長江上游二級航道彎曲分汊淺灘的整治參數研究

鄧晴 林鈺豐

摘 要：由于長江枯水期短，大部分上游彎曲分汊淺灘的流速比降較大，若采用傳統枯水整治的思路通過束水攻沙的方法進行二級航道整治，水流條件可能進一步惡化。因此針對長江上游彎曲分汊淺灘，本文提出中水治理的整治思路，不改變整治線寬度，通過提高整治水位，延長退水沖刷時間以增加航深，改善航行條件。神背嘴灘研究表明整治水位在設計水位上3.3m，整治線寬度為190m時可取得良好的整治效果。

關鍵詞：彎曲分汊淺灘；整治水位；整治線寬度；航道整治

2016年開始，為進一步改善長江上游瀘渝段航行條件，提高通貨能力，瀘渝段將由三級航道升級為二級航道，航道建設標準提升至3.5m×60m×800m。瀘渝段主要礙航河段為彎曲分汊淺灘，其整治效果對瀘渝段航道升級將產生重要影響。如何確定該類灘險的整治參數直接關系到整治工程的成敗，本文將以神背嘴灘為例，對瀘渝段二級航道彎曲分汊淺灘的整治參數展開研究。

1 灘險概況

神背嘴灘（航道里程873～871km）是瀘渝段典型的彎曲分汊淺灘，航道具有“彎、淺、險”的典型特征，水流形式相對復雜，彎道處環流強，航行條件較差。長約1200m的天然卵石壩（秤桿磧）位于河流中心，將水道天然分成左右兩槽，左右兩汊在下游寡婦槽處匯流。左槽為微彎汊道，枯期水面寬度約150m，入口窄深，航深約10m；右槽較為平順，枯水期水面寬度約260m。進口河底為9.5%陡急的倒坡，航深約3.3m。右岸為寬約1000～1500m平坦開闊的古河床階地，岸線極不平整[ 1 ]。

2 整治思路

整治后河段的過水斷面面積是評價淺灘整治效果的重要指標[ 2 ]。分析神背嘴灘（航道里程873.5km）與優良河段（航道里程874.4km）的過水斷面面積與相對水位（相對設計水位）的關系發現，在設計水位以下時，神背嘴灘過水面積小，流速較大，較優良斷面束水能力好；中枯水期時，在此區間神背嘴灘整治后的束水攻沙作用較優良河段更強；洪水期整治建筑物壩頂被淹沒后，整治前后神背嘴灘的束水效果都不及優良河段。從總體分析上看，由于枯水期歷史短，采用傳統淺灘低水治理的思路通過筑壩調整河床形態通以趨向于優良河段，效果是很有限的[ 3 ]。因此本文提出中水治理的整治思路，提高整治水位，從而延長河床的沖刷歷時，增加航深，增大汊道分流比。

3 確定整治參數

3.1 整治水位

神背嘴灘目前整治水位在設計水位上2m，根據本文提出的中水治理的思路，應適當提高整治水位。本文采用多年平均流量法、造床流量法、平灘水位法以及經驗法對神背嘴灘的整治水位進行綜合分析[ 4 ]：對灘段下游朱沱水文站多年水文資料分析得出多年平均流量為7450m3/s，對應水位為217.38m，在設計水位上3.2m；采用造床流量公式G=QmJP計算得神背嘴灘第二造床流量為7600m3/s，對應水位在神背嘴灘設計水位上3.3m；平灘流量輸沙能力高，造床作用強，是衡量水流挾沙能力的重要指標[ 6 ]。航道里程874.4km～873km為微彎順直河段，河勢穩定，河床常年處于沖淤平衡狀態，可視作優良河段，其邊灘高程在215.3m左右，其平灘水位約為設計水位上3.4m；從川江整治的歷史成功經驗得出，淺灘的整治水位為設計最低通航水位以上1.5～2.5 m時整治效果較好。由上述分析發現取其平均值，則整治水位在設計水位上3.3m，對應整治流量為7600m3/s。

3.2 整治線寬度

目前神背嘴右汊整治線寬度為190m，本文阿爾圖寧公式、輸沙平衡法公式、水力學公式公式確定其II級航道整治線寬度。各計算方法得出的神背嘴灘整治線寬度各不相同，阿爾圖寧公式計算值較大，比枯水期河寬寬出約100m，不作參考。輸沙平衡法公式計算值與原整治線寬度基本一致，水力學公式計算結果為170m。根據輸沙平衡法公式和水力學公式的計算結果布置兩個整治方案：方案一整治線寬度為190m，方案二為200m。通過分析其整治效果，研究整治線寬度的合理取值。

4 整治效果分析

本文采用SMS軟件二維水流模型對神背嘴灘各整治方案的整治效果進行分析，計算結果表明各方案整治后右槽航深都達到Ⅱ級航道建設要求，分流比皆有提高。由于丁壩存在一定阻水作用，導致在設計流量Q=2308m3/s時方案2分流比為46.9%，較方案1減少2.4%，在整治流量Q=7600m3/s時較方案1減少4.3%。

整治后在整治流量下，方案1右槽中后段平均流速為3.18m/s，為床沙起動流速的約1.17倍，有助于汛后枯水航槽沖刷，維持疏浚區穩定。整治前右槽中下段流速較大，方案2整治后的右槽中段航道內流速達到3.42m/s，比降為0.99‰，不滿足二級航道的船舶上行要求。由此可見方案1的整治效果更好，證明在不改變整治線寬度的前提下通過提高整治水位治理彎曲分汊淺灘的整治方法是可行的。

5 結論

對于流速比降偏大的彎曲分汊淺灘的整治，采用傳統的束水攻沙方法，往往會將河道束得過窄，有可能使整治后的淺灘變成急流灘，這是不可行的。針對長江上游瀘渝段彎曲分汊淺灘Ⅱ級航道建設，本文提出中水治理的整治思路，不改變整治線寬度，通過提高整治水位，延長沖刷歷時，增加汊道分流比，增大航深。神背嘴灘的II級航道研究結果表明整治水位在設計水位上3.3m，整治線寬度為190m，可達到Ⅱ級航道建設標準。

參考文獻：

[1] 謝遠華，趙志舟，周華君.長江上游城背嘴灘險成因分析.水道港口，2005；3（30）：26-29.

[2] 唐存本，貢炳生，左利欽.再論航道整治線寬度與整治水位的確定.水運工程，2010；3（3）：85-90.

[3] 解中柱.宜賓至重慶河段淺灘整治參數的確定和實踐效果.中國港灣建設，2013；2（1）：8-11.

[4] 王秀英.沖積河流航道整治設計參數確定方法研究.武漢：武漢大學，2006.

[5] 楚萬強，李永麗，謝龍.長江干流重慶主城河段造床流量計算.重慶交通大學學報（自然科學版），2015；4（34）：69-71.

[6] 夏軍強，吳保生，王艷平.近期黃河下游河床調整過程及特點.水科學進展，2008，5（19）：301-305.