程從虎

摘 要：本文從水沙運(yùn)動(dòng)與河道演變的關(guān)系研究壩油灘航道演變與礙航機(jī)理，根據(jù)不同流量下的水沙關(guān)系來分析灘險(xiǎn)成因；通過物理模型試驗(yàn)研究，分析灘險(xiǎn)水流能量在空間上的分配特點(diǎn)，從而探尋有效的整治措施，為類似灘險(xiǎn)整治提供借鑒。

關(guān)鍵詞：壩油灘演變分析 整治方案 物模試驗(yàn)

北盤江是紅水河上游主要支流，發(fā)源于云南省沾溢縣馬雄山北麓，由西北流向東南，于貴州省望謨縣蔗香附近與南盤江匯合后稱為紅水河，南盤江、北盤江和紅水河習(xí)慣上稱為“兩江一河”。北盤江—紅水河航道是國(guó)家規(guī)劃的“兩橫一縱兩網(wǎng)十八線”高等級(jí)航道之一，是貴州南入珠江的水運(yùn)出海通道。

“十五”期間，貴州啟動(dòng)了西南水運(yùn)出海通道中線起步工程建設(shè)，按Ⅴ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)整治“兩江一河”航道共336km。其中北盤江壩草至兩江口段97km，整治灘險(xiǎn)36處，航道尺度為1.3×22×140m（水深×航寬×彎曲半徑）。

壩油灘下距兩江口約76km，屬北盤江典型的溪錐型砂卵石混合灘險(xiǎn)，灘長(zhǎng)，航槽多變，以寬、淺、彎礙航著稱。該灘地形邊界條件復(fù)雜，左右岸有溪溝匯入形成錯(cuò)口溪錐，溪錐隨溪溝每年來水來沙量不同而存在變化；該灘河床地質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜，基巖、巨石、卵石、粗沙共存，粒徑差異較大，既有上游來沙，也有溪溝泥石流匯入，水沙條件復(fù)雜；該灘洪、中、枯三級(jí)水流動(dòng)力軸線不一致，航槽多變。該灘在1986年-1996年間歷經(jīng)2次整治，工程前后灘段深泓線位置均存在明顯變化，且工程后不久整治建筑物均被沖毀，整治均未達(dá)到預(yù)期效果，整治難度極大。

項(xiàng)目業(yè)主十分重視解決壩油灘礙航問題，本次整治將壩油灘作為航道工程所的重中之重，委托交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程研究所開展進(jìn)行物理模型試驗(yàn)，設(shè)計(jì)單位調(diào)集經(jīng)驗(yàn)豐富的人員開展設(shè)計(jì)攻堅(jiān)，與模型試驗(yàn)緊密結(jié)合反復(fù)研究推敲，提出了針對(duì)礙航特點(diǎn)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，工程實(shí)施達(dá)到了預(yù)期效果。

1.灘險(xiǎn)演變及礙航因素分析1. 1地質(zhì)地貌

壩油灘地質(zhì)主要由砂卵石、粒徑較大卵石溪錐和零星暗礁組成。上段河床順直，兩岸為淤沙及坍塌剝落的沙質(zhì)頁巖，常年洪水線上下有局部小范圍滑坡，右岸沙卵石邊灘平緩，伸入河心，將航槽逼向左岸，航道進(jìn)口處有零星暗礁；下段左右溪錐交錯(cuò)，左岸溪錐淤積較高，上平下陡，卵石粒徑較大，右溪錐平矮寬闊，表面矗立零星大孤石。

1.2灘險(xiǎn)演變及礙航因素分析

壩油灘灘長(zhǎng)約1300m，枯水水位落差1.51m，平均比降1.16‰，局部最大比降為3‰，最大流速2.54m/s，最小水深0.8m，為典型的北盤江溪錐錯(cuò)口灘。灘上段順直，河面寬淺，由于受中下段兩岸溪錐錯(cuò)口頂托，洪水時(shí)砂卵石在上段落淤，枯水時(shí)水流沖刷能力不足，在右岸形成寬淺砂卵石邊灘，且隨著每年的來水來沙量不同，卵石邊灘不斷變化，上段航槽左右擺動(dòng)，極不穩(wěn)定，河面寬淺，因?yàn)樗畈蛔愣K航。中下段兩岸溪錐交錯(cuò)凸入河心，使航槽呈“S”型，在右岸溪錐頭部和左岸溪錐尾部形成深沱倒套，進(jìn)口處流急浪大，灘尾寬淺，水深不足而礙航。

八十年代末，九十年代初，“兩江一河”復(fù)航整治工程期間，曾對(duì)該進(jìn)行整治，在上段修建了一系列散拋石丁、順壩，束水攻沙，穩(wěn)定上段航槽，右岸溪錐頭部修建順壩堵塞倒套。北盤江水流以推移質(zhì)造床為主，水流挾沙能力強(qiáng)，工程實(shí)施一個(gè)水文年后，大部分導(dǎo)治建筑物被沖毀，整治成果很難穩(wěn)固。具體見圖1。

2.整治方案及整治后效果

2. 1設(shè)計(jì)水位及流量

壩油灘設(shè)計(jì)流量為86.3m3/s，相應(yīng)設(shè)計(jì)水位灘頭為348.502m，灘尾為346.524m。

2.2整治水位、流量及整治線寬度

整治水位根據(jù)物理模型試驗(yàn)研究，結(jié)合北盤江多年整治經(jīng)驗(yàn)，整治水位為設(shè)計(jì)水位以上1.0～1.2m，相應(yīng)整治流量為200～250m3/s，整治線寬度為60～70m。

2.3整治方案

針對(duì)該灘礙航因素，提出了幾個(gè)整治方案進(jìn)行分析比選，最后確定整治方案如下：

（1）在左岸溪錐上部修建5#順壩和6#、7#、8#格壩；在右岸修建1#鉤壩，2#、3#、4#丁壩。目的是鞏固兩岸邊灘，束窄河床，調(diào)整水流動(dòng)力軸線，增加整治水位時(shí)航槽的沖刷能力。

（2）在5#順壩外側(cè)修建11#、12#、13#、14#短丁壩，以增加枯水時(shí)該段航槽的沖刷能力。

（3）在左岸溪錐下部修建9#順壩，以調(diào)整流向、穩(wěn)固邊灘和減緩掃彎水。同時(shí)在該段擴(kuò)大航槽開挖寬度（27m），以增加過流斷面，減小該流速。

（4）在灘中部修建10#潛壩堵塞中部深槽，防止河底沖刷。

（5）右岸溪錐口利用原建順壩封彎，防止溪溝來流直接沖刷航槽。

（6）按照設(shè)計(jì)航槽進(jìn)行開挖，滿足航道尺度要求。

2.4整治后效果

工程實(shí)施后，該灘各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期目的，設(shè)計(jì)水位時(shí)灘中段水位最大降落約0.2m，最大流速出現(xiàn)在灘中下部，約2.6m/s。

項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)過1個(gè)水文年后，該灘上段獲得了較滿意效果，但下段發(fā)生較大演變，原建右岸封彎順壩遭水毀，左溪錐下沿及航槽淤積問題未能解決，在水位回落至348.0～347.5m時(shí)，由于淤積于航槽中之泥沙不能及時(shí)被歸槽水流帶走，致使右邊堆擴(kuò)大侵占航槽，航寬、水深不足而礙航。為徹底治理好該灘，我們委托科研單位開展物理模型試驗(yàn)對(duì)該灘下段進(jìn)行研究分析。

3.補(bǔ)充整治方案及整治后效果

3. 1補(bǔ)充整治方案

針對(duì)整治后的演變情況，我們對(duì)該灘下段整治方案進(jìn)行了認(rèn)真的分析研究，經(jīng)過討論，提出如下整治措施：為使航槽避開淤積區(qū)，在順應(yīng)洪水動(dòng)力軸線的右邊堆上開辟新航槽；右岸建順壩調(diào)整中洪水流向，使水流歸槽，左岸通過導(dǎo)治建筑使淤積邊灘穩(wěn)固。具體詳見圖3。endprint

（1）于右岸邊灘C66～C92間開辟新航槽，寬22m，縱坡為3.5‰。同時(shí)對(duì)航槽兩側(cè)進(jìn)行切灘處理，切灘高程為航槽底高程以上1m，右側(cè)切灘采用變坡設(shè)計(jì)，邊坡為1∶30；

（2）右岸建1#順壩封彎，調(diào)整流向。該順壩與原被沖毀順壩相似，方向偏向下游，其所受洪水作用力有所減小，但應(yīng)進(jìn)行加固處理；

（3）左岸建2#、3#鉤頭丁壩穩(wěn)固洪水淤積邊灘；

（4）切割左邊灘C47～C62段伸入河心凸嘴，以減弱對(duì)上游的水流壅阻及中洪水對(duì)1#順壩的沖擊。

3.2效果分析

（1）物理模型效果分析

通過物模試驗(yàn)，在86m3/s設(shè)計(jì)流量下，航槽內(nèi)水深全部滿足1.3m的設(shè)計(jì)水深要求。受下游開挖影響，上深槽水位較原整治方案下降了0.1m，灘上段淺區(qū)挖槽尾部水位下降了0.06m，水深為1.43m，物模試驗(yàn)表明，灘下段補(bǔ)充方案整治未影響上段已施工的工程效果。86m3/s設(shè)計(jì)流量下工程區(qū)局部最大比降為3.48‰，300m3/s流量下工程區(qū)局部最大比降為3.7‰。

86m3/s流量下進(jìn)口段流速比較小，主要是由于該段上臨深槽，水位比較平緩所致，流速沿航槽逐漸增大，在出口處流速達(dá)2.98m/s。300m3/s流量下流速也是沿程增大的，進(jìn)口段流速為 1.51m/s，出口段增大到3.08m/s，斷面流速分布均勻。655m3/s流量下隨著壩頂過流，航槽內(nèi)流速沿程變化量減小，流速由1.77m/s增大到2.82m/s。隨著流量的增大，航槽內(nèi)流速減小，這是由于洪水時(shí)主流取直過灘，航槽處于主流的邊緣地帶所致。

（2）工程實(shí)施后效果分析

工程實(shí)施后整治效果較好，通過竣工測(cè)量觀測(cè)，該灘達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，整治后效果與物模試驗(yàn)結(jié)果比較接近。

4.結(jié)語

通過該灘整治和效果分析可得出，在山區(qū)河流航道整治設(shè)計(jì)中應(yīng)充分分析灘險(xiǎn)成因，分析上游的來水來沙量和水流的造床作用方式，才能采取針對(duì)性的整治措施，達(dá)到好的整治效果，同時(shí)應(yīng)充分考慮水流作用力對(duì)整治建筑物的影響，對(duì)整治建筑物進(jìn)行加固處理，防止水毀，以穩(wěn)定整治成果。該灘整治方案結(jié)合物模試驗(yàn)研究確定，整治后效果與物模試驗(yàn)結(jié)果比較接近，因此，對(duì)于成因復(fù)雜、整治難度大的灘險(xiǎn)，采用物模試驗(yàn)研究是很有必要的，其作用也是明顯的。

參考文獻(xiàn)：

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