京九線贛江北橋橋區(qū)中洪水期通航水流條件分析

胡寶瑤，鄧涯，馬愛興，胡穎

（1．江西省港口集團有限公司，江西 南昌 330008;2．南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，江蘇 南京 210029;3．南京水利科學(xué)研究院港口航道泥沙工程交通行業(yè)重點實驗室，江蘇 南京 210029）

贛江是江西省“一縱兩橫四支”高等級航道網(wǎng)中的關(guān)鍵“一縱”，在沿江企業(yè)貨運運輸和江西省綜合交通運輸體系中占據(jù)重要地位。目前，贛江下游航道等級為Ⅱ級，設(shè)計通行船舶為2000t 級，然而在中洪水期航道水深充足，近萬噸級船舶也時常航行于贛江下游航段。然而，贛江下游沿線橋梁眾多、歷史久遠、通航孔尺度偏小，而中洪水期部分橋區(qū)段水流急、交角大、橫流強，易發(fā)生撞擊橋墩等事故，其中以修建于上世紀60年代的京九線贛江北橋為最為典型。

目前，針對中洪水期船舶通航的問題，國內(nèi)已有相關(guān)學(xué)者開展了橋區(qū)通航船舶尺度、可通航時期、洪水航路與通航水流條件等相關(guān)研究，其中，橋區(qū)通航水流條件的認識是保障中洪水期船舶安全通航的前提。因此，本文依托贛江下游南昌至昌邑二維水流數(shù)學(xué)模型，對京九線贛江北橋橋區(qū)在中洪水期的通航水流條件及可通航船舶尺度進行了計算與分析，研究成果可為水運主管部門在中水洪水期船舶航行管理中提供技術(shù)參考。

1 京九線贛江北橋基本情況

京九線贛江北橋地處江西省南昌市境內(nèi)，下距英雄大橋670m，以（32+3×64+10×32）m 簡支梁跨越贛江西河，于1962年建成通車，全長544m。目前為右側(cè)2#（上行）、3#（下行）兩孔通航，通航孔跨徑64m，主墩為雙排圓墩，直徑4.5m，見圖1。

圖1 京九線贛江北橋位置示意圖

橋址河道由西南折向正北，橋址上游左岸布置有多條束水丁壩，河槽居于右側(cè)。橋區(qū)航段屬于贛江高等級航道南昌～湖口段，航道現(xiàn)狀等級為Ⅱ級，通航代表船型為2000 噸級，航道尺度為2.8×75×550m（航深×航寬×最小彎曲半徑），規(guī)劃為深水航道。

2 研究工況

根據(jù)1990～2015年外洲站流量資料統(tǒng)計，外洲站多年平均流量為2251m/s，2010～2015年外洲站最大流量為21500m/s（2010年6月22日）。因此，數(shù)學(xué)模型選取流量3000～21000m/s，共8 級流量，見表1。

表1 研究工況

其中，流量3000m/s 與外洲站多年平均流量2251m/s 以及外洲4月份多年月均流量3344m/s 接近；流量21000m/s 與外洲站歷史最大流量21500m/s 接近。數(shù)模下邊界昌邑水位根據(jù)外洲站流量與昌邑站水位關(guān)系確定，并考慮中枯水期鄱陽湖頂托影響。

3 橋區(qū)河道水流特性

3.1 中水期

在流量3000m/s（昌邑水位12.53m）和7000m/s條件下，橋址上游左岸兩條丁壩束水作用仍較為明顯，主流流向仍順沿右岸河勢。上游航道線由河心主流區(qū)偏向右岸近岸流速較小的區(qū)域，后順岸進入通航孔，孔內(nèi)水流因縮窄而流速較大，基本在0.8～0.9m/s 和1.1～1.2m/s，雙排橋墩間及墩前后形成0.5～0.8m/s 的緩流區(qū)。在通航孔的左墩右前側(cè)出現(xiàn)一定范圍的橫流，橫流約0.2m/s 和0.3m/s。

在受下游鄱陽湖水位頂托（15.25～ 17.05m）的中枯水條件下，橋區(qū)河段流速明顯較小，流速在0.2m/s 以下，橋址局部在0.2～0.3m/s，橋墩附近的橫流進一步縮小，基本在0.3m/s 以內(nèi)。

3.2 洪水期

在洪水流量11000～21000m/s 時，橋址上游束水丁壩完全被淹沒，對河道主流挑流作用減弱，主流方向基本與上游來流一致，但在橋址附近受河勢控制而調(diào)整。隨流量的增加，通航孔橋墩的束水作用逐漸增強，墩后的尾流區(qū)范圍也有所增大。在流量11000m/s、15000m/s 和19000m/s 條件下，通航孔范圍內(nèi)流速基本在1.2～1.4m/s、1.3～1.6m/s 和1.5～1.7m/s。

圖2 中水期橋區(qū)附近河道水流特性及橫流范圍

但由于左通航孔靠近主流，孔內(nèi)流速相比右孔較大。同時，由于洪水流量下河道主流基本順沿上游來流，水流流向與橋軸線法線夾角相對較大，隨著流量的增加左右通航孔內(nèi)左墩右前側(cè)的0.3m/s 橫流范圍也在逐漸向通航孔內(nèi)擴展，橋墩附近最大橫流逐漸增至0.5m/s。

4 橋區(qū)航道通航水流條件

除中水流量3000m/s 外，橋區(qū)范圍內(nèi)縱向流速由上游至下游表現(xiàn)為先減后小幅增加、橋址達至峰值后繼續(xù)減小，橋址最大縱向流速為0.8～1.67m/s。橫向流速沿程變化規(guī)律與縱向流速相似，也是在上游300～400m 減小至最小，橫流接近于0m/s，而后又在橋址處達至峰值，但均小于0.3m/s。

圖3 洪水期橋區(qū)附近河道水流特性及橫流范圍

受河勢的影響橋區(qū)范圍上游來流與橋軸線法向存在較大交角（19～25°），而后繼續(xù)有所增大，但不超過30°，之后受右岸河勢的控制水流開始逐漸向橋軸線法線方向偏轉(zhuǎn)，通航孔內(nèi)交角基本在10°左右，而后在下游繼續(xù)減小，基本在3°附近。

圖4 橋區(qū)通航水流條件沿程變化（孔3#中心）

根據(jù)《內(nèi)河通航標準》（GB 50139-2014）[8]中附錄C 天然河流水上跨河建筑物通航凈寬計算方法，對中洪水期不同流量級下京九線贛江北橋單個通航孔（跨徑64m、凈跨59.5m）內(nèi)可通航的凈寬（B 正）進行了計算，在54.1～55.6m，見表2。由于隨著流量級的增加，橋區(qū)航道內(nèi)橋軸線法向與水流交角由7.59°增至11.14°，最大橫流也相應(yīng)由0.100m/s 增至0.389m/s，所以通航孔內(nèi)可通航船舶尺度（Bs 單船+0.1L 單船）也由28.5m 逐步減小為18.5m。

表2 中洪水期京九線贛江北橋單個通航孔內(nèi)可通航的船舶寬度

5 結(jié)論

（1）在中水期橋區(qū)靠近主流的孔3#內(nèi)流速較大，在1.1～1.2m/s，0.3m/s 以上橫流僅小范圍在橋墩右前側(cè)；隨著下游湖區(qū)水位頂托，橋區(qū)內(nèi)河道水流明顯減弱。

（2）在洪水期橋區(qū)主流取直，與橋軸線法向交角增加，通航孔內(nèi)流速在1.2～1.7m/s，0.3m/s 以上橫流范圍向航中擴展，橋墩附近橫流增至0.5m/s。

（3）中洪水期橋區(qū)（航中）縱、橫向流速上下游較小、橋址較大，橋址處橫流小于0.3m/s；交角則是由上游逐漸向下游減小，通航孔內(nèi)交角基本在10°左右。

（4）中洪水期隨著流量的增加，橋軸線與主流交角、最大橫流均相應(yīng)增加，橋區(qū)通航孔內(nèi)可通航船舶尺度（Bs單船+0.1L 單船）由28.5m 縮減至18.5m。