山区河流弯曲分汊浅滩整治技术研究

刘旺喜，谭 昆，杨祥飞，杨 卫，张俊锋

(1.长江航道局，湖北 武汉 430010;2.长江重庆航运工程勘察设计院，重庆 401147)

山区河流弯曲分汊浅滩整治技术研究

刘旺喜1，谭 昆1，杨祥飞2，杨 卫1，张俊锋1

(1.长江航道局，湖北 武汉 430010;2.长江重庆航运工程勘察设计院，重庆 401147)

结合川江铜鼓滩的整治情况，对山区河流弯曲分汊浅滩水流运动特性、卵石输移运动规律、浅滩碍航特征、整治措施等弯曲分汊类浅滩的整治技术进行研究，归纳出弯曲分汊浅滩治理要点，为弯曲分汊类浅滩的整治工作提供借鉴。

航道整治;长江;弯曲分汊浅滩

长江是世界第三大河，我国第一大河，货运量世界第一，是横贯我国东西部地区的水上运输大通道，是我国内河交通运输网的重要组成部分。其中长江干流宜昌以上河段(俗称川江)位于我国西部地区，航运的发达程度直接影响到到西部地区沿江经济的发展。从20世纪50年代以来，国家投入资金对川江进行大规模的整治，使得长江上游宜昌至重庆河段航道等级达到Ⅰ级航道标准，通行万吨级船队，重庆至宜宾段航道达到Ⅲ级航道标准，能通行千吨级船队，取得了良好的整治效果［1］。但是山区河段内的弯曲分汊浅滩，由于河床演变受水流条件、泥沙运动条件的影响较大，成滩机理复杂，在航道整治工程完工2～3年后滩势逐渐恶化，航道尺度减小，直接影响了航道整治效果的发挥［2］。分析原因，除航道维护力度不够外，主要是进行整治设计时对这类复杂滩险的滩性认识不够，对弯曲分汊浅滩水流及推移质运动规律认识不足，从而致使整治方案不能彻底解决滩段的碍航问题。为此对山区河流弯曲分汊类浅滩的整治技术进行研究，切实提高整治效果，就显得十分必要。

笔者结合川江铜鼓滩的整治情况，对山区河流弯曲分汊浅滩成滩机理、河段内卵石输移运动规律及浅滩碍航特性、整治措施等弯曲分汊类浅滩的整治技术进行研究，为弯曲分汊类浅滩的整治工作提供借鉴。

1 弯曲分汊浅滩概况

山区河流弯曲放宽段大多形成分汊河型，又以两汊最为常见，即河道分为弯槽和碛槽。我国西南山区河流中广泛的分布有类似弯曲分汊浅滩，其碍航特征表现为“弯、浅、险”，是山区河流航道整治中较为复杂的河型。

弯曲汊道，洪水期为回流缓流区，有较细泥沙淤积，淤积量较大，容易使航槽淤塞，此时主流走直汊，船舶通行不走弯曲汉道，所以不碍航;汛后随着水位下降，水流逐步回归弯槽，流量大部分走弯曲汊道，流速较大，洪水期淤积的泥沙被大量带走，弯槽冲深，但有时会出现有效航宽不足、水流流态较坏的碍航现象，这类滩险通常具有浅、险滩的碍航特征［3］。长江上游的弯曲分汊卵石滩险，如筲箕背、风簸碛、神背嘴、铜鼓滩等滩险均为长江上游宜宾至重庆河段中枯水期重点浅险滩，由于成滩机理复杂，整治难度较大。要彻底整治类似滩险，需要深入研究这些滩险的水流运动特点、推移质运动规律、河道变化和形成机理、河演趋势，方能制定出经济合理的整治方案。

川江铜鼓滩为典型的弯曲分汊浅滩，该滩弯槽位于弯曲狭窄河段凸岸的下方(图1)。为弯曲放宽河道，江心有卵石碛坝存在，将中枯水河床分为两汊。滩段平面形态参数［4］见表1。

图1 铜鼓滩河势Fig.1 Geographic position of Tonggutan

表1 滩段平面形态参数Tab.1 Parameter list of river beach flat morphology

2 弯曲分汊浅滩水流及卵石运动规律

2.1 弯曲分汊浅滩水流特点

弯曲分汊河道是普遍存在于我国西南地区河流中的一种较为特殊的河型，多出现在弯曲狭窄河段下游的放宽段，多为两汊形态。浅滩上游一般为深槽，宽度较窄，浅滩段为放宽段，宽度较宽。浅滩两岸大多为卵石边滩。

弯曲分汊类浅滩具有弯道和放宽河段的双重特性。弯道过水断面的宽度一般是在变化的，弯道宽度的变化会对弯道水面的横比降、弯道环流的发展、弯道环流的消亡和流速流向变化产生很大的影响。

2.1.1 横比降最大值出现的位置

一般在河道是等宽的时候，即放宽率β=1时，横比降由弯道进口沿程逐渐增大，到达弯顶附近，横比降达到最大值，再向下游又逐渐减小。当β较大时，最大横比降的位置一般出现在弯道进口至弯顶段，也就是说当下游河道放宽后，会使横比降的最大值的位置向弯道上段移动。

横比降的最大值出现的位置还随着水流强度的变化而有所不同，在同一个弯道中，当Fr较大的时候，横比降的最大值出现在弯道中间稍向上偏的位置，但是当Fr减小到很小时，其最大值出现的位置会在弯道的进口。

2.1.2 纵比降最大值出现的位置

水面的纵比降和流速是工程应用中最关心的两个水力要素，对于山区通航河流来说，一般都会规定航道内流速和局部纵向比降不能过大。

由于水面横比降的影响，水面纵比降沿横向的分布是不均匀的，同一断面上，凸岸和凹岸之间的纵比降差别很大，方向也往往是不同的;纵比降沿纵向的分布往往也是正负相间的，最大比降出现的位置，是与横向环流的充分发展、使最大流速区由凸岸移向凹岸，从而产生的局部加速区有关。

凸岸纵比降的最大值Jtu-max在Fr较大时，均出现在弯道进口段，当Fr减小的时候，Jtu-max会向下游转移，出现在弯顶段。而凹岸纵比降的最大值Jao-max，一般都出现在弯道出口段，但是当弯道进口附近水流惯性很大，弯道中心半径也很大时，弯道出流顺畅，在凹岸沿程都没有负比降的发生，这种情况下Jao-max就有可能出现在弯道进口处。

2.1.3 流速流向特点

弯曲分汊浅滩水位期不同，流速流向各异。随河道放宽，洪水期水流趋直，主流位于河心，走直汊，流速沿程逐渐增大。受上段弯道环流的影响面流趋直，但底流则偏向弯汊，同时受河势影响，弯汊容易形成缓慢回流。枯水期，水流主流落湾，冲刷弯汊。流速亦沿程逐渐增大。洪、枯水期水流流速流向的不同直接影响到卵石推移质的运动规律。

2.2 弯曲分汊浅滩卵石运动规律

推移质的淤积和水流在横断面上的流速分布关系很大，流速如果大于起动流速，推移质会继续运动而不会落淤，如果某区域流速过小，推移质也无法进入到该区域，则该区域也就没有推移质的淤积。外形上，淤积区的外边界的线形和回流区的边界形状在弯道段很相似，基本接近弯道的外形。出了弯道以后，回流区的边界会向内收缩，而淤积区的外边界会向外扩散。总的来说，淤积区至内岸的最大距离的变化规律基本上和回流区的宽度变化是一致的，都是随着Rc的减小而增大的。

推移质在淤积的过程中，其颗粒的大小在横向的分布［5］，从河心到凸岸呈现出由大到小的分布规律(图2)。

图2 推移质淤积区示意Fig.2 Process of filling up drawing

在洪水期，卵石从深槽向卵石边滩输移，由于边滩较宽，水流分散，放宽段卵石输移带较宽，一般呈扇状，如胡家滩、铜鼓滩、油榨碛等卵石浅滩。在枯水期，洪水期卵石输移带的地方易形成浅滩或暗碛碍航。

3 弯曲分汊浅滩碍航特性

弯曲分汊类浅滩一般具有浅滩和险滩的碍航特征。洪水期弯汊为回流缓流区域，泥沙大量淤积，航槽淤堵，但此时主流走直汊，船舶通行不走弯曲汉道，所以不碍航;枯水期随着水位下降，水流归槽，水流大部分走弯曲汊道，流速较大，洪水期淤积的泥沙被冲刷，航槽冲深，有时也会出现有效航宽不足或流态紊乱的碍航现象［6］。下面以川江典型滩险——铜鼓滩的通航情况分析弯曲分汊浅滩的碍航特性及碍航成因。

铜鼓滩位于两反向河湾之间，属典型的弯曲分汊类浅滩。该滩具有“上浅、中弯、下险”的碍航特征。从2007年4月测图看，滩段入口铜鼓子浅区的航槽水深在2.2～2.6 m间，不能满足2.7 m水深的航线达160 m长，并且在某些年份维护水深达1.8 m都很困难。在滩中段建顺坝后，扫弯水虽有所改善，以及下段流态得到一定改善，但由于航道弯曲半径刚能满足560 m的要求，而此处流速达3.56 m/s，船舶航行于此仍比较危险。

下行船舶在上段滩口易擦浅。在下段需抱航槽左侧潜碛行使。抱碛紧，易在潜碛擦浅;抱碛松，则在主流顶托下易在弯道对出的右岸石盘触礁;加上流态坏，船舶转向操作较为困难。上水船舶因航道窄、浅、弯，操作亦感困难。该滩上段铜鼓子浅区水深不足，中下段流速大，流态较坏，航道弯是碍航的主要原因［7］。

4 铜鼓滩治理措施及效果

铜鼓滩整治方案的整治措施为:①疏浚开辟左槽。即开挖江中迎宾阁与潜碛之间的碛槽。开挖长度1 100余m，开挖宽度上段80 m，下段逐渐加宽到95 m，开挖深度3.5 m。挖槽纵坡采用变坡。新挖左槽的目的是:将铜鼓滩上下深槽平顺连接，从而彻底避开流态紊乱、弯曲狭窄的旧航槽-右槽，根本解决该滩流态坏，航道弯曲的问题。挖槽宽度下宽上窄，纵坡采用变坡是为了使下口水流分散，防止下口流速过大，船舶不能直航上滩［8］。②江中抛筑1道顺坝和3道齿丁坝，同时在右槽建1道潜坝［9］。目的是调整两汊分流比，增大左槽枯水期流量，以稳定新开的左槽。

图3 铜鼓滩整治方案Fig.3 Improvement plan for Tonggutan

铜鼓滩是长江干流重庆以上的三大名滩之一，也是长江重庆以上航道整治投资力度最大的滩险。左槽疏浚于2009年2月底交工验收，江中顺坝、齿丁坝以及右槽潜坝和护底工作在2009年5月中旬全部完工。到目前，该滩的治理效果也是很好的。具体表现在:①新航槽稳定性好。铜鼓滩左槽的挖槽范围大，长度达到1 100余m，像这种大面积新开航道，航槽能否不回淤是很重要的问题。目前左槽航道尺度稳定，达到设计尺度要求，没有回淤，稳定性好。②航行条件较好。铜鼓滩上段水深时有不足，为防止左槽上口回淤，所以在江中抛筑整治建筑物调整分流，冲刷滩段上口。铜鼓滩下口流速大，如果上口入槽流量过大，会引起下口流速进一步增加，致使该位置船舶直航上滩困难。为此，设计时特将挖槽下口逐渐放宽，以减缓下段水流的流速。目前看，左槽水流平顺，船舶上下通行都很方便，没有出现左槽下口流速过大，船舶难以上行的情况。

总的来看，铜鼓滩航道左槽开通后，该滩上下游深槽平顺连接，航道顺直，水流平稳，流速流态比降较好。该滩“上段浅、中段弯、下段险”的问题都得到好的解决，船舶上下通行都很方便。铜鼓滩新开航槽，辅以整治建筑物维持新槽稳定的治理方案获得成功。

5 结论

根据山区河流弯曲分汊浅滩的水流特性、卵石运动规律、碍航特性，结合到典型滩险——铜鼓滩的治理经验，归纳弯曲分汊浅滩的治理要点:

1)川江叙渝段弯曲放宽、枯水分汊典型卵石浅险滩——铜鼓滩的河床演变、整治方案研究和效果分析表明:受河势的限制，弯曲汊道的航道曲率半径较小，流态坏，航道条件通过整治可有所好转，但难显著提高，加上弯曲汊道疏浚后，该区域的稳定性差。碛槽枯水期航道尺度不满足要求，但较为顺直，并与上下游深槽平顺连接，河床质粒径较粗，年内基无冲淤变化。在弯曲汊道难以从根本上解决碍航问题的情况下，可考虑航运发展需求，在充分论证的前题下，开辟江中碛槽，形成平顺连接上下游深槽的新航道。

2)根据弯曲分汊河段水流运动特性和泥沙运动规律，新开碛槽宜采取基建性航槽疏浚与筑坝相结合的枯水整治方法。挖槽断面的宽深比B/H=18～22时推移质输移强度大，所以新开航槽采取窄深型较好［10］。在疏浚的同时，可在江中和弯曲汊道内修建整治建筑物以增加直槽的分流量，从而增加直槽的输沙能力;可在碛槽内筑坝束水攻沙以维护挖槽稳定。

［1］长江航道局.川江航道整治［M］.北京:人民交通出版社，1997.

［2］长江重庆航运工程勘察设计院.长江干线宜宾合江门至泸州纳溪航道建设二期工程可行性研究报告［R］.重庆:长江重庆航运工程勘察设计院，2006.

［3］重庆交通大学.长江上游铜鼓滩航道整治数值模型研究报告［R］.重庆:重庆交通大学，2005.

［4］重庆西南水运工程科学研究所.长江干线叙泸段铜鼓滩航道整治定床模型试验研究报告［R］.重庆:重庆交通大学，2006.

［5］重庆西南水运工程科学研究所.长江干线叙泸段铜鼓滩航道整治动床模型试验研究报告［R］.重庆:重庆交通大学，2006.

［6］重庆交通大学.长江叙渝段典型卵石浅险滩的整治技术研究报告［R］.重庆:重庆交通大学，2007.

［7］杨祥飞.长江上游铜鼓滩治理措施研究［J］.重庆交通大学学报:自然科学版，2010，29(1):133-136.

YANG Xiang-fei.Regulation measures of Tonggu Beach at Upstream of Yangtze River［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science，2010，29(1):133-136.

［8］JTJ 312—2003航道整治工程技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2003.

［9］长江重庆航运工程勘察设计院.长江干线宜宾合江门至泸州纳溪航道建设二期工程初步设计［R］.重庆:长江重庆航运工程勘察设计院，2007.

［10］杨祥飞，张俊，周林.长江上游汛期疏浚设计方法［J］.重庆交通大学学报:自然科学版，2010，29(3):454-457.

YANG Xiang-fei，ZHANG Jun，ZHOU Lin.Design method of dredgeing up the upper changjiang river at flood season［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science，2010，29(3):454-457.

On Regulation Technology of Bend Branching Shoal in Mountain River

LIU Wang-xi1，TAN Kun1，YANG Xiang-fei2，YANG Wei1，ZHANG Jun-feng1
(1.Changjiang River Waterway Bureau，Wuhan 430010，Hubei，China;
2.Survey＆ Design Institute of Yangtze River Harbor＆ Waterway Engineering，Chongqing 401147，China)

The mechanism of forming the gravel shoals on bending braided montain river is complex.Lack of cognition for characteristics of complex rapids and scree running law would exert influence on improvement result.Based on the understanding of Chuanjiang Tonggutan situation，it made a research the governing ways of flow running law，scree moving law，shoal blocking characteristic and regulation technology was carried out.Governing ways of shallow curved branching points were summarized，which provided some reference for improving the situation of bending braided gravel shoals.

waterway regulation;The Yangtze River;bending braided shoals

U617

A

1674-0696(2011)03-0448-04

2011-03-08;

2011-03-17

刘旺喜(1964-)，男，湖北武汉人，高级工程师，主要从事航道整治技术研究、航道建设管理方面的工作。E-mail:4951190@qq.com。