
整治后在整治流量下，方案1右槽中后段平均流速为3.18m/s，为床沙起动流速的约1.17倍，有助于汛后枯水航槽冲刷，维持疏浚区稳定。整治前右槽中下段流速较大，方案2整治后的右槽中段航道内流速达到3.42m/s，比降为0.99‰，不满足二级航道的船舶上行要求。由此可见方案1的整治效果更好，证明在不改变整治线宽度的前提下通过提高整治水位治理弯曲分汊浅滩的整治方法是可行的。
5 结论
对于流速比降偏大的弯曲分汊浅滩的整治，采用传统的束水攻沙方法，往往会将河道束得过窄，有可能使整治后的浅滩变成急流滩，这是不可行的。针对长江上游泸渝段弯曲分汊浅滩Ⅱ级航道建设，本文提出中水治理的整治思路，不改变整治线宽度，通过提高整治水位，延长冲刷历时，增加汊道分流比，增大航深。神背嘴滩的II级航道研究结果表明整治水位在设计水位上3.3m，整治线宽度为190m，可达到Ⅱ级航道建设标准。
参考文献：
[1] 谢远华，赵志舟，周华君.长江上游城背嘴滩险成因分析.水道港口，2005；3（30）：26-29.
[2] 唐存本，贡炳生，左利钦.再论航道整治线宽度与整治水位的确定.水运工程，2010；3（3）：85-90.
[3] 解中柱.宜宾至重庆河段浅滩整治参数的确定和实践效果.中国港湾建设，2013；2（1）：8-11.
[4] 王秀英.冲积河流航道整治设计参数确定方法研究.武汉：武汉大学，2006.
[5] 楚万强，李永丽，谢龙.长江干流重庆主城河段造床流量计算.重庆交通大学学报（自然科学版），2015；4（34）：69-71.
[6] 夏军强，吴保生，王艳平.近期黄河下游河床调整过程及特点.水科学进展，2008，5（19）：301-305.
关键词：弯曲分汊浅滩；整治水位；整治线宽度；航道整治
2016年开始，为进一步改善长江上游泸渝段航行条件，提高通货能力，泸渝段将由三级航道升级为二级航道，航道建设标准提升至3.5m×60m×800m。泸渝段主要碍航河段为弯曲分汊浅滩，其整治效果对泸渝段航道升级将产生重要影响。如何确定该类滩险的整治参数直接关系到整治工程的成败，本文将以神背嘴滩为例，对泸渝段二级航道弯曲分汊浅滩的整治参数展开研究。
1 滩险概况
神背嘴滩（航道里程873～871km）是泸渝段典型的弯曲分汊浅滩，航道具有“弯、浅、险”的典型特征，水流形式相对复杂，弯道处环流强，航行条件较差。长约1200m的天然卵石坝（秤杆碛）位于河流中心，将水道天然分成左右两槽，左右两汊在下游寡妇槽处汇流。左槽为微弯汊道，枯期水面宽度约150m，入口窄深，航深约10m；右槽较为平顺，枯水期水面宽度约260m。进口河底为9.5%陡急的倒坡，航深约3.3m。右岸为宽约1000～1500m平坦开阔的古河床阶地，岸线极不平整[ 1 ]。
2 整治思路
整治后河段的过水断面面积是评价浅滩整治效果的重要指标[ 2 ]。分析神背嘴滩（航道里程873.5km）与优良河段（航道里程874.4km）的过水断面面积与相对水位（相对设计水位）的关系发现，在设计水位以下时，神背嘴滩过水面积小，流速较大，较优良断面束水能力好；中枯水期时，在此区间神背嘴滩整治后的束水攻沙作用较优良河段更强；洪水期整治建筑物坝顶被淹没后，整治前后神背嘴滩的束水效果都不及优良河段。从总体分析上看，由于枯水期历史短，采用传统浅滩低水治理的思路通过筑坝调整河床形态通以趋向于优良河段，效果是很有限的[ 3 ]。因此本文提出中水治理的整治思路，提高整治水位，从而延长河床的冲刷历时，增加航深，增大汊道分流比。
3 确定整治参数
3.1 整治水位
神背嘴滩目前整治水位在设计水位上2m，根据本文提出的中水治理的思路，应适当提高整治水位。本文采用多年平均流量法、造床流量法、平滩水位法以及经验法对神背嘴滩的整治水位进行综合分析[ 4 ]：对滩段下游朱沱水文站多年水文资料分析得出多年平均流量为7450m3/s，對应水位为217.38m，在设计水位上3.2m；采用造床流量公式G=QmJP计算得神背嘴滩第二造床流量为7600m3/s，对应水位在神背嘴滩设计水位上3.3m；平滩流量输沙能力高，造床作用强，是衡量水流挟沙能力的重要指标[ 6 ]。航道里程874.4km～873km为微弯顺直河段，河势稳定，河床常年处于冲淤平衡状态，可视作优良河段，其边滩高程在215.3m左右，其平滩水位约为设计水位上3.4m；从川江整治的历史成功经验得出，浅滩的整治水位为设计最低通航水位以上1.5～2.5 m时整治效果较好。由上述分析发现取其平均值，则整治水位在设计水位上3.3m，对应整治流量为7600m3/s。
3.2 整治线宽度
目前神背嘴右汊整治线宽度为190m，本文阿尔图宁公式、输沙平衡法公式、水力学公式公式确定其II级航道整治线宽度。各计算方法得出的神背嘴滩整治线宽度各不相同，阿尔图宁公式计算值较大，比枯水期河宽宽出约100m，不作参考。输沙平衡法公式计算值与原整治线宽度基本一致，水力学公式计算结果为170m。根据输沙平衡法公式和水力学公式的计算结果布置两个整治方案：方案一整治线宽度为190m，方案二为200m。通过分析其整治效果，研究整治线宽度的合理取值。
4 整治效果分析
本文采用SMS软件二维水流模型对神背嘴滩各整治方案的整治效果进行分析，计算结果表明各方案整治后右槽航深都达到Ⅱ级航道建设要求，分流比皆有提高。由于丁坝存在一定阻水作用，导致在设计流量Q=2308m3/s时方案2分流比为46.9%，较方案1减少2.4%，在整治流量Q=7600m3/s时较方案1减少4.3%。
整治后在整治流量下，方案1右槽中后段平均流速为3.18m/s，为床沙起动流速的约1.17倍，有助于汛后枯水航槽冲刷，维持疏浚区稳定。整治前右槽中下段流速较大，方案2整治后的右槽中段航道内流速达到3.42m/s，比降为0.99‰，不满足二级航道的船舶上行要求。由此可见方案1的整治效果更好，证明在不改变整治线宽度的前提下通过提高整治水位治理弯曲分汊浅滩的整治方法是可行的。
5 结论
对于流速比降偏大的弯曲分汊浅滩的整治，采用传统的束水攻沙方法，往往会将河道束得过窄，有可能使整治后的浅滩变成急流滩，这是不可行的。针对长江上游泸渝段弯曲分汊浅滩Ⅱ级航道建设，本文提出中水治理的整治思路，不改变整治线宽度，通过提高整治水位，延长冲刷历时，增加汊道分流比，增大航深。神背嘴滩的II级航道研究结果表明整治水位在设计水位上3.3m，整治线宽度为190m，可达到Ⅱ级航道建设标准。
参考文献：
[1] 谢远华，赵志舟，周华君.长江上游城背嘴滩险成因分析.水道港口，2005；3（30）：26-29.
[2] 唐存本，贡炳生，左利钦.再论航道整治线宽度与整治水位的确定.水运工程，2010；3（3）：85-90.
[3] 解中柱.宜宾至重庆河段浅滩整治参数的确定和实践效果.中国港湾建设，2013；2（1）：8-11.
[4] 王秀英.冲积河流航道整治设计参数确定方法研究.武汉：武汉大学，2006.
[5] 楚万强，李永丽，谢龙.长江干流重庆主城河段造床流量计算.重庆交通大学学报（自然科学版），2015；4（34）：69-71.
[6] 夏军强，吴保生，王艳平.近期黄河下游河床调整过程及特点.水科学进展，2008，5（19）：301-305.