突咀挑流影響分析及其在險灘整治中的應用

□李錦成（二灘水電開發有限責任公司）

交通運輸是現代國民經濟的重要組成部分。現代的交通運輸方式主要包括鐵路、公路、管道、水路及航空，其中水運具有運量大、成本低、能耗小等優勢，一直受到世界各國的廣泛重視。我國西部山區河流灘險流急，各類礙航險灘眾多，而險灘的存在嚴重影響船舶航行安全。開發西部水運交通必將對眾多礙航灘險河段進行整治，突咀是山區河流主要礙航灘險之一，對船舶安全航行威脅極大，常使船舶發生海損事故。深入研究其治理方法，將為礙航突咀灘險治理提供可靠的手段，對加快西部山區河流礙航灘險的治理具有重要的現實意義。

1.突咀挑流簡介

險灘根據其礙航原因可分為礁石險灘與不良流態險灘兩種類型。其中礁石險灘指在某些河段中，由于突出石梁或零散礁石影響船舶的安全航行。突咀挑流是礁石險灘中常見的一種礙航險灘。由于突咀挑流的影響，導致局部水流流態紊亂，特別是河道兩岸伸向江中的突咀阻水挑流是構成泡、漩水的重要原因。

整治工程措施：由于河岸有局部突出障礙物阻水，可以通過炸除局部障礙物，使河床趨于平整，從而平順水流，減弱因挑流而產生的不利副流，以達到平整岸線的目的。

2.突咀挑流影響分析

由于突咀挑流，在突咀斷面前發生水流分離，突咀的下游有相對大范圍的回流，在回流與分離區的邊界上有一串串漩渦。當水深小、流速小時，泡漩很弱少，且只出現在回流與分離區的邊界上；當流量加大以后，除在這些區域有泡漩之外，回流區內以及下游近區域都有泡水和漩渦。對產生這種流態的原因分析如下：

在突咀的上游，由于水流受到突咀的阻擋，底部水流上涌而形成泡，并形成范圍不大的回流區。

在突咀的下游，因邊界層水流分離而出現大范圍的回流區。除回流與主流交界面形成一連串漩水以外，一方面由于回流區尾部范圍是不穩定的，因而水流紊亂，回流區尾部回流水和擴散的主流沖撞槽壁，形成水流上涌，動能變成位能而成泡水。另一方面由于主流流速沿垂線分布不均勻，岸壁突咀下游沿水深的各個平面上的回流區范圍不一致，主流流速大小與回流區范圍大小成正比，靠近水面的回流區范圍較大，而底部回流區范圍較小，所以底部的主流擴散上升進入上層回流區，動能轉變為位能而成回流區內的強烈泡水。這種泡水是陣發性的，且出現位置也不固定。當泡水冒出水面后，由于水流上涌而帶動周圍水流旋轉而形成的漩水出現。

圖1 突咀挑流示意圖

3.突咀附近流區劃分

水流經過突咀后，水流的速度場和壓力場都發生了變化，流態比較復雜。水流流向突咀時受到阻擋，比降逐漸減小，接近突咀時出現反比降，迫使水流流向河心，繞過突咀下泄。當水流接近突咀斷面（B-B）時，流速加大，比降也加大。水流繞過突咀后在慣性力作用下，發生流線分離和水流進一步收縮現象，形成一個收縮斷面（C-C），此時流線彼此平行，動能最大，流速最大。在收縮斷面下游，水流由于逐漸擴散，動能減少而位能增大，至斷面（A-A）時，水流的壓縮程度等于丁壩斷面。在這以下水流擴散，慢慢恢復到天然狀態下的水流狀態。

圖2 突咀附近流區劃分圖

類似于突咀挑流現象的水流分布在工程實際中到處可見。以瀘州至赤水（川黔界）高速公路赤水河特大橋為例，橋梁進行施工圍堰情況下，布置于岸邊的圍堰部分位于通航水域內，其水流形態類似于突咀挑流的影響。為了初步了解其水流基本要素，通過平面二維數值模擬計算，驗證突咀挑流水流分布狀態。

圖3 圍堰附近二維計算流場分布圖

計算結果表明，從圍堰處流速分布看來，水流在圍堰處受到阻擋，引起水流產生繞流運動。圍堰上游水流受到阻擋產生滯留，水流流速降低，橋軸線斷面由于河床束窄、水流過水斷面面積減少，水流流速增加。在圍堰上下游存在回流區，水流流態紊亂，類似于突咀挑流。

4.突咀挑流險灘治理在工程實際中的應用

例如川江的螃蟹岬（見圖4）就是采取這種方法取得成功的。螃蟹岬河道彎曲，位于凹頂的兩側及凸岸的一側有品字形突咀交錯挑流，洪水期產生較大的回流，泡漩洶涌，嚴重礙航。整治采用炸除兩岸突咀平順岸線的方法，使回流和泡漩水范圍縮小，減弱了強度，滿足船舶安全航行要求。金沙江的灑水壩灘等也是采取類似的整治方法取得成功的。

圖4 螃蟹岬整治前后流態變化圖

5.結語

結合工程實際案例，研究與分析突咀挑流水流流態，對岸邊礁石險灘礙航整治具有重要的指導意義。近年來隨著水運的復蘇，使得礙航險灘問題成為無論在工程設計還是理論研究方面都需要迫切解決的問題，本課題的研究成果在這一研究領域搭建了一個初步的基礎平臺。隨著試驗手段和計算機技術水平的提高，如果以上問題能夠得到逐一展開研究，有關突咀挑流的研究理論會得到不斷豐富完善，礙航險灘的治理方法也會相應更加成熟，從而更好地為內河航運服務。

[1]長江航道局.航道工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2003,8.

[2]程昌華,等.航道工程學[M].北京：人民交通出版社，2001,1.