淮河入海水道二期濱海樞紐永久與臨時結(jié)合的通航布置方案

江 濤，潘 暢，王立鋒

(1.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007；2.華僑大學(xué) 建筑學(xué)院，福建 廈門 361021；3.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210019)

淮河入海水道位于江蘇省淮安市、鹽城市境內(nèi)，西起洪澤湖二河閘，東至濱?？h扁擔(dān)港入黃海，全長162.3 km，與蘇北灌溉總渠平行布置，形成“兩河三堤” 格局，分別建設(shè)有淮安樞紐和濱海樞紐立交地涵(“上槽下洞”——上部京杭運(yùn)河和連申線渡槽通航，下部淮河入海水道涵洞泄水)橫跨淮河入海水道。一期設(shè)計(jì)排洪流量2 270 m3∕s，使洪澤湖防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到100 a 一遇；二期工程在一期工程基礎(chǔ)上擴(kuò)能升級，設(shè)計(jì)排洪流量7 000 m3∕s，可使洪澤湖防洪標(biāo)準(zhǔn)提髙到300 a 一遇，并為通航創(chuàng)造優(yōu)良條件。在濱海樞紐二期建設(shè)過程中，渡槽將斷航，需建設(shè)臨時船閘克服入海水道與連申線、蘇北灌溉總渠的水位差以確保通航。相關(guān)文獻(xiàn)[1-2]的臨時船閘均為水利樞紐建設(shè)過程中臨時通航使用，在樞紐及永久船閘建成后將拆除，文獻(xiàn)[3] 的臨時船閘為解決枯水期臨時通航使用。

丁軍等[4]針對濱海樞紐一、二期地涵合建和分建2 個方案進(jìn)行比選，提出二期地涵貼近一期地涵分建為最優(yōu)方案；趙一晗等[5]針對濱海樞紐二期工程施工導(dǎo)航線路方案進(jìn)行比選，提出地涵西側(cè)臨時導(dǎo)航結(jié)合永久方案為最優(yōu)方案。本文基于文獻(xiàn)[4-5]中濱海地涵及導(dǎo)航線路的研究成果，根據(jù)施工導(dǎo)航期和永久通航期的船型、通過能力要求及航路組織等要求確定船閘規(guī)模和平面布置方案，并通過數(shù)模論證方案的通航水流條件。

1 工程概況

濱海樞紐為淮河入海水道的第4 級樞紐(圖1)，是解決入海水道與連申線的十字交匯、維持連申線航運(yùn)、滿足入海泄洪及渠北地區(qū)排澇要求的重要節(jié)點(diǎn)工程，二期工程的實(shí)施須以連申線不斷航為前提。二期立交地涵(通航渡槽)工程建設(shè)規(guī)模為40 孔6.0 m×6.5 m 泄水孔，4 孔一連，順?biāo)鏖L93.15 m，上部通航渡槽槽寬70 m，垂直水流方向長293.4 m。

圖1 淮河入海水道

京杭運(yùn)河至連申線之間的淮河入海水道和蘇北灌溉總渠分別為規(guī)劃的Ⅱ級航道和Ⅴ級航道，現(xiàn)狀淮河入海水道不通航，蘇北灌溉總渠現(xiàn)狀為Ⅴ級。淮河入海水道以南的連申線為規(guī)劃的Ⅲ級航道，現(xiàn)狀已達(dá)標(biāo)，淮河入海水道以北的連申線規(guī)劃為Ⅱ級航道，目前在大套船閘以南至濱海樞紐段達(dá)到Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，大套船閘以北至灌河段為Ⅳ～Ⅴ級。

根據(jù)規(guī)劃[6]，連申線與淮河入海水道通過濱海西船閘連接，在濱海樞紐二期工程建設(shè)期間為保證連申線不斷航，且克服連申線與淮河入海水道之間水位差，需建設(shè)濱海西船閘和濱海南船閘作為臨時導(dǎo)航兼做永久通航使用。樞紐周邊環(huán)境見圖2。

圖2 濱海樞紐二期周邊環(huán)境

2 布置原則和思路

2.1 總體布置原則

1)妥善處理好臨時通航和永久通航之間的關(guān)系，避免重復(fù)建設(shè)；

2)保證臨時導(dǎo)航期和永久通航期船舶(隊(duì))進(jìn)出船閘暢通和航行安全；

3)便于調(diào)度和管理運(yùn)營；

4)盡量減少征地、拆遷及土方開挖工程量，降低工程造價。

2.2 總體布置思路

1)確定臨時導(dǎo)航期和永久導(dǎo)航期的航路組織；

2)根據(jù)臨時導(dǎo)航期和永久通航期的貨運(yùn)量預(yù)測、過閘船型、通航安全等角度確定船閘建設(shè)規(guī)模；

3)臨時導(dǎo)航期南船閘和西船閘之間的連接段航道須滿足通航安全要求。

3 導(dǎo)航方案規(guī)模確定及航路組織

3.1 船型

3.1.1 臨時導(dǎo)航期船型

結(jié)合連申線在淮河入海水道南北的航道通航現(xiàn)狀，確定臨時導(dǎo)航期的代表船型為500 噸級和1 000噸級貨船，見表1。

3.1.2 永久通航期船型

結(jié)合報(bào)告[7]確定濱海西船閘代表船型為2 000 噸級貨船、100 TEU 集裝箱船、1 頂2×2 000 t 頂推船隊(duì)；濱海南船閘代表船型為500 噸級貨船，見表1。

表1 濱海樞紐臨時導(dǎo)航期和永久通航期船型

3.2 船閘規(guī)模

根據(jù)連申線淮河入海水道以北段現(xiàn)狀船閘單向通過能力，確定濱海南船閘尺度180 m×23 m×4 m(閘室有效長度×閘室有效寬度×門檻最小水深)可滿足臨時導(dǎo)航期要求。根據(jù)淮河入海水道二期配套通航工程的預(yù)測貨運(yùn)量、過閘船型尺度和比例，確定濱海西船閘尺度230 m×23 m×5 m，可滿足臨時導(dǎo)航期和永久通航期2035 年的單向通過能力要求，在2035 年之后建設(shè)二線即可滿足遠(yuǎn)期2050 年單向通過能力要求。

3.3 航路組織

根據(jù)濱海樞紐臨時導(dǎo)航和永久通航要求確定航路組織，見圖3。

圖3 航路組織

4 布置方案

4.1 濱海西船閘方案

濱海西船閘布置在淮河入海水道北側(cè)，上、下游引航道采用對稱布置，船閘及引航道中心線與連申線航道中心線夾角為64.2°，與入海水道中心線夾角25.8°。根據(jù)施工導(dǎo)航期和永久通航期船型尺度，依據(jù)規(guī)范[8]確定引航道尺度的要求值，結(jié)合地形條件、周邊環(huán)境確定設(shè)計(jì)值(表2)。由于永久通航期船閘最大反向水位差達(dá)1.41 m，故閘首采用三角門。為滿足永久通航遠(yuǎn)期通過能力要求，預(yù)留了二線船閘閘位，一、二線船閘中心線距離為130 m，引航道底邊線距離為201 m。

表2 濱海西船閘引航道通航技術(shù)參數(shù)

4.2 濱海南船閘方案

濱海南船閘布置在蘇北灌溉總渠南側(cè)，上、下游引航道采用對稱布置，船閘及引航道中心線與連申線航道中心線夾角為67.0°，與蘇北灌溉總渠中心線夾角30.0°。根據(jù)施工導(dǎo)航期和永久通航期船型尺度，確定引航道尺度的要求值，結(jié)合地形條件、周邊環(huán)境確定設(shè)計(jì)值(表3)。

表3 濱海南船閘引航道施工導(dǎo)航期和永久通航期通航技術(shù)參數(shù)

4.3 兩船閘間臨時連接段航道方案

兩船閘間臨時連接段航道等級為Ⅳ級，航道尺度要求不小于3.5 m×50.0 m×232.0 m(航道最小水深×航道底寬×彎曲半徑)，采用斜坡結(jié)構(gòu)，實(shí)際航道水深5.0 m，航道設(shè)計(jì)底寬51.5 m，彎曲半徑不小于330.0 m，斷面系數(shù)為7.35，直段部分距連申線航道中心線1 788 m。方案布置見圖4。

圖4 方案布置

5 通航水流條件

結(jié)合工程所在河道條件、航道和船閘布置、最高和最低通航水位工況，采用軟件分別建立臨時導(dǎo)航期和永久通航期的二維數(shù)學(xué)模型。考慮濱海樞紐工程實(shí)際情況、模型計(jì)算的精確性，采用三角網(wǎng)格對重點(diǎn)區(qū)域加密處理。

5.1 臨時導(dǎo)航期

1)連申線(二期地涵北側(cè))以及連申線與濱海西船閘連接段，其中濱海西船閘閘門處、二期地涵北側(cè)圍堰處為固定不過流邊界；連申線流量改道下泄，因此北側(cè)幾乎無來流，基本為靜流狀態(tài)，可不分析通航水流條件。

2)連申線(一期地涵南側(cè))以及連申線與濱海南船閘連接段，其中濱海南船閘閘門處、二期地涵南側(cè)圍堰處為固定不過流邊界；連申線上游無來流，同樣為靜流狀態(tài)，可不分析通航水流條件。

3)臨時連接段航道與蘇北灌溉總渠交匯段，總渠上游為自由出流段，下游通過總渠地涵立交下穿過連申線；航道上、下邊界為南船閘和西船閘的閘門處。結(jié)合施工導(dǎo)航期灌溉總渠盡可能不參與泄洪且下泄流量較小的條件(最高通航水位5.50 m 時流量為50 m3∕s，最低通航水位2.00 m 時流量為20 m3∕s)，建立模型分析其通航水流條件(圖5)。施工導(dǎo)航期最大橫向流速0.1 m∕s 出現(xiàn)在最高通航水位工況下的交匯區(qū)域，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，詳細(xì)流速計(jì)算成果見表4。

圖5 施工導(dǎo)航期連接段航道與總渠交匯段模型

表4 施工導(dǎo)航期連接段航道與總渠交匯段流速

5.2 永久通航期

1)蘇北灌溉總渠與濱海南船閘上游引航道的入海水道不連通，總渠上游為自由出流段，下游通過地涵立交下穿過連申線，在總渠最高通航水位流量50 m3∕s、最低通航水位流量20 m3∕s 時，其引航道的最大橫向流速為0.01 m∕s，總渠與船閘上游引航道交匯區(qū)最大橫向流速為0.03 m∕s，滿足通航要求。

2)淮河入海水道與濱海西船閘上游引航道的入海水道上游為自由出流段，下游通過一、二期地涵立交下穿過連申線，最高通航水位流量為4 756 m3∕s時，淮河入海水道與船閘上游引航道交匯處最大橫向流速為0.2 m∕s，最大縱向流速為1.9 m∕s；船閘上游引航道最大橫向流速為0.1 m∕s，最大縱向流速為0.8 m∕s。最低通航水位時上游無來流，可不分析通航水流條件。

3)連申線與濱海西船閘、濱海南船閘下游引航道的連申線上下游均為自由出流段，最高通航水位2.41 m 時流量為250 m3∕s，最低通航水位-0.20 m時流量為50 m3∕s，建立模型分析其通航水流條件(圖6)。永久通航期最大橫向流速0.19 m∕s和最大縱向流速0.56 m∕s 均出現(xiàn)在最高通航水位工況下的連申線航道區(qū)域，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，計(jì)算成果見表5。

表5 永久通航期模型連申線與濱河西、南船閘流速

圖6 永久通航期連申線與濱河西、南船閘模型

6 結(jié)語

1)在“兩河三堤” 且十字交匯的現(xiàn)有立交通航渡槽區(qū)域擴(kuò)建二期渡槽時須保證航道不斷航，在臨時導(dǎo)航設(shè)施設(shè)計(jì)過程中要按照航道網(wǎng)規(guī)劃要求綜合考慮多方面因素盡量做到永久和臨時相結(jié)合，避免后期重復(fù)投資。

2)導(dǎo)航設(shè)施布置要適應(yīng)臨時導(dǎo)航期和永久通航期的航路組織、現(xiàn)狀和預(yù)測船型、貨運(yùn)量預(yù)測、船舶安全航行等要求。

3)濱海樞紐二期擴(kuò)建永久和臨時結(jié)合通航方案的通航水流條件數(shù)學(xué)模型模擬結(jié)果顯示，布置方案能滿足不同時段、流量和水位的通航水流條件要求，方案可行。

4)連申線是江蘇省內(nèi)重要的南北向水運(yùn)通道，濱海樞紐二期渡槽建成后，與總渠渡槽、一期渡槽共同形成近600 m 的長渡槽，且總渠渡槽和一期渡槽的寬度較二期渡槽縮窄近10 m，渡槽內(nèi)船舶交匯行駛過程中直立渡槽岸壁對船行波反射有進(jìn)一步疊加作用，其通航水流條件將異常復(fù)雜，建議下階段開展渡槽整體物理模型和船舶模型研究。