蘆林潭航道整治與通航條件研究

1、 . . 12/12蘆林潭航道整治與通航條件研究 日期：濠河口蘆林潭航道整治與通航條件研究圖1.1濠河口河環(huán)全局圖圖1.2 濠河口輪廓示意圖圖1.3 小流量時(shí)的河段衛(wèi)星圖 圖1.4大流量時(shí)的河段衛(wèi)星圖項(xiàng)目研究的背景與主要容1.1 項(xiàng)目研究的目的意義與國外概況湘江是長江的最重要支流之一，自然條件極為優(yōu)越。湘江干流全長856，流域面積946602，在省境湘江長670，流域面積853692，占省土地面積的40%。湘江水量充沛，水系發(fā)達(dá)，河床穩(wěn)定，含沙量少。目前湘江通航里程達(dá)2000。 近年來，湘江水運(yùn)增長迅速，2005年湘江貨運(yùn)量已達(dá)5379萬噸，且船舶大型化趨勢也明顯加快，千噸級與以上船型已成為湘

2、江主力船型，設(shè)計(jì)吃水大于2m的占90%，大于2.6米的約占70%。原有航道條件已嚴(yán)重制約湘江水運(yùn)的進(jìn)一步發(fā)展。為此，省交通廳于2006年對湘江干流航道規(guī)劃進(jìn)行了修編，將湘江城陵磯439公里河段的航道標(biāo)準(zhǔn)由級提升為級。濠河口系湘江匯入洞庭湖的河口，濠河口以上為湘江干流，濠河口以下為湘江洪道，為擬建的兩千噸級航線所必經(jīng)之水域；西支長33，經(jīng)家壩灘群，于臨資口處匯合資水東支，合流而下至蘆林潭，復(fù)與東支匯合，經(jīng)營田、鹿角進(jìn)入東洞庭湖；湘江洪道西支的濠河口至臨資口到毛角口河段，為省澧湘航線上的著名的“三口兩段”的一部分，該航道已于“七五”期間建成，滿足300噸單駁組成的船隊(duì)航行，目前正在進(jìn)行千噸級航道整

3、治的施工建設(shè)。研究河段上起濠河口，下迄蘆林潭。濠河口連續(xù)急彎河段位于湘江洪道東支的進(jìn)口，包括進(jìn)口彎道、譚家洲彎道、與星月洲彎道三個(gè)緊連的急彎水量主要來自湘江干流與其各支流流域的降水，同時(shí)有資水東支匯入。受長江、沅水、澧水入湖后的水位頂托，水文條件十分復(fù)雜，河流動(dòng)力條件變動(dòng)大，防洪、港口與各灘之間相互的影響關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。洪道西支的千噸級航道整治工程接近完成，在東支2000噸級航道的整治過程中，不得影響西支已取得的整治效果。因此，為了研究不同水流條件下，險(xiǎn)灘整治工程實(shí)施前后，該河段水流流態(tài)與特性的變化，分析整治工程對該河段通航和防洪安全的影響，處理好航道整治與行洪的關(guān)系，必須開展該改河段的整治研究

4、，確保整治工程方案達(dá)到預(yù)定的目的。同時(shí)也為了對濠河口連續(xù)彎道的通航條件進(jìn)行更為細(xì)致的研究，必須開展船模試驗(yàn)研究，對相應(yīng)灘險(xiǎn)整治方案的通航條件與優(yōu)化提出意見和建議。1.2 項(xiàng)目目標(biāo)和主要研究容（要解決的主要技術(shù)難點(diǎn)和問題）1.2.1 目標(biāo)（1）利用水流數(shù)學(xué)模型，計(jì)算東支整治后的通航水流條件，保持東西支分流比基本不變。（2）利用船舶物理模型，論證濠河口鄰近一段連續(xù)彎道的通航條件，經(jīng)優(yōu)化的整治工程方案被設(shè)計(jì)單位采用。通過局部正態(tài)定床河工模型，對濠河口鄰近的一段連續(xù)彎道進(jìn)行船舶模型試驗(yàn)。本河段在濠河口分汊后立刻連接連續(xù)彎道，水流和航行條件十分復(fù)雜。在充分掌握不同整治方案的水流特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過船模試驗(yàn)

5、，得出船舶航行跡線、漂角、對岸航速等參數(shù)，對該段航道的通航條件進(jìn)行論證，進(jìn)一步優(yōu)化整治方案。2 模型的設(shè)計(jì)制作 本試驗(yàn)研究采用正態(tài)定床水流物理模型、小尺度自航船模試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法。2.1 物理模型的設(shè)計(jì)與制作2.1.1物理模型的設(shè)計(jì)模型圍上起下蘿卜洲，東支至洋沙河口上游700m，西支至濠河口下游500m，模擬河道總長9680m（見圖2.1）。模型的幾何比尺受諸多條件和因素的限制。根據(jù)模型圍、實(shí)驗(yàn)場地條件和船模實(shí)驗(yàn)的需要，采用正態(tài)模型，幾何比尺為1：100。（1）幾何相似：（2）水流運(yùn)動(dòng)相似：按河工模型水流運(yùn)動(dòng)相似性基本準(zhǔn)則，定床模型水流運(yùn)動(dòng)相似應(yīng)滿足重力相似、阻力相似、水流連續(xù)相似等條件。

6、 重力相似： 阻力相似：采用曼寧糙率公式 則流量比尺為：（3）模型設(shè)計(jì)的限制條件考慮模型設(shè)計(jì)流量下水深為2.6m，流速為0.5m/s，水溫為20，求得相應(yīng)模型水流雷諾數(shù)為：滿足模型水流處于阻力平方區(qū)要求。原型設(shè)計(jì)航道水深2.6m，相應(yīng)模型水深為2.6cm，模型水流表面力的影響很小。2.1.2 物理模型制作與布置2.1.2.1模型制作模型制作所依據(jù)的地形圖采用省航務(wù)勘察施測的2004年2月1：2000測圖和2008年3月1：2000測圖。為了保證斷面高程控制精度，模型采用斷面板法用水泥砂漿刮制而成，制模平面采用三角形導(dǎo)線網(wǎng)控制，共布置121個(gè)斷面，模型斷面間距6080cm，特殊地形采用等高線控制

7、。高程控制誤差小于1.0mm，平面控制誤差小于1.0cm，符合河航道和港口水流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程的要求。2.1.2.2 模型加糙根據(jù)省航務(wù)勘察設(shè)計(jì)研究院20102011年實(shí)測的4級流量（洪水、中水、枯水、壅水）水文資料計(jì)算，研究河段的綜合糙率為0.0240.038。相應(yīng)模型糙率為0.0120.014，采用水泥砂槳抹面，大部分模型河段不需要加糙即可與原河床糙率相似。原河床局部糙率較大的區(qū)域，在驗(yàn)證試驗(yàn)階段對局部模型河段加糙，以保證其糙率相似。2.1.2.3模型水尺布置參照2008年地形測量時(shí)沿程實(shí)測水尺點(diǎn)位置，同時(shí)河段情況與試驗(yàn)要求，增設(shè)了部分水尺，模型共布設(shè)21個(gè)水位觀測點(diǎn)（圖2-2）。圖2.2

8、 模型水位測針布置圖2.1.2.4 模型控制和量測設(shè)施兼顧大流量和小流量的試驗(yàn)要求，模型流量采用三角量水堰和矩形堰相結(jié)合控制。模型水位采用SCM60型水位測針讀取。讀取精度0.1mm。模型尾水位采用格柵式橫拉門加微調(diào)閥門進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。在整個(gè)模型圍采用清華大學(xué)研制的VDMS系統(tǒng)進(jìn)行表面流場測量，斷面流速采用水利科學(xué)研究院研制的OA型旋漿流速儀測量。2.2物理模型的驗(yàn)證試驗(yàn)物理模型驗(yàn)證是檢驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗨菩缘闹饕侄?，根?jù)模型相似要求，定床實(shí)驗(yàn)階段主要對水面線、斷面流速分布、流量與分流比等項(xiàng)容進(jìn)行驗(yàn)證。3 整治原則與標(biāo)準(zhǔn)3.1 整治原則與方案濠河口至蘆林潭的整治原則為：（1）因地制宜，因勢利導(dǎo)。整治河

9、段中，淺灘段年際間變化也較大，整治時(shí)要正確掌握其演變規(guī)律與成灘原因，順應(yīng)河勢，因勢利導(dǎo)。（2）以中枯水整治為主，以利于行洪。（3）控制分流比，盡量不改變東、西支分流比，不影響西支千噸級航道。（4）整治工程措施不影響防洪大堤。濠河口至蘆林潭的整治方案一（圖4.1）：繼續(xù)切除進(jìn)口右岸突咀，使彎曲半徑加大到550m，切咀的土方用填塞左岸深潭，表面采用雷諾護(hù)墊護(hù)底，盡可能不改變東西支分流比，同時(shí)保護(hù)堤腳。切咀以下河段按設(shè)計(jì)航道尺度布置挖槽，對不滿足航深的部分進(jìn)行疏浚。濠河口至蘆林潭的整治方案二：利用泄洪道通航，將泄洪道加寬到150m，水深3.5m，全長約2000m，疏浚土方除加高培厚原防洪大堤外，其余

10、拋在凹岸深潭，其表面同樣采用雷諾護(hù)墊護(hù)底。經(jīng)分析比較，方案二雖然減輕洪水對濠河口左岸大堤的威脅，且能縮短航程。但工程量大，且新河與湘江干流交角偏大，航道的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步研究。新河距右岸大堤的間距只有30m對其安全也有影響。故推薦采用方案一。4.1 建設(shè)規(guī)模與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)濠河口至蘆林潭航道整治工程的要求，要達(dá)到2000t級通航標(biāo)準(zhǔn)，按照河通航標(biāo)準(zhǔn)（GB50139-2004）的要求，具體整治標(biāo)準(zhǔn)如下：整治后通航保證率：98%設(shè)計(jì)船隊(duì)尺度：2000t級機(jī)動(dòng)駁尺度為：75m16m2.6m（自航船長船寬滿載吃水）；22000t級頂推船隊(duì)尺度為：182m16m2.6m（船隊(duì)長船隊(duì)寬滿載吃水）航道尺度：2.875550m（水深航寬彎曲半徑）船模的測控設(shè)備船模經(jīng)縮尺后，其容量、載量都有限，除安裝必要的遙控、動(dòng)力和變速等設(shè)備和驅(qū)動(dòng)電源外，不可能再安裝其它的測量設(shè)備，需要應(yīng)用更為實(shí)用和先進(jìn)的測試技術(shù)。本試驗(yàn)采用的測試系統(tǒng)為VDMS實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由29個(gè)CCD攝像機(jī)、視頻傳輸線、視頻分配器、視頻采集卡、舵角測量儀與兩臺(tái)配備了流場實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)（VDMS）的計(jì)算機(jī)組成?？蓪?shí)時(shí)測量船模航行時(shí)的船位、操舵過程，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取所需的船模航行參數(shù)。船模航行狀態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)船舶在航行過程中，其航行狀態(tài)取決于水流條件與船舶本身的動(dòng)力特性與其操縱性能。從船舶航行安全角度出發(fā)，分