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摘 要：长江中游枝江-江口河段为典型的沙卵石河段,其航道条件受诸多因素的影响。本文通过定床敏感性试验,分析了下游水位下降与洲滩冲刷变形两大主要影响因素对航道条件的影响,为河段的航道流治理提供了依据。
关键词：长江中游 敏感性试验 水位下降 洲滩 冲刷
中图分类号：U617 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)02(b)-0106-01
1 河道概况
长江中游枝江—江口河段位于长江中游上荆江河段上段,处于山区河流向平原河流过渡地带,该河段上起昌门溪,下至七星台,主要由枝江水道、刘巷水道和江口水道组成,全长21km,枝江水道和江口水道是枯水期碍航水道,刘巷水道航道条件良好。本河段是长江中游受三峡蓄水影响较早沙卵石河段之一。
枝江水水道自昌门溪至枝江市城下,属顺直分汊水道,左汊不支汊,右汊为主汊,为常年主航道。江口水道自刘巷至七星台,为微弯分汊水道,左汊为支汊,右汊为主汊。三峡水库蓄水后,江口水道2006～2007、2007～2008连续两届枯水期在吴家渡过渡段出现大范围的回淤,航道宽度不足,在挖泥船的不断疏浚下才能保障航道畅通。
根据三峡蓄水以来的资料和河床演变分析可知,本河段内滩槽主要表现为冲刷,深槽的冲刷有利于航道的改善与提高,而本河段内的水陆洲、鲍家河边滩、张家桃园边滩、柳条洲等重要洲滩的冲刷,引起的洲滩变形,可能造成枯水期水流分散、航槽不稳、水深不足等严峻局面,对航道条件不利。
三峡工程蓄水后,汛期基本不改变下泄流量过程,来水量与天然情况相差不大,汛末水库开始蓄水,造成10月份流量约减少40%,枯水期的1～5月份流量比建库前有所增大。根据实测资料,蓄水后上游来沙被拦蓄在库内,出库及坝下游水流含沙量大幅减少,最大减小幅度接近90%。由此引起下游长距离、长时间冲涮。本河段下游为沙质河床,冲刷幅度必大于上游卵石河床,引起沙卵石河段水面比降加大,易产生局部“坡陡流急”现象,会直接影响到现行船舶(队)及将来大型船队安全通过。
2 敏感性试验
根据河床演变分析可知枝江－江口河段航道条件除了上游来水来沙条件的影响外,还受两方面因素的影响,一是下游水位下降引起的上游水位下降,浅区枯季水深不足或局部水流条件达不到通航要求;二是洲滩的冲刷变化引起航道条件变差。因此,为了弄清楚哪个因素对本河段航道条件起主导作用,哪些洲滩为关键控制部位,探讨枝江——江口河段航道治理思路,开展了枝江——江口河段定床模型敏感性试验,为整治方案的提出与实施提供参考。
模型根据2007年3月实测1∶10000地形图进行制作,模型平面比尺300,垂直比尺100,变率为3。
2.1 下游水位变化试验
为探讨下游水位的下降对本河段航道条件的影响,在模型上对尾门水位进行调节来模拟下游水位下降的情况,在枯季最小通航流量为5000m3/s时,尾门水位依次下降0.5m,1.0m,1.5m和2.0m。
由试验可知,随着下游大埠街水位的降落,沿程水位也相应地呈不同程度的下降,距大埠街越近,水位下降越显著,越远则下降越小。水位的变化直接关系到航道水深,下游水位下降越多,对本河段的航道水深越严重,尤其是枝江上浅区,航道水深不足的问题愈加突出。
由水位下降的敏感性试验分析认为：下游水位大幅下降会加剧本河段内局部比降加大,恶化航道条件,给枝江上浅区航道水深带来不利影响。昌门溪、上曹家河两处地形对上游水位起到较强的控制作用,也是对维护航道水深起控制作用的关键部位。
2.2 洲滩冲刷试验
2.2.1 吴家渡冲刷试验
当吴家渡过渡航槽冲刷拓宽后,5000m3/s流量下,模型上显示水流顺畅过渡,航槽利于水流集中,航宽不足也得到有效改善,航道条件明显好转。当流量为5000m3/s时,吴家渡航槽未被冲刷前,柳条洲左汊分流量占25.4%,右汊占74.6%,开挖槽口后,柳条洲右汊流量增加1.8%左右。
吴家渡过渡槽的冲刷会较大改善江口水道通航条件,对柳条洲两汊分流比有调整作用,对过渡段航槽稳定有利,但同时也造成上游水位一定幅度的下降,对江口水道和枝江下浅区航道水深影响不大,而对枝江上浅区相对紧张的航道水深来说是不利的,倘如冲刷范围扩大,其不利影响更大,并且随着大埠街水位进一步下降,在水位下降和洲滩变形两者不利效应的叠加作用下,枝江浅区水深将会不足。
2.2.2 枝江上浅区冲刷试验
上浅区开挖后,航槽水深增加,局部流速、比降减小,航道条件改善。在5000m3/s流量下,开挖前后从沿程水位变化来看,枝江浅区过渡段被冲深后,水深下降明显,说明上浅区的开挖对上游水位影响较大。
上浅区被冲深后,主汊过流能力增强,对水陆洲左、右汊分流影响较大,右汊增加分流比约5%。
枝江上浅区对上游水位有明显的控制作用,开挖会导致昌门溪水位的下跌,而昌门溪水位又对上游另一浅滩芦家河水道水位有较强的控制作用,开挖引起的水位下降可传递,可能会加剧芦家河水道坡陡流急的不利局面。
2.2.3 水陆洲受冲变化试验
水陆洲洲尾冲刷后,洲尾附近的水位明显下降,上游水位也有较大幅度的下跌,昌门溪水位下降0.067m,李家渡水位下降0.108m。因此,水陆洲洲尾对李家渡控制作用十分显著,对昌门溪水位也有一定影响作用,整个洲体对水位均有较强的控制作用。同时洲尾的冲刷对左右汊分流比也具有调整作用。水陆洲洲尾受冲后,右汊分流比由90%增加到95%,右汊流量显著增加,对维持两汊河势不利。
水陆洲冲刷后,对枝江上浅区的航道条件不利,洲尾冲刷,洲体萎缩,右汊河槽相应展宽,枝江上浅区段正处于河槽较宽处,流速减缓,同时洲尾的冲刷会引起水流分散,在河槽加宽与左侧深槽吸流作用下形成多个槽口,使本已水深吃紧的航道更加困难,航道条件也更恶化。
3 航道条件影响因素分析
通过以上敏感性分析可知,下游大埠街水位变化、洲滩变形是影响本河段航道水流条件的主要因素如下。
(1)下游水位的大幅下降是制约航道条件的主要影响因素之一。
(2)洲滩冲刷变形对航道条件影响较大。
(3)枝江上浅区是本河段航道条件的关键,它与上下游有较为复杂的制约关系。
4 结语
在河道演变特性分析基础上,通过敏感性试验,分析了航道条件因素关系,并得到以下几点认识。
(1)下游水位的下降会对本河段水位产生影响。
(2)本河段存在两个水位控制节点,一是昌门溪;二是上、下曹家河一带。
(3)水陆洲冲刷变形对上游昌门溪水位以及两汊的分流影响较大,并且同时会造成水流分散,难以形成稳定槽口,对航道维护不利,在水位下降和洲滩变形两者不利效应的叠加作用下会加剧枝江浅区水深不足的局面,应加强洲滩守护,严禁乱采乱挖。
(4)枝江上浅区的开挖对航道条件改善明显,但同时以上游水位影响也大,尤其是枝江上浅区对昌门溪水位控制作用明显。
关键词：长江中游 敏感性试验 水位下降 洲滩 冲刷
中图分类号：U617 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)02(b)-0106-01
1 河道概况
长江中游枝江—江口河段位于长江中游上荆江河段上段,处于山区河流向平原河流过渡地带,该河段上起昌门溪,下至七星台,主要由枝江水道、刘巷水道和江口水道组成,全长21km,枝江水道和江口水道是枯水期碍航水道,刘巷水道航道条件良好。本河段是长江中游受三峡蓄水影响较早沙卵石河段之一。
枝江水水道自昌门溪至枝江市城下,属顺直分汊水道,左汊不支汊,右汊为主汊,为常年主航道。江口水道自刘巷至七星台,为微弯分汊水道,左汊为支汊,右汊为主汊。三峡水库蓄水后,江口水道2006～2007、2007～2008连续两届枯水期在吴家渡过渡段出现大范围的回淤,航道宽度不足,在挖泥船的不断疏浚下才能保障航道畅通。
根据三峡蓄水以来的资料和河床演变分析可知,本河段内滩槽主要表现为冲刷,深槽的冲刷有利于航道的改善与提高,而本河段内的水陆洲、鲍家河边滩、张家桃园边滩、柳条洲等重要洲滩的冲刷,引起的洲滩变形,可能造成枯水期水流分散、航槽不稳、水深不足等严峻局面,对航道条件不利。
三峡工程蓄水后,汛期基本不改变下泄流量过程,来水量与天然情况相差不大,汛末水库开始蓄水,造成10月份流量约减少40%,枯水期的1～5月份流量比建库前有所增大。根据实测资料,蓄水后上游来沙被拦蓄在库内,出库及坝下游水流含沙量大幅减少,最大减小幅度接近90%。由此引起下游长距离、长时间冲涮。本河段下游为沙质河床,冲刷幅度必大于上游卵石河床,引起沙卵石河段水面比降加大,易产生局部“坡陡流急”现象,会直接影响到现行船舶(队)及将来大型船队安全通过。
2 敏感性试验
根据河床演变分析可知枝江－江口河段航道条件除了上游来水来沙条件的影响外,还受两方面因素的影响,一是下游水位下降引起的上游水位下降,浅区枯季水深不足或局部水流条件达不到通航要求;二是洲滩的冲刷变化引起航道条件变差。因此,为了弄清楚哪个因素对本河段航道条件起主导作用,哪些洲滩为关键控制部位,探讨枝江——江口河段航道治理思路,开展了枝江——江口河段定床模型敏感性试验,为整治方案的提出与实施提供参考。
模型根据2007年3月实测1∶10000地形图进行制作,模型平面比尺300,垂直比尺100,变率为3。
2.1 下游水位变化试验
为探讨下游水位的下降对本河段航道条件的影响,在模型上对尾门水位进行调节来模拟下游水位下降的情况,在枯季最小通航流量为5000m3/s时,尾门水位依次下降0.5m,1.0m,1.5m和2.0m。
由试验可知,随着下游大埠街水位的降落,沿程水位也相应地呈不同程度的下降,距大埠街越近,水位下降越显著,越远则下降越小。水位的变化直接关系到航道水深,下游水位下降越多,对本河段的航道水深越严重,尤其是枝江上浅区,航道水深不足的问题愈加突出。
由水位下降的敏感性试验分析认为：下游水位大幅下降会加剧本河段内局部比降加大,恶化航道条件,给枝江上浅区航道水深带来不利影响。昌门溪、上曹家河两处地形对上游水位起到较强的控制作用,也是对维护航道水深起控制作用的关键部位。
2.2 洲滩冲刷试验
2.2.1 吴家渡冲刷试验
当吴家渡过渡航槽冲刷拓宽后,5000m3/s流量下,模型上显示水流顺畅过渡,航槽利于水流集中,航宽不足也得到有效改善,航道条件明显好转。当流量为5000m3/s时,吴家渡航槽未被冲刷前,柳条洲左汊分流量占25.4%,右汊占74.6%,开挖槽口后,柳条洲右汊流量增加1.8%左右。
吴家渡过渡槽的冲刷会较大改善江口水道通航条件,对柳条洲两汊分流比有调整作用,对过渡段航槽稳定有利,但同时也造成上游水位一定幅度的下降,对江口水道和枝江下浅区航道水深影响不大,而对枝江上浅区相对紧张的航道水深来说是不利的,倘如冲刷范围扩大,其不利影响更大,并且随着大埠街水位进一步下降,在水位下降和洲滩变形两者不利效应的叠加作用下,枝江浅区水深将会不足。
2.2.2 枝江上浅区冲刷试验
上浅区开挖后,航槽水深增加,局部流速、比降减小,航道条件改善。在5000m3/s流量下,开挖前后从沿程水位变化来看,枝江浅区过渡段被冲深后,水深下降明显,说明上浅区的开挖对上游水位影响较大。
上浅区被冲深后,主汊过流能力增强,对水陆洲左、右汊分流影响较大,右汊增加分流比约5%。
枝江上浅区对上游水位有明显的控制作用,开挖会导致昌门溪水位的下跌,而昌门溪水位又对上游另一浅滩芦家河水道水位有较强的控制作用,开挖引起的水位下降可传递,可能会加剧芦家河水道坡陡流急的不利局面。
2.2.3 水陆洲受冲变化试验
水陆洲洲尾冲刷后,洲尾附近的水位明显下降,上游水位也有较大幅度的下跌,昌门溪水位下降0.067m,李家渡水位下降0.108m。因此,水陆洲洲尾对李家渡控制作用十分显著,对昌门溪水位也有一定影响作用,整个洲体对水位均有较强的控制作用。同时洲尾的冲刷对左右汊分流比也具有调整作用。水陆洲洲尾受冲后,右汊分流比由90%增加到95%,右汊流量显著增加,对维持两汊河势不利。
水陆洲冲刷后,对枝江上浅区的航道条件不利,洲尾冲刷,洲体萎缩,右汊河槽相应展宽,枝江上浅区段正处于河槽较宽处,流速减缓,同时洲尾的冲刷会引起水流分散,在河槽加宽与左侧深槽吸流作用下形成多个槽口,使本已水深吃紧的航道更加困难,航道条件也更恶化。
3 航道条件影响因素分析
通过以上敏感性分析可知,下游大埠街水位变化、洲滩变形是影响本河段航道水流条件的主要因素如下。
(1)下游水位的大幅下降是制约航道条件的主要影响因素之一。
(2)洲滩冲刷变形对航道条件影响较大。
(3)枝江上浅区是本河段航道条件的关键,它与上下游有较为复杂的制约关系。
4 结语
在河道演变特性分析基础上,通过敏感性试验,分析了航道条件因素关系,并得到以下几点认识。
(1)下游水位的下降会对本河段水位产生影响。
(2)本河段存在两个水位控制节点,一是昌门溪;二是上、下曹家河一带。
(3)水陆洲冲刷变形对上游昌门溪水位以及两汊的分流影响较大,并且同时会造成水流分散,难以形成稳定槽口,对航道维护不利,在水位下降和洲滩变形两者不利效应的叠加作用下会加剧枝江浅区水深不足的局面,应加强洲滩守护,严禁乱采乱挖。
(4)枝江上浅区的开挖对航道条件改善明显,但同时以上游水位影响也大,尤其是枝江上浅区对昌门溪水位控制作用明显。