长江三峡两坝间河段航道整治方案

袁涛峰，曾涛，2，马宪浩

（1.长江重庆航运工程勘察设计院，重庆 401147；2.重庆交通大学，重庆 400074）

0 引言

三峡工程于2003年6月蓄水运行后，两坝间河段中、枯水期受三峡大坝调节和葛洲坝反调节的影响，水流较平缓，流速、比降较小。但在汛期，两坝间航道既受葛洲坝坝前水位影响，又受峡谷河段河床地形条件制约，随着入库流量的增加，河床过水断面增加有限，河床纵横向起伏很大，水流湍急，流态紊乱，呈现出天然河道特性，加上汛期水库降低水位运行，三峡大坝泄洪时两坝间一些狭窄河段水流不畅，流速、比降急剧增大，泡漩横流丛生，流态极乱，航行条件迅速恶化，为万吨级船队的通航带来极大的困难。尤其是水田角、喜滩、狮子脑、偏脑等洪水急流滩和石牌弯道险滩最为突出，是两坝间最困难的航段[1-2]。

在长江中、下游以及库区航道等级和通航条件得到大幅度提升和改善的背景下，两坝间的通航能力已经成为制约长江干线航运发展的瓶颈，也直接影响到万吨级船队通航保证率和三峡航运效益的发挥[3-5]。因此，需对该航段碍航滩险进行综合整治。本文以两坝间著名的洪水急流滩——喜滩为例，提出了通过炸礁填槽等工程措施，以提高两坝间的通航能力，保障两坝间河段的通航安全和适应长江干线系统建设需求。

1 滩险概况

两坝间航道上起三斗坪，下至葛洲坝水利枢纽，长约38 km（图1），大部分处于西陵峡峡谷河段内，其中，三斗坪至乐天溪河段长9.6 km，河谷较宽阔，汛期河面最大宽度可达1.4 km，河槽多呈复式断面。乐天溪至南津关为峡谷河段，长25.85 km，河宽较窄，多在300～800 m之间，最窄处仅为200余m，断面多呈“U”字形或“V”字形，全河段为大型山区河流，河道弯曲，水流湍急。两坝间航道是长江较为困难的航行区段之一，主要的碍航滩险部位有水田角、喜滩、狮子脑、石牌和偏脑等（见图1）。

图1 两坝间河段及滩险分布图

水田角位于宜昌上游30.5～31.5 km处，是长江著名的洪水急流滩，滩段上口收缩，滩口狭窄，滩下骤然放宽，滩口左侧有野猪牙石咀，右有狮子脑石咀，挑流极强，使两侧及沱内发生强泡漩和剪刀水，为著名的“莲沱三漩”。在流量35 000 m3/s时，已大大超过万吨级船队的自航上滩能力，随着流量的增加，流速、比降迅速增大，给上行船队造成极大困难。

喜滩位于宜昌上游27.8～28.8 km，南北两岸高山峡谷，河面狭窄，河床窄深，过水断面多呈“V”形，南岸岩咀、石盘断续分布；北岸芭蕉溪下段至沙坝子一带乱石堆积，两岸岸线极不规则，是长江三峡两坝间的著名急流滩。在流量40 000 m3/s时，滩上最大流速接近5 m/s，超过万吨级船队自航过滩能力，随着流量的增大，滩情更加恶劣。

狮子脑位于宜昌上游25.6 km左右，该滩段航道较顺直，石盘、石岸咀等相对突出，岸线不整齐，尤其是狮子脑石盘，将洪水期河宽400 m突然缩窄到260 m，有斜流，泡漩、急流，随着流量进一步增加，流速、比降继续增大，不能满足万吨船队自航上滩要求。

石牌弯道位于宜昌上游22.5～23.8 km处，河道平面形态呈90°急弯，是长江著名的急弯险滩。弯道转弯半径780 m，航宽345 m，上段两岸岸咀、石盘突出，岸线极不规则，且江面狭窄，洪水河宽360 m，洪水期随着流量的增加，泡漩强度和范围增大，航行条件变得十分恶劣，船队上下困难。

偏脑位于宜昌上游20～21.8 km处，是两坝间碍航较为突出的狭窄型洪水急流滩。河段顺直，江面狭窄，岸壁陡峭，河槽窄深，过水断面呈“U”形或“V”形，滩段水深达85 m，洪、枯河面宽度变化不大，最小河宽仅280 m，洪水期河宽也不到300 m，同时，两岸岸线极不整齐，特别是北岸偏脑突咀挑流，产生斜流、水埂。洪水期主流偏南岸，至埂江角移向河心。中枯水期水流平缓，航行条件较好，洪水期流速比降陡增，航行条件异常困难。

2 滩险碍航特性及成因分析

由于两坝间河道狭窄，水流不畅，流速急、流态紊乱，船舶航行条件险恶，通航条件和航运安全与三峡库区还不相适应。三峡两坝间，上述各滩均为洪水急流段，其共同特点是两岸陡峭，江面狭窄，中、枯水时，由于葛洲坝建成蓄水，水位抬高，两坝间处于常年回水区内，水流平缓，水面比降较小，航行条件较好。洪水期由于长江流量很大，各滩水流受两岸约束，断面过水面积得不到相应增加，致使流速、比降迅速增大，形成洪水急流滩。下面将重点对喜滩碍航特性和成因进行分析。

喜滩是著名急流滩。洪水河宽可达400 m左右，滩段河面束窄，最窄处仅250 m左右，滩下游逐渐放宽到550 m，喜滩石咀与脚踏铺石对峙，水流紧束，形成较长的洪水对口急流滩，船队不能自航过滩。中洪水期由于长江流量较大，水流受两岸岸壁制约，不能展开，流速、比降随流量增加而增大，主流过莲沱偏北岸下流，至白马沱扫弯而下。潭段流速分布呈左急右缓的趋势，南岸严许沱上角有斜流，下延有夹堰，虾蟆石外有泡漩，石板滩有急流问题，鬼崖洞以下呈一大回流沱，沱内泡漩强烈，主流边缘均有回流产生。

模型试验成果表明[6]：枯水期水流平稳，中水期流量不大于20 000 m3/s时，滩段最大流速2.2 m/s，比降0.21%。

在流量25 000 m3/s，葛洲坝坝前水位控制63 m时，由于流量较大，整个滩主流流速均在2 m/s以上，最大流速为2.77m/s，上水航线上最大流速2.5m/s，相应比降0.177%，己超过万吨级船队允许的流速、比降搭配，船队不能自航过滩。葛洲坝坝前水位控制66 m时，滩情有所缓和，滩段流速略减小，一般在2 m/s左右，最大2.57 m/s，上水航线最大流速为2 m/s左右，相应比降0.012%，万吨级船队可自航上滩。

在流量35 000 m3/s，葛洲坝坝前水位63 m时，随着流量的增加，流速增大较快，滩段主流流速均在3 m/s以上，最大值为3.78 m/s，上水航线上最大流速也有3.l m/s，相应比降为0.029 6%。葛洲坝坝前水位抬高到66 m后，滩段最大流速减小到3.66 m/s，上水航线上最大流速还有2.7 m/s，相应比降0.020 8%，均超过万吨级船队的自航过滩能力。

3 整治原则和方案

3.1 整治原则

该河段为高山峡谷河段，岸坡陡峻，要彻底改善两坝间急流险滩段影响万吨级船队自航上滩的水流条件，难度非常大。因此，该河段的治理目标是：炸除滩段水下突出石梁、石盘，扩大过水断面，调整断面流速，减缓通航区流速、比降；同时，利用炸礁区的弃渣对深水沱进行填槽，避免河床纵向起伏过大，消除泡漩乱水，扩大通航水域，达到延长万吨级船队通航期和5 000 t机动驳自航上滩的目的。

3.2 整治标准

根据1992交通部三峡工程航运领导小组办公室（92）交三峡办字第07号文印发的《三峡工程通航标准》，两坝间在水文条件允许时设计船型采用万吨级船队。

3.2.1 航道尺度

目前，两坝间最小航道维护标准为：3.5 m×80 m×750 m。根据两坝间设计船型的通航安全和实际通航条件，结合两坝间上、下游河段规划建设标准，该河段的设计航道尺度确定为：4.0 m×150 m×1 000 m（石碑河段不小于750 m）。

3.2.2 两坝间设计通航水位

两坝间设计通航水位根据三峡（初期运行期）-葛洲坝水利枢纽梯级调度规程相关规定进行确定。

三峡水利枢纽下游：最高通航水位为73.8 m，最低通航水位为62.5 m。

3.2.3 设计最高通航流量

根据《三峡工程初期运行期通航管理办法补充规定》的相关要求，结合两坝间实际通航条件，确定两坝间万吨级船队的最高通航流量为：30 000 m3/s；单船最高通航流量为56 700 m3/s（必要时减载）。

3.2.4 通航水文标准[5]

船队上驶所能克服的最大流速和局部水面比降，万吨级船队通航水文标准见表1。

表1 万吨级船队允许最大流速、比降

3.3 整治方案

设计底高程：炸礁区有2处，位于南北两岸。北岸炸礁区基线处地面标高最大约65 m，炸礁底高30 m；南岸炸礁区基线处地面标高最大约61 m，炸礁底高20 m。

断面设计：礁石底部炸成平台，不考虑纵坡，炸礁边坡 1∶0.2。

弃渣区选择：弃渣区选择在水田角深沱处。

工程量：水下炸礁1500000 m3。水下清渣15000m3。

两坝间航道整治工程方案见表2。整治方案平面图、断面图见图2、图3。

表2 两坝间航道整治方案一览表

图2 喜滩河段整治方案平面布置图

图3 炸礁区河道横断面图

4 整治方案分析

喜滩滩段岸坡陡峻，坡陡流急，上水航线走南岸，考虑到模型试验方案相当部分工程量为陆上炸礁，泄洪断面增加有限，不能满足30 000 m3/s万吨级船队的通航需求，因此，其整治方案确定为：尽可能切除滩段两岸伸入河中的水下突咀，有效扩大过水面积，减小南岸上水航线流速、比降，增大上水航线通航宽度。同时，通过切除北岸水下突咀，归顺岸线，改善下水航线流态，延长万吨级船队通航期。

炸礁基线为直线，将基线以外向河心侧礁石炸低。有关水力计算如下：

1） 首先在相同流量、相同水位情况下，为减小断面平均流速，需对断面过水面积进行扩大。根据流量守恒的原则，可得到流速增减量与过水断面增减量之间的关系式：

式中：V为断面平均流速，m/s；A为过水断面面积，m2；△V为断面平均流速的增减值，m/s；△A为过水断面面积的增减值，m2。

根据以上公式，结合西科所喜滩模型试验成果可知，在三峡下泄流量为Q=30 000 m3/s，葛洲坝坝前水位为H=63 m时，要将断面平均流速减小0.2 m/s，过水断面面积则需继续扩大1 150 m2。

2） 根据能量守恒的原则，推求整治后各断面水位变化的情况。

计算公式：

式中：Z1、Z2分别为计算段上、下游断面水位，m；V1、V2分别为计算段上、下游断面平均流速，m/s；α1、α2分别为计算段上、下游断面动能修正系数，根据航道整治水力计算经验，本滩α1、α2取值1.2；g为重力加速度，取9.81 m/s2；hf、hj分别为沿程水头损失和局部水头损失，m，hj=，假设整治前后上游断面与计算断面间沿程水头损失hf相同，根据水力学查表得ζ=0.015。

本滩水力计算上游断面位于滩段上游3 km处，计算时假设该断面整治前后流速、水位无变化。结果见表3。

3） 整治效果分析。在模型试验的基础上进行方案优化调整后，在三峡下泄流量Q=30 000 m3/s，葛洲坝坝前水位为H=63 m时，该滩段断面平均流速较模型试验方案减小了0.2 m/s，右侧上水航线处流速小于2.3 m/s的水域宽度达到100 m以上，局部最大比降1.32×10-4，能够满足万吨级船队自航上滩的要求。

表3 喜滩整治后比降计算表

5 结论和建议

1） 喜滩通过切除滩段两岸伸入河中的水下突咀，有效扩大过水面积，减小南岸上水航线流速、比降，增大上水航线通航宽度。同时，通过切除北岸水下突咀，归顺岸线，改善下水航线流态，延长万吨级船队通航期，整治方法是有效的。

2） 两坝间需要治理的水田角—偏脑洪水急流滩段通过炸除滩段水下突出石梁、石盘，扩大过水断面，调整断面流速分布，减缓通航区流速、比降；同时，利用炸礁区的弃渣对深水沱进行填槽、筑坝，避免河床纵向起伏过大，消除泡漩乱水，扩大通航水域，达到延长万吨级船队通航期和5 000 t机动驳自航上滩的目的。

3） 建议在采用常规整治措施——扩大过水断面，减缓流速、比降的方法的同时，宜采用工程措施和非工程措施（减载、优化两坝调度方式等）两者相结合，进一步提高两坝间航道通航保证率，扩大两坝间河段通航能力。

4） 目前，对于两坝间洪水急流滩的观测尚未开展，下一步仍需加强观测，进一步认识急流滩的流速、流态变化规律，积累资料，以便对两坝间航道整治方案进一步优化。同时还应对两坝间联合运行方式、船型等进行研究，更好地发挥三峡工程的综合效益。

[1] 舒荣龙，周小平，杜宗伟.三峡—葛洲坝两坝间河段通航技术研究 [J].水运工程，2005（3）：62-65.

[2]重庆西南水运工程科学研究所.提高三峡—葛洲坝两坝间河段通航能力研究[R].重庆：重庆西南水运工程科学研究所有限公司，2002.

[3]长江重庆航运工程勘察设计院.长江干线两坝间航道系统建设方案专题研究[R].重庆：长江重庆航运工程勘察设计院，2008.

[4] 舒荣龙，陈桂馥，杜宗伟.提高三峡—葛洲坝两坝间通航能力试验研究 [J].人民长江，2005（7）：31-33.

[5]水利部科技教育司，交通部三峡工程航运领导小组办公室.《两坝间（葛洲坝―三峡）通航水流技术标准实验研究》专题报告（上）[M]//长江三峡工程泥沙与航运关键技术研究专题研究报告集.武汉：武汉工业大学出版社，1993.

[6]重庆西南水运工程科学研究所.三峡—葛洲坝两坝间河段汛期通航水流条件试验研究[R].重庆：重庆西南水运工程科学研究所有限公司，2002.