長(zhǎng)江上游江湖草街至河口段航道整治一期工程設(shè)計(jì)流量研究

長(zhǎng)江上游江湖草街至河口段航道整治一期工程設(shè)計(jì)流量研究

一、突出生態(tài)保護(hù),保障航道安全嘉江是長(zhǎng)江上游重要的通航衰落渠道。這是重慶“一干兩河”高架道路之一。草街至河口段航道位于草街樞紐下游,是嘉陵江全線渠化后通江達(dá)海的咽喉,所以該段航道的整治建設(shè)直接影響到嘉陵江全線渠化效益的發(fā)揮和嘉陵江水運(yùn)主通道的暢通。三峽工程完成后,該河段受到草街樞紐的泄流影響和三峽水庫(kù)回水影響,河段的險(xiǎn)灘情況、水流條件及泥沙的沖淤變化情況及其復(fù)雜。為消除嘉陵江草街至河口段眾多礙航灘險(xiǎn)對(duì)航運(yùn)的影響,保障航道安全暢通,根據(jù)對(duì)該河段現(xiàn)狀的調(diào)查,實(shí)施了嘉陵江草街至河口段航道整治一期工程,它包含白鶴灘、桌子角至王家灘、利灘、徐家灘至響水灘、黑羊石灘、蹇家梁至飛纜子灘六個(gè)整治灘險(xiǎn)或?yàn)┤?。六個(gè)灘險(xiǎn)均位于草街下游,距河口里程分別為51.33km、46～49km、35.08km、31～28km、25km和19～17km。本河段的特點(diǎn)是彎道多,在岸邊或江中突出的石梁和礁石較多,造成了河段的淺、險(xiǎn)、彎和窄。二、標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)1.恢復(fù)原則整治河段的設(shè)計(jì)原則以炸礁、疏浚為主、筑壩為輔,穩(wěn)定邊灘、調(diào)整流向,進(jìn)行整治。2.航道尺度的確定三峽正常蓄水后,嘉陵江河段規(guī)劃為Ⅲ級(jí)航道,因此根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的整治河段航道按“內(nèi)河Ⅲ級(jí)”航道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),綜合考慮河段的自然條件,確定的航道尺度如表1。3.設(shè)計(jì)流量分析三峽水庫(kù)按175m正常蓄水運(yùn)行后,嘉陵江回水至北碚,一期工程整治河段位于三峽水庫(kù)回水的上段及末端附近,受三峽水庫(kù)回水影響時(shí)間短,壅水幅度小,因此該河段航道整治設(shè)計(jì)的最低通航水位及相應(yīng)流量,主要按天然情況進(jìn)行考慮。設(shè)計(jì)流量采用保證率頻率法確定,根據(jù)北碚水文站1963～1985年和1998～2005年水文資料計(jì)算分析,按保證率95%考慮,本河段的設(shè)計(jì)流量為327m3/s。整治河段上游在建的草街樞紐,該電站水庫(kù)的運(yùn)行方式為:在下游井口樞紐未投入運(yùn)行前,平、枯水期(11月～次年4月)水庫(kù)水位維持在正常蓄水位運(yùn)行,電站只承擔(dān)基荷,不進(jìn)行日、周調(diào)節(jié),其下泄流量不小于航運(yùn)基荷327m3/s,與天然狀況下的設(shè)計(jì)流量一致。因此最終確定北碚水文站的設(shè)計(jì)流量為327m3/s。4.回水上段階段嘉陵江以往航道整治水位采用設(shè)計(jì)最低通航水位以上1～1.5m,可基本維持Ⅴ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)。三峽正常蓄水后,該段處于回水變動(dòng)區(qū)上段或末端。根據(jù)《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》,處于變動(dòng)回水區(qū)上段的整治水位,亦可參照天然河道的有關(guān)方法確定,并視灘段泥沙淤積的具體情況適當(dāng)提高,以延長(zhǎng)消落沖刷期,加強(qiáng)沖刷效果。再加上達(dá)到Ⅲ級(jí)航道的目標(biāo),綜合分析整治水位取設(shè)計(jì)最低通航水位以上2m,相應(yīng)的整治流量為1,400m3/s。5.整治線寬度計(jì)算嘉陵江草街至河口航道整治一期工程整治線寬度計(jì)算,采用了優(yōu)良河段法和理論公式((1)流量比降公式、(2)《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》推薦的公式、(3)南科院公式、(4)水力學(xué)公式、(5)河相關(guān)系法)計(jì)算,根據(jù)計(jì)算成果,并綜合考慮灘險(xiǎn)所在灘群的航道情況,得到各灘的整治線寬度的綜合取值。整治線寬度匯總見表2。三、海灘集體的救援1.下白鶴灘(1)航槽前、左右雙槽床如圖1所示,下白鶴灘為汊道淺灘,中部為稱桿磧中壩,枯水期露出水面,將河床分為左右兩汊,左槽為主航槽,河底為礁石,航槽左右兩側(cè)較淺,航槽左側(cè)河底淺處為礁石,靠近磧壩的航槽右側(cè)河底淺處為砂卵石。左岸為稱桿磧邊灘,灘側(cè)從上至下有豬兒石,羊兒石,猴兒石等石梁,其中羊兒石伸入左槽較多,有礙航行。(2)軍壩及洲尾壩下白鶴灘河勢(shì)順直,根據(jù)水流及邊界條件特征,左岸利用秤桿磧左側(cè)邊灘穩(wěn)定的河岸邊緣、堅(jiān)實(shí)的礁石作為控制點(diǎn),右岸利用原有建筑物,并穿過秤桿磧中壩洲脊作為控制點(diǎn),整治線從上深槽依據(jù)上述控制點(diǎn)逐漸進(jìn)入下深槽,依據(jù)這些節(jié)點(diǎn)規(guī)劃成符合河勢(shì)的并與中枯水水流流向相吻合的勻緩、圓滑曲線。施工圖設(shè)計(jì)工程布置為炸除航槽左側(cè)河底礁石,及羊兒石伸入航槽中的石梁,達(dá)到設(shè)計(jì)航槽標(biāo)準(zhǔn)底寬60m和設(shè)計(jì)水深2m,由于河段為巖石質(zhì)河床,炸礁應(yīng)考該富于深度和寬度,同時(shí)炸礁上端拓寬成喇叭形,減少該處的剪刀水影響。疏浚航槽右側(cè)河底淺區(qū)達(dá)到設(shè)計(jì)航槽標(biāo)準(zhǔn)底寬60m和設(shè)計(jì)水深2m;由于河段為卵石質(zhì)河床,挖槽時(shí)應(yīng)考慮該富于深度和寬度,同時(shí)挖槽上端拓寬成喇叭形,減少該處的剪刀水影響。加高洲頭洲尾壩至整治水位,同時(shí)延長(zhǎng)洲頭洲尾壩各20m,對(duì)于洲頭壩,可以調(diào)整汊口的分流比,使左汊流量較整治前增加10.2%,有利于左側(cè)航道的維護(hù)。對(duì)于洲尾壩,可以使兩汊水流交匯平順。同時(shí)圓弧形的壩頭有效改善了水流條件。(2)沖淤深潭增壩整理根據(jù)該灘的水流及邊界條件特征,左岸上游以上深槽人行渡口岸邊為起點(diǎn),利用平順圓弧切桌子角突咀,利用反圓弧銜接打彎石控制節(jié)點(diǎn),再利用下游的固定河岸、突嘴作為控制節(jié)點(diǎn),連成緩和平滑的連續(xù)曲線;右岸以上游深槽岸邊的突嘴為起點(diǎn),以一組反向曲線到達(dá)雞翅膀,再利用黃家嘴磧壩固定的河岸作為控制點(diǎn),平順的引入下深槽。由于河段是彎道石質(zhì)淺灘,因此對(duì)桌子角突嘴進(jìn)行切咀炸礁,同時(shí)炸除銅鼓石,雖然磧頭雞翅膀一帶,表層為膠結(jié)卵石覆蓋,但是其下為巖盤,伸入河心,因此對(duì)雞翅膀外側(cè)的航槽進(jìn)行炸礁以達(dá)到設(shè)計(jì)水深,炸除打彎石嘰頭,減少?gòu)澢霃絿?yán)重不足形成的掃彎水對(duì)航行的影響。由于河段為巖石質(zhì)河床,炸礁應(yīng)考該富于深度和寬度。同時(shí)炸礁上端拓寬成喇叭形,減少該處的剪刀水影響。對(duì)于下游王家灘存在零星的淺區(qū),采取挖槽疏浚,并考慮富余深度和寬度。利用炸礁石渣回填桌子角下游的凹陷深潭,形成潛壩,達(dá)到增加水位,調(diào)節(jié)比降,消除不良流態(tài)的目的。如圖3所示,利灘是有名的枯水礁石險(xiǎn)灘,河床質(zhì)以卵石為主,左岸有眾多石盤、石梁,右岸為一大磧壩。自1958年～1971年多次進(jìn)行了整治,在外石梁與下石盤之間筑了一座堵壩,使水流集中于一槽,自外石梁下端起向下至惡狗堆筑了一座長(zhǎng)順壩,消除了右岸大磧壩在扁擔(dān)石對(duì)面伸出的暗磧鍋肚,但是由于左岸長(zhǎng)順壩始終未伸入下深槽,順壩下游端部的形成壩頭洲,形成關(guān)門淺。同時(shí)順壩上段航槽及中段航槽存在淺區(qū),左岸已建順壩壩軸線過分彎曲,水流掃彎嚴(yán)重,上游帶下的泥沙在凸岸沉積,造成右岸磧角向河心延伸,迫使航道彎曲,水流紊亂,航道窄、彎、淺、險(xiǎn),而礙航。(2)順壩下深槽及航道挖槽疏?？紤]到原筑的順壩,根據(jù)該灘的水流及邊界條件特征,依靠左岸的主導(dǎo)河岸,上游與順壩上段相切,下游與順壩下段相切,形成一個(gè)緩和平滑的大圓弧曲線,出順壩后以民邦石外緣為控制節(jié)點(diǎn)引入下深槽。右岸整治線與左岸平行。由于河床質(zhì)以卵石為主,對(duì)緊鄰順壩上段的航槽進(jìn)行挖槽疏浚,并對(duì)河中的暗礁進(jìn)行清炸;對(duì)順壩中段右岸伸入航槽中的淺區(qū)進(jìn)行挖槽疏浚,以增大航道彎曲半徑;對(duì)順壩出口處的關(guān)門淺進(jìn)行疏浚,并延長(zhǎng)現(xiàn)有順壩至民邦石,伸入深槽中,避免壩頭出淺。4.從徐灘到響水灘的海灘群(1)值內(nèi)航道滑梁水型如圖4所示,徐家灘至響水灘灘群為石質(zhì)淺灘。在灘的進(jìn)口處,江面寬闊水流分散,又兼上口平坦的巖盤,枯水水深較淺。灘中間有凸出水面的行馬石將航道分成左右兩槽,右邊為枯水期主槽,槽中分散著大小不一的暗礁;左邊為洪水期的副槽,暗礁和行馬石使兩岸在蓄水期產(chǎn)生滑梁水時(shí)間增長(zhǎng),使得航槽狹窄彎曲。右岸原筑的順壩,減少了右岸老虎梁的不良流態(tài)。但由于左岸磧壩有逐年向右伸長(zhǎng)的趨勢(shì),造成左槽航道狹窄,因此本段航道仍然曲折、險(xiǎn)、窄。下游的響水灘,航道較為順直,左岸為平坦的大磧壩,其右有與岸接或相互分離的大石梁,枯水期高出水面1～2m,構(gòu)成枯水岸線,當(dāng)水流漫過石梁頂部時(shí)形成滑梁水。沿右岸石梁尾端建有順壩兩座,主流左移,倒順了出口段水流,避開了老虎石的障礙,并將該岸斗笠石附近堵塞,水流歸槽,航道有了根本變化。本灘下游有未炸除徹底的魚秋石橫臥江心及下游順壩端部附近的淺區(qū)礙航。(2)基礎(chǔ)地位平等的段即根據(jù)該灘的水流及邊界條件特征,依靠右岸的主導(dǎo)河岸,上游以上順壩、下游以下順壩作為控制節(jié)點(diǎn),形成一個(gè)連續(xù)的、平曲相間的緩和平滑線,左岸以左岸邊灘邊緣作為整治線的控制節(jié)點(diǎn),與右岸整治線基本平行。炸除灘中間有凸出水面的行馬石及槽中分散著大小不一的礙航暗礁,以增加航道水深;因此,對(duì)下游順壩端部附近的淺區(qū)進(jìn)行疏浚,減少堵塞向航道發(fā)展,同時(shí)徹底炸除下游的橫臥江心的魚秋石殘?jiān)?滿足水深要求。如圖5所示,黑羊石灘為石質(zhì)淺灘,該灘右岸是一磧壩,為砂土沉積層,表層有部分卵石兼少量礁巴石,中洪水淹沒;左岸地形較陡,由較堅(jiān)硬的巖盤構(gòu)成。左岸原建有一長(zhǎng)順壩,起到了束水、固定槽位的作用。原河槽中有一連續(xù)不斷的高低差較大的礁石,71～72年對(duì)其進(jìn)行了炸除,但不夠徹底,使順壩中下段的航槽中暗礁較淺,水深不足,流速較大,造成礙航。(2)緩和平滑曲線考慮中洪水期可以利用右岸增加航道的寬度,根據(jù)該灘的水流及邊界條件特征,依靠左岸的主導(dǎo)河岸,與以順壩作為控制節(jié)點(diǎn),并與順壩相切,形成一個(gè)直圓相間的緩和平滑曲線,右岸上游以巖石凸嘴為控制節(jié)點(diǎn),下游沿穩(wěn)固的岸邊形成緩和平滑曲線。為對(duì)順壩中下段航槽中石盤進(jìn)行清炸,徹底清除原河槽中有一連續(xù)不斷的高低差較大的礁石,擴(kuò)大泄水?dāng)嗝?以滿足設(shè)計(jì)水深,調(diào)整流速,改善橫流和亂流。6.岸坡穩(wěn)定性如圖6所示,蹇家梁至飛纜子灘群,該灘左岸為普通砂巖、粘土覆蓋,有一大石梁(蹇家梁),成為枯水岸線,右岸多為巖石和砂卵石組成,岸坡穩(wěn)定,變化較小。蹇家梁大約與上游主流成60°交角伸入江心,好似一巨型下挑丁壩,將主流從左岸挑向右岸,形成一大片回流,年復(fù)一年,形成江心洲即橫盤磧,由于橫盤磧?cè)诤樗椭兴谥揞^和兩側(cè)受水流的沖刷,沖刷下來(lái)的泥沙在環(huán)流的作用下一部分帶向岸邊,因此橫盤磧中下段航道航槽兩側(cè)淺、窄,其余部分被帶到江心洲的尾部,加之飛纜子突嘴端部伸入航槽,形成了飛纜子下游航槽中有零星淺區(qū),具有彎、窄、淺、險(xiǎn)的特點(diǎn)。(2)整治線排沙線考慮炸掉蹇家梁和江心洲橫盤磧工程量大的特點(diǎn),充分利用該灘的深水區(qū),固定岸邊、江心洲和原有順壩為控制節(jié)點(diǎn),形成緩和而平滑的連續(xù)曲線作為整治線。沿整治線炸除蹇家梁尾部、飛纜子突嘴和橫盤磧外側(cè)黃益石附近的礁盤,以滿足航槽寬度和減弱蓄水期滑梁水,使滑梁水盡量向岸邊移動(dòng);由于環(huán)流沖下的多為泥沙一部分在岸邊造成了航槽的淺、窄,一部分在江心洲尾部形成了零星的淺區(qū),因此對(duì)蹇家梁尾部與橫盤磧上首之間的航槽和飛纜子下游航槽進(jìn)行挖槽疏浚。四、工程河段航道設(shè)計(jì)、寬體結(jié)構(gòu)改造工程河段航道寬通過對(duì)整治效果的實(shí)測(cè)和實(shí)船驗(yàn)證,嘉陵江草街至河口段航道整治一期工程完成后,工程河段航道水深、寬度、彎曲半徑等要素滿足設(shè)計(jì)要求,整治建筑物總體穩(wěn)定;下白鶴灘、飛纜子灘等六個(gè)整治河段的通航水流條件得到了明顯改善,不良流態(tài)減弱,滿足在設(shè)計(jì)水位情況下1,000t級(jí)船舶安全通航要求。2.桌子角與王