王雨翔
摘要 根據(jù)重慶主城區(qū)銅元局段航道整治研究表明,有許多淺冰磧突出到河中,使水道變窄,嚴(yán)重限制其通過(guò)能力,文章分析了該項(xiàng)目的水文和沉積特征,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了航道的水文整治方案,采用疏浚和筑壩相結(jié)合的方式穩(wěn)定工程,溪流斷面變寬,水道變寬,通過(guò)建立水沙二維數(shù)值計(jì)算模型,系統(tǒng)分析整治前后的經(jīng)營(yíng)計(jì)劃,航道狀況得到很大改善。
關(guān)鍵詞 航道整治;通航尺度;數(shù)值模擬;礙航淺磧
中圖分類(lèi)號(hào) TV85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949(2022)07-0023-03
0 前言
因?yàn)殚L(zhǎng)江上游水頭落差大,河床成分粒度大,下層物質(zhì)主要為礫石和沙石,沿江斷面變化很大。河流布滿(mǎn)礁石和淺冰磧,極大地影響了航道的航行條件,通過(guò)工程措施進(jìn)行改造,提高航行效率[1]。
1 工程河段水文泥沙特性
1.1 流量特性
根據(jù)距離工程段上下游最近的兩個(gè)閘站——竹沱站(工程段上游16.5 km)和寸灘站(工程段下游9.3 km)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),分析歷史流量特征,圖1為兩個(gè)水文站近30年的累積流量頻率分布曲線(xiàn),采用Pearson型水文頻率分布曲線(xiàn)。分析結(jié)果表明,該項(xiàng)目段的特征性洪水每20年發(fā)生一次,為24 500~30 500 m3/s;30年一遇的特征洪水為25 000~34 000m3/s;50年一遇的特征洪水為27 500~41 500m3/s。
1.2 水位特征
2008 年之前,工程范圍是天然水道,水位和流量與功率曲線(xiàn)有顯著關(guān)系。由于2008年三峽大壩175 m蓄水池的運(yùn)行,項(xiàng)目河段成為回流區(qū),與水之間沒(méi)有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系,在河道之間回流,圖2為寸灘站斷面水位~流量關(guān)系曲線(xiàn)。其中,工程河段水位在158.6~185.5 m之間變化,多數(shù)是處于162.0~170.0 m之間(概率密度為84.2%)。
2 工程河段礙航特性分析
研究段河道彎曲,礁石多。上游是拐角酒吧灘,兩岸突入河中,河道極為狹窄[2]。且河道偏離河型,下游有白鶴梁凹礁擠壓水流。旱季由于九堆子航道改道,有效通航寬度小于100 m,航道平均流速1.75 m/s,最大流速2.64 m/s,水面垂直坡度為0.41%,水面水平比為1.89%。圖3顯示了航道研究部分的平面形態(tài)。
3 工程河段整治方案設(shè)計(jì)
重慶主城區(qū)銅元局段航道整治航道整治平面布置方案如圖4所示。
(1)由于九堆子、白鶴梁通航水深不足,需要疏浚。其中,九堆子疏浚范圍從角壩灘延伸至潭子口,平面形狀狹長(zhǎng),總面積9.35萬(wàn)m2。白鶴梁由三角形冰磧延伸至海灘頭骨,平面形狀不規(guī)則,疏浚面積約12.65萬(wàn)m2。
兩個(gè)清淤區(qū)底高程分別開(kāi)挖至160.80 m和160.50 m,確保設(shè)計(jì)水深3.7 m,周邊邊坡坡比1∶3。
(2)在雞心磧右岸和三角磧右岸設(shè)置丁壩,穩(wěn)定河勢(shì),防止側(cè)灘淺冰磧沖入河中心。其中,紀(jì)信冰磧右岸丁壩沿線(xiàn)L1長(zhǎng)200 m,鉤頭L2長(zhǎng)260 m,夾角約153°。在三角形冰磧的右岸,沿壩丁壩長(zhǎng)度L1為525 m,鉤頭長(zhǎng)度L2為130 m,夾角約為138°。
4 整治效果數(shù)值模擬分析
運(yùn)用數(shù)值模型計(jì)算時(shí),依據(jù)最低通航的流量方案,計(jì)算實(shí)施前后的工程情況,可見(jiàn),最低通航流量時(shí),工程河段流量為2 650 m3/s,水位為166.72 m。
4.1 流場(chǎng)變化
整治前后工程河段流場(chǎng)分析表明,在進(jìn)行整治以前,雞心磧的右岸水流有向旁邊灘分散的情況,流線(xiàn)和主流方向的夾角達(dá)到42%[3]。九堆子的附近遍布回流和湍流的區(qū)域。在進(jìn)行整治以后,雞心磧的右岸水流在定順壩引導(dǎo)下有向主流匯聚的情況,側(cè)灘水流大幅減少,呈現(xiàn)緩流狀態(tài),流線(xiàn)大幅偏轉(zhuǎn)。
在雞心磧丁壩,大量水流回流到左槽,使槽速略有增加。在丁壩頭部,水流收斂速度的增加逐漸被疏浚河道和減緩水深的增加所抵消[4]。整個(gè)河段的水流結(jié)構(gòu)更加順暢,流型得到很大改善。
4.2 航行尺度的變化
選擇了工程部?jī)蓚€(gè)典型部分,項(xiàng)目改造前后兩個(gè)典型路段的通航尺度變化見(jiàn)圖5。據(jù)分析,在研究條件下,重慶主城區(qū)銅元局段航道整治段航道水深大幅增加。其中,典型斷面1(雞心雷斷面)平均水深由整治前的5.90 m增加到7.51 m,通航深度由5.22 m增加到6.63 m,典型斷面2(九堆子斷面)平均水深由整治前的6.66 m增加到7.42 m,通航深度由5.64 m增加到7.43 m,通航規(guī)模顯著增加,符合通航條件。
5 航道管理措施
工程改造完成后,應(yīng)采取以下措施完善運(yùn)河管理,保障航行段船舶的通行條件。
5.1 流場(chǎng)變化
航道部門(mén)(相關(guān)管理執(zhí)法部門(mén))要加大航標(biāo)檢查力度,及時(shí)修復(fù)異常標(biāo)志。每月定期檢查本段航標(biāo)3次,間隔合理,至少每月檢查一次陸標(biāo)。所有浮標(biāo)位置均由全球定位系統(tǒng)測(cè)量,并以帶電位置為準(zhǔn)[5-6]。誤差采用解析法計(jì)算,主航道浮標(biāo)誤差半徑不超過(guò)40 m。對(duì)于河道的特殊路段,如橋區(qū),每晚都要檢查航標(biāo)。維修船得知信號(hào)異常后,應(yīng)在1 h內(nèi)進(jìn)行處理,橋區(qū)信號(hào)應(yīng)在0.5 h內(nèi)恢復(fù)航行。同時(shí),注意收集意見(jiàn)和建議,適當(dāng)調(diào)整指示牌,方便船只航行。
5.2 做好渠道調(diào)查和研究分析
加強(qiáng)檢查是及時(shí)了解最新變化的重要手段,航道部門(mén)必須提前規(guī)劃好相關(guān)檢查計(jì)劃,若河道有新的變化時(shí),第一時(shí)間向上級(jí)稟報(bào),按照相關(guān)情況對(duì)河道的探測(cè)適當(dāng)增加檢測(cè)密度和控制范圍[7]。橋梁區(qū)、碼頭區(qū)等重點(diǎn)部位,當(dāng)水位達(dá)到最高通航水位時(shí),應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)探測(cè),尤其是水位快速下降時(shí),應(yīng)在時(shí)間和探測(cè)范圍內(nèi)增加探測(cè)次數(shù),在保證自身安全的前提下,加強(qiáng)對(duì)測(cè)繪成果的分析,對(duì)最新的測(cè)繪件進(jìn)行全面對(duì)比分析,把握演變趨勢(shì),早決策,確保維護(hù)規(guī)模。
5.3 設(shè)備提前到位,保證航道施工的需要
航道部門(mén)(相關(guān)管理執(zhí)法部門(mén))要及時(shí)組織適當(dāng)?shù)木S修船進(jìn)行航道維修,合理組織維修船的維修保養(yǎng)工作,確保維修船和設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中處于正常運(yùn)行狀態(tài),汛、旱季前,所有生產(chǎn)材料和設(shè)備必須提前到位,以滿(mǎn)足航道生產(chǎn)需要。
5.4 加強(qiáng)水位監(jiān)測(cè)
重慶主城區(qū)銅元局段航道整治段航道維修規(guī)模是在多年測(cè)繪分析和充分利用當(dāng)?shù)厮坏幕A(chǔ)上提出的。相關(guān)設(shè)計(jì)人員要繪制水位隨時(shí)間變化的曲線(xiàn),加強(qiáng)與同期歷史水位的對(duì)比,根據(jù)水位變化情況采取相應(yīng)的維護(hù)措施。上游流量,結(jié)合當(dāng)月水下地形變化和航道維修規(guī)模。
5.5 嚴(yán)格遵守安全規(guī)章制度,確保施工安全
重慶主城區(qū)航道整治段航道整治水深增加后,標(biāo)牌將大型化,標(biāo)牌位置在深水區(qū),難度加大的水路。對(duì)工人的技術(shù)水平提出了更高的要求[8]。水運(yùn)管理單位要加強(qiáng)一線(xiàn)人員培訓(xùn),建立安全管理機(jī)構(gòu),健全安全保障體系,制定安全管理制度,落實(shí)安全責(zé)任制。
5.6 強(qiáng)化行政管理,積極擴(kuò)大影響
重慶主城區(qū)銅元局段航道整治航段的運(yùn)管單位應(yīng)加強(qiáng)與海事、港航等部門(mén)的交流溝通,征求相關(guān)航行單位對(duì)維護(hù)尺度提高后航標(biāo)調(diào)整和航道維護(hù)的意見(jiàn)和建議,及時(shí)優(yōu)化調(diào)整航標(biāo),為船舶航行提供安全便捷保障。同時(shí)應(yīng)適時(shí)邀請(qǐng)航運(yùn)企業(yè)召開(kāi)座談會(huì),大力宣傳深水航道的作用及航道資源的保護(hù)和利用,著力提高深水航道的行政管理水平,增強(qiáng)公共服務(wù)能力。
6 結(jié)語(yǔ)
九堆子灘涂整治方案是根據(jù)河段水動(dòng)力條件和河道整治原則設(shè)計(jì)的,通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算驗(yàn)證,采用該項(xiàng)目改造方案后,航道勘察段水位上升,流速下降,水面坡度減慢。渠道條件得到很大改善,整治效果良好。工程整治完成后,應(yīng)采取相關(guān)管理措施提高航道管理力度,保障航段船舶通行條件。
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