烏江白濤河段郭母子灘航道整治

張艾文，張帥帥，伍文俊，何 洋

（1.重慶交通大學(xué)國(guó)家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，重慶 400074;

2.重慶交通大學(xué)水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400074;3.長(zhǎng)江航道局，湖北武漢 430010）

烏江白濤河段郭母子灘航道整治

張艾文1，2，張帥帥1，2，伍文俊3，何 洋1，2

（1.重慶交通大學(xué)國(guó)家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，重慶 400074;

2.重慶交通大學(xué)水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400074;3.長(zhǎng)江航道局，湖北武漢 430010）

郭母子灘灘性復(fù)雜，屬于兩峽之間開闊河段灘險(xiǎn)，淺、急、彎及險(xiǎn)的礙航特性并存。采用疏浚與筑壩結(jié)合的整治方案，選取5組整治方案進(jìn)行物理模型試驗(yàn)，根據(jù)整治前后的分流比、流速、流態(tài)等指標(biāo)綜合比較，最后推薦方案5為郭母子灘整治實(shí)施方案。

烏江;郭母子灘;航道整治;方案比選

烏江河口—白馬河段在三峽正常蓄水期航道條件將得到根本改善，但在水庫(kù)消落期，該河段受三峽壩前水位下降影響，同時(shí)受上游銀盤、白馬樞紐下泄流量的限制，航道仍存在一些問題。隨著國(guó)家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，烏江沿江經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。沿江各級(jí)政府和相關(guān)企業(yè)對(duì)提高烏江河口—白馬河段航道等級(jí)的要求非常迫切，對(duì)其航道進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)，切實(shí)提高其航道等級(jí)及通過能力是十分必要的。

烏江河口以上25 km處白濤—白馬河段內(nèi)共計(jì)20 km有獅子口灘群、郭母子、大溪河口、上下邊灘、大角邦、廟門灘、曲石子、小角邦、磨船背等9處灘險(xiǎn)。對(duì)這9處灘險(xiǎn)工程進(jìn)行整治以后，烏江河口—白馬河段將達(dá)到三級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，其航運(yùn)能力將大幅提升，對(duì)烏江沿線經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展意義重大［1］。

1 工程概況

郭母子灘位于大溪河口下游約2 km，烏江河口上游約28 km處，是枯水彎、窄、急險(xiǎn)灘，烏江在大溪河口以下至烏江河口江段，江面放寬，洪水時(shí)期烏江河面寬度變幅約180 m，江面寬度最大時(shí)約330 m，郭母子灘段內(nèi)有一卵石江心洲，該江心洲長(zhǎng)度為500 m，平均寬度為100 m，江心洲把水流分為左右兩汊，左汊長(zhǎng)度為500 m，江心洲兩端寬度為100 m，中間寬度最窄處為60 m，水面平均縱坡1‰，最小水深0.5 m，最大比降1.6‰，最大流速2 m/s，枯水期不能通航;右汊為通航主汊，枯水時(shí)，灘上口水深1.8 m，江面平均寬度約65 m，有效航道寬度小于30 m，水面平均比降0.67‰，彎曲半徑100 m，最大流速2.87 m/s，最大比降1.5‰，灘上口最大橫比降2.6‰，航槽上段右岸流態(tài)較紊亂。中洪水期兩汊均能通航，但船舶仍走右汊［2-3］。

2 灘險(xiǎn)礙航特性

郭母子灘是多年形成的汊流灘，兼有淺、險(xiǎn)及航寬不足的礙航特性。

郭母子灘右汊較左汊通航條件好，右汊是通航主汊，但在右汊上口、中段及下口都存在礙航部位。右汊上口經(jīng)1991年炸除右岸突咀、建洲頭壩和挖槽疏浚達(dá)到了當(dāng)時(shí)的航道規(guī)劃尺度，并改善了原水流彎曲和強(qiáng)大橫流的礙航流態(tài)，但經(jīng)多年的河床沖淤變化，尤其是在三峽蓄水促淤，加之通航標(biāo)準(zhǔn)的提高，右汊上口過渡段淺區(qū)通航水深不能滿足此次整治要求。右汊中段凹岸陡峻，彎頂點(diǎn)有溪溝入?yún)R，在入?yún)R口形成溪溝邊灘突咀，伸入航槽，與江心洲右緣磧翅對(duì)峙形成卡口，導(dǎo)致航寬不足，水流彎急，并在卡口過后形成吸流深沱。右汊下口即左右汊匯流區(qū)，河床寬淺，并且匯流造成能量損失，輸沙能力減弱，泥沙落淤而形成淺灘，1991年曾在江心洲尾修筑洲尾順壩以穩(wěn)定右汊出口航槽，效果較好，到2010年略有淤積，不能滿足1 000 t級(jí)船舶的水深要求。

灘險(xiǎn)成因主要有以下3個(gè)方面:

1）烏江在大溪河口以下至烏江河口江段，江面放寬，洪水時(shí)期烏江河面寬度變幅約180 m，泥沙沉積是由于中洪水期水流挾沙能力急劇減弱，同時(shí)這也是江心州的主要形成原因。

2）大溪河口以下左岸存在多處石梁突咀，這些石梁突咀對(duì)水流挑流，使主流動(dòng)力軸線由左向右移動(dòng)，左右兩汊流量比為7∶3，左汊口門淤積，使河床抬高，河床礁石阻水使左汊不能發(fā)育。右汊在水流的沖刷作用下，河床降低，形成航槽。但左右汊分流段（右汊上口）流速相對(duì)較小，沖刷力度不夠是形成右汊上口過渡段淺灘的原因。

3）右汊中下段右岸有突咀挑流形成較大的沖刷坑，面流被吸向深槽，而底流將卵石推向左右汊交匯口，形成交匯口淺灘。但三峽水庫(kù)蓄水后突咀挑流過后的深沱有所淤積，高程抬高，對(duì)面流的吸流作用將減弱，對(duì)改善此處流態(tài)有一定的作用［4-5］。

3 整治方案

3.1 整治方案比選

三峽175 m蓄水以后該灘段處于變動(dòng)回水區(qū)的起始段，水庫(kù)狀態(tài)與天然河流狀態(tài)交替出現(xiàn)，灘性發(fā)展難以預(yù)測(cè)，整治方案設(shè)計(jì)缺少有力數(shù)據(jù)支撐。鑒于此對(duì)郭母子灘進(jìn)行數(shù)學(xué)和相關(guān)河段的物理模型試驗(yàn)。正在建設(shè)中的銀盤水電站位于整治河段的上游，整治河段下游受到三峽水庫(kù)回水的影響，因此，設(shè)計(jì)流量采用銀盤水電站最小下泄流量345 m3/s，各設(shè)計(jì)水位在考慮三峽回水影響的因素下采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果。郭母子灘險(xiǎn)設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)流量見表1，整治水位參數(shù)見表2。

表1 郭母子灘險(xiǎn)設(shè)計(jì)水位Table 1 Water level design of Guomuzi beach

表2 郭母子灘整治建筑物整治參數(shù)Table 2 Regulation structure parameters of Guomuzi beach

模型試驗(yàn)對(duì)郭母子河段進(jìn)行了5組整治方案試驗(yàn)。為具體分析每個(gè)方案采取工程措施后整治河段的水流條件變化，分別統(tǒng)計(jì)了Q=345（設(shè)計(jì)流量），755，1 600（整治流量）和3 560 m3/s等4級(jí)流量下各典型斷面的水位、流速變化。

郭母子灘各整治方案綜合比較情況見表3。

表3 郭母子灘整治方案優(yōu)化過程及綜合比較Table 3 Optimization process of renovation scheme and comprehensive comparison of Guomuzi beach

從工程內(nèi)容、方案實(shí)施效果，以及存在問題等方面綜合對(duì)比分析可以得出結(jié)論:整治方案5實(shí)施后，郭母子灘右汊進(jìn)口斜流強(qiáng)度減弱，航槽流速分布均勻;洲尾壩和短丁壩修建后，灘尾部航槽水流歸順，整個(gè)灘段比降減小，通航條件有明顯改善。因此推薦方案5為郭母子灘整治實(shí)施方案。

推薦方案模型試驗(yàn)效果:在設(shè)計(jì)流量下，郭母子灘疏浚挖槽進(jìn)口斜流強(qiáng)度較整治前減弱，整治后挖槽內(nèi)流速有所增大但其分布均勻，沒有不良流態(tài)，航槽水深增加，滿足設(shè)計(jì)要求航深;在整治流量下，航槽流速分布均勻流速均大于2.0 m/s，比河床中值粒徑泥沙的起動(dòng)流速大，無(wú)不良流態(tài)，能維持航槽穩(wěn)定。

3.2 筑壩方案平面布置與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 方案平面布置

為調(diào)整郭母子右汊進(jìn)口水流流態(tài)，將郭母子洲頭壩設(shè)計(jì)為折線型，壩的上下段與航槽中心線基本平行，上段壩頭與下段夾角約163°，為使分流點(diǎn)上移，加長(zhǎng)了上段壩的長(zhǎng)度，同時(shí)將郭母子灘洲頭壩壩頭前坡做成魚嘴形，坡度為1∶10。郭母子灘整治方案平面布置見圖1。

圖1 郭母子灘整治方案平面布置Fig.1 Renovation scheme the floor plan of Guomuzi beach

3.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）洲頭順壩

壩頂高程。壩頭壩頂高程為設(shè)計(jì)水位上2 m，即149.81m。

壩體結(jié)構(gòu)。壩體采用拋石結(jié)構(gòu)，壩面1 m厚范圍采用C30混凝土壓頂;壩根與洲體連接處采用拋石壓載，壓載的范圍為壩根上游20 m，下游30 m，左右各15 m，壓載厚度為1 m;壩頭采用拋扭王字塊。

斷面尺寸。壩體頂寬3 m，壩頂縱坡1∶1 000，兩側(cè)邊坡均為1∶2，壩頭做成魚嘴形，坡度1∶10。

2）洲尾順壩

壩頂高程。壩頭壩頂高程為設(shè)計(jì)水位上2 m，即149.55 m。

壩體結(jié)構(gòu)。同洲頭順壩。

斷面尺寸。壩體頂寬3 m，壩頂縱坡1∶1 000，兩側(cè)邊坡均為1∶2，壩頭坡為1∶10。

3）右岸順壩

壩頂高程。壩頭壩頂高程為設(shè)計(jì)水位上1m，即148.60m。

壩體結(jié)構(gòu)。壩體采用拋石結(jié)構(gòu)，壩面1 m厚范圍采用C30混凝土壓頂;壩根30 m范圍和壩頭采用扭王字塊拋筑。

斷面尺寸。壩體頂寬3 m，壩頂縱坡1∶1 000，兩側(cè)邊坡均為1∶2，壩頭坡為1∶10。

3.2.3 水力計(jì)算

郭母子灘在整治方案5（推薦方案）下進(jìn)行了水面線和斷面流速分布計(jì)算。郭母子灘段整治前、后水面線計(jì)算結(jié)果見表4。計(jì)算流量1 380 m3/s為2007年9月27日烏江河口—白馬河段的水位同比降觀測(cè)時(shí)的武隆站流量。

表4 工程前后水面線及流速變化計(jì)算成果（Q=1 380m3/s）Table 4 Calculation results of the water line and velocity variation before and after the project（Q=1 380 m3/s）

從表5中計(jì)算結(jié)果可以看出，整治工程實(shí)施后郭母子灘水位略有抬高，平均流速也略有增加，這說明筑壩達(dá)到了束水沖槽的目的，通航條件改善。

3.3 疏浚工程

3.3.1 疏浚方案

郭母子灘是多年形成的汊流灘，中間“魚”型江心洲分河道為左右兩汊，右汊為主汊，也為通航汊道。主要礙航問題是右汊上下口門水淺和航寬不足的問題，而河床質(zhì)為中密碎石土，因此宜采用疏浚與筑壩結(jié)合的整治方案。首先對(duì)主航槽上下淺區(qū)及與江心相對(duì)的右岸突咀進(jìn)行疏浚，其次輔以保持航槽穩(wěn)定和調(diào)順?biāo)鞯慕闹拗揞^、洲尾及突咀下游順壩［5］。疏浚工程標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖2。

圖2 郭母子灘疏浚工程標(biāo)準(zhǔn)橫斷面Fig.2 Standard cross-section of dredging engineering of Guomuzi beach

3.3.2 回淤量計(jì)算

根據(jù)灘段地勘資料，計(jì)算郭母子灘挖槽內(nèi)的起動(dòng)流速及起動(dòng)粒徑，其計(jì)算公式為:

式中:k為綜合系數(shù);γs為沙粒容重，kg/m3;γ為水容重，kg/m3;d為泥沙粒徑，m;h為水深，m;g為重力加速度，m/s2［6］。

按公式（1）計(jì)算出設(shè)計(jì)流量和整治流量下對(duì)應(yīng)的起動(dòng)粒徑，見表5。

表5 各級(jí)流量下的郭母子灘起動(dòng)粒徑Table 5 Starting particle size under different flow of Guomuzi beach

郭母子灘床沙質(zhì)組成為卵石夾中砂，卵石50%，圓粒20%，中砂30%，平均粒徑40 ～50 mm，因此也能保持挖槽基本穩(wěn)定。

3.3.3 斷面設(shè)計(jì)

郭母子灘河床底質(zhì)為中密碎石土，因此采用疏浚措施對(duì)不滿足水深要求的部位治理。需要疏浚的區(qū)域可分為右汊主航槽入口過渡段淺區(qū)（疏浚1區(qū)）和出口過渡段淺區(qū)（疏浚2區(qū)）。兩處疏浚區(qū)最下游斷面設(shè)計(jì)水位分別為147.67 m和147.37 m。疏浚水深2.9 m，底坡根據(jù)該灘設(shè)計(jì)最低通航水位的水面線確定的比降，定為0.000 6，挖槽邊坡1∶3。施工超深 0.4 m，超寬 3 m［7-8］。

4 結(jié)論

1）整治工程實(shí)施后郭母子灘水位略有抬高，平均流速也略有增加，這說明筑壩達(dá)到了束水沖槽的目的，通航條件改善。

2）郭母子灘是烏江河口至白馬段航道建設(shè)工程項(xiàng)目的重點(diǎn)整治河段。由于此類灘險(xiǎn)河段河床較開闊，水流分散，枯水水淺，航道整治的關(guān)鍵在于如何保持整治后航槽的穩(wěn)定，盡量避免回淤，對(duì)于這種淺灘通常采用整治建筑物與疏浚相結(jié)合的整治措施，以解決當(dāng)前航道水深不足問題，同時(shí)通過筑壩起到中低水位時(shí)歸順?biāo)?、束水沖槽的作用，以保持航槽的穩(wěn)定。

3）烏江河口至白馬段航道建設(shè)工程完成后，航道尺度擴(kuò)大，航行條件將得到改善。通航水文標(biāo)準(zhǔn)將能滿足千噸級(jí)船隊(duì)的航行要求。但為了維持長(zhǎng)久的整治效果，必須對(duì)整治后的灘險(xiǎn)進(jìn)行工程維護(hù)。

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Waterway Regulation of Guomuzi Beach in Baitao Section of Wujiang River

Zhang Aiwen1，2，Zhang Shuaishuai1，2，Wu Wenjun3，He Yang1，2
（1.National Engineering Research Center for Inland Waterway Regulation，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;2.Key Laboratory of Hydraulic ＆ Waterway Engineering of the Ministry of Education，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;3.Changjiang Waterway Bureau，Wuhan 430010，Hubei，China）

Guomuzi beach is classified to open river beach between the ravines，which preserves the following impeding navigation features:shallow，anxious bent and danger.The renovation scheme adopts both dredging and building dam.And then five kinds of regulation schemes are selected to carry out physical model test.According to the test results，the recommended scheme is the fifth renovation plan，after the comparison among the split ratio，velocity，and flow state，etc.

Wujiang;Guomuzi beach;waterway regulation;scheme comparison

TV853

A

1674-0696（2013）02-0302-04

10.3969/j.issn.1674-0696.2013.02.27

2012-03-26;

2012-09-12

重慶市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（CSTC2011AC6103）;國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAB09B01）

張艾文（1973—），男，四川遂寧人，講師，主要從事河流泥沙與環(huán)境工程研究。E-mail:zawg@163.com。