重慶主城胡家灘河段航道整治方案及整治效果數(shù)值模擬研究

王爔若

摘 要：長(zhǎng)江上游重慶主城胡家灘河段為典型的大比降山區(qū)卵礫石河段，具有比降大、水流急、航寬航深不足等特點(diǎn)，本文依據(jù)其實(shí)際平面形態(tài)與該航道的通航標(biāo)準(zhǔn)，分析了其通航能力的現(xiàn)狀與不足，在此基礎(chǔ)上，參照山區(qū)卵礫石河流的整治原則，本文研究探討了科學(xué)有效的整治方案，并借助地表水模擬軟件對(duì)整治方案的整治效果進(jìn)行了驗(yàn)證。從整治效果來看，本文方案很好的改善了胡家灘河段的航道條件，有效的增大了航深與航寬。本文研究成果可為同類河段的整治提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：胡家灘河段;航道整治;數(shù)值模擬;通航標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：U617 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

重慶主城河段為山區(qū)河流，具有河道彎曲，洲灘林立，航槽寬窄相間、洪水猛漲猛落等特點(diǎn)。洪、枯水期河道流量與水位變化導(dǎo)致水流運(yùn)動(dòng)極具復(fù)雜性，即水流流態(tài)紊亂、水流湍急。在彎曲、分汊等灘段，泡漩、回流、跌水和水躍水流現(xiàn)象會(huì)交替出現(xiàn)。其復(fù)雜的平面形態(tài)和水流條件嚴(yán)重地影響著航道條件的安全穩(wěn)定性。為保證河段通航能力，依據(jù)其地形特征，進(jìn)行科學(xué)的航道整治具有重要的意義。

1 河段自然條件

該灘位于落中子水位站以上僅0.85 km，上距釣二嘴水位站12.00 km，系枯水彎、窄、急險(xiǎn)灘。胡家灘上游11 km處為窎魚咀急彎，之間為棟桿磧順直河道連接。胡家灘河對(duì)岸的倒鉤磧向河心凸出，束窄胡家灘河段河寬，其彎曲半徑僅為1 200 m。

枯水期上游簸箕石盤沿河心而下的水流經(jīng)胡家灘彎段后，受離心力作用該偏左岸而下，在胡家灘處右岸因水淺不能通航，有效航寬不到100 m，灘口斷面平均水深2.85 m，航槽內(nèi)平均水深3.27 m，水面平均比降0.58‰，最大比降達(dá)85‰，航槽內(nèi)平均流速為2.44 m/s，最大流速為3.16 m/s，在胡家灘灘尾有斜流，水面橫比降達(dá)1.85‰，其下有夾堰。該河段內(nèi)航槽流態(tài)較為紊亂，多處出現(xiàn)泡漩水，水動(dòng)力軸線與航槽中軸線偏角達(dá)到20°，邊灘由于復(fù)雜的平面形態(tài)多處有回流、亂流現(xiàn)象，航道條件十分惡劣。其平面形態(tài)圖如圖1所示。

2 整治方案

2.1 整治原則

針對(duì)整治河段的灘險(xiǎn)特性，提出如下整治原則：

（1）因勢(shì)利導(dǎo)，充分利用河道有利條件，綜合考慮河勢(shì)、河床特征及水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定投資省、效果好的航道整治方案。

（2）筑壩和炸礁相結(jié)合，合理布置疏浚挖槽和整治建筑物，充分發(fā)揮整治建筑物在三峽水庫(kù)蓄水前和消落期束水導(dǎo)流和改善泥沙分布的作用。

（3）綜合考慮整治工程對(duì)上下游河段的影響，避免灘險(xiǎn)整治后，其上、下游河段又出現(xiàn)新的礙航灘險(xiǎn)。

2.2 整治方案

2.2.1 方案平面布置（見圖2）

（1）在胡家灘灘頭外側(cè)筑洲頭壩，為適應(yīng)左岸主槽走勢(shì)，壩體分為兩段，上段長(zhǎng)420 m，下段長(zhǎng)385 m，兩段壩體均基本與疏浚挖槽右邊界平行，夾角約10°，壩頂高程為設(shè)計(jì)水位以上4.0 m（高程170.60 m）。

（2）疏浚范圍由洲頭壩壩頭的牛草溝至胡家灘灘尾，平面形態(tài)為不規(guī)則多邊形，疏浚面積89 000 m2。

（3）右岸布置1、2、3號(hào)丁順壩，其中1號(hào)丁順壩順壩部分L1長(zhǎng)100 m，勾頭部分L2長(zhǎng)140 m，夾角約141°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約25°。2號(hào)丁順壩順壩部分L1長(zhǎng)120 m，勾頭部分L2長(zhǎng)160 m，夾角約132°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約23°。3號(hào)丁順壩順壩部分L1長(zhǎng)140 m，勾頭部分L2長(zhǎng)65 m，夾角約141°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約25°。

2.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）壩體為拋石結(jié)構(gòu)，面層1 m采用C20混凝土蓋面。壩頂寬3 m，高程170.60 m，平坡，兩側(cè)邊坡均為 1：2，壩頭坡為 1：4，壩尾坡為1：3。

（2）挖槽設(shè)計(jì)水深3.7 m（挖槽后河床底高程162.90 m），挖槽邊坡1：3。

（3）壩體為拋石結(jié)構(gòu)，面層1 m采用C20混凝土蓋面。壩頭頂部高程為設(shè)計(jì)水位以上3.0 m（1、2、3號(hào)丁順壩高程分別為169.60 m、169.50 m、169.40 m），寬10 m，壩頂縱坡為1：140，兩側(cè)邊坡為1：1.5，壩頭坡為1：1.5，壩尾坡為1：1.5。

3 整治效果分析

用平面水流二維數(shù)學(xué)模型分別驗(yàn)證整治方案前后，整治流量下主城河段航道條件的變化以及在最低通航水位條件下，主城河段航道尺度的變化。

3.1 流場(chǎng)變化

將整治流量級(jí)下，工程整治區(qū)域方案前后的流場(chǎng)圖繪于圖3。從圖3可看出，整治前，在該級(jí)力量下，胡家灘河段航槽水淺、流速大，航槽右側(cè)水流散亂流向右岸的倒鉤磧，整治后，該河段右岸水流受丁壩引導(dǎo)，流向線向主流方向偏轉(zhuǎn)，趨向航槽流動(dòng)，1、2、3號(hào)丁壩附近水流流速下降，壩后水流明顯減小，邊灘水流歸槽，航槽內(nèi)水深增加，流速放緩，整個(gè)河段內(nèi)水流結(jié)構(gòu)分布更為平順，流態(tài)有所改善。

3.2 通航尺度變化

將最低通航流量級(jí)下，胡家灘工程整治區(qū)域幾個(gè)典型斷面水深分布情況繪于圖4。由圖4可知，整治水位下，豬兒磧河段整治后航槽水深大明顯增加，其中黃桷渡航槽平均水深由整治前的13.85 m升至15.74 m，航深由13.42 m升至14.76 m，升高幅度分別為13.7%和9.7%。豬兒磧磧首航槽平均水深由整治前的14.39 m升至15.47 m，航深由13.31 m升至15.40 m，升高幅度分別為7.4%和15.8%。雞翅膀航槽平均水深由整治前的14.81 m升至15.88 m，航深由13.16 m升至14.58 m，升高幅度分別為7.2%和10.7%。通航條件改善明顯。

4 結(jié)論

本文根據(jù)長(zhǎng)江上游重慶主城胡家灘河段的地形條件，以及該河段的通航標(biāo)準(zhǔn)，分析了其通航能力的不足。在此前提下，本文根據(jù)山區(qū)大比降卵礫石淺灘河流的整治標(biāo)準(zhǔn)，因地制宜，采用了筑壩、疏浚相結(jié)合的手段，對(duì)該河段進(jìn)行了整治方案的研究設(shè)計(jì)，最后，借助地表水模擬軟件，對(duì)整治方案的整治效果進(jìn)行了數(shù)值模擬，從效果來看，整治后該河段水深增加、航寬拓寬，很好的解決了航道困難的問題，本文結(jié)論可為同類河段的整治設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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