重庆主城胡家滩河段航道整治方案及整治效果数值模拟研究

王爔若

摘 要：长江上游重庆主城胡家滩河段为典型的大比降山区卵砾石河段，具有比降大、水流急、航宽航深不足等特点，本文依据其实际平面形态与该航道的通航标准，分析了其通航能力的现状与不足，在此基础上，参照山区卵砾石河流的整治原则，本文研究探讨了科学有效的整治方案，并借助地表水模拟软件对整治方案的整治效果进行了验证。从整治效果来看，本文方案很好的改善了胡家滩河段的航道条件，有效的增大了航深与航宽。本文研究成果可为同类河段的整治提供依据。

关键词：胡家滩河段;航道整治;数值模拟;通航标准

中图分类号：U617 文献标识码：A

0 前言

重庆主城河段为山区河流，具有河道弯曲，洲滩林立，航槽宽窄相间、洪水猛涨猛落等特点。洪、枯水期河道流量与水位变化导致水流运动极具复杂性，即水流流态紊乱、水流湍急。在弯曲、分汊等滩段，泡漩、回流、跌水和水跃水流现象会交替出现。其复杂的平面形态和水流条件严重地影响着航道条件的安全稳定性。为保证河段通航能力，依据其地形特征，进行科学的航道整治具有重要的意义。

1 河段自然条件

该滩位于落中子水位站以上仅0.85 km，上距钓二嘴水位站12.00 km，系枯水弯、窄、急险滩。胡家滩上游11 km处为窎鱼咀急弯，之间为栋杆碛顺直河道连接。胡家滩河对岸的倒钩碛向河心凸出，束窄胡家滩河段河宽，其弯曲半径仅为1 200 m。

枯水期上游簸箕石盘沿河心而下的水流经胡家滩弯段后，受离心力作用该偏左岸而下，在胡家滩处右岸因水浅不能通航，有效航宽不到100 m，滩口断面平均水深2.85 m，航槽内平均水深3.27 m，水面平均比降0.58‰，最大比降达85‰，航槽内平均流速为2.44 m/s，最大流速为3.16 m/s，在胡家滩滩尾有斜流，水面横比降达1.85‰，其下有夹堰。该河段内航槽流态较为紊乱，多处出现泡漩水，水动力轴线与航槽中轴线偏角达到20°，边滩由于复杂的平面形态多处有回流、乱流现象，航道条件十分恶劣。其平面形态图如图1所示。

2 整治方案

2.1 整治原则

针对整治河段的滩险特性，提出如下整治原则：

（1）因势利导，充分利用河道有利条件，综合考虑河势、河床特征及水沙运动规律，确定投资省、效果好的航道整治方案。

（2）筑坝和炸礁相结合，合理布置疏浚挖槽和整治建筑物，充分发挥整治建筑物在三峡水库蓄水前和消落期束水导流和改善泥沙分布的作用。

（3）综合考虑整治工程对上下游河段的影响，避免滩险整治后，其上、下游河段又出现新的碍航滩险。

2.2 整治方案

2.2.1 方案平面布置（见图2）

（1）在胡家滩滩头外侧筑洲头坝，为适应左岸主槽走势，坝体分为两段，上段长420 m，下段长385 m，两段坝体均基本与疏浚挖槽右边界平行，夹角约10°，坝顶高程为设计水位以上4.0 m（高程170.60 m）。

（2）疏浚范围由洲头坝坝头的牛草沟至胡家滩滩尾，平面形态为不规则多边形，疏浚面积89 000 m2。

（3）右岸布置1、2、3号丁顺坝，其中1号丁顺坝顺坝部分L1长100 m，勾头部分L2长140 m，夹角约141°，顺坝部分轴线与航槽轴线夹角约25°。2号丁顺坝顺坝部分L1长120 m，勾头部分L2长160 m，夹角约132°，顺坝部分轴线与航槽轴线夹角约23°。3号丁顺坝顺坝部分L1长140 m，勾头部分L2长65 m，夹角约141°，顺坝部分轴线与航槽轴线夹角约25°。

2.2.2 结构设计

（1）坝体为抛石结构，面层1 m采用C20混凝土盖面。坝顶宽3 m，高程170.60 m，平坡，两侧边坡均为 1：2，坝头坡為 1：4，坝尾坡为1：3。

（2）挖槽设计水深3.7 m（挖槽后河床底高程162.90 m），挖槽边坡1：3。

（3）坝体为抛石结构，面层1 m采用C20混凝土盖面。坝头顶部高程为设计水位以上3.0 m（1、2、3号丁顺坝高程分别为169.60 m、169.50 m、169.40 m），宽10 m，坝顶纵坡为1：140，两侧边坡为1：1.5，坝头坡为1：1.5，坝尾坡为1：1.5。

3 整治效果分析

用平面水流二维数学模型分别验证整治方案前后，整治流量下主城河段航道条件的变化以及在最低通航水位条件下，主城河段航道尺度的变化。

3.1 流场变化

将整治流量级下，工程整治区域方案前后的流场图绘于图3。从图3可看出，整治前，在该级力量下，胡家滩河段航槽水浅、流速大，航槽右侧水流散乱流向右岸的倒钩碛，整治后，该河段右岸水流受丁坝引导，流向线向主流方向偏转，趋向航槽流动，1、2、3号丁坝附近水流流速下降，坝后水流明显减小，边滩水流归槽，航槽内水深增加，流速放缓，整个河段内水流结构分布更为平顺，流态有所改善。

3.2 通航尺度变化

将最低通航流量级下，胡家滩工程整治区域几个典型断面水深分布情况绘于图4。由图4可知，整治水位下，猪儿碛河段整治后航槽水深大明显增加，其中黄桷渡航槽平均水深由整治前的13.85 m升至15.74 m，航深由13.42 m升至14.76 m，升高幅度分别为13.7%和9.7%。猪儿碛碛首航槽平均水深由整治前的14.39 m升至15.47 m，航深由13.31 m升至15.40 m，升高幅度分别为7.4%和15.8%。鸡翅膀航槽平均水深由整治前的14.81 m升至15.88 m，航深由13.16 m升至14.58 m，升高幅度分别为7.2%和10.7%。通航条件改善明显。

4 结论

本文根据长江上游重庆主城胡家滩河段的地形条件，以及该河段的通航标准，分析了其通航能力的不足。在此前提下，本文根据山区大比降卵砾石浅滩河流的整治标准，因地制宜，采用了筑坝、疏浚相结合的手段，对该河段进行了整治方案的研究设计，最后，借助地表水模拟软件，对整治方案的整治效果进行了数值模拟，从效果来看，整治后该河段水深增加、航宽拓宽，很好的解决了航道困难的问题，本文结论可为同类河段的整治设计提供参考。

参考文献：

[1]谢龙.三峡变动回水区末端段复合水动力条件分析及对泥沙输移的影响[D].重庆：重庆交通大学，2013.

[2]李双江，谢龙.长江上游塘土坝河段水流特性及河床演变分析[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2013（4）：673-676.