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)
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
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]。
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成。 再在挖槽右側新建防洪大堤1 座, 長900 m, 見圖3b)。
圖3 毛角口灘整治方案
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。 新引河右側新建大堤1 座, 見圖4b)。
圖4 焦潭灣灘整治方案
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。
1)物理模型為正態(tài)定床河工模型, 結果表明: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。
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果對比分析, 結果顯示:
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
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。