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1、2011 年 3 月 第 3 期总第 451 期Mar. 2011 No. 3Serial No. 451水运工程 Port The evolution trend of this waterway is predicted, andthe proposals on the follow-up works are put forward. After the realization of the first phase project, the situation ofthe river course becomes more stable, the deposit occurs at the
2、 Guniusha point bar, and the bar widens, thus theflow concentrates easily in low water, the shallow ridge at the crossing is scoured efficiently, the amount ofaccumulation is reduced, the degree of navigation-obstructing is relieved, and the channel conditions in the shallowarea are improved, which
3、create favorable conditions for the follow-up works. It is thought that the effect of the firstphase channel regulation project will become more obvious along with the realization of the structures functionsand the expected goal will be reached.Key words:Guniusha waterway; channel regulation; effect
4、 analysis收稿日期：2010-08-30作者简介：蔡大富 （1955 ） ，男，教授级高工，从事内河航道科研与设计工作。牯牛沙水道为长江中游近期出现的重点碍航浅水道，整治好该水道对长江中游航道的畅通具有重要意义。交通运输部于 2010 年 2 月批复同意实施牯牛沙水道航道整治一期工程。工程投资约水运工程2011 年1.4 亿元。工程建筑物类型主要为护滩建筑物与护岸工程。一期工程于 2009 年 9 月开工，2010 年 6月完工，经受了 2010 年大洪水考验。2010 年 8 月进行了交工验收，工程质量符合要求，工程效果良好，总体河势更趋稳定，牯牛沙沙边滩淤高展宽，利于枯水期水流集中
5、，过渡段浅埂得到较为有效的冲刷，淤积减少，碍航程度减轻，浅区航道条件改善，航道维护紧张局面得以缓解，为后续工程的实施创造了有利条件。1工程概况1.1水道演变特点、主要影响因素及碍航特性牯牛沙水道位于长江中游，三峡水库下游，上距湖北省武汉市约 139 km。水道上起西塞山，下迄叶家湾，全长约 16.5 km （图 1 ）。历史上，牯牛沙水道航道条件较好，但从 2003 年开始，牯牛沙边滩受冲变窄，枯水河道逐渐放宽，主流右摆，上下深槽逐步交错，航道维护工作出现紧张局面，2007 年枯水期成为长江中下游重点碍航水道，需要采取疏浚等措施来维持通航。该水道历史上很少出现碍航状况，尽管汛期过渡段发生较强的
6、淤积，但退水期冲刷过后可基本恢复原有河床地形，通航条件较好，水深一般大于通航要求。经分析，影响牯牛沙水道演变主要因素有如下几方面：1 ） 上游来水来沙条件的变化：牯牛沙水道演图 1牯牛沙水道形势变与牯牛沙边滩的淤积情况息息相关。该边滩滩体主要靠汛期悬沙落淤，因此中洪水来沙多少对滩体发育有重大影响。三峡水库蓄水运用后，长江中下游来沙显著减少。根据汉口水文站实测水沙资料，年内来水总量变化不大，但含沙量和输沙量比蓄水前减少 50%以上，来沙量减少会造成牯牛沙边滩淤积减少，还滩能力降低，枯水河宽增大，航道条件变差。2 ） 退水过程缩短：近些年来退水过程缩短，不仅对枯水期过渡段浅滩冲刷带来直接影响，而且
7、对整个水道的演变，如上、下深槽交错范围，深泓线变化，横断面形态，深泓纵剖面冲淤变幅造成影响。3 ） 水流动力轴线的摆动：2003 年以前，牯牛沙边滩较为完整，上、下深槽过渡段水流动力轴线遵循弯道水流特点，洪、中、枯期基本一致；2003 年后，随着牯牛沙边滩的冲刷后退，过渡段放宽，断面的宽深比发生了变化，水流动力轴线随之发生变化，洪、中、枯期随流量的变化而频繁摆动，在水道内则表现为上、下深槽交错、弯道特性不明显，不利于航槽的稳定冲刷。本水道的碍航特性主要表现在：枯水期过渡段存在较大范围的浅埂，水深不足，航槽不稳定，航道不畅。在充分认识该水道演变特点、主要影响因素和碍航特性的基础上，确定了总体治理
8、目标和工98第 3 期图 2牯牛沙水道总体工程方案平面布置程方案，工程分期实施。一期工程重点守护牯牛沙边滩，抑制主流右摆和牯牛沙沙边滩受冲后退，制止不利变化趋势，缓解航道维护困难局面，为总体工程奠定基础。1.2总体工程1.2.1总体工程方案平面布置针对本水道存在的主要问题，制定的总体工程2由 3 道勾头丁坝、1 道丁坝及左岸护岸加固工程组成。总体工程方案平面布置见图 2。1.2.2总体工程分期实施思路由于本水道演变受上游来水来沙的影响及其影响的复杂性，总体整治工程需要分期实施。其具体思路是：一期工程通过修建 3 道护滩建筑物及左岸护岸加固工程守护牯牛沙边滩，抑制主流右摆和牯牛沙该边滩受冲后退，
9、制止不利变化趋势，缓解航道维护困难局面，为后续工程奠定基础；后续工程根据一期工程效果和水道演变趋势，优化总体整治方案，通过在护滩带上修建丁坝集中水流冲刷过渡段浅埂，达到设计水深，实现总体整治目标。1.3一期工程1.3.1整治目标与建设标准1 ） 整治目标。通过修建护滩建筑物，防止航道条件恶化，缓解航道维护困难局面，结合疏浚工程，航道尺度达到 4.5 m100 m1 050 m 标准，为总体治理目标的实现奠定基础。2 ） 建设标准。航道等级为级；航道尺度为4.5 m100 m1 050 m，保证率为 98%。1.3.2建设方案及工期经“工可”阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段深入分析并借助模型试
10、验，确定一期工程建设方案1由 1#3#护滩建筑物 （ 图 3 ） 组成。每道护滩建筑物由纵向段和勾头段组成。1#护滩建筑物，长 956 m，宽 145 m；2#护滩建筑物，长 1 228 m 左右，宽 140 m；3#护滩建筑物，长 1 228 m 左右，宽 140 m。左岸布置护岸加固工程。浅区过渡段布置一道 2 717 m 长的基建性疏浚挖槽。施工期为 20092010 届枯水期。1.3.3建设过程长江中游牯牛沙水道航道整治一期工程，于2009 年 9 月正式开始施工。按工期安排，20092010 届枯水期完成 1#3#护滩建筑物，稳定牯牛沙边滩并制止其冲刷后退，同时完成左岸护岸加固工程。
11、目前，已按要求完成。1.3.4工程实施后的建筑物稳定情况工程实施后，整治建筑物经历了 2010 年大洪水期的考验，建筑物稳定，设计功能得以发挥，工程效果明显，达到了预期目的。护滩建筑物建成后，未发生冲毁现象，左岸护岸加固工程稳定，为一期工程效果的发挥提供了基本条件。2整治效果2.1工程实施后的效果本水道整治思路为“总体规划，分期实施” 。一期工程实施后，工程效果良好，总体河势更趋蔡大富，等：长江中游牯牛沙水道航道整治一期工程效果分析99水运工程2011 年图 4工程前后河道形势稳定，牯牛沙边滩淤高展宽，利于枯水期水流集中，过渡段浅埂得到较为有效冲刷，淤积减少，碍航程度减轻，浅区航道条件改善，航
12、道维护紧张局面得以缓解，为后续工程的实施创造了有利条件。根据工程前后的测图，具体分析如下。1 ） 总体河势更趋稳定，枯水期过渡段仍呈“洪淤枯冲”的变化规律。从工程前后的河道形势来看 （ 图 4 ），牯牛沙水道仍维持弯曲河道格局，总体河势更趋稳定。对比2009 年 8 月、2010 年 3 月和 2010 年 7 月的测图，上、下深槽过渡段呈明显的“洪淤枯冲”变化规律，2009 年 8 月2010 年 3 月，主河槽的平均冲刷幅度为 12 m； 2010 年 3 月2010 年 7 月，主河槽的平均淤积幅度为 34 m。根据估算 2009 年 8 月2010 年 7 月水道内总的淤积量约 760
13、 万 m3。2 ） 过渡段有所淤积，但满足目前航道维护水深。对比牯牛沙水道 2010 年 7 月和 2009 年 8 月过渡段典型横断面的变化 （ 图 5 ），整个典型横断面普遍表现为淤积，特别是贴左岸侧的深槽，最大淤积幅度超过 2.0 m，其余深槽部位也普遍表现为淤积，且淤积幅度比较均匀，约 3 m 左右。尽图 3一期工程方案a ） 工程前b ） 工程后100第 3 期图 7深泓平面位置变化图 5过渡段典型横断面的变化图 6牯牛沙边滩 0 m 等深线变化管过渡段有所淤浅，但仍满足航道维护水深，航道条件较好。3 ） 牯牛沙边滩淤高展宽，过渡段主流有所左摆，弯曲航槽形态更为平顺。对比 2009
14、年 8 月2010 年 7 月牯牛沙边滩 0 m等深线变化 （ 图 6 ） 情况，三道护滩带工程区域0 m 等深线明显向河心淤长，1#护滩带工程区域平均淤长幅度达 100150 m，2#护滩带工程区域平均淤长幅度达 250300 m，3#护滩带工程区域平均淤长幅度达 600700 m；从过渡段典型横断面变化来看 （ 图 5 ），牯牛沙边滩滩面高程有所淤高，幅度达 2 m。另外工程前后左岸团林岸边滩冲淤变化幅度不大。对比 2009 年 8 月2010 年 7 月的测图，过渡段主流有所摆动，从图 7 深泓平面位置变化图可以看出，水道进、出口受节点等控制，河道相对较窄，深泓平面变化很小，而过渡段河道
15、较宽，工程实施前洪、枯水期流路是不一致的，而工程实施后，洪、枯水期流路基本保持一致，且主流坐弯，过渡段弯曲航槽形成，有利于促进航道条件的稳定。4 ） 工程区普遍表现为淤积，有利于护滩带工程稳定。对比 2009 年 8 月2010 年 7 月护滩带轴线的变化情况 （ 图 8 ），1#3#护滩带轴线主要表现为淤积，其中 1#护滩带轴线淤积幅度约 4 m，2#护滩带轴线淤积幅度约 2 m，3#护滩带轴线淤积幅度约 3 m。疏浚工程区退水期表现为冲刷，洪水期有所淤积，水深条件良好，可满足维护尺度要求。从以上的分析可见，整个牯牛沙水道表现为洪淤枯冲，上、下深槽过渡段水深条件良好；牯牛沙边滩淤长淤高，主流
16、的左摆坐弯，洪、枯水蔡大富，等：长江中游牯牛沙水道航道整治一期工程效果分析101水运工程2011 年期流路基本保持一致；护滩带工程区同样表现为淤积，有利于建筑物稳定。图 8护滩带轴线变化2.2模型试验效果一期工程实施前，工程方案经过系列水文年和典型水文年水沙过程模型检验。结果表明，一期工程实施后可以达到预期目标。在枯水流量下，护滩带前沿水流导向河心，水流流速呈增大态势，过渡段浅区以冲刷为主；护滩带工程使边滩得以稳定并防止其进一步后退，护滩带区域内流速呈减小趋势。由此可见：模型检验结果与工程实施后的实际效果基本一致。鉴于模型结果与检验情况，可以认为：一期工程效果将会随着建筑物功能的继续发挥进一步显现，最终达到预期目标。3演变趋势及航道条件预测根据本水道碍航特性，一期工程重点是通过在牯牛沙边滩上修建护滩建筑物，防止航道条件不可逆转的恶化，缓解航道维护的困难局面，为后续工程奠定基础。从工程前后的效果分析看，一期工程实施后效果良好，最终可以实现预期目标。但从牯牛沙边滩护滩带之间的淤积形态看，总体上并不完整，上游护滩带尚不能
