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金沙江急流和险滩航道整治技术探讨论文
摘要:金沙江中段河床多急流、险滩,对其整治首先应确定整治的水位,本文探讨了利用平滩水平法及平均流量法两种方法结合确定整治水位,根据金沙江中段水文地质特征,提出了扩大卡口断面、拓宽缓流航道、开槽分流或新辟航槽、构筑错口型滩搭跳上滩等整治措施,阐述了河道整治疏浚工程的通航及河床演变规律要求。
关键词:金沙江;急流险滩;航道整治;疏浚工程
一、引言
金沙江是中国长江的上游,流域内矿物资源丰富,流急坎陡,江势惊险,航运困难。金沙江河谷地貌特征可以德格县白曲河口和马塘县玛曲河口附近分为上、中、下三段。其中上段为峡宽相间河谷段,中段为深切峡谷段,下段为峡谷间窄谷段。中段自德格白曲河口至巴塘玛曲河口,谷坡不稳定,崩塌、滑坡和泥石流频繁发生,河流深切基岩,河床中多急流、险滩,是整治的重点。
二、整治水位的选取与计算
整治水位是当水位降至该水位时,水面受整治建筑物束窄,加大束水冲沙的能力,要求整治建筑物的高程以该水位为标准。从整治的结果看,整治水位是整治工程对浅滩航行条件能产生显著改善的水位;从对河床造床机理看,整治水位是与造床流量相应的水位,计算方法主要有以下几种:
(一)平滩水位法。在某些河段,中、枯水河槽稳定,水流条件良好,一般不出浅碍航,故称其优良河段。形成该优良状态,与河势和边滩的高程密切相关,边滩起到较好的束水造床作用,增大退水期冲刷,从而能维持枯水河槽水深要求。既然这种边滩高程能塑造出优良河段的河形,则整治水位就可模拟优良河段边滩高程相应的超高值确定。
当前许多实践表明,采用多年平均水位或与多年平均流量相应的水位为整治水位,也是一种可供选择的方法,因为该水位一般接近于平边滩水位。
(二)平均流量法。多年平均水位法计算整治水位,各浅滩河段整治水位计算先统计基本水文站多年平均流量资料,绘制近年水位流量关系曲线,查得基本站多年平均流量相应的水位值,再根据沿程瞬时水面线内插得沿程水位,该水位值即为该浅滩的整治水位。
(三)整治水位的确定。急流、险滩在工程整治后,浅滩存在着沙滩消长、深泓线摆动、深槽易位、以及淤积等问题,据分析是洪水期带来的泥沙在枯水期无力带走,是造成浅滩出浅的主要原因,采用超高水位法计算出的整治水位,其整治高度只提高了0.2m,变化不大,容易造成枯水归槽时间晚,不能完全带走洪水期带来的泥沙。所以整治水位是偏小的。但是考虑到水利枢纽及大量采砂对下游河床下切的影响,整治水位也不可能定得太高。采用平均量流量法计算出的整治水位,整治高度平均达到了4.6m,没有考虑到水利枢纽及大量采砂对下游河床下切的影响,其易造成对河床的过度冲刷,从而使整个河段不稳定。所以采用平均量流量法计算出的整治水位是偏大的。由上分析可得,整治高度定得太小,容易造成枯水归槽晚,造成出浅;定得太大,容易造成过度冲刷。整治流量定为3900m3/s,所以,考虑到以上两方面原因,整治高度定为2.5m。
三、金沙江中段急流、险滩整治技术措施
(一)扩大卡口断面。急流滩一般因滩口过水面积急剧缩小而出现,因而整治急流滩常用而有效的措施就是扩大卡口断面,使滩口在成滩水位至消滩水位期间过流顺畅,剪刀水等碍航流态减弱,比降减缓。断面扩大可以拓宽、也可以挖深。拓宽时可缓解剪刀水的流急状态,使滩口下主流范围相应拓宽,回流范围缩小。挖深首先可以缓解跌水流态,泡漩减弱。同时对滩口比降改善明显。当滩口断面缩小以横向收缩为主时,以拓宽为主,一般清炸突入江中礁石,开挖侵入江中的突嘴和溪口冲积扇等,其开挖底高程应根据成滩期尽可能定高些。当滩口断面缩小以垂向收缩为主时,应以挖深为主,或在拓宽的同时,开挖底高程宜定在设计水位以下。
(二)拓宽缓流航道。急流滩两岸边的缓流水域往往被乱石和暗礁占据或侵占,本措施的主要工作是清理近岸乱石和暗礁,或肃清不起关键挑流作用的碍航凸咀,也可能开挖缓流区岸滩。急流滩口下主流区的位置与两岸突入江中的压缩程度和滩上突嘴上游岸壁的挑流角度有关。可见整治中只要不动上游起关键作用的挑流突嘴,滩下主流位置一般不变,在缓流区内拓宽、挖深增加过水面积,将不会引起流速的增加而能增大水深。本措施适用于峡谷型急流滩整治因峡谷型急流滩两岸陡峭无法大量开挖扩大卡口断面,通过炸除岸边局部的突嘴、石堆,拓宽缓流航道往往能取得良好的整治效果。
(三)开槽分流或新辟航槽。开槽分流或新辟航槽的整治设计中,主要内容如下:选择好通航汊道;慎重确定开挖航槽的设计流量;合理确定开挖航槽的设计水位;确定合理的开挖糙率;根据航槽控制流速的要求来扩大航道尺度;有效地减缓航槽流速的航槽开挖方法。本措施可适用于分汊河道、弯道或滩地较宽的河段。为缓解分汊河道中航道内的急流状况,可挖深非通航汊进行分流,也可以将非通航汊修整后作为通航汊而避开原汹险的汊道。对于弯道或滩地较宽的急流滩,也可因地制宜地开挖新槽进行分流或新辟航槽。
(四)构筑错口型滩搭跳上滩。急流滩的凸咀处,一般上游因壅水而产生一定范围的缓流区,其下一定范围内为回流或缓流区。当两岸突嘴错开一定距离时,给船舶充分利用两岸的缓流区上滩创造了有利条件。
错口型急流滩的两岸均有凸咀伸入河中,使滩口缩窄而成急流滩,但两岸凸咀的位置上、下游错开,从而在滩口产生不对称的“剪刀水”,剪刀水两侧的凸咀后回流区同样上、下游错开。船舶可一跳或二跳上滩。当船舶上行困难时,船舶保持适当的偏角航行可取得较大的横向航速。船舶上滩时比降阻力是阻碍船舶上行的主要阻力,因而船舶斜向冲滩还可减小比降阻力。
四、金沙江中段急流、险滩疏浚工程要求
(一)从通航角度考虑。挖槽的方向尽可能与河道主流方向一致,其交角不宜大于15°。否则,会使船队操作困难,有被推出航道、发生搁浅或撞岸的危险;挖槽在平面上应为直线,当必须设计为曲线时,应使曲率半径尽量大些,不然,船队转向将感到困难。挖槽应尽可能避免横流,防止船队受侧向推力而偏离航道;应适应船队的习惯航线,有良好的进出口,且在进出口处适当挖深拓宽,使挖槽成为平滑的喇叭形,便于船队安全自如的通过挖槽。
(二)从遵从河道演变规律方面应考虑。挖槽方向应尽量与主流方向一致,特别是与底流方向一致,这有利于泥沙的输移。在浅滩脊上挖槽一般应通过水深最大的鞍凹部位,同时挖槽一般多选择在粗沙区域内。因为水深较大的鞍凹和河床粗化区都是输沙能力较大的部位,挖槽位于输沙能力较大的部位自然利于挖槽内泥沙输移,防止挖槽回淤。挖槽应挖成窄深的断面形式。这样的断面在流量从新分配时,挖槽内能得到较大的单宽流量和流速,从而保持较大的输沙能力;挖槽不宜布置在正向下游移动的沙嘴的下游,以防止挖槽阻塞;也不宜布置在有较大容水量的河床边,如尖潭、洼地、第二航道处等,因为这些地方水位一般较低,容易引起横向水流,减少挖槽内流量,降低输沙能力。
五、结语
河道急流滩险的航道整治需要解决的主要问题是:选择通航汊道和改善航道的水流条件。整治采取的主要措施有扩大卡口断面、拓宽缓流航道、开槽分流或新辟航槽、构筑错口型滩搭跳上滩等,其中最常采用扩大过水断面面积的方法以降低航道流速。然而对疏浚工程要求提出了更高的要求,水利航道工作者应从通航及河道演变规律两方面进行考虑,提出有效的整治与疏浚措施,解决急流滩险的航道整治的难点,充分开发利用河道各种资源。
参考文献
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