上海市內(nèi)河航道沖淤研究與分析

歐陽(yáng)龍山

摘 要：本文結(jié)合2018年內(nèi)河（共計(jì)56條）航道檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)方法和BIM技術(shù)對(duì)各航道的沖淤情況進(jìn)行研究分析，并結(jié)合歷年內(nèi)河航道沖淤的研究成果，得出閘控和開敞航道的沖淤的相關(guān)規(guī)律和強(qiáng)度，為航道維護(hù)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：沖淤分析;沖淤規(guī)律;沖淤?gòu)?qiáng)度

中圖分類號(hào)：U616? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）08-0083-02

1研究背景

在國(guó)家將發(fā)展內(nèi)河水運(yùn)上升為國(guó)家戰(zhàn)略部署的背景下，上海市除了重視內(nèi)河航道的建設(shè)外，航道運(yùn)營(yíng)暢通也受到各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和管理部門的重視，而航道回淤程度是影響航道暢通的重要因素之一。從2010年起，上海市航務(wù)管理處每年針對(duì)性地對(duì)上海市內(nèi)河航道進(jìn)行航道檢測(cè)，并開展相關(guān)的沖淤研究和分析，力求掌握上海內(nèi)河航道的沖淤趨勢(shì)。

本文結(jié)合2018年航道檢測(cè)（56條內(nèi)河航道）成果，結(jié)合歷年沖淤的研究成果，總結(jié)了沖淤研究的分析方法，并對(duì)相應(yīng)航道沖淤情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得出航道沖淤的規(guī)律和沖淤?gòu)?qiáng)度，為航道維護(hù)提供技術(shù)支持。

2計(jì)算方法與計(jì)算原則

2.1 傳統(tǒng)與CIVIL3D的計(jì)算方法

2.1.1 傳統(tǒng)計(jì)算方法

按航道計(jì)算等級(jí)確定航道底寬值，設(shè)置航道底邊線，將過水?dāng)嗝娣譃檫吰虏糠趾秃讲鄄糠?，根?jù)航道天然泥面線、設(shè)計(jì)最低通航水位和航道底邊線，分別計(jì)算航槽部分和邊坡部分的過水面積。

按照體積法計(jì)算原則，航道過水容積=過水?dāng)嗝婷娣e×代表長(zhǎng)度。累加每個(gè)斷面的過水容積量，最終得到計(jì)算里程范圍的航道過水容積量。兩個(gè)計(jì)算期過水容計(jì)量差值計(jì)算后，即可得到航道航槽邊坡沖淤量。根據(jù)航道計(jì)算里程、航道寬度和兩次測(cè)圖的時(shí)間間隔，分別計(jì)算本次研究各航道的航槽部分和邊坡部分的年沖淤?gòu)?qiáng)度。

航道設(shè)計(jì)寬度過水?dāng)嗝嫒缦聢D1所示。

2.1.2 CIVIL3D軟件計(jì)算

按航道計(jì)算等級(jí)確定航道底寬值，設(shè)置航道底邊線，根據(jù)測(cè)量水深數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)最低通航水位數(shù)據(jù)、航道中心線和底邊線，利用CIVIL3D軟件建立地形模型和設(shè)計(jì)模型。軟件可存儲(chǔ)不同年份測(cè)量數(shù)據(jù)建立的模型并計(jì)算出差值。

CIVIL3D采用平面斷面積算法，其平面斷面積通過將第一個(gè)樁號(hào)處的材質(zhì)類型面積與下一個(gè)樁號(hào)處的材質(zhì)類型面積相加，將兩者之和除以二，然后將結(jié)果乘以橫斷面之間的距離來計(jì)算體積，即可得到航道航槽邊坡沖淤量。

根據(jù)航道計(jì)算里程、航道寬度和兩次測(cè)圖的時(shí)間間隔，分別計(jì)算本次研究各航道的航槽部分和邊坡部分的年沖淤?gòu)?qiáng)度。

2.1.3 二者差別

上述兩者計(jì)算的原理是一樣的，區(qū)別在于CIVIL3D計(jì)算，不但計(jì)算速度快，復(fù)核審查直觀性強(qiáng)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異樣，直接可以查看立體圖像查找原因，但CIVIL3D計(jì)算除了電腦硬件要求高外，還需要BIM專業(yè)知識(shí)人操作，普及面不廣。

2.2 沖淤計(jì)算原則

（1）計(jì)算邊界一致。同一航段的兩次測(cè)量資料的航道基本情況應(yīng)保持一致，即研究時(shí)間跨度范圍內(nèi)航道現(xiàn)狀等級(jí)、航道寬度、航道中心線均一致。

（2）計(jì)算范圍一致。兩個(gè)計(jì)算年份的航道水深測(cè)量資料應(yīng)使用相同測(cè)量范圍的航段，并以本年度的測(cè)量資料為計(jì)算基礎(chǔ)，多余里程在計(jì)算中剔除。

（3）計(jì)算方法一致。兩個(gè)計(jì)算年份應(yīng)采用相同的計(jì)算過程和計(jì)算方法。

（4）計(jì)算參數(shù)一致。兩個(gè)計(jì)算年份采用的主要計(jì)算參數(shù)，如設(shè)計(jì)最低通航水位、航道計(jì)算等級(jí)、航道底寬均須一致。

3 航道沖淤規(guī)律分析

3.1閘控航道（航段）的沖淤結(jié)果分析

3.1.1曾實(shí)施維護(hù)疏浚工程的閘控航道

蘇申內(nèi)港線（西閘～東閘）航槽細(xì)分航段中最大淤積強(qiáng)度為0.14 m/a，邊坡最大淤積強(qiáng)度為0.13 m/a。北橫瀝（橫瀝水閘～黃姑塘）航槽細(xì)分航段中最大淤積強(qiáng)度為0.44m/a，邊坡最大淤積強(qiáng)度為0.29m/a。中港河（隨塘河～泐馬河）航槽細(xì)分航段中最大淤積強(qiáng)度為0.43m/a，邊坡最大淤積強(qiáng)度為0.50m/a。團(tuán)蘆港（浦東運(yùn)河～上海繞城高速）航槽細(xì)分航段中最大淤積強(qiáng)度為1.05m/a，邊坡最大淤積強(qiáng)度為0.74m/a。曹家溝（趙家溝～川楊河）航槽細(xì)分航段中最大淤積強(qiáng)度為0.22m/a，邊坡最大淤積強(qiáng)度為0.08m/a。朱泖河（閘～淀浦河）航槽細(xì)分航段中最大淤積強(qiáng)度為0.05m/a，邊坡最大淤積強(qiáng)度為0.10m/a。

上述分析結(jié)果表明：曾進(jìn)行維護(hù)疏浚的航道（航段）基本處于淤積狀態(tài)，且航道的航槽和邊坡基本同時(shí)淤積。

3.1.2未實(shí)施過維護(hù)疏浚工程的閘控航道

本次研究相鄰兩次測(cè)圖間未實(shí)施過維護(hù)疏浚的40條航道（航段）的閘控航道中，主要表現(xiàn)為沖刷的航道（航段）為17條，沖淤?gòu)?qiáng)度為-0.05m/a ～-0.66m/a，部分靠近閘的航段沖淤?gòu)?qiáng)度最高達(dá)到-0.46m/a;主要表現(xiàn)為淤積的航道（航段）為14條，沖淤?gòu)?qiáng)度為0.05m/a ～0.59m/a，部分靠近閘的航段沖淤?gòu)?qiáng)度最高達(dá)到0.46m/a;主要表現(xiàn)為微沖微淤（沖刷或淤積強(qiáng)度小于±0.05m/a）航道（航段）為9條。

上述分析結(jié)果表明：未實(shí)施過維護(hù)疏浚的航道，航槽邊坡沖淤狀態(tài)基本相同，表現(xiàn)為同沖同淤;部分航道可能航槽邊坡沖淤有所不同，但沖淤?gòu)?qiáng)度較小。相對(duì)實(shí)施過維護(hù)疏浚的航道，航道沖淤變化幅度小。

3.2開敞航道（航段）的沖淤結(jié)果分析

本次研究開敞航道中，黃浦江（巨潮港～大張涇）和向蕩港（茹塘～白牛塘）等2條航道（段）表現(xiàn)為沖刷，沖淤?gòu)?qiáng)度為-0.21m/a ～-0.25m/a;黃浦江（大張涇～分水龍王廟）和惠高涇（平申線～山塘河）、吳淞江（外白渡橋～蘇申內(nèi)港線）、茹塘（北石港～向蕩港）、蘇申外港線（分水龍王廟～江蘇省省界）和北沙港（黃浦江～俞塘）等6條航道（段）表現(xiàn)為淤積，沖淤?gòu)?qiáng)度為0.06m/a ～0.89m/a;川楊河（黃浦江～楊思船閘）、金匯港（黃浦江～金匯港北閘）和洞涇港（黃浦江～洞涇港船閘）表現(xiàn)為沖刷，沖淤?gòu)?qiáng)度為-0.21m/a ～-0.74m/a。楊盛河（蘊(yùn)藻浜～楊盛河船閘）、六滧港（長(zhǎng)江南口～南閘）、南沙港（黃浦江～南沙港船閘）、紫石涇（黃浦江～紫石涇船閘）和北泖涇（黃浦江～北泖涇水閘）表現(xiàn)為淤積，沖淤?gòu)?qiáng)度為0.14m/a ～0.63m/a。其余航道則表現(xiàn)為微沖微淤（沖刷或淤積強(qiáng)度小于±0.05m/a）。

上述分析結(jié)果表明：開敞內(nèi)河航道或航段的沖淤趨勢(shì)與黃浦江沖淤趨勢(shì)相同，且大部分航段航槽邊坡沖淤規(guī)律基本一致，即航槽與邊坡呈現(xiàn)同時(shí)沖刷或同時(shí)淤積的現(xiàn)象。

4航道沖淤?gòu)?qiáng)度分析

為了能了解閘控航道和開敞航道的沖淤?gòu)?qiáng)度，結(jié)合2010年至2018年的研究數(shù)據(jù)成果，選擇歷年沖淤研究的成果進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)分析，如下圖2和圖3所示。

從圖中可以得出，閘控航道，以淤積為主，多年平均回淤?gòu)?qiáng)度主要集中在5cm/a左右，部分在5cm/a～15cm/a;開敞航道，主要受黃浦江的影響，沖刷與淤積均有發(fā)生，但淤積略多于沖刷，多年平均的沖刷強(qiáng)度在-5cm/a～-10cm/a，淤積強(qiáng)度主要集中在5cm/a～20cm/a。

5結(jié)論

本文結(jié)合2018年航道及航道設(shè)施檢測(cè)項(xiàng)目（包含56條內(nèi)河航道）并結(jié)合歷年回淤的研究成果，采用傳統(tǒng)方法和BIM技術(shù)對(duì)各航道的回淤情況進(jìn)行研究分析，得到了閘控和開敞航道的回淤的相關(guān)規(guī)律。

對(duì)于閘控航道：曾進(jìn)行航道維護(hù)疏浚的航道，其回淤?gòu)?qiáng)度比沒有維護(hù)疏浚的航道明顯?？傮w而言，閘控航道以淤積為主，多年平均回淤?gòu)?qiáng)度主要集中在5cm/a左右，部分在5cm/a～15cm/a;

對(duì)于開敞航道：主要受黃浦江的影響，沖淤趨勢(shì)與相連的黃浦江沖淤趨勢(shì)相同，且大部分航槽與邊坡呈現(xiàn)同時(shí)沖淤的現(xiàn)象。沖刷與淤積均有發(fā)生，但淤積略多于沖刷，多年平均的沖刷強(qiáng)度在-5cm/a～-10cm/a，淤積強(qiáng)度主要集中在5cm/a～20cm/a。