京杭運河邵伯湖航道流速場測驗成果在汛期航行管控中的運用

徐建昌　胥維祥（京杭運河江蘇省邵伯航道管理站，江蘇揚州225261）

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京杭運河邵伯湖航道流速場測驗成果在汛期航行管控中的運用

徐建昌胥維祥
（京杭運河江蘇省邵伯航道管理站，江蘇揚州225261）

摘要：京杭運河邵伯湖區(qū)航道受淮河入江水道影響，汛期水情復雜，橫流較大，極易給航行船舶造成沉船死人等重大安全事故。通過對該段航道流速流量流向測量分析，研究橫向流速特點，提出汛期通航管控措施，減少汛期船舶航行安全事故發(fā)生。

關鍵詞：邵伯湖航道；橫向流速；流量；流速；管控

京杭運河邵伯湖區(qū)段航道自邵伯船閘下游引航道出口至瓦窯鋪，全長10.5公里，淮河入江水道穿湖而過，在梁家港處與運河航道匯合，后一路下行，分成六條歸江河道：運鹽河、金灣河、太平河、鳳凰河、新河、壁虎河流入長江，水情異常復雜。每年汛期都在航道內(nèi)產(chǎn)生很大的橫向流速，歷史上發(fā)生過多起沉船死人等重大惡性事故，是蘇北運河中對船舶航行影響較大的航段，被稱為“老虎口”“鬼見愁”航道。

當淮河出現(xiàn)較大洪水時，金灣閘、太平閘、萬福閘相繼開啟泄洪，受上述三閘控制的歸江行洪河道除運鹽河外均處于泄洪狀態(tài)，其中萬福閘控制的鳳凰河、新河、壁虎河為泄洪的主要通道，占邵伯湖下泄洪水總量的78.5%左右。因而在湖區(qū)航道中下段產(chǎn)生較大的橫向流速，航經(jīng)此段的船舶如經(jīng)驗或動力不足，極易引發(fā)安全事故。

本文通過對該段航道歷次工程整治情況分析，并與揚州水文局多次合作開展流速場測驗的結果比較分析，結合橫向流速分布的特點，提出具體汛期航行管控措施，以期更好地為船舶安全航行推薦航路。

1　湖區(qū)航道歷次工程整治

邵伯湖的歷史地位主要是由淮河決定的，直至今天，雖然建設了二河閘經(jīng)淮沭新河、蘇北灌溉總渠、洪澤湖入海水道等通道，但邵伯湖入江水道一直是淮河洪水下泄的主要通道，其承擔的分洪量仍在80%以上。因而對邵伯湖的整治工程大多始于興修水利。

第一次工程。1954年淮河特大洪水，引發(fā)了邵伯湖建國后的第一次工程整治。1955、1956年先后兩次組織鳳凰河、六閘的切灘工程和白馬湖格堤，其主要目的是擴大洪水下泄的過水斷面，增加泄洪流量，同時也局部改善了航道通航條件。

第二次工程。1958年京杭運河擴建工程施工，從今汪家窯口西側(cè)開一條新運河，直通今之六圩口。將汪家窯處河口開挖成┫三汊形，航道平面與湖水水流方向呈400交角(如圖所示)。在汛期不可避免地產(chǎn)生橫流。最初的設計方案有減緩邵伯湖橫向流速，改善邵伯湖航行條件的措施，后因三年自然災害，僅對淤積土方進行了疏浚，而未能達到設計要求。

第三次工程。2004年壁虎河口段整治工程，作為京杭運河徐揚段續(xù)建二期工程的先導段，整治航道3.13公里。工程包括向東岸拓寬原有河道斷面90m,新建直立式護岸1734米、斜坡式護岸1494米，開挖水上土方94萬方，疏浚水下土方51萬方。整治后，壁虎河口段的航道尺度超過二級航道標準，航道線型順暢，通航水域開闊，岸坡穩(wěn)定。由于航道過水斷面增加了一倍，行洪通道拓寬近2倍，在每年汛期邵伯湖泄洪季節(jié)船舶的航行安全得到了改善。

2　流速場測驗方案與成果

在淮河入江水道行洪時，邵伯湖汪家窯段、梁家港段兩處就成為大運河航運的危險點，特別是汪家窯段壁虎河入口處。2015年7月，我們與揚州水文局水文水資源監(jiān)測中心多次組織開展了邵伯湖汪家窯段、梁家港段的流速場跟蹤定點測驗工作。

2.1測驗準備

2.1.1斷面設置

本次流速場測驗分梁家港和汪家窯兩個小組，同步進行測量。其中，梁家港段設3個斷面，分別為L11－L12（梁家港北斷面）、L21－L22（梁家港中斷面）、L31－L32（梁家港南斷面）；汪家窯段設4個斷面，分別為W01－W02（鐵路橋北斷面）、W11－W12（鐵路橋南側(cè)斷面）、W21－W22（鐵路橋南中斷面）、W31－W32（汪家窯斷面）。

2.1.2測驗導航

本次測驗，梁家港段采用Leica GNSS單機導航、汪家窯采用Trimble Juno SB系列高級手持GPS結合地物導航。

2.1.3測驗船只

本次測驗，采用的測量船只為小型鐵質(zhì)掛槳機漁船。

2.1.4 ADCP安裝

測驗前，測量人員對ADCP進行了測試和校準。

根據(jù)聲學多普勒流量測驗規(guī)范（SL337－2006）要求，將ADCP支架伸出船舷約1.5m左右，以避免測量船只鐵磁性對AD?CP內(nèi)置羅經(jīng)影響，保證流向數(shù)據(jù)正確。

2.1.5測驗時間選擇

由于潮流在落極時較大，故選擇在低潮前1h開始測驗。

2.2測驗成果

2.2.1水位

7月29日，邵伯湖水位代表站（六閘（三）站）水位觀測成果見表1。

2.2.2流量

測驗期間，邵伯湖各斷面實測流量分別為：梁家港3300 m3/s，鐵路橋北1450 m3/s，鐵路橋南923 m3/s，汪家窯905 m3/s。

2.2.3流速

測驗期間，各斷面流速、最大流速分別為：梁家港北斷面0.55 m/s、1.100 m/s；梁家港中斷面0.64 m/s、1.267 m/s；梁家港南斷面0.60 m/s、1.027 m/s；鐵路橋北斷面0.76 m/s、1.421 m/ s；鐵路橋中斷面0.84 m/s、1.393 m/s；鐵路橋南斷面0.84 m/s、1.334 m/s；汪家窯斷面0.59 m/s、1.397 m/s。

需要說明的是，單單的流速數(shù)據(jù)與橫向流毫無關系，真正的橫向流是流速在垂直于航道中心線方向上的速度分量。以汪家窯的流速數(shù)據(jù)計算，其最大橫向偏流為0.87m/s，本次測驗實得最大橫向偏流平均為0.60m/s左右。

2.2.3.1梁家港

梁家港北、中、南斷面流速分布情況見圖1（圖中流速＝長度*100）。從圖中可知，在邵伯船閘下游引航道口門處流速較小，大致呈漩渦狀；其他部分流速正常。由于本次測驗時總流量較小，金灣閘、太平閘未開閘泄洪，L31－L32斷面右側(cè)（東部）流向明顯偏向主流方向，即向西南偏向京杭運河主航道方向。

圖1　邵伯湖梁家港各斷面流速分布示意圖

2.2.3.2鐵路橋

2.2.3.2.1鐵路橋北斷面

鐵路橋北斷面流速分布情況見圖2（圖中流速＝長度*20）。從圖中可知，西側(cè)（京杭運河方向）為主流，流速矢量明顯高于東側(cè)（新河方向）。

圖2　鐵路橋北斷面流速分布示意圖

2.2.3.2.2鐵路橋南側(cè)斷面

鐵路橋南斷面流速分布情況見圖3（圖中流速＝長度*20）。從圖中可知，其主流偏向西側(cè)，與京杭運河深槽相一致。

2.2.3.2.3鐵路橋南中斷面

鐵路橋南中斷面流速分布情況見圖4（圖中流速＝長度* 20）。從圖中可知，其主流偏向西側(cè)，與京杭運河深槽相一致（與鐵路橋南側(cè)斷面相似）。

圖3　鐵路橋南側(cè)斷面流速分布示意圖

圖4　鐵路橋南中斷面流速分布示意圖

2.2.3.3汪家窯斷面

汪家窯斷面是京杭運河最著名的險段，測驗期間，其流速分布情況見圖5（圖中流速＝長度*20）。從圖中可知，其西側(cè)流速較小，有倒流，存在漩渦，其分水較?。ò匆酝鶞y量資料估計，不超過50m3/s）；其東側(cè)為主流，2/3以上流矢線偏向東南方向，九成以上的流量進入壁虎河。

表1　邵伯湖六閘（三）站水位觀測成果表

圖5　汪家窯斷面流速分布示意圖

3　測驗數(shù)據(jù)處理與分析

邵伯湖流速場測量數(shù)據(jù)為此次測量的全部整編資料，包括斷面、水位、流量和流速場摘錄資料。其中，流速場摘錄資料分梁家港、汪家窯兩個工作表，表中的放大倍數(shù)選定后，可自動生成符合CAD批量畫矢量圖的坐標系列（點1－點2－點2－點1），經(jīng)簡單轉(zhuǎn)換后，可生成連續(xù)的坐標點，從而完成流速矢量圖的繪制。

由上述資料，我們可以得出如下結論：

梁家港處，即邵伯湖入江水道進入京杭運河的起點，流量最大，而流速在本次測驗中并不是最大，這與我們之前的觀測數(shù)據(jù)和分析不謀而合。主要原因有以下三個方面：①2013年實施的蘇皖治淮切灘工程將梁家港入口擴大了近2倍，其過水斷面(1200m)已遠遠超過下游鐵路橋處(470-480m)和壁虎河處(275m)的斷面；②梁家港處入口中心線與京杭運河行洪通道成300斜交，而我們布置的測驗斷面則與運河中心線基本垂直。③近幾年，揚州市交通運輸發(fā)展，本段入江水道上興建了三座橋梁(揚溧高速公路橋、寧啟復線2座)，正在建設中的連淮揚鎮(zhèn)高鐵也從此處通過，水中增加了影響過水的大型橋墩12個，其阻水和壅水作用非常明顯。

梁家港泄洪流量在3500m3/s時，其最大流速為1.267m/s，鐵路橋處為1.421 m/s，壁虎河口處1.397 m/s。在鐵路橋上下游200M范圍內(nèi)，流速取得最大，但因其流向與主航道方向一致，只會改變船舶航行速度和操縱性能，一般不會迫使船舶偏離航線。而壁虎河口因其與運河航道成300左右的斜角，泄洪時產(chǎn)生橫向流速，極易將船舶吸入壁虎河口。

2006年壁虎河口段整治工程交工以后，近幾年利用ADCP等技術對該處航道水文數(shù)據(jù)進行定期監(jiān)測，其泄洪期變化主要有以下幾點：①京杭運河與壁虎河的分流比，由工程前的23.7%變化為26.2%，增大2.5個百分點，其余幾條歸江通道分流略有減小；②壁虎河口附近航道軸線與水流的夾角由工程前的40°左右調(diào)整為32°，在同樣流量時，橫向流速有所減小。

4　航行管控措施

該段航道的橫向流速雖然有所減小，但流速減小的幅度還沒有達到預計效果。當邵伯湖泄洪流量在5000m3/s左右時，橫向流速在0.7-1.0m/s之間；當流量在6000－7000m3/s，其橫向流速可達0.8-1.2m/s,對船舶的安全航行還是造成嚴重的安全影響。

根據(jù)歷年邵伯湖泄洪期間水情特點和各類船舶的操縱性能，結合《邵伯湖航段汛期水上交通管制聯(lián)動方案》和筆者多年航道管理的經(jīng)驗，現(xiàn)提出如下管控措施：

當三河閘開始開閘放流，汪家窯流速在0.7 m/s以下時，由施橋和邵伯船閘分別在上下游遠方調(diào)度站發(fā)放“汛期邵伯湖安全航行須知”，必須由船長閱讀后再簽字確認，做好記錄。通過湖區(qū)航道的船舶要開通通信設備，加強值守，保持AIS、甚高頻、喇叭處于開啟可用狀態(tài)，船長、輪機長必須親自上崗當班。

當汪家窯橫向流速為0.7-1.0 m/s時，對通航安全構成輕微影響時，應在施橋船閘、邵伯船閘遠方調(diào)度站發(fā)布公告，通知船舶經(jīng)過邵伯湖航段時沿主航道，貼右岸航行。海事、航道部門應加大現(xiàn)場巡航頻次，梁家港、汪家窯處橫流標發(fā)光。

當汪家窯橫向流達1.0 -1.8m/s，對通航安全構成一般影響時，應立即發(fā)布“航行通告”，設立邵伯湖航段水上交通管制區(qū)，參加管制人員24h值守，組織船舶按序沿右岸通過，禁止追越、齊頭并進。并控制航速，避開回流，儲備足夠的馬力用于險段通過。各管控點現(xiàn)場通知船舶根據(jù)流速情況，與前船保持足夠安全距離，防止前船失控后，后船無法控制。上行船隊通過汪家窯口門險段后，盡可能沿東岸航行，應主動避讓下行船。組織大馬力拖輪和打撈船進場待命。

當汪家窯橫向流速達1.8 -2.2m/s，對通航安全構成較重影響時，管制區(qū)實行單向通行，夜間(18:00-6:00)禁止一切船舶盲目通過管制區(qū)。機動船沿右岸按指令順序通過，重載船隊至少配2艘大馬力拖輪，空載船隊至少配一艘大馬力拖輪護航通過。

當汪家窯橫向流速≥2.2m/s，對通航安全構成嚴重影響時，邵伯湖管制區(qū)實行斷航，禁止一切船舶通過。凡裝運電廠用煤、防汛重點物資或單船馬力500匹以上的船舶（隊），經(jīng)領導小組同意后，可以通過該航段。為確保安全，還必須符合以下條件：①天氣條件和能見度良好。②上行船舶（隊）每馬力拖帶（頂推）駁船載貨量不超過1.2噸；下行船舶（隊）拖帶（頂推）駁船載貨量每馬力不超過2.5噸。③動力不足時，應加配護航拖輪。

劃定長江、揚州城區(qū)、邵伯船閘上游和高郵控制點各類船舶停泊區(qū)，海事、船閘和航道部門按《聯(lián)動方案》要求加強停泊區(qū)秩序管理。鼓勵船舶上游段從寶應、高郵運東和鹽邵船閘，下游長江來船從泰州、口岸、引江河和芒稻船閘繞行。

寧啟鐵路復線橋兩橋中心距僅25米，通航孔處系航道深槽，流速較大，加之橋梁主橋墩在整治后位于整個行洪通道的中間部位，對舶舶的安全航行構成威脅，因而船舶在通過鐵路橋時，應提前擺正船位，加大馬力，緊貼西側(cè)主橋墩航行，以策安全。

參考文獻：

[1]束方昆.江蘇航運史[M].北京：人民交通出版社,1989

[2]徐從法.京杭大運河史略[M].揚州：廣陵書社,2013

中圖分類號：U697.1

文獻標識碼：A

文章編號：1006—7973（2016）02-0063-03