航道整治工程切灘論證分析

樊林林

摘 要：本文采用數(shù)模等技術(shù)手段，從對堤防、河勢、通航等方面的影響，分析大陳灣彎道切灘方案，綜合比選出切灘最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：航道;切灘;方案

1 概述

某航道整治工程中，在大陳灣處有一彎道，彎曲半徑不滿足航道通航尺度要求，擬采取切灘等整治措施。

2 設(shè)計方案

2.1 現(xiàn)狀描述

本段航道平面線型呈Ω型連續(xù)彎道，彎曲半徑約250 m，彎道間直線段距離約180 m，不滿足設(shè)計代表船型航行尺度要求。老河道河槽底寬約50 m，底高程10.5 m～11.5 m，設(shè)計低水位14.37 m，常水位約17.8 m，常水位水面寬100 m～

130 m寬。河中灘地呈自然狀態(tài)。河道兩岸均有防洪堤，防洪標(biāo)準為20年一遇，堤頂高程為21.5 m～22.2 m，堤頂寬度為5 m，邊坡1：3，岸坡無護砌。

2.2 工程措施

方案一：沿著原水利治理裁彎后留下的老河道進一步浚深，疏浚底寬50 m，底高程11.17 m，邊坡1：3.5。疏浚后對左右兩岸進行岸坡防護。利用部分陸上開挖土方加固左側(cè)堤防。疏浚土方約30萬方，護岸長1.9 km。

方案二：對彎道按照330 m半徑進行切灘。為避免留下水下淺灘，將右側(cè)開挖至老河道，開挖后對左側(cè)岸坡進行防護。疏浚土方約95萬方，護岸長1.0 km。

3 影響分析

3.1 對堤防的影響

對方案一開挖后的岸坡進行岸坡抗滑穩(wěn)定及滲流驗算，通過計算，開挖后左堤各工況下抗滑穩(wěn)定、滲流穩(wěn)定均滿足要求，結(jié)構(gòu)安全。

3.2 對河勢及通航水流的影響

通過建立二維水動力數(shù)學(xué)模型，對航道整治方案進行分析論證，分析裁彎取直工程對河勢變化的影響，探明裁彎取直工程后彎道的通航水流條件。

3.2.1 工程前流場分析

大陳灣處工程前，在10年一遇水流條件下，大陳灣附近水位在19.35 m左右，老河道的水面比降在0.015‰;洪水期河道主流集中在深槽之中，河道主槽流速在0.8 m/s～1.0 m/s

之間，主槽近岸流速在0.2 m/s～0.3 m/s，彎道凹岸頂沖點附近的近岸流速稍大，約在0.4 m/s～0.65 m/s之間，灘地流速在0.1 m/s～0.2 m/s。由于河道兩側(cè)灘地植被茂密，行洪阻力較大，河道的糙率較大，洪水期灘地分洪流量較小，主要依靠河槽過洪，根據(jù)計算結(jié)果顯示：灘地與主槽的過洪流量分別為140 m3/s、570 m3/s，分別占總流量的19.3%和80.7%。

3.2.2 方案一對彎道處河勢及通航水流條件的影響

工程實施后，彎道處河道的流場分布發(fā)生較大的改變，在10年一遇水流條件下，大陳灣附近水位在19.35 m左右，新開挖河道的水面比降較大在0.025‰，老河道的水面比降在0.015‰;十年一遇洪水條件下兩側(cè)灘地及中間灘地、新開挖河道、老河道過洪流量比例分別為6.4%、54.3%、39.3%;河道裁彎取直后主流偏向新開挖河槽，流速較工程前明顯增加，新開挖河槽內(nèi)平均流速在0.8 m/s～1.0 m/s之間，老河道進口與河道主流方向的夾角約為60°，入流條件較差，分流流量較小，老河道內(nèi)流速明顯減小，老河道的平均流速僅為0.3 m/s～0.5 m/s之間，老河道近岸區(qū)流速僅在0.1 m/s～0.2 m/s之間，因此河道裁彎取直后洪水期水流對老河道岸坡掏刷作用將明顯下降，特別是老河道凹岸的迎流頂沖效應(yīng)在裁彎之后明顯減輕，老河道兩側(cè)岸坡的穩(wěn)定將有所提高。

本次航道設(shè)計航道沿新開挖河槽布置，航道里程大大縮短，航行通視條件好，航道進口及出口水流條件均較為良好，整治后的航道線方向與主流方向基本一致，夾角在5°之內(nèi)，航道內(nèi)水流非常平順，表面流速較小在0.95 m/s～1.2 m/s，最大橫向流速為0.10 m/s。

3.2.3 方案二對彎道處河勢及通航水流條件的影響

工程實施后，彎道處河道的流場分布有所改變，在10年一遇水流條件下，大陳灣附近水位在19.35 m左右，河道的水面比降較大在0.025‰;十年一遇洪水條件下兩側(cè)灘地及拓寬后的老河道過洪流量比例分別為5.7%、94.3%;河道拓寬后，河槽內(nèi)流速有所減小，平均流速在0.6 m/s～0.8 m/s之間，兩側(cè)灘地流速僅在0 m/s～0.1 m/s之間。

設(shè)計航道沿拓寬后的主河槽布置，航道里程有所縮短，彎曲半徑有所增加，航行通視條件較好，整治后航道進口處，航道線方向與流向夾角約為10°之內(nèi)，航道內(nèi)表面流速較小在0.8 m/s～1.2 m/s，最大橫向流速為0.20 m/s。

3.2.4 方案對比

方案一通過在河道左側(cè)灘地新開挖河道，工程后彎道處的航道里程約為1.4 km，航道線型順直，航道條件得到明顯改善;河道灘槽格局發(fā)生一定的變化，新河道作為主汊，老河道過流流量減小。老河道沖刷強度減小，岸坡穩(wěn)定性提高。有利減小河道的防洪壓力。方案二通過拓寬原有老河道使航道的彎曲半徑滿足規(guī)范要求，工程實施后，航道里程約為1.6 km，航道線型順直，彎曲半徑為330 m，航道條件有所改善，洪水期原河道的流速有所減小，不改變河道的灘槽格局，對河勢情況影響較小。就工程對河勢的影響及改善航道條件而言，方案一優(yōu)于方案二。

根據(jù)數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果，大陳灣處在航道整治工程實施后，最高通航水位（10年一遇洪水）條件下，航道內(nèi)水流較為平順，其中方案一航道表面流速大部分在0.95 m/s～

1.2 m/s之間，水流方向與航道線的夾角在0°～5°之內(nèi)，最大橫向流速為0.1 m/s。方案二航道區(qū)表面流速大部分在0.8 m/s～1.2 m/s，水流方向與航道線的夾角在10°之內(nèi)，最大橫向流速為0.2 m/s，水流條件均滿足規(guī)范要求，整體而言方案一的水流條件優(yōu)于方案二。

4 方案比選

方案一對通航條件改善較好，也滿足堤防穩(wěn)定要求，同時考慮到為航道未來升級為Ⅲ級航道提供有利條件，本次推薦方案一。

5 結(jié)論

本文采用數(shù)模等技術(shù)手段，對大陳灣處切灘方案通航條件、河勢變化等進行了分析，為工程設(shè)計提供了技術(shù)支撐，保證了工程方案的科學(xué)性、可行性。