三峽—葛洲壩兩壩間汛期大流量航標(biāo)設(shè)置技術(shù)思考

王雪蓉 長(zhǎng)江三峽通航管理局

1.兩壩間汛期航道特點(diǎn)

1.1 兩壩間航道基本概況

三峽大壩-葛洲壩兩壩間河段，上起鷹子嘴，下至葛洲壩樞紐三江航道上游王家溝，長(zhǎng)約38km，兩壩間河段平面形態(tài)蜿蜒曲折，凹凸不齊，河谷陡峭，河槽窄深，水深條件好，河床縱、橫剖面型態(tài)復(fù)雜。河段類型有峽谷河段和寬谷河段兩種，其中鷹子嘴水廠至樂(lè)天溪河段，河谷較寬闊，汛期河面最大寬度可達(dá)1400米左右，河槽多呈復(fù)式斷面，樂(lè)天溪至南津關(guān)河段，河床斷面多呈“V”或“U”字形，河寬一般為200～300m之間，相比于上游寬谷河段較為狹窄。

三峽大壩-葛洲壩兩壩間河段處于常年回水區(qū)，葛洲壩水庫(kù)蓄水后水位抬高20m米以上，原有灘險(xiǎn)大部分被淹沒(méi)，航道水深增大，流速減緩，比降減小，石牌彎道的曲度半徑也得到了擴(kuò)大，非汛期航行條件得到很大改善。兩壩間河道兼具“水庫(kù)”與“天然河道”雙重特性。即非洪水期小流量時(shí)，呈“水庫(kù)”特性；汛期大流量時(shí)“天然河道”特性突出，汛期時(shí)過(guò)流面積增大但是增幅明顯小于流量的增幅，流速和比降大，在水田角下游流態(tài)紊亂，泡漩、回漩隨處可見，船舶航行條件十分險(xiǎn)惡是長(zhǎng)江上游中洪水期通航條件較差的困難河段之一，在蓮沱至偏腦15km的河段中灘險(xiǎn)最為集中，有水田角、喜灘、大沙壩、石牌、偏腦（即“四灘一灣”）等急流灘段。

1.2 兩壩間汛期航道特點(diǎn)

汛期時(shí)兩壩間航道水域船舶遵循分道航行規(guī)則。

兩壩間汛期時(shí)航道特點(diǎn)集中在“四灘一灣”急流灘段。

水田角河段為川江著名的洪水急流灘，該灘處蓮沱彎段，灘段由窄入寬，展寬段有一深沱，洪水期最大水深達(dá)100m，汛期時(shí)較湍急，水勢(shì)依然紊亂，有泡漩水、夾堰水及回流。2021年兩壩間蓮沱航道整治工程完工，航道內(nèi)礙航礁石被爆破清除，航道內(nèi)的深沱被填充，擴(kuò)大急流區(qū)過(guò)水面積，降低流速，減小比降，平順岸線，增加近岸水深，同時(shí)通過(guò)填沱，調(diào)整斷面形態(tài)，改善泡漩等不良流態(tài)，尤其改善了“四灘一灣”中水田角河段水流條件，降低汛期大流量情況下的通航安全風(fēng)險(xiǎn)。

喜灘位于宜昌上游，南北兩岸高山峽谷，河面狹窄，形成一瓶頸，過(guò)水?dāng)嗝娑喑蔞字型，航道較順直。南岸巖咀礁石分步，北岸芭蕉溪下段至沙坎子一帶有亂石堆積，使兩岸岸線極不規(guī)則，灘段上游河面相對(duì)較寬，汛期時(shí)（特別在30000m/s以上時(shí)），會(huì)形成灘險(xiǎn)，并存在斜流、夾堰水、泡漩水，影響船舶航行安全。

大沙壩河段航道較為順直，南北兩岸有石咀、石盤相對(duì)峙，岸線參差不齊，此灘中、枯水期水流較平緩，洪水期主流偏北下行，受獅子腦石盤挑流影響，主流被挑向南岸，汛期時(shí)隨流量增大，流速、比降亦逐漸增大，產(chǎn)生斜流、夾堰水及回流。近岸處有小泡漩。灘段流速分布不均，呈左緩右急之勢(shì)。

石牌彎道河段是原川江著名的急彎險(xiǎn)灘，上段兩岸岸咀、石盤突出，岸線極不規(guī)則，且江面狹窄。下段由于石盤從右岸山腳伸入江中，約占河面寬度2/3，使河床形成約80°陡坡，水深由80余米突然抬升至20m左右，迫使深泓線折向左岸，底層水流受突起巖盤頂沖，形成突起向上不穩(wěn)定流及大范圍泡漩水、單向環(huán)流和回流。

偏腦灘段是原川江典型狹窄型洪水急流灘之一，該灘河道較順直，江面狹窄，河槽深窄，過(guò)水?dāng)嗝娉省癠”型或“V”型，灘段水深達(dá)85m，同時(shí)兩岸岸線極不規(guī)則，特別是北岸偏腦石咀挑產(chǎn)生斜流及水梗，流速、比降也較大，船舶航行極其困難。

2.兩壩間航標(biāo)設(shè)置工器具不同流量的區(qū)別

兩壩間汛期大流量情況下，水流湍急，水勢(shì)紊亂，存在斜流、夾堰水、泡漩水、回流等不良流態(tài)影響汛期大流量條件下通航安全，因此為了確保汛期大流量下兩壩間浮標(biāo)能正常使用，不受大流量的影響發(fā)生移位漂移等情況，兩壩間航標(biāo)設(shè)置技術(shù)尤為重要。

航標(biāo)從助導(dǎo)航方面預(yù)防內(nèi)河和河岸的潛在災(zāi)難性事故，目前兩壩間浮標(biāo)基本已經(jīng)大型化更換為15米鋼質(zhì)燈船，少量設(shè)置6.7米鋼質(zhì)燈船。15米標(biāo)志船（見圖1）主要的優(yōu)點(diǎn)是具備極高的穩(wěn)定性，除非在大流量情況下，否則一般不會(huì)有較大波動(dòng)，由于體積大，安裝燈具、電池時(shí)具備充足的操作空間，工作人員的安全性得到一定的保障，體積大也比較醒目，為過(guò)往船舶提供了很好的一個(gè)位置參考，另外還具備較大的儲(chǔ)存空間，便于放置備用器材。標(biāo)志船主要參數(shù)性能見表1。

圖1 15米鋼質(zhì)燈船

表1 標(biāo)志船的主要性能參數(shù)表

2.1 流量在流量25000m3/s以下，設(shè)標(biāo)所需工器具

流量在流量25000m/s以下，設(shè)標(biāo)所需工器具為主機(jī)功率300馬力以上常規(guī)航標(biāo)艇，配備測(cè)深儀、測(cè)深桿（測(cè)深沱）、2T機(jī)動(dòng)絞關(guān)、太平斧、1.5m鋼釬、八磅錘，檢查船艇主副機(jī)、錨機(jī)、甚高頻、測(cè)深儀等設(shè)備，確保船艇及觀測(cè)設(shè)備處于適航、適用狀態(tài)。根據(jù)擬設(shè)標(biāo)志的性質(zhì)，作好一體化航標(biāo)燈、15米標(biāo)志船、350kg錨石、Φ16mm鋼纜等相關(guān)器材及扳手、鉗子、爬梯、萬(wàn)用表等工屬具的準(zhǔn)備工作。同時(shí)檢查一體化航標(biāo)燈是否完好無(wú)損。

2.2 流量在流量25000m3/s以上，設(shè)標(biāo)所需工器具

流量在流量25000m/s以上，設(shè)標(biāo)所需工器具為主機(jī)功率700馬力以上航標(biāo)艇，配備測(cè)深儀、測(cè)深桿（測(cè)深沱）、2T機(jī)動(dòng)絞關(guān)、太平斧、1.5m鋼釬、八磅錘、檢查船艇主副機(jī)、錨機(jī)、甚高頻、測(cè)深儀等設(shè)備，確保船艇及觀測(cè)設(shè)備處于適航、適用狀態(tài)。根據(jù)擬設(shè)標(biāo)志的性質(zhì)，作好一體化航標(biāo)燈、15米標(biāo)志船、錨、Φ18mm鋼纜、錨鏈接駁工具等相關(guān)器材及扳手、鉗子、爬梯、萬(wàn)用表等工屬具的準(zhǔn)備工作。同時(shí)檢查一體化航標(biāo)燈是否完好無(wú)損。

2.3 流量在流量45000m3/s以上，設(shè)標(biāo)所需工器具

三峽大壩下泄流量超過(guò)45000m/s時(shí)，兩壩間禁止通航。為防止標(biāo)志船漂移流失，收回全部標(biāo)志船及航標(biāo)設(shè)施，將標(biāo)志船轉(zhuǎn)移到安全水域。

兩壩間由于通航條件復(fù)雜，在非洪水期時(shí)，兩壩間呈現(xiàn)水庫(kù)特征，浮標(biāo)的設(shè)置相對(duì)容易。在汛期大流量情況下，由于航道水流條件的影響，設(shè)標(biāo)難度大危險(xiǎn)系數(shù)高，在汛期設(shè)標(biāo)時(shí)所用工器具和設(shè)標(biāo)人員的技術(shù)水平要求高。

3.汛期大流量下航標(biāo)設(shè)置工藝

三峽樞紐河段標(biāo)志船的設(shè)置目前使用霍爾錨（見圖2）拋設(shè)在河底使標(biāo)志船在汛期大流量情況下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可長(zhǎng)期錨泊定位?；魻栧^無(wú)橫桿，錨爪和錨桿可以轉(zhuǎn)動(dòng)，使得拋設(shè)方便，抓重比一般為2-4，不易走錨。

圖2 霍爾錨

3.1 大流量下航標(biāo)設(shè)置維護(hù)遵循原則

航標(biāo)設(shè)置維護(hù)應(yīng)在保證工作船和作業(yè)人員安全的前提下，確保：標(biāo)位正確，顏色鮮明，燈光明亮；遙測(cè)遙控裝置工作正常，太陽(yáng)能電池板能正常充電，航標(biāo)錨鏈上無(wú)附著物；航標(biāo)燈能根據(jù)天氣明暗狀態(tài)點(diǎn)亮或熄滅，所配布的航標(biāo)能正常發(fā)揮功能，白天能一標(biāo)看見次一標(biāo)，夜晚能一燈看見次一燈；根據(jù)水位變化情況，浮標(biāo)設(shè)置應(yīng)遵循提前設(shè)置、推遲撤出的原則；浮標(biāo)漂流（或碰撞）后，應(yīng)遵循先恢復(fù)，后查找（處理）的原則。

3.2 汛期大流量下浮標(biāo)設(shè)置工藝

第一步：研究分析航道水下地形觀測(cè)資料和河床底質(zhì)，根據(jù)河床底質(zhì)確定用錨石還是霍爾錨，制定初步設(shè)置方案，并對(duì)擬設(shè)標(biāo)水域的水深進(jìn)行實(shí)地探測(cè)，掌握了解擬設(shè)浮標(biāo)概位水域的礙航礁石等情況，根據(jù)擬定的航道寬度和曲率半徑，將浮標(biāo)設(shè)定標(biāo)位輸入GPS，確定浮標(biāo)設(shè)置概位。

第二步：作業(yè)人員穿好救生衣，戴好防護(hù)手套，做好水上作業(yè)安全防護(hù)工作。將錨與錨鏈連接并利用拋錨鉤系掛于航標(biāo)艇前端；根據(jù)所設(shè)標(biāo)志水域水深狀況確定所需錨鏈長(zhǎng)度（一般為水深的3-5倍長(zhǎng)度）后系固于燈標(biāo)船系纜樁上，錨鏈尾端應(yīng)用卸扣與燈標(biāo)船錨艙底部止鏈裝置牢固連接，多余錨鏈應(yīng)有序放置于燈標(biāo)船甲板上并排列整齊。

第三步：將一體化航標(biāo)燈、遙測(cè)遙控裝置正確連接并安裝牢固。再次檢查航標(biāo)燈等設(shè)備通電情況，正常后，一切準(zhǔn)備工作完成后，船舶迎流上行至設(shè)標(biāo)位置后，停車、穩(wěn)舵。艙面指揮人員利用GPS再次對(duì)核對(duì)設(shè)標(biāo)位置，指揮船舶進(jìn)行定位，定位完畢后，根據(jù)設(shè)標(biāo)水域周圍及上、下游航道及實(shí)時(shí)通航情況，艙面指揮人員向船長(zhǎng)匯報(bào)準(zhǔn)備情況，船長(zhǎng)核實(shí)不礙他船航行后發(fā)出拋投指令。艙面作業(yè)人員敲開拋錨鉤，讓錨自由落入江中，航標(biāo)艇視情況倒車，使錨鏈順勢(shì)滑入江中。

第四步：待錨沉入水底后，觀察標(biāo)志船概位是否準(zhǔn)確、錨鏈長(zhǎng)度是否合適、標(biāo)體是否在水流沖擊下有走錨的跡象。

第五步：15米燈標(biāo)船安裝有舵設(shè)備，應(yīng)根據(jù)水流方向，調(diào)整燈標(biāo)船的方向，使之船首迎流，盡量減少燈標(biāo)船與流向的夾角。

第六步：浮標(biāo)標(biāo)志船的首纜設(shè)置完成后，再次拋設(shè)尾錨一個(gè)，尾部一般用錨石，設(shè)置標(biāo)志船尾纜，在錨石下落至河床，標(biāo)志船基本穩(wěn)定后，作業(yè)人員根據(jù)航道水深情況，在航標(biāo)艇配合下收緊浮標(biāo)鋼纜，并再次檢查標(biāo)志船上航標(biāo)燈器具的綁扎情況，符合要求。

第七步：浮標(biāo)設(shè)好后，利用航標(biāo)艇沿航標(biāo)連線，用測(cè)深儀探測(cè)航道邊線水深，必要時(shí)進(jìn)行航標(biāo)位置的調(diào)整，直至所設(shè)航標(biāo)連線航道范圍內(nèi)，航道水深符合維護(hù)計(jì)劃水深要求，設(shè)標(biāo)工作即為完成。

3.3 汛期特大流量下浮標(biāo)撤除工藝

第一步 當(dāng)?shù)玫胶樗蜐q，流量陡增，連續(xù)暴雨等異常情況后，現(xiàn)場(chǎng)工作人員應(yīng)做好收回航標(biāo)的準(zhǔn)備工作，檢查好船艇設(shè)備，備好各種工屬具；

第二步 當(dāng)?shù)玫缴霞?jí)指令后，以最快速度到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，按照人員分工，將標(biāo)志船用繩索拴在航標(biāo)艇帶纜樁上，頂流上行，用人力將標(biāo)志船鋼纜布放到航標(biāo)艇錨機(jī)上，在錨機(jī)絞關(guān)上繞，相互配合慢慢將錨石絞起，收好鋼纜；

第三步 當(dāng)錨絞至船頭適當(dāng)位置，且標(biāo)志船在航標(biāo)艇船旁系好后，拖至安全水域解開錨，收好鋼纜，拴好標(biāo)志船，收標(biāo)結(jié)束。

4.航標(biāo)設(shè)置工藝改進(jìn)措施及建議

大流量下無(wú)論是設(shè)置浮標(biāo)或撤除浮標(biāo)，安全風(fēng)險(xiǎn)都非常大，并且對(duì)操作人員的熟練度要求也很高。上述航標(biāo)設(shè)置工藝也是長(zhǎng)江中上游各航道部門常用的方法，多年來(lái)經(jīng)過(guò)了時(shí)間的檢驗(yàn)。但是不同水域不同環(huán)境下仍然會(huì)有較大的差異，特別是兩壩間航道在汛期大流量情況下，水流條件復(fù)雜，而且航標(biāo)設(shè)置、調(diào)整、撤除的時(shí)段往往是在電站調(diào)峰和防洪調(diào)度等情況下進(jìn)行，水流條件更加惡劣。因此根據(jù)環(huán)境優(yōu)化航標(biāo)設(shè)置工藝非常重要。

4.1 航標(biāo)設(shè)置工器具方面

隨著浮標(biāo)的逐步大型化，兩壩間浮標(biāo)基本從6.7米標(biāo)志船更新為了15米燈標(biāo)船。航標(biāo)大型化后，雖然浮標(biāo)的穩(wěn)定性增加，減小了浮標(biāo)走錨漂流、翻覆的風(fēng)險(xiǎn)，但也增加了航標(biāo)設(shè)置的難度。因此在以下幾個(gè)方面提出優(yōu)化建議：

錨系方面優(yōu)化建議：由于兩壩間流態(tài)比較紊亂，水深比較大，如果標(biāo)志船只拋首錨，標(biāo)志船在水流的沖擊下，易發(fā)生左右搖擺，影響標(biāo)位的穩(wěn)定性。因此建議根據(jù)設(shè)標(biāo)水域的流態(tài)情況，確定15米燈標(biāo)船是否設(shè)置尾錨，在水流流向相對(duì)固定的水域，且沒(méi)有不良流態(tài)的情況下，可以僅設(shè)置首錨，不設(shè)置尾錨，減小工作量的同時(shí)，也不影響標(biāo)志穩(wěn)定性。同時(shí)，在錨鏈的首末端，增加強(qiáng)度足夠的360度轉(zhuǎn)環(huán)，以應(yīng)對(duì)錨鏈的旋轉(zhuǎn)。在其他水流流向多變且流態(tài)紊亂的水域，可設(shè)置尾錨，但尾錨錨系可以由鐵錨改為500kg或其他合適重量的錨石，同時(shí)將Φ16mm軟性鋼絲繩改為Φ11mm軟性鋼絲繩，以減小設(shè)標(biāo)難度。

6.7 米標(biāo)志船所采用的Φ16mm軟性鋼絲繩也可以優(yōu)化為直徑更小的纜繩。

4.2 航標(biāo)艇方面

長(zhǎng)江中上游航標(biāo)維護(hù)船艇的功率一般都較小，兩壩間航道維護(hù)艇功率原為300馬力的船艇，后來(lái)更新為700馬力的船艇。拋錨方式為絞關(guān)式錨機(jī)拋錨，在拋設(shè)航標(biāo)的過(guò)程中，往往需要根據(jù)水流情況預(yù)估鐵錨或錨石落點(diǎn)位置，如果位置不對(duì)，需要絞錨重新進(jìn)行調(diào)整，工藝比較復(fù)雜，而且安全風(fēng)險(xiǎn)也比較大，同時(shí)，對(duì)航標(biāo)艇駕駛?cè)藛T的技術(shù)要求非常高。在航標(biāo)大型化后，對(duì)系留設(shè)施的要求變高，系留設(shè)施也逐步大型化，兩壩間河床底質(zhì)為石質(zhì)河床，泥沙覆蓋層較薄，無(wú)論是鐵錨或者錨石，抓附性均不是很好。因此錨石越做越大，鐵錨也升級(jí)到了300kg，從而對(duì)航標(biāo)艇的絞關(guān)提出了更高的要求。因此在航標(biāo)維護(hù)船艇方面建議：可以建造具有起吊設(shè)備的船艇，同時(shí)加大絞關(guān)的絞纜力。

4.3 航標(biāo)撤除方面

兩壩間流量超過(guò)45000m/s，兩壩間航標(biāo)撤除回收的任務(wù)非常艱巨，調(diào)度令發(fā)布后，往往只有不到幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間撤除航標(biāo)，不然走錨風(fēng)險(xiǎn)會(huì)非常大。因此如何快速撤除航標(biāo)需要進(jìn)行研究，采用現(xiàn)有的做法，葛洲壩大江航道快速撤除航標(biāo)時(shí)，用了在浮標(biāo)船與錨鏈中間增設(shè)領(lǐng)水浮筒的做法，撤除航標(biāo)時(shí)，直接解下浮筒與標(biāo)志船間的卸扣收回標(biāo)志船，將領(lǐng)水浮筒承擔(dān)錨鏈重量而留在江中，從而達(dá)到快速收回浮標(biāo)船的目的。這種方法也可以沿用到兩壩間航道。

5 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)河流大流量下航標(biāo)設(shè)置是一件安全風(fēng)險(xiǎn)非常高的工作，如何優(yōu)化航標(biāo)設(shè)置工藝需要在實(shí)踐中不斷探索和總結(jié)。兩壩間航道也是長(zhǎng)江上游水流條件異常復(fù)雜的河段，航道部門在航標(biāo)維護(hù)的過(guò)程中積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，可以不斷的優(yōu)化。總的來(lái)說(shuō)，航標(biāo)設(shè)置工藝需要不斷向快速、便捷、安全、可靠的方向發(fā)展。