湖北省碾盤山樞紐施工期通航安全影響分析

吳翠蓉

（湖北省鐘祥市港航管理局，湖北 鐘祥 431900）

1 工程概況

1.1 樞紐布置

漢江碾盤山樞紐位于漢江中下游干流沿山頭，上距雅口航運(yùn)樞紐58km，下距鐘祥市區(qū)7.7km，是漢江梯級(jí)開(kāi)發(fā)湖北省境內(nèi)的第7 級(jí)樞紐，以發(fā)電、航運(yùn)為主，兼顧灌溉、供水功能[1]。碾盤山水利水電樞紐工程為Ⅱ等工程，碾盤山壩軸線為NE2°46′51″，軸線總長(zhǎng)1200.0m，樞紐主要由船閘、泄水閘、電站廠房及安裝場(chǎng)、連接土石壩、魚(yú)道等組成。工程平面圖詳見(jiàn)圖1。

圖1 碾盤山樞紐工程平面布置圖

1.2 施工方案

碾盤山施工采用分期導(dǎo)流方案，工程施工分兩期進(jìn)行，廠房、泄水閘、船閘等建筑物在一期圍堰的保護(hù)下進(jìn)行施工，左岸導(dǎo)流明渠導(dǎo)流兼施工期通航，從第一年2 月初至第三年10 月底，工期33 個(gè)月；二期施工左岸土石壩，利用已建泄水閘過(guò)流，利用已建船閘通航。施工期通航環(huán)境改變[2]，通航安全影響應(yīng)充分分析研究。

2 一期導(dǎo)流階段通航安全影響分析

2.1 導(dǎo)流明渠通航條件分析

2.1.1 導(dǎo)流明渠通航代表船型合理性分析

工程河段現(xiàn)有通航船型，同時(shí)考慮導(dǎo)流明渠為施工期通航，時(shí)間約為3 年，碾盤山樞紐工程施工期采用一頂二500t 船隊(duì)作為代表船型，船型尺度。

2.1.2 導(dǎo)流明渠航道尺度合理性分析

目前，崔家營(yíng)至碾盤山壩址河段航道等級(jí)為Ⅳ（2）級(jí)，航道維護(hù)尺度為1.8m×80m×340m，通航500t 級(jí)船舶。

導(dǎo)流明渠軸線全長(zhǎng)2335m，由兩段直線段和一段圓弧線組成，圓弧半徑750m。進(jìn)出口與上下游河道相接，明渠底寬250m，進(jìn)口600m 為平坡，底高程39.0m，出口829m 為平坡，底高程38.0m，中間909.1m 為0.11%的斜坡段。由于需要滿足小流量通航需求，導(dǎo)流明渠底部沿中心線擴(kuò)挖80m 寬航槽，進(jìn)口高程為37.00m，出口高程為36.80m，并與上下游主航道相接。

導(dǎo)流明渠的最小通航流量445m3/s[3]，導(dǎo)流明渠進(jìn)口上游左岸原始河道內(nèi)有淺灘，通過(guò)疏浚渠道，滿足1.8m水深、彎曲半徑超過(guò)340m，滿足通航要求；明渠底部沿中心線擴(kuò)挖后，導(dǎo)流明渠內(nèi)滿足通航水深要求，航道彎曲半徑超過(guò)340m，滿足通航要求；出導(dǎo)流明渠后：通過(guò)疏浚措施使航道內(nèi)水深在1.8m 以上，彎曲半徑大于340m，滿足通航要求。由于出導(dǎo)流明渠后河道變寬、水流分散，枯水期可能發(fā)生航道水深不足的情況，建議加強(qiáng)觀測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)航道出淺時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行航道疏浚以提高航道水深。

2.2 導(dǎo)流明渠通航水流條件分析

根據(jù)手冊(cè)[4]關(guān)于通航水流條件要求，平原河流一般河段縱向流速1.0～2.0m/s，比降0.01‰～0.1‰，局部縱向流速2.5m/s，比降0.1‰～0.5‰。

同時(shí)，根據(jù)中國(guó)水利水電出版社1999 年出版的《截流圍堰堤防與施工通航》書(shū)籍，施工通航水流條件，同時(shí)結(jié)合漢江中下游現(xiàn)狀船舶運(yùn)行情況，要求導(dǎo)流明渠通航水流條件表層縱向流速不大于2.5m/s，比降不大于0.5‰，橫向流速不大于0.3m/s。

2.3 物理模型試驗(yàn)

《湖北碾盤山水利水電樞紐工程施工期航道模型試驗(yàn)研究報(bào)告》對(duì)導(dǎo)流明渠的流速、流態(tài)、水深等情況進(jìn)行了通航條件試驗(yàn)研究，選取了具有代表性的445m3/s、1590m3/s、2000m3/s、2300m3/s、2400m3/s 共5 組典型工況進(jìn)行導(dǎo)流模型試驗(yàn)[5]。

2.3.1 導(dǎo)流明渠流態(tài)

流量445m3/s 時(shí)，水流均勻進(jìn)入明渠，水面平穩(wěn)、水流流速小，流態(tài)順暢。上游圍堰堰前水面平靜，水面未超過(guò)堰頂高程，橫向流速在0.3m/s 以下，水流基本為靜水。受裹頭的影響，在明渠渠首護(hù)堤處產(chǎn)生微弱的橫向水流，對(duì)明渠水流產(chǎn)生小波動(dòng)的影響。導(dǎo)流明渠內(nèi)流態(tài)平穩(wěn)，均為緩流，無(wú)氣泡、漩渦等不良流態(tài)出現(xiàn)。縱向圍堰附近水流流速小，水深也較小，水面未越過(guò)圍堰頂。縱向圍堰下游段僅產(chǎn)生微幅波動(dòng)，水面未越過(guò)圍堰頂。明渠出流均勻、平緩，沒(méi)有出現(xiàn)不利流態(tài)。

流量1590m3/s、2000m3/s 時(shí)，水流流態(tài)與445m3/s基本相同。導(dǎo)流明渠進(jìn)出口，內(nèi)部及上下游圍堰流態(tài)均較好。

流量2300m3/s 時(shí)，上游圍堰堰前水流基本為靜水，水面未超過(guò)堰頂。但在裹頭附近，水流越過(guò)明渠右側(cè)護(hù)堤進(jìn)入明渠，產(chǎn)生橫向水流，垂直于航線方向流速超過(guò)0.3m/s 的橫向水流區(qū)域?yàn)榫嘤野蹲o(hù)堤20m 左右的范圍內(nèi)，該區(qū)域不能通航；導(dǎo)流明渠內(nèi)流態(tài)平穩(wěn)，均為緩流，無(wú)氣泡、漩渦等不良流態(tài)出現(xiàn)。縱向圍堰附近水流流速小、水深較小，水面未越過(guò)圍堰頂。縱向圍堰下游段僅產(chǎn)生微幅波動(dòng)，水面未越過(guò)圍堰頂。明渠出流均勻、平緩，沒(méi)有出現(xiàn)不利流態(tài)。

流量2400m3/s 時(shí)，水流流態(tài)與2300m3/s 基本相同，在裹頭附近垂直于航線方向流速超過(guò)0.3m/s 的橫向水流區(qū)域?yàn)榫嘤野蹲o(hù)堤30m左右的范圍內(nèi)，該區(qū)域不能通航；明渠進(jìn)出口、內(nèi)部及上下游圍堰流態(tài)均較好。

2.3.2 表面流速

流量445m3/s 時(shí)，由于流量很小，整個(gè)明渠內(nèi)流速較小，所有斷面流速均未超過(guò)2.0m/s。

流量1590m3/s 時(shí)，明渠表面流速分布特征同445 m3/s 基本相似，但流速有所增大。流速最大值2.53m/s；流速超過(guò)2.5m/s 的區(qū)域僅存在于13#斷面附近，區(qū)域很小。

流量2000m3/s 時(shí)，明渠進(jìn)口斷面流速均小于2.0m/s。流速最大值2.61m/s，流速超過(guò)2.5m/s 區(qū)域較小且未連通。

流量2300m3/s 時(shí)，雖局部流速最大值超過(guò)2.5m/s，但范圍有限，在明渠內(nèi)流速超過(guò)2.5m/s 的區(qū)域中（11#～20#斷面之間），11#～16#斷面之間由于彎道環(huán)流作用，主流靠近左岸，4#測(cè)點(diǎn)右岸流速均在2.5m/s 以下，仍能保證有100m 左右可通航區(qū)域；16#～20#斷面之間流速超過(guò)2.5m/s 的區(qū)域均位于5#測(cè)點(diǎn)左岸，5#測(cè)點(diǎn)右岸有總寬度有超過(guò)80m 的范圍滿足通航流速條件；從21#斷面開(kāi)始，流速均小于2.5m/s。結(jié)合水面比降與允許通航流速關(guān)系分析，明渠存在可以通航的航線，建議上行船只靠右岸通行。流速分布及流速等值線圖詳見(jiàn)圖2。

圖2 導(dǎo)流明渠各斷面表面流速分布圖（流量2300m3/s）

流量2400m3/s 時(shí)，明渠內(nèi)流速超過(guò)2.5m/s 的區(qū)域明顯增大；水流進(jìn)入導(dǎo)流明渠后，由于縱向圍堰裹頭的繞流作用影響，導(dǎo)致流速超過(guò)2.5m/s 的區(qū)域覆蓋大部分?jǐn)嗝妫鳁l件不滿足通航要求。

2.3.3 水流條件分析

導(dǎo)流明渠航道進(jìn)口段（長(zhǎng)約600m）底高程為38.30m（80m 寬范圍），其余段底高程為37.30m。模型試驗(yàn)研究驗(yàn)證，導(dǎo)流明渠最大通航流量為2300 m3/s。

2.4 斷航期通航保證措施

導(dǎo)流明渠通航期間，流量較大時(shí)導(dǎo)流明渠可能斷航。斷航期間建設(shè)單位應(yīng)合理進(jìn)行組織調(diào)配，做好施工斷航期貨物分流和補(bǔ)償工作。擬建樞紐上游14.4km 有磷礦鎮(zhèn)碼頭，下游8.3km 有中糧碼頭，可用作斷航期間貨物轉(zhuǎn)運(yùn)。同時(shí)，建議建設(shè)單位加強(qiáng)施工期調(diào)度管理，增加大功率推輪，適時(shí)組織推輪協(xié)助運(yùn)輸船舶安全通過(guò)導(dǎo)流明渠水域。

3 二期導(dǎo)流階段通航安全影響分析

3.1 二期施工條件

二期截流后，左岸導(dǎo)流明渠采用土石壩封堵，由右岸已建的泄水閘導(dǎo)流、已建船閘通航。船閘門檻水深4.0m，引航道口門區(qū)及連接段設(shè)計(jì)河底高程35.89m，設(shè)計(jì)通航尺度為3.6×100×700m（水深×航寬×彎曲半徑）。船閘、引航道口門區(qū)及連接段在二期截流前已實(shí)施完成，因此現(xiàn)狀航道尺度滿足二期導(dǎo)流期間的通航要求。

3.2 影響分析

二期導(dǎo)流階段，通過(guò)船閘通航，改變了該水域的通航環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）一期導(dǎo)流階段航路由原河道通航改為導(dǎo)流通航，改變了該水域的通航環(huán)境。

（2）導(dǎo)流明渠枯水期可能發(fā)生航道水深不足以及洪水期船舶通航不安全的情況，建議配備大功率多功能疏浚船用于應(yīng)急疏浚。同時(shí)，加強(qiáng)洪水期施工調(diào)度管理，適時(shí)組織大功率推輪協(xié)助運(yùn)輸船舶安全通航，確保運(yùn)輸船舶暢通航行。

（3）大流量時(shí)導(dǎo)流明渠可能斷航，建議建設(shè)單位合理進(jìn)行組織調(diào)配，做好施工斷航期貨物分流和補(bǔ)償工作。

（4）二期導(dǎo)流階段通過(guò)船閘通航，雖然改變了通航環(huán)境，但滿足施工期通航要求。