太平洲捷水道航道等級I-3 級通航條件研究

張玉龍，王瑞彩，楊恒勇，宋遠(yuǎn)飛，劉洪杰

（1.鎮(zhèn)江市港發(fā)綠色資源有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212000；2.河海大學(xué)，江蘇南京 210098）

1 概述

水運以其運輸成本低、運力大、環(huán)保節(jié)能等特點成為國內(nèi)外大宗貨物運輸?shù)闹髁?。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和水運貨運量的增加，部分既有航道因受設(shè)計、泥沙淤積等因素的限制[1]，不能完全滿足船舶大型化發(fā)展趨勢和運量日益增長的需求，亟需進(jìn)行航道等級提升研究。

費書林[2]基于內(nèi)河水運高質(zhì)量發(fā)展要求，對江蘇省低等級內(nèi)河航道現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出低等級航道功能調(diào)整思路與工作路徑；吳騰[3]等通過建立數(shù)學(xué)模型的方法，研究了在樞紐調(diào)度運行條件下賀江下游航道的水位銜接問題、礙航淺灘的長度，分析了賀江航道適宜提高航道等級的可行性與適用條件。秦杰[4]著眼于賀江下游河道通航等級較低、制約航運效益發(fā)揮的問題，提出了賀江下游航道可通過航道疏浚和梯級樞紐聯(lián)合調(diào)度的方法提升航道尺度等級；為了體現(xiàn)航道與船舶的適應(yīng)程度，馮富強[5]提出采用航道利用率作為指標(biāo)來評定并規(guī)劃航道等級與尺度；王宇[6]等利用水位數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析手段，對長江下游航道采取分時分段不同標(biāo)準(zhǔn)的航道維護(hù)尺度提升方案，歐陽飛[7]等基于水力學(xué)公式，采用理論計算方法，對漢江興隆至漢川段航道等級提升航道尺度進(jìn)行研究，提出了目標(biāo)航道等級可提升至內(nèi)河Ⅱ-3 級并兼顧3000 t 級貨船航行的方案；彭厚德[8]分析了既有跨河橋梁對航道等級提升的影響，提出了綜合考慮既有跨河橋梁的通航凈空和兼顧航道等級提升的建議方案；解中柱[9]基于河流自身特性和已有綜合流域規(guī)劃，分析了提高重慶高等級航道通達(dá)程度的可能性。

學(xué)者們對航道等級提升的可行性分析均基于目標(biāo)航道，通用性不足。對具體工程而言，仍需根據(jù)實際的地形、水文等條件進(jìn)行具體分析。借鑒學(xué)者對航道等級提升的研究方法，針對太平洲捷水道的既有通航條件，結(jié)合捷水道分段提升航道維護(hù)尺度設(shè)想[10]，采用現(xiàn)有航道尺度與滿足設(shè)計代表船型航道尺度對比方法，分析太平洲捷水道航道等級提升至I-3 級方案的可行性，為工程規(guī)劃提供參考。

2 捷水道概況

太平洲捷水道位于長江下游揚中河段，屬長江支汊，其上口位于五峰山，下口于太平洲尾并與長江主干道相接，全長約43.9 km。該河段河道狹窄，河勢蜿蜒曲折，依據(jù)平面形態(tài)可以將河道分為三段：河道進(jìn)口至田決塘閘為長約9 km 的上段，該段河道順直較寬但水深較小，斷面平均水深3.2 m～7.8 m；田決塘至三圩河段為長約20 km 的中段，由大路河彎、興隆河彎、姚橋河彎、九曲河彎等四個彎道組成（圖1），該段河寬沿程變化較大，除興隆河彎道外其余為單一彎道，斷面平均水深除個別地方外，其余斷面平均水深大于7 m；三圩港至太平洲尾河段為長約13 km 的下段，該段河道順直，水深較大，斷面平均水深達(dá)9.2 m 以上。目前太平洲捷水道已開辟為公用航道，維護(hù)水深3.5 m，但暫未定級。

圖1 捷水道平面示意圖

3 設(shè)計代表船型與航道尺度

3.1 設(shè)計代表船型

根據(jù)《長江干線通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTS180-4-2020）關(guān)于長江干線航道尺度的有關(guān)規(guī)定：長江干線航道應(yīng)按可通航船舶的噸級劃分等級。通航海船的航道等級按照海船噸級確定，I-1 至I-4 級可通航海船。其中規(guī)定I-3級航道可通航5000 t 級海船和10000 t 級內(nèi)河船。根據(jù)鎮(zhèn)江港揚中港區(qū)長旺作業(yè)區(qū)、江蘇大津清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)園碼頭、沿岸工業(yè)園的需求情況、到港船舶現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢及所處位置航道條件等方面，確定本次研究設(shè)計代表船型為：3000 t 級海船（散貨船）、5000 t 級內(nèi)河船（散貨船）、7000 t 級內(nèi)河船（散貨船）；預(yù)測代表船型為5000 t 級海船（散貨船）和10000 t 級內(nèi)河船（散貨船）。各設(shè)計代表船型、船隊尺度如表1 所示。

表1 設(shè)計船型尺度表

3.2 航道等級提升至I-3 級尺度要求

依據(jù)《長江干線通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTS180-4-2020），滿足各設(shè)計船型的航道設(shè)計水深為7.8 m；直線段航道寬度200 m，彎曲段航道寬度除興隆彎河段外不需加寬，取為200 m，興隆彎河段單線航道寬度左右汊均不小于150 m；航道最小彎曲半徑為1050 m；過河建筑物通航凈空高度不小于37.5 m，架空電纜通航凈空高度不小于38.5 m。

4 沿程斷面平均水深分析

根據(jù)太平洲捷水道2022 年4 月16—17 日的水深測圖，從五峰山進(jìn)口的TP34#紅浮到太平洲尾的TP1#浮，將捷水道沿程劃分為95 個斷面，斷面間距約500m，在彎道處根據(jù)彎道走向斷面間距適當(dāng)減小。

統(tǒng)計計算各個斷面在設(shè)計最低通航水位下的平均水深，捷水道沿程斷面平均水深如圖2 所示。

圖2 太平洲捷水道斷面平均水深沿程變化圖

從圖2 可以看出：①捷水道在進(jìn)口至大路施#1 專用浮下游約500 m 范圍內(nèi)，沿程斷面平均水深均小于5 m，說明該段范圍內(nèi)航道尺度條件較差；②在大路施#1專用浮下游500 m 至TP#27 浮-TP#28 浮之間，由于受到大路彎道的影響，斷面平均水深逐漸從5 m 增大到14.95 m 左右，后至新洲上左右通航浮附近，斷面平均水深逐漸由14.95 m 減小到8 m 左右，該段范圍內(nèi)航道尺度條件相對進(jìn)口段的較好；③新洲上左右通航浮至新洲下左右通航浮范圍內(nèi)，水流經(jīng)小炮沙分成左右兩汊彎道，總體來說上段斷面平均水深相對下段較小，但左、右汊彎道范圍內(nèi)斷面平均水深沿程變化幅度均較大，其中右汊彎道內(nèi)新洲上左右通航浮至泰橋夾上行#2 號浮之間斷面平均水深小于5 m，該范圍內(nèi)其余斷面平均水深均大于5 m；④新洲下左右通航浮以下航段，斷面平均水深均大于7.8 m，說明該段范圍內(nèi)航道尺度條件較好，能夠滿足I-3 級航道水深的要求。

根據(jù)捷水道沿程斷面平均水深統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，95個計算斷面中，共有70 個斷面的平均水深大于7.8m，能夠滿足航道I-3 等級的設(shè)計水深要求，其中有53 個斷面位于TP#21 浮以下（興隆彎下口）河段；25 個斷面的平均水深小于7.8 m，不能滿足航道I-3 等級的設(shè)計水深要求，25 個斷面均位于TP#21 浮以上（興隆彎下口以上）河段。即：達(dá)到I-3 級航道等級標(biāo)準(zhǔn)的斷面數(shù)約占捷水道航段里程的73.7%。以TP#21 浮（興隆彎下口）為分界點，將捷水道劃分為上下兩段，TP#21 浮以下為下段（共53 個斷面），TP#21 浮以上為上段（共42個斷面），則：下段全部能夠達(dá)到I-3級航道等級標(biāo)準(zhǔn)，上段達(dá)到I-3 級航道等級標(biāo)準(zhǔn)的斷面數(shù)約占上段航道里程的40.5%。統(tǒng)計結(jié)果表明捷水道河段通航尺度條件上段較差，下段較好，通過整治措施使上段達(dá)到I-3 級航道等級標(biāo)準(zhǔn)的難度較大、下段能夠達(dá)到I-3 級航道等級標(biāo)準(zhǔn)。

5 通航條件分析

5.1 航道水深

太平洲捷水道目前的航道維護(hù)水深為3.5 m，分析計算各設(shè)計船型航行所需水深與航道維護(hù)水深之差，結(jié)果見表2。根據(jù)航道維護(hù)水深與航行所需水深差值計算，如將捷水道航道等級提升至I-3 級，需要將航道的維護(hù)水深提高至7.8 m，需要將現(xiàn)有的航道維護(hù)水深再增加4.3 m。根據(jù)沿程斷面平均水深的分析，捷水道全段范圍內(nèi)航道水深維護(hù)至7.8 m 有一定難度；以TP#21 ?。ㄅd隆彎下口）為分界點，將捷水道劃分為上下兩段，將下段航道等級提升至I-3 級標(biāo)準(zhǔn)是可能的，具有可行性，上段航道等級提升至I-3 級標(biāo)準(zhǔn)難度較大。

表2 設(shè)計船型所需水深與現(xiàn)有航道維護(hù)水深比較

5.2 航道寬度

5.2.1 航道直線段寬度

從現(xiàn)行太平洲捷水道浮航段航路設(shè)置、航標(biāo)配布及航道關(guān)系情況來看，目前除興隆彎段為單向通航外，其余航段為雙向通航。根據(jù)現(xiàn)有的航道寬度統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，雙向通航的航道寬度除大橋上左右通航浮向上游220 m至大橋下左右通航浮向下游1030 m 范圍外，其余航段滿足航道等級提升至I-3 級航道直線段寬度標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足設(shè)計代表船型的航行需求。

根據(jù)地形測圖資料統(tǒng)計情況和研究劃分?jǐn)嗝媲闆r，部分河段現(xiàn)有航道寬度不符合航道等級提升至I-3 級對于航道寬度標(biāo)準(zhǔn)200 m 的要求，需要采取相應(yīng)的疏浚工程措施。航道寬度不滿足200 m 要求的起止位置為：上游起點位置為：大橋上左右通航浮向上游220 m，下游終點位置為大橋下左右通航浮向下游1030 m 左右。

5.2.2 航道彎曲段寬度

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，對于大路彎、姚橋彎和九曲彎河段，航道寬度均大于200 m，能夠滿足捷水道航道等級提升至I-3 級對于雙線彎曲段航道寬度的要求。

對于泰州大橋揚中夾江橋左、右汊的單線彎曲段航道，其滿足航道等級提升至I-3 級的標(biāo)準(zhǔn)為150m。根據(jù)地形測圖資料統(tǒng)計情況和研究劃分?jǐn)嗝媲闆r，該河段大部分?jǐn)嗝娆F(xiàn)有航道寬度不能滿足航道等級提升至I-3級對于單線彎曲段航道寬度的要求。

根據(jù)以上的分析可知，目前捷水道河段內(nèi)的航道寬度部分不能滿足航道等級提升至I-3 級標(biāo)準(zhǔn)的要求，對于不滿足航道等級提升至I-3 級標(biāo)準(zhǔn)要求的航段，需要結(jié)合相應(yīng)的疏浚措施，從而達(dá)到提升航道等級所需的航道寬度要求。

5.3 航道彎曲半徑

圖3 是根據(jù)太平洲捷水道最新測圖繪制的大路河彎、興隆河彎、姚橋河彎和九曲河彎的航道彎曲半徑。從圖3 來看，大路河彎段彎曲半徑為2480 m（圖3a），興隆河彎左側(cè)位于小炮沙洲頭處彎曲半徑為3000 m（圖3b）、位于小炮沙洲尾處的彎曲半徑為850 m（圖3b）；興隆河彎右側(cè)位于小炮沙洲頭處的彎曲半徑為1600 m（圖3c）、位于小炮沙洲尾處的彎曲半徑約為500 m（圖3d）；姚橋河彎段彎曲半徑為1150 m（圖3e）；九曲河彎段彎曲半徑為1850 m（圖3f）。除興隆彎左、右側(cè)位于小炮沙洲尾處的河段不能滿足航道I-3等級標(biāo)準(zhǔn)的彎曲半徑要求，其余彎段的彎曲半徑能夠滿足長江干線航道尺度標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖3 捷水道各彎段彎曲半徑示意圖

5.4 通航凈空

（1）橋梁通航凈空高度。根據(jù)設(shè)計代表船型計算的橋梁通航凈空高度，3000 t 級、5000 t 級進(jìn)江海船所需通航凈空高度分別為37.5 m、37.5 m，而5000 t 級、7000 t 級、10000 t 級內(nèi)河船所需通航凈空高度分別為20.1 m、20.3 m、20.8 m，捷水道的揚中二橋、揚中三橋、泰州大橋夾江橋的設(shè)計通航凈空高度為18 m，揚中大橋的設(shè)計通航凈空高度為10 m，按照設(shè)計船型的橋梁通航凈空高度不小于37.5 m 的標(biāo)準(zhǔn)，捷水道上的四座橋梁均不能滿足航道等級提升至I-3 級標(biāo)準(zhǔn)對于通航凈空高度的要求。

（2）橋梁通航凈空寬度。根據(jù)設(shè)計代表船型計算的橋梁通航凈空寬度，揚中大橋上水通航孔、揚中二橋、揚中三橋和泰州大橋揚中夾江橋左汊通航孔，采用單孔單向通航方式時，要求通航凈空寬度82 m，小于相應(yīng)各橋梁設(shè)計通航凈空寬度值，其通航凈空寬度能夠滿足航道等級提升至I-3 級標(biāo)準(zhǔn)對于通航凈空寬度的要求；對于揚中大橋下水通航孔，其設(shè)計通航凈空寬度為68 m，小于采用單孔單向通航方式時要求的通航凈空寬度82 m，不能滿足航道等級提升至I-3 級標(biāo)準(zhǔn)對于通航凈空寬度的要求；對于泰州大橋揚中夾江橋右汊通航孔，因其橋梁軸線的法線與水流交角大于5°小于15°，其設(shè)計通航凈空寬度為110 m，小于采用單孔單向通航方式時要求的通航凈空寬度112 m，不能滿足航道等級提升至I-3 級標(biāo)準(zhǔn)對于通航凈空寬度的要求。

（3）架空纜線凈空高度。根據(jù)設(shè)計代表船型計算的架空電纜通航凈空高度，3000 t 級、5000 t 級進(jìn)江海船所需通航凈空高度為38.5 m，5000 t 級、7000 t級、10000 t 級內(nèi)河船所需通航凈空高度分別為21.1 m、21.3 m、21.8 m，捷水道的揚中夾江110KV 跨江架空線、揚中夾江220KV 跨江架空纜線在設(shè)計最高通航水位下的通航凈空高度為35 m，因此捷水道上的兩條架空電纜可以滿足5000 t 級、7000 t 級、10000 t級內(nèi)河船的通航凈空高度的要求，不能滿足3000 t 級、5000 t 級進(jìn)江海船通航凈空高度的要求。

6 結(jié)論

根據(jù)以上針對航道水深、航道寬度、航道彎曲半徑和通航凈空方面的分析可以得到以下結(jié)論：

（1）捷水道全段范圍內(nèi)航道等級提升至I-3 級標(biāo)準(zhǔn)存在的主要問題：興隆彎左汊航道彎曲半徑問題比較棘手；橋梁和架空纜線僅能在水位較低滿足通航凈空要求時方可通航相應(yīng)的設(shè)計船型。

（2）捷水道以TP#21 浮（興隆彎下口）為界，下段通過采取適當(dāng)?shù)氖杩４胧?，使航道尺度達(dá)到I-3 級標(biāo)準(zhǔn)具有可行性。