資水干流典型狹窄彎曲航道整治方案

戴陽豪， 馬利軍， 胡越高

(湖南省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司， 湖南 長沙410008)

1 工程航段特性

毛角口—臨資口全長35 km， 屬資水干流航道。 河道在兩岸防洪大堤中間穿流， 形成人工蜿蜒性河段。 河床多由黏土組成， 有部分卵石或砂卵石覆蓋層， 兩岸大堤高于枯水位10.0 m 以上，洪水河寬150 ～500 m， 枯水河寬60 ～150 m， 枯水落差4.0 m 左右， 水面比降0.11‰， 常年流向毛角口—臨資口， 中洪水期大部分時間受洞庭湖的頂托， 產(chǎn)生滯流。 該河段受兩岸防洪大堤的約束， 河道比較狹窄， 水流相對集中， 洪、 中、 枯水期的水流動力軸線擺動很小， 河道斷面為穩(wěn)定的窄深型斷面， 多年來河床沖淤變化很小。 盡管在平面形態(tài)上有迂回曲折的特征， 但河灣的平面位置未發(fā)生位移， 沒有出現(xiàn)蜿蜓蠕動的現(xiàn)象。 河道彎曲狹窄[1]、 河床穩(wěn)定是本河段最突出的特點。 位于中上游段的毛角口灘以及焦潭灣灘， 為整個資水干流航道整治2 處典型的礙航灘險[2]，見圖1。

圖1 毛角口和焦潭灣灘險位置

毛角口及焦潭灣灘整治前灘險狀況為: 最小彎曲半徑240 m， 最大中心角達到120°(圖2)，受兩岸大堤的約束， 河面不寬， 岸坡比較陡， 斷面形態(tài)為窄深型斷面， 航槽設計水深超過2.0 m，但是航道彎曲、 狹窄、 轉(zhuǎn)彎急， 彎道間的直線過渡段短， 流速大、 流態(tài)不良、 船舶航行非常困難。

圖2 毛角口和焦潭灣河道現(xiàn)狀

2 主要整治措施

受防洪大堤約束， 河道無法向兩岸自由發(fā)展，不可能通過水流的自然沖刷改變彎道礙航的現(xiàn)狀，因此須采取必要的工程措施， 切除突嘴， 增大彎曲半徑， 才能保證航道尺度達到2.0 m×60 m×480 m(水深×雙線航寬×彎曲半徑)千噸級航道的要求。 對彎曲半徑很小、 轉(zhuǎn)彎又比較急的毛角口及焦潭灣彎道來說， 要改善通航條件， 必須切嘴擴彎， 增大彎曲半徑， 而2 個彎道處， 河面較窄，無明顯河漫灘， 切嘴就得移堤， 因此針對這2 處灘險， 提出2 個整治方案[3-4]。

2.1 毛角口灘

1)方案1: 部分切除毛角口進口的左岸突嘴。為了便于下行船舶順利地由資水主洪道進入毛角口河， 挖槽進口布置成喇叭形， 挖槽按設計水位下2.0 m 開挖， 邊坡1∶3， 挖槽左側(cè)筑新堤1 座，長455 m。 挖槽分陸上開挖和水下開挖兩部分， 陸上開挖的土方用來構(gòu)筑新堤， 水下開挖的土方拋在毛角口彎道右邊凹岸的深潭內(nèi)， 以減弱此處的回流， 拋泥填潭的頂部高程為23.00 m， 再在上面鋪設雷諾護墊護底， 以免泥土被水流沖刷帶走，見圖3a)。

大堤項面高程36.5 m， 頂寬12 m， 兩側(cè)邊坡1∶2.5， 高程31.00 m 處， 迎水面和背水面分別設置3.0 m 和5.0 m 寬的平臺， 背水面大堤堤腳設置壓浸平臺。 迎水面采用雷諾護墊護坡， 背水面則采用草皮護坡。

2)方案2: 切除毛角口右岸的突嘴， 增大該段航槽的彎曲半徑， 新航槽的平面形態(tài)同樣為2 個同向彎道中間夾一直線段構(gòu)成。 再在挖槽右側(cè)新建防洪大堤1 座， 長900 m， 見圖3b)。

圖3 毛角口灘整治方案

2.2 焦潭灣灘

1)方案1: 布置一段挖槽切除右岸突嘴， 挖槽長440 m， 邊坡1∶3， 最大挖寬115 m， 開挖后， 航道彎曲半徑為350 m， 大于4 倍船長， 彎頂處最大航寬180 m。 挖槽右側(cè)筑新堤1 座， 長597 m[5]。 挖槽同樣分陸上開挖和水下開挖兩部分， 陸上開挖的土方用來筑堤， 見圖4a)。 大堤項面高程36.5 m，頂寬12 m， 兩側(cè)邊坡1∶2.5， 高程31.00 m 處， 迎水面和背水面分別設置3.0 m和5.0 m 寬的平臺，背水面大堤堤腳設置壓浸平臺。 迎水面采用雷諾護墊護坡， 背水面則采用草皮護坡。

2)方案2: 采用“內(nèi)裁” 的方法進行整治，即在突嘴上開挖引河， 與彎道的進出口平順銜接，引河彎曲半徑R=480 m， 底寬80 m， 槽底設計水深2.4 m。 新引河右側(cè)新建大堤1 座， 見圖4b)。

圖4 焦潭灣灘整治方案

2.3 方案比選

從航行條件看， 2 個灘段的方案2 優(yōu)于方案1，但是對毛角口灘來說， 如果采用方案2， 則右岸的磯頭被切除， 資水東支的分流比明顯增加， 對毛角口河的防洪安全可能造成較大的影響， 而且工程量較大。 對焦潭灣灘來說， 采用方案2 的開挖工程量以及筑堤的工程量均比較大， 工程造價高。因此， 從盡量不影響兩岸的防洪安全和節(jié)約工程投資兩方面考慮， 均推薦采用方案1。

3 整治效果

3.1 模型試驗

1)物理模型為正態(tài)定床河工模型， 結(jié)果表明:各級水位下分流比變化不大， 增大0.31% ～0.55%； 整治后， 沿程水位變化不大， 毛角口上游洪水略有下降， 焦潭灣變化在0.05 m 以下； 整治前后的流速數(shù)值變化不明顯。

2)通過對數(shù)學模型計算結(jié)果的分析可知， 兩處切嘴移堤工程會改變毛角口處分流比， 對工程局部河段產(chǎn)生沖刷， 危及堤防安全及主流擺動等影響， 但影響范圍和影響量值均較小， 不會造成大范圍河勢的根本改變， 并可通過相應的防護措施將對堤防安全的影響降至最小。

3)船模通航試驗。 整治后， 1 000 噸級貨船通過毛角口至焦潭灣河段時， 上、 下行最大舵角未超過船模試驗安全舵角限值(25°)， 上行最小航速優(yōu)于船模試驗最低航速限值0.4 m∕s。 可見， 只要謹慎駕駛， 操作得當， 就可以滿足要求。

由于1+2×1 000 t 船隊尺度偏大， 在Q=408 m3∕s(枯水)時由于航道寬淺彎曲， 在Q=6 010 m3∕s(大洪水)時由于航道縱橫向流速偏高， 在整治后，不能確保1+2×1 000 t 船隊安全通過毛角口至焦潭灣航段， 中洪水期， 則可基本滿足1+2×1 000 t 船隊的通航要求， 但須謹慎駕駛， 小心操作。

3.2 工程實施效果

在工程實施并經(jīng)歷2 個水文年后， 對毛角口和焦潭灣進行水下河床地形觀測和水位觀測結(jié)果對比分析， 結(jié)果顯示:

1)毛角口和焦潭灣新建大堤以及護腳護岸整體穩(wěn)定。

2)河床沖淤變化幅度不明顯， 河道斷面由窄深變?yōu)閷挏\型， 航道水深在設計水位下為2.0 ～3.0 m， 船舶航行條件較好。

3)毛角口大堤往左岸外移了約102 m， 通航寬度為75～156 m， 彎曲半徑為400 m； 焦潭灣灘大堤往右岸外移了約112 m， 通航寬度為60～173 m，彎曲半徑為350 m。 通視距離得到改善。

4)在枯水流量311.454 m3∕s 下， 毛角口表面流速為0.478 ～1.131 m∕s， 焦潭灣表面流速為0.917～1.213 m∕s， 流速較小且分布均勻。

圖5 為毛角口和焦潭灣灘整治后河道。

圖5 毛角口和焦潭灣灘整治后河道

4 結(jié)語

1)資水干流毛角口—臨資口航段河道狹窄，連續(xù)多彎， 且彎曲半徑、 中心角均較小， 通航條件復雜， 具有典型狹窄彎曲航道的特征。

2)多年來河床沖淤變化很小， 通過自然沖刷無法調(diào)整岸線的航道， 航道梯級拓展航寬可考慮采用裁彎取直方案。

3)在分流口裁彎取直須結(jié)合河道分流比和防洪條件進行設計， 避免加大分流， 給河道防洪帶來壓力。

4)方案實施后棄土可以丟棄至裁彎取直對岸的深槽， 避免裁彎取直導致過水斷面過度擴張。

5)工程取得預期效果， 航道得以拓寬， 流速分布均勻且變化小， 船舶航行條件大大改善。