长江上游长叶碛河段航道整治方案试验研究

寇宁宇 重庆交通大学

1.河道概况

长叶碛滩位于长叶碛水道，长江上游航道里程632km，果园港上游2km处长江右岸，为一弯曲河段凸岸卵石大边滩，低水位期航道浅、窄，是川江著名浅滩。长叶碛上段左岸水葬为川江著名枯水期浅滩之一，三峡水库蓄水后航道情况有所改善，右岸长叶碛阻截直冲北岸，形成斜流、剪刀水等不良流态。碍航时段主要集中在水库消落期，在改时期航道条件变化较大，对船舶的安全通行产出威胁，因此急需对该河段进行整治。

2.整治方案布置

2.1 治理思路

针对长叶碛滩的碍航特性，提出其治理思路为：合理布置规划航槽线，对航槽内不满足规划尺度要求的浅区进行挖槽，对伸入江中的礁石进行适当的切除。

通过对长叶碛碍航特性的分析及对数学模型、物理模型多方案的对比研究，长叶碛的整治方案应首先考虑满足规划航道尺度，保障航槽稳定性，同时要考虑保留船舶习惯航线，并且经济合理的方案布置。

2.2 方案布置

2.2.1 方案一：航槽偏右

航槽布置：方案一设计规划航槽在上段水葬偏向右岸，沿门闩子礁石而下，长叶碛段保留习惯航线，规划航槽利用深水区偏向左岸，经长叶碛弯道而下，沿河心达海坝碛碛翅偏左而下，经民典石，通过鱼嘴长江大桥。规划设计航槽的宽度是150m，其中上段滩口（631km）至水葬（633km）河段约长2km河段属于弯曲河段，经计算，航道宽度采用内侧加宽方式加宽25m。

表1 长叶碛河段不同流量下沿程水位变化趋势统计表（m）

图1 长叶碛水道河势图

上段：考虑到门闩子为位于主航道中间位置的孤礁石梁，从安全角度考虑，对于航道中船舶航线上的孤礁来说，其富裕水深应该包含船舶浅水行驶的下沉量、船舶的触底安全富余量、礁石存在引起的水位下降值以及石质河床富裕水深的增加值等。此外，针对目前三峡库区船舶大型化发展的趋势，考虑到船舶大型化发展及船舶安全航行的需要，门闩子孤礁需加深开挖深度，将其炸至设计最低水位下6m。

中段：开挖左岸乌独碛碛翅浅区、右岸长叶碛碛翅浅区，开挖底高程为设计水位下4.7m。

下段：对民典石孤礁进行炸除，民典石孤礁长50m、宽17m，与上段门闩子孤礁同理，考虑到船舶大型化发展及船舶安全航行的需要，门闩子孤礁需加深开挖深度，将其炸至设计最低水位下6m。

图2 方案一长叶碛流速流向分布图（Q=9350m3/s）

图3 方案二长叶碛流速流向分布图（Q=9350m3/s）

2.2.2 方案二：航槽偏左

航槽布置：设计规划航槽偏向左岸，沿乌独碛碛翅而下，长叶碛段保留习惯航线，规划航槽利用深水区偏向左岸，经长叶碛弯道而下，沿河心达海坝碛碛翅偏左而下，经民典石，通过鱼嘴长江大桥。设计规划航槽宽度为150m，其中上段滩口（631km）至水葬（633km）河段约长2km河段属于弯曲河段，经计算，航道宽度采用内侧加宽方式加宽25m。

中上段：对计划航槽内的不能满足水深要求的部位进行疏浚和对碍航礁石进行炸除，即开挖左岸乌独碛碛翅浅区、右岸长叶碛碛翅浅区，开挖底高程为设计水位下4.7m。

下段：对民典石孤礁进行炸除；民典石孤礁炸除和沉船打捞同方案一，将民典石孤礁炸至设计最低水位下6m。

3.整治效果与方案比选

通过物理模型对方案一、方案二的整治效果进行了计算分析：

3.1 水位变化分析

在方案实施后，过流面积加大，在长叶碛河段，水位相比于方案前呈略微降低的趋势，方案一实施后长叶碛河段沿程水位减少约0.01～0.21m，方案二实施后长叶碛河段沿程水位减少约0.04～0.17m。总体来看，方案一与方案二实施后，长叶碛河段水面平缓，工程效果基本相当。

3.2 流速变化分析

方案一与方案二实施后，长叶碛过流断面扩宽，航道流速略有减小，断面流速分布较方案前更加均匀。Q=4500m³/s时，长叶碛处方案一实施后断面流速减小约0.35m/s，方案二实施后减小幅度约为0.2m/s，航槽主流速均减小至2.0m/s以下，其余断面流速整体变化不大。

3.3 航道尺度变化分析

方案一实施后，满足4.5m水深的河宽在303-496m之间，较方案前增加25-167m；方案二实施后，满足4.5m水深的河宽在278-391m之间，较方案前增加75-138m。

总体看，方案一与方案二实施后，全河段均满足4.5m水深航道的尺度建设要求。

3.4 船舶通航水力指标分析

方案实施后，在各个流量下，通过长叶碛沿程的比降、流速组对比情况，长叶碛河段枯水期随着流量的增加流速有所增大，但比降略有减小。在Q=4500、9350和13500m3/s时最大比降与流速组合分别为0.42‰+2.02m/s、0.26‰+2.02m/s、0.24‰+2.63m/s，均满足5000吨级船舶自航上滩的要求。

3.5 流态变化分析

方案实施后，枯水期水流均从边滩向航槽集中，设计水位时因流速普遍在2m/s左右，方案二实施后规划航槽内水流与航槽走向夹角比方案一略大，但在设计水位以上2m至整治水位时斜流流速加大，且斜流角度仍然保持在25°左右，在6m水位以上，水流向与规划航槽走向夹角有所减小。

总体看，方案一比方案二实施后，主流向右偏移，船舶通航条件得到较大程度的改善。

4.结论

（1）通过实测资料分析及1:100的正态物理模型试验，研究长叶碛水道的滩险碍航特性，在此基础上开展长叶碛水道整治方案研究，

（2）从以上物理模型计算结果分析来看，两方案实施以后，航道尺度增加，船舶可通航水域扩大，对于方案一，由于此前进行过整治，其目的是拓宽航道尺度及改善水流条件，本方案中继续对其实施炸深，习惯航线能够保留，且航槽稳定性较好；方案二实施后规划航槽内水流与航槽走向夹角比方案一略大，因此，推荐方案一作为推荐方案。此外该方案相对工程量较小，很好地节约了施工成本，可以为类似滩险的整治提供参考。