許力源　張高峰　應(yīng)翰海

摘 要：交叉航段由于多條航道交織，交叉水域水流條件較為紊亂，船舶在區(qū)段內(nèi)通航時(shí)飄移量增大，導(dǎo)致船舶操縱難度增大，加大了水上交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。本文以秦淮河航道與溧水河、句容河交叉的三岔口航段為例，提出交叉航段通航安全關(guān)鍵因素，通過(guò)數(shù)學(xué)模型分析了交叉航道水流流態(tài)對(duì)船舶安全通航的影響，為類(lèi)似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：通航安全;航道;橫流

中圖分類(lèi)號(hào)：U698? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）10-0039-03

江蘇省境內(nèi)水網(wǎng)發(fā)達(dá)、航道密集，各條航道的自然狀況及通航狀況均各有差異，同時(shí)隨著航道網(wǎng)的不斷完善、通航船舶數(shù)量的不斷增加，不同類(lèi)型航道的自然條件對(duì)于通航安全的影響將逐步顯現(xiàn)[1]。航道、海事部門(mén)通過(guò)大力建設(shè)VTS、AIS等監(jiān)管系統(tǒng)[2]來(lái)保證船舶通航安全。根據(jù)內(nèi)河航道現(xiàn)狀情況分析，內(nèi)河航道中對(duì)存在通航安全隱患的航段主要包括交叉航段、急彎航段、橋區(qū)航段、船閘航段等[3]。其中，交叉航道因航段由于多條航道交織，交叉水域水流條件較為紊亂，船舶在區(qū)段內(nèi)通航時(shí)飄移量增大，導(dǎo)致船舶操縱難度增大，同時(shí)，相鄰各航道內(nèi)船舶進(jìn)出頻繁，進(jìn)一步加大了水上交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。另一個(gè)方面，由于交叉航段水流為多方匯集，航段底部水流在沖向航道兩壁的過(guò)程中，將大量的泥砂也帶到航段區(qū)域淤積，泥砂淤積的地方往往形成水下潛洲，導(dǎo)致航道內(nèi)局部水深變淺，容易造成區(qū)域內(nèi)通航船舶擱淺事故。綜上可見(jiàn)，交叉航段水流激烈碰撞，且易產(chǎn)生漩渦及泥砂淤積，同時(shí)在交叉航段船舶會(huì)讓的概率增大，是事故多發(fā)地段。本文以秦淮河航道與溧水河、句容河交叉的三岔口航段為例，開(kāi)展交叉航段通航安全評(píng)估技術(shù)研究;梳理交叉航段通航安全關(guān)鍵因素;提出交叉航段通航安全評(píng)估方法，為類(lèi)似工程提供借鑒。

1 評(píng)估重點(diǎn)分析

交叉航道的交匯區(qū)流態(tài)復(fù)雜，水流泥砂運(yùn)動(dòng)規(guī)律各異，對(duì)船舶通航的影響主要包括兩個(gè)方面，一是由于各航道水文條件不一，當(dāng)航道內(nèi)水流流量差異較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相互頂托甚至倒灌，對(duì)交叉段航道的水流條件產(chǎn)生較大的影響;二是會(huì)在交匯滯流區(qū)泥砂落淤，漂浮物聚積，對(duì)航道的水深條件產(chǎn)生較大影響。

由于河道交匯區(qū)水流相互頂托，交匯口處呈現(xiàn)明顯的環(huán)流二次流，水面坡降、交匯點(diǎn)位置隨著匯流比的變化而改變，淺灘相對(duì)較多，河床變化較多，因此，該交叉航段通航安全評(píng)估除一般的氣象條件外，應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)航道橫流、航道二次環(huán)流和交匯口泥沙淤積，三個(gè)主要因素進(jìn)行評(píng)估。具體評(píng)估要求見(jiàn)表1

2 評(píng)估對(duì)象

根據(jù)上文分析，本文以秦淮河航道與溧水河、句容河交叉的三岔口航段為例，介紹交叉航段通航安全評(píng)估方法。秦淮河流域位于長(zhǎng)江下游南側(cè)，秦淮河是長(zhǎng)江的一條支流，在南京市區(qū)入長(zhǎng)江，流域北側(cè)為寧鎮(zhèn)山區(qū)，南為橫山和東廬山，西南為牛首山、云臺(tái)山，東到句容市的茅山，流域面積2631km2。上游有南北兩源，南源出于溧水縣東蘆山北，北源出于句容市寶華山西南。南北兩源分別經(jīng)溧水河、句容河在江寧區(qū)西北村匯合，匯合處以上流域面積為1942km2。

3 評(píng)估內(nèi)容和方法

采用二維水流模型模擬交叉航段水流流態(tài)，對(duì)航道中橫流的大小、二次環(huán)流的范圍、河道交匯口泥沙淤積礙航等影響航道通航安全的關(guān)鍵因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1模型范圍

模型范圍：北邊界距擬建秦淮河大橋約870m，東邊界距擬建秦淮河大橋址處約1400m，南邊界距擬建秦淮河大橋約1270m。模型范圍見(jiàn)圖1。

計(jì)算網(wǎng)格：采用三角形網(wǎng)格，為精確模擬橋墩附近水流，網(wǎng)格尺度取為2～20m。計(jì)算模型共有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)16414個(gè)，三角形單元31995個(gè)。

3.2計(jì)算參數(shù)

河道糙率取0.02～0.025，時(shí)間步長(zhǎng)取為30s。

3.3計(jì)算工況

根據(jù)在江寧區(qū)航道站的調(diào)研及相關(guān)資料分析，工程河段上下游均受閘門(mén)控制，非汛期河道內(nèi)水流流態(tài)平緩，因此，本次研究主要分析計(jì)算最高通航水位、50年一遇洪水水位及100一遇洪水水位下的水流流態(tài)，計(jì)算組次見(jiàn)表2。

3.4計(jì)算結(jié)果

（1）交叉航段水流流態(tài)：圖2為秦淮河交叉航段水流流態(tài)圖，由圖可以看出，不同工況下，由于河道交匯區(qū)水流相互頂托，交匯點(diǎn)位置隨著匯流比的變化而改變;工況1交匯口處呈現(xiàn)兩個(gè)明顯的環(huán)流二次流。

（2）橫流：為分析秦淮河航道交叉航段橫流情況，沿航道中心線(xiàn)處布置了17個(gè)采樣點(diǎn)，見(jiàn)圖3。表3給出3種工況下橫流值，可以看出，不同工況下橫流最大值出現(xiàn)在匯流口（9#），最高通航水位下相應(yīng)的各采樣點(diǎn)航道橫流值均較小，最大不超過(guò)10cm/s，50年一遇及100年一遇洪水工況下航道橫流值也較小，最大為12cm/s，航道橫流值均沒(méi)有超過(guò)規(guī)范限定值30cm/s。

4 評(píng)估結(jié)果及建議

（1）由于河道交匯區(qū)水流相互頂托，交匯點(diǎn)位置隨著匯流比的變化而改變;工況1交匯口處呈現(xiàn)兩個(gè)明顯的環(huán)流二次流，在這一段區(qū)域范圍內(nèi)流向不穩(wěn)，對(duì)船舶操縱產(chǎn)生一定的影響。

（2）不同工況下橫流最大值出現(xiàn)在匯流口，流致漂移量問(wèn)題是船舶安全通航應(yīng)該注意的一個(gè)重要問(wèn)題。

（3）兩航道的水流交匯后，在江心洲的末端，由于兩股水流碰撞后流速抵消，大量水流在此附近旋轉(zhuǎn)形成駐點(diǎn)。由于水流中含有大量的泥砂，水流在江心洲末端旋轉(zhuǎn)停留的過(guò)程中，也將泥砂帶到此地淤積而形成淺水。如果淤積程度導(dǎo)致此地的水深小于船舶的吃水，船舶就會(huì)擱淺。

（4）由于交叉航道“面流向心、底流朝岸”的特性，導(dǎo)致交叉航道附近存在航道底部到水面的環(huán)流分量。當(dāng)船舶在經(jīng)過(guò)交叉航道時(shí)，受這一環(huán)流分量的影響，船體水線(xiàn)以下的各個(gè)部位受到水流的側(cè)向力不一致，船體傾斜比較嚴(yán)重。同時(shí)交叉航道船舶流量較大，兩分道的船舶都匯集于此，船舶交織、穿梭情況較多。船舶運(yùn)動(dòng)在交叉航道產(chǎn)生興波，這種興波會(huì)對(duì)他船產(chǎn)生沖擊，引起他船傾斜加劇，為了減少船舶的傾斜量，建議航段內(nèi)船舶合理配載。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝小強(qiáng)， 關(guān)于復(fù)雜通航環(huán)境下通航安全的思考[J]. 中國(guó)水運(yùn)， 2021，21（4）：9-10

[2] 趙顯峰， 孔晨， 牟學(xué)東. 內(nèi)河通航水域安全監(jiān)管手段研究[J]. 中國(guó)水運(yùn)，2021（1）：55-57.

[3] 孔憲衛(wèi)，張慶河，楊宗默，等. 河床演變影響下橋區(qū)水域通航安全研究[J]. 中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)， 2021，31（3） ： 128-134.