石梁灘礙航成因與炸礁疏浚的深幅方案優選研究

龍括 黃云龍 江西省路港工程有限公司

某石梁灘段有石梁縱臥江中，該灘段無論石梁灘還是所對應的岸側，邊界均極不規則，區段礁石遍布，石梁挑流束流、深水槽吸流及流水擴散等要素綜合作用，構成中水礙航險灘，治理難度比較大。為了便利通航，航道管理部門決定對區段實施炸礁疏浚治理，因此產生究竟選擇什么樣的優化炸礁深幅方案問題。本研究基于工程案例炸礁疏浚總體方案要求，對石梁1/3炸幅、1/2炸幅和全炸幅等3個炸礁深幅方案，開展優選分析研究，以為案例及同類工程應用提供炸礁深幅技術參考。

1.石梁影響通航狀態特點

石梁灘航道長度839.2 k m～838.3km，該灘段呈現藕節形態，窄寬相間，河道寬展段水體深度比較小，收束段水體深度較大，灘內泓淵起伏，最大水深變化近50m上下。受河道收束段的壅流和深水槽的吸流作用影響，在盤磨灘的上游，忽然水面壅高，流水流動速率比較大。突嘴石梁具有挑流作用，受此影響，左岸過流較差。收束段后，河道寬度急速縮小，江中石梁臥阻，主河道水流更加不暢，該區域河床存在下切，水體深度大于50m，過水斷面增大，流水擁塞，過流速率降低。石梁周圍，受河床局域地貌突變的影響，易于形成亂流；在石梁被水位漫過以后，區域流態更壞，橫向流和滑梁水更甚，整個主槽水流紊亂，航道變得狹窄。在洪水多發期，石梁翻水，又航深不足，通航能力影響嚴重，屬于典型的中水期影響通航的險灘。

船舶迎水進入深水槽后，為躲避左側滑梁水，而選擇偏于右岸航行。駛至槽頭以后，又須避讓進口區域的橫向流，逐步靠左航行，至白塔嘴后，選擇緊靠左岸航行，行進變得困難。該區段航道的維護操作，具有較大難度。中水時節，左側石梁基本淹沒，但是水體深度還是不足，其間的滑梁水依然較強，船舶靠近較難，梁頂無法配置航標。再因為受右側磨盤石和左側石梁的遏制，區間航道尤為狹窄，在航道內配置航標也不允許，所以區域航標配置相對困難。目前該區段中水時節，時常不得不控制通航，船舶上行，常于桃子巖等位置待航讓行。

2.石梁灘礙航形成原因

石梁屬于環境復雜的礙航險灘，區域河槽較窄，其成原因比較復雜，主要有以下幾點。

（1）磨盤石探出河道比較寬與上游的掃彎水，是構成左槽口橫流的主要原因。石梁灘段河勢上游彎道掃彎水受到磨盤石阻挑擋而流向主槽。磨盤石占據半個河道，高程達到8m。挑擋在槽內形成激烈的橫向流，挑流之后，發生大量的泡水和回流。因為受到槽中主流的壓擠，左側橫向流與洄流的延展寬度并不大，影響通航區域較窄。

（2）河道地形地勢縱、橫突變是構成泡漩頻發的重要原因。平面上，上游河道700m的寬度，槽口收至不足250 m，收窄了近2倍。豎向上，高程從-6.0m降低至-5.5m左右，存在約30%的降幅。區域更陡，倒坡出口坡率約-5%。兩岸岸壁直立，達50～60m高度。橫向突形變成橫向流和洄流，主流互相壓擠構成漩水，底部橫向流、渦旋水流碰到兩側直墻后，折向水面，構成強勢泡水。枯水期流動速率緩慢，漩泡水較弱，航行基本無礙。中水期流動速率加大，泡漩提高，對航行存在一定影響。洪水多發期磨盤石通流后，橫向流減弱，通航余地較大。

（3）沿梁泡水是構成滑梁水重要的原因。因為石梁不平，翻水存在漸變特點，并且其左側浩溝常年相連于主河槽，因此石梁內外水位差實際并不很大，由水位差所導致的滑梁水其強度一般并不大。但是經過觀察，石梁沿程頻發泡水，其出露水面后，隨即開散，進而構成斜跨或橫跨石梁的較強橫向流。

（4）磨盤石與石梁互相對峙是影響通航的直接原因。右片磨盤石與左側石梁相對峙，石梁臥于中流，其兩側航行區域的連續性被阻斷，使該區段最窄區域，槽寬僅約150m。上述影響通航的過流狀態，使實際適航寬度進一步收束，航道維護和船舶航行都面臨困難。

3.炸礁疏浚方案與治理功效

3.1 炸礁疏浚方案

依據影響通航特點分析，石梁灘段影響通航問題窄束段水亂，而上游側受深水槽吸流和下游壅流影響，坡陡流急，加之右岸石梁突嘴眾多，阻水作用顯著，右岸水面壅高，橫比降亦比較大，橫向流比較強盛，灘段內航行流水條件較差。伴隨水位的漲升，當水位漫過石梁后該區域水勢更壞。滑梁水和橫向流更甚，整個主槽流水紊亂。航道狹窄，尤其是在石梁翻水但是航深又不足的中洪水多發期影響通航最為嚴重，為典型的中水險灘。

該灘的整治思路為：炸低縱臥江中的石梁，改善石梁附近的過流狀態，提升有效航行區域寬度，解決窄束段流水不暢。阻水壅高上游水位引發的比降比較大的問題：兼顧減弱中水期石梁頂部橫向流、滑梁水的強度。

3.2 炸礁深幅優選

擬定4種開挖深度，分別為4m、5m、6m和7m，擬定3個爆炸除礁選擇，分別為1/3炸、半炸和全炸除，實施局域改進功效計算，具體配置如圖1所示。

圖1 石梁1/3炸、半炸和全炸除礁配置平面圖

3.2.1 石梁1/3炸幅對航道流力改變不大

基于設計過流量2230m3/s和治理過流量5920m3/s條件，各炸幅治理方案的航道流力變更狀態分析成果揭示如下。

①航道主流流動速率及其變化。因為石梁區段為深水槽段，過水截面面積比較大，爆炸除礁對航道流動速率均值影響很小，并且不同炸幅所對應的航道流動速率大致相當。

②左負右正橫向流及其變化。設計過流量時，爆炸除礁前后，航道最大橫向流基本保持不變，但是治理過流量時，橫向流有所降低，最大橫向流低于0.6m/s，航行基本無礙。

3.2.2 半炸對航道流力的狀態改變不大

基于設計過流量2230m3/s和治理過流量5920m3/s條件，各炸幅方案的航道流力變化狀態分析成果揭示如下。

①航道主流流動速率及其變化。因為石梁區段為深水槽段，過流截面的面積比較大，爆炸除礁對航道平均流動速率影響很小，并且不同炸深所對應的航道流動速率值大致相當。

②左負右正橫向流及其變化。設計過流量條件，爆炸除礁前后，航道最大橫向流基本不變，但是治理流星時橫向流有所降低，雖大橫向流低于0.6m/s，航行基本不受影響。

3.2.3 全炸對航道流力的狀態改變比較合適

基于設計過流量2230m3/s和治理過流量5920m3/s條件，各炸幅方案的航道流力變化狀態分析成果揭示如下。

①航道主流流動速率及其變化：因為石梁區段為深水槽段，過流截面的面積比較大，爆炸除礁對航道平均流動速率影響相對很小，并且不同炸深所對應的航道流動速率值大致相當。

②橫向流及其變化。設計過流量時，爆炸除礁前后航道最大橫向流基本保持不變，但是治理過流量時橫向流有所降低，最大橫向流低于0.4m/s，航行基本不受影響。

③航道中線區域的水位變化。設計過流量條件下，區段水位僅-3～0cm的變化幅度，治理過流量條件下，水位發生稍大降低，均值在0.16m左右。這是因為石梁的炸除幅度最大達7～9m，降低了12～15%的垂向石梁高度，爆炸除礁后，水域通連，流水順暢擴散，水位自然降低。

④消灘判數。爆炸除礁前后，航道消灘判數，控制在±0.20m/s之內，各炸幅所對應的消灘判數基本重合，并且最大值都低于臨界消灘判數3.93m/s。

⑤航行水域。爆炸除礁后，石梁的左右航行水域，實現通連，中水期和枯水期適航水域寬度，從最狹窄的150m，提升至260m寬度，功效顯著。拓展的適航范圍及流水條件，均符合航道順利通行技術需求，解決了中水期和枯水期航標配置、航道維護等難題。

全炸深幅5m和全炸深幅6m實施后，區域適航寬度均存在顯著提升，水流流動速率與消灘判數的改變不大，治理前所存在不良流相顯著改善，航行流水條件較佳。兩方案盡管其航行流水條件差異不大，但是從航道規格、航域連續性、基巖河床、航道維護、航標配置、工程量以及工程棄渣處理等等方面綜合考慮，全炸深幅5m方案的優勢更明顯。所以，建議選擇全炸深幅5m方案開展案例段航道炸礁整治。

4.結語

基于工程案例，開展了石梁灘航道疏浚的炸礁深幅方案優選研究。分析揭示，石梁1/3和1/2（半炸）炸幅工況下，炸礁對航道流力改變不大。全炸深幅5m和全炸深幅6m實施后，區域適航寬度均存在顯著提升，治理前所存在不良流相顯著改善，航行流水條件較佳。而從航道規格、航域連續性、航道維護、航標配置、工程量以及工程棄渣處理等等方面綜合考慮，全炸深幅5m方案的優勢更明顯。故建議選擇全炸深幅5m方案開展案例段航道炸礁整治。