涡河航道（大寺闸至入淮口段）整治工程设计特点

胡飞

【摘 要】 为推动航道升级扩能，促进地区经济发展，在介绍涡河航道（大寺闸至入淮口段）整治工程的基础上，对工程设计新理念、应用新技术、新方法、新结构等工程设计特点进行总结。涡河航道（大寺闸至入淮口段）整治工程采用的内河航道设计技术的创新经验，可为国内同类航道整治工程提供经验借鉴。

【关键词】 涡河航道;内河航道;整治工程;设计特点

1 工程概况

涡河位于淮河左岸，是淮河第二大支流，流经河南、安徽两省，通航历史悠久。涡河航道是《水运“十三五”发展规划》中的重要航道，是《安徽省干线航道网规划（2018―2030年）》“一纵两横五干二十线”中的“一干”，也是《河南省内河航运发展规划（2006―2020）》中“五条地区重要航道”之一，规划等级为Ⅳ级。

目前涡河航道上游河南段正按Ⅳ级标准进行建设，同时下游引江济淮航运工程的建设也为涡河打开了入江通道。涡河航道安徽段现状航道等级较低，通而不畅，制约了区域经济的发展及整体航道功能的发挥。为实现国家水运发展规划、安徽省航运发展规划，完善淮河高等级航道网，发挥涡河水资源的综合效益，以促进地区经济发展、调整运输结构、推动航道升级扩能，迫切需要实施涡河航道（大寺闸至入淮口段）整治工程（以下简称“涡河整治工程”）。2017年7月，安徽省发展和改革委员会对涡河整治工程的工可报告进行了批复，初步设计和施工图设计先后得到安徽省交通运输厅的批复，工程已于2018年12月开工建设。

根据涡河航道规划及运量预测结论，涡河整治工程按天然和渠化Ⅳ级航道标准建设，整治航道185.68 km，护岸17.1 km，改建跨河桥梁2座，建设服务区3处、锚地5处，以及配套设施，工程总投资13.9亿元。

2 建设标准

涡河河槽平面形态多弯曲，横断面呈“U”形，宽度一般在50～100 m，最低通航水位时河谷深度为1.5～5 m。考虑到涡河河道上建有大寺、涡阳、蒙城等多级控制枢纽，涡河航道安徽段已由天然河流变为渠化河流，宜采用天然和渠化河流航道的有关标准建设。根据航道规划，涡河航道等级为Ⅳ级，因此涡河航道安徽段建设标准按天然和渠化Ⅳ级航道标准建设，其航道尺度论证如下。

2.1 航道水深

根据《内河通航标准》“天然和渠化河流航道水深应根据航道条件和运输要求通过技术经济论证确定”的要求，计算方法采用标准“附录A 天然和渠化河流航道水深和宽度的计算方法”。

h=d +h

式中： h为航道水深，m; d为船舶吃水，m;h为富余水深，m。

涡河航道安徽段按天然和渠化河流Ⅳ级标准进行设计。根据对蒙城船闸的现场调查及对蒙城海事处和船闸管理处的咨询，蒙城船闸单日通航量最多约100艘次，平均约90艘次，通航船舶最大吨级为 t，其中500～800 t最多。航行于涡河航道中吨级在500～800 t的船舶吃水一般在2.3～2.6 m，标准富余水深为0.2 m，代入公式计算的航道水深在2.5～2.8 m。涡河腹地出口货物中70%的目的地是长三角地区、亳州地区，淮河水系中有70%的运输船舶经常在长三角地区营运。长三角地区航道网通过多年整治，大部分航道已达到Ⅲ、Ⅳ级航道标准，造成涡河航道中航行的船舶吃水偏大。结合淮河航道网内运营船舶的吃水特点、整治经验及与长三角航道网的对接，本次设计航道水深采用2.8 m。

2.2 航道宽度

航道宽度按《内河通航标准》附录A的计算方法和要求取值，涡河航道宽度计算式如下：

W=W下 + W上 + W1 + W2 + C

W下=W船+ L船sin

W上=W船+ L船sin

式中：W为直线段双线航道宽度，m; W上、W下分别为上、下行船舶或船队航迹带宽度，m;W1、W2分别为上、下行船舶或船队外舷至航道边缘的安全距离，m;C为船舶或船队会船时的安全距离，m;W船为上、下行船舶或船队宽度，m; L船为上、下行顶推船队长度或货船长度，m;为船舶或船队航行漂角，（埃？

根据船舶营运组织推荐船隊、船型尺寸，航道宽度计算见表1。

表1 航道宽度计算

根据《内河通航标准》规定，确定本次航道宽度取50 m。

2.3 最小弯曲半径

《内河通航标准》规定：航道最小弯曲半径宜采用顶推船队长度的3倍或拖带船队中最大单船长度的4倍，弯曲航道在直线航道宽度的基础上适当放宽。涡河航道按天然和渠化河流Ⅳ级标准进行整治，按照推荐船型、船队尺度计算航道最小弯曲半径为

R=3？L船=3？08  m=324  m

《内河通航标准》规定该等级航道最小弯曲半径为330 m，因此涡河航道最小弯曲半径取值为330 m。

3 运量需求预测

涡河整治工程充分考虑引江济淮工程对于腹地内交通运输格局的深刻影响，采用运输成本分析法，合理界定涡河航道的经济腹地，确定其直接腹地为蚌埠市、亳州市，以及周口市、商丘市等靠近涡河沿线的地区。按“目的性、适应性、协调性、客观性、前瞻性”等五大运输需求分析原则，综合考虑皖豫两省社会经济发展、矿产资源分布、产业布局和交通发展水平，着眼于比较优势，重点分析水运优势对煤化工的利好、环保开采后对矿建材料货运量的影响及引江济淮工程沟通后诱增货运量等因素，采用时间序列法、弹性系数法、灰色模型法以及货源调查法等预测法互相印证，得出预测运量：2030年涡河航道货运量为万t，2040年货运量约为万t，2050年货运量约为万t。

4 工程设计理念

4.1 坚持生态选线，建设美丽水上交通走廊

涡河河道水质为Ⅳ类，涡河航道（大寺闸至入淮口段）涉及46处不同类型环境敏感点，在涡河入淮河口门处涉及淮河荆涂峡鲤、长吻国家级水产种质资源保护区。航道定线坚持生态优先原则，注重保护原有滩地的湿地资源、陆地生态资源及水生态资源，尽量减少影响，对需要局部扩挖、疏深的河段，采用生态袋 + 杉木桩 + 植物防护结构的水陆生态修复、补偿设计。在涡河沿线两侧设置2 m宽的水生植物防护带，采用当地水生植物对沿线岸线进行绿化、生态防护，美化航道环境。

4.2 以人为本，打造人文航道

涡河流域为“老庄”思想的发源地，涡河整治工程充分结合沿线城镇打造“老庄”文化的需要，在城镇段设置亲水平台，提供休闲、观光活动场所;结合航道需求分层次布置综合服务区和锚地，设置大寺、涡阳及蒙城3处综合服务区，设置大寺闸下、涡阳闸上闸下、蒙城闸上闸下等5处锚地，解决了船舶乱停带来的安全隐患;增加“三废”收集处理系统，美化环境，改善船民生活条件，在桥梁桥型选择和服务区建筑设计中体现人文与环境的融合，打造人文航道。

4.3 提高管理运行水平，建设平安智慧航道

涡河整治工程的航运信息服务系统设计起点高，以“一数据两指挥三中心，一图两平台，感知、传输两张网”为总体框架的航道信息化系统（见图1），构建现代化船舶航行安全监控、航道运行动态监测、通航协同调度体系，并与安徽省内及相关流域港航信息服务体系有效融合，形成反应高效、服务贴心、运行可靠的智能航运保障能力，实现该段航运的平安、绿色、高效运行，最大程度发挥涡河航道航运服务效能。

5 工程设计技术

5.1 通过三维仿真设计和航行漫游试验等，提高工程设计质量和航行效能

成功将BIM软件进行了水运行业化的改造开发，实现了航道工程从方案研究到三维正向设计以及护岸专业的动态关联设计，对基于三维设计模型而提取的二维图纸进行了标签标注样式的定制开发，提高了设计质量和效率;借助可视化软件Infraworks，将高精度的卫星云图、数字高程数据、各类三维设计模型（桥梁、航标、整治建筑物等）数据导入并精准定位后可显示工程设置航区的环境，并通过航行漫游试验（见图2），对船舶航行效果进行模拟评估，为航区航标效能评估和布设提供一种直观、有效的辅助决策手段，有效提高了航区服务质量和助航效能。

5.2 通过数学模型，确定工程措施，提高设计 水平和精度

运用数值模拟手段，建立航道水动力模型和泥沙运动模型，研究不同工程措施、工况条件下航道水流条件（见图3）及航道稳定情况，在保障船舶航行安全和航道稳定的基础上，优化设计，提升舒适性，体现“创新、共享”的设计理念。

5.3 采用技术手段，开展工程设计，提升感知 效果

针对涡河航道现场调查线路长、调查难度大，现场与工程布置有偏差等问题，应用GIS将各种信息地理位置与工程布置相结合，方便工程设计，并将CAD技术、航拍航测、GPS技术、多媒体技术等有机融为一体，通过视频及图片等形式图文并茂地将有关工程信息传达给业主，提升感知效果，便于业主分析及决策。

5.4 贯彻创新发展的理念，采用新结构、新材料

工程设计采用生态“W”形排水垫、混凝土铰链排和生态鱼槽等新结构，更好地保护淮河荆涂峡鲤、长吻等国家级水产种质资源。在防船撞设计中采用“凹凸接头 + 插销棒”的法兰连接，有效提高了防船撞设施的抗撞能力，延长其使用年限。应用新型FRP护舷 + 钢模一次性真空导入成型技术，提高工程适应性和降低工程维护成本。在服务区工程设计中探索采用新的适合大水头差的靠船结构和设施（见图4），能更好地服务于船民，提升锚地、服务区的服务质量。

6 结 语

渦河整治工程包括总体工程、航道工程、桥梁工程、锚地、服务区工程及其他配套工程，工程涉及面广，设计复杂困难。工程设计立足打造水运“品质工程”，建设“绿色、人文、智慧”航道工程;设计严格执行国家政策、法规，依据航道规划，合理确定航道建设标准和尺度;运量预测方法正确、需求分析得当;积极采用新技术、新手段解决设计难点;多种新结构和新材料的采用，给工程增添更多便利和环保。

根据新理念，应用新技术、新方法，采用新结构完成的工程设计，为涡河整治工程的建设打下了坚实基础。同时涡河整治工程在设计中采用的技术创新经验，可为国内同类航道整治工程提供经验借鉴。