三峡—葛洲坝两坝间汛期大流量航标设置技术思考

王雪蓉 长江三峡通航管理局

1.两坝间汛期航道特点

1.1 两坝间航道基本概况

三峡大坝-葛洲坝两坝间河段，上起鹰子嘴，下至葛洲坝枢纽三江航道上游王家沟，长约38km，两坝间河段平面形态蜿蜒曲折，凹凸不齐，河谷陡峭，河槽窄深，水深条件好，河床纵、横剖面型态复杂。河段类型有峡谷河段和宽谷河段两种，其中鹰子嘴水厂至乐天溪河段，河谷较宽阔，汛期河面最大宽度可达1400米左右，河槽多呈复式断面，乐天溪至南津关河段，河床断面多呈“V”或“U”字形，河宽一般为200～300m之间，相比于上游宽谷河段较为狭窄。

三峡大坝-葛洲坝两坝间河段处于常年回水区，葛洲坝水库蓄水后水位抬高20m米以上，原有滩险大部分被淹没，航道水深增大，流速减缓，比降减小，石牌弯道的曲度半径也得到了扩大，非汛期航行条件得到很大改善。两坝间河道兼具“水库”与“天然河道”双重特性。即非洪水期小流量时，呈“水库”特性；汛期大流量时“天然河道”特性突出，汛期时过流面积增大但是增幅明显小于流量的增幅，流速和比降大，在水田角下游流态紊乱，泡漩、回漩随处可见，船舶航行条件十分险恶是长江上游中洪水期通航条件较差的困难河段之一，在莲沱至偏脑15km的河段中滩险最为集中，有水田角、喜滩、大沙坝、石牌、偏脑（即“四滩一湾”）等急流滩段。

1.2 两坝间汛期航道特点

汛期时两坝间航道水域船舶遵循分道航行规则。

两坝间汛期时航道特点集中在“四滩一湾”急流滩段。

水田角河段为川江著名的洪水急流滩，该滩处莲沱弯段，滩段由窄入宽，展宽段有一深沱，洪水期最大水深达100m，汛期时较湍急，水势依然紊乱，有泡漩水、夹堰水及回流。2021年两坝间莲沱航道整治工程完工，航道内碍航礁石被爆破清除，航道内的深沱被填充，扩大急流区过水面积，降低流速，减小比降，平顺岸线，增加近岸水深，同时通过填沱，调整断面形态，改善泡漩等不良流态，尤其改善了“四滩一湾”中水田角河段水流条件，降低汛期大流量情况下的通航安全风险。

喜滩位于宜昌上游，南北两岸高山峡谷，河面狭窄，形成一瓶颈，过水断面多呈V字型，航道较顺直。南岸岩咀礁石分步，北岸芭蕉溪下段至沙坎子一带有乱石堆积，使两岸岸线极不规则，滩段上游河面相对较宽，汛期时（特别在30000m/s以上时），会形成滩险，并存在斜流、夹堰水、泡漩水，影响船舶航行安全。

大沙坝河段航道较为顺直，南北两岸有石咀、石盘相对峙，岸线参差不齐，此滩中、枯水期水流较平缓，洪水期主流偏北下行，受狮子脑石盘挑流影响，主流被挑向南岸，汛期时随流量增大，流速、比降亦逐渐增大，产生斜流、夹堰水及回流。近岸处有小泡漩。滩段流速分布不均，呈左缓右急之势。

石牌弯道河段是原川江著名的急弯险滩，上段两岸岸咀、石盘突出，岸线极不规则，且江面狭窄。下段由于石盘从右岸山脚伸入江中，约占河面宽度2/3，使河床形成约80°陡坡，水深由80余米突然抬升至20m左右，迫使深泓线折向左岸，底层水流受突起岩盘顶冲，形成突起向上不稳定流及大范围泡漩水、单向环流和回流。

偏脑滩段是原川江典型狭窄型洪水急流滩之一，该滩河道较顺直，江面狭窄，河槽深窄，过水断面呈“U”型或“V”型，滩段水深达85m，同时两岸岸线极不规则，特别是北岸偏脑石咀挑产生斜流及水梗，流速、比降也较大，船舶航行极其困难。

2.两坝间航标设置工器具不同流量的区别

两坝间汛期大流量情况下，水流湍急，水势紊乱，存在斜流、夹堰水、泡漩水、回流等不良流态影响汛期大流量条件下通航安全，因此为了确保汛期大流量下两坝间浮标能正常使用，不受大流量的影响发生移位漂移等情况，两坝间航标设置技术尤为重要。

航标从助导航方面预防内河和河岸的潜在灾难性事故，目前两坝间浮标基本已经大型化更换为15米钢质灯船，少量设置6.7米钢质灯船。15米标志船（见图1）主要的优点是具备极高的稳定性，除非在大流量情况下，否则一般不会有较大波动，由于体积大，安装灯具、电池时具备充足的操作空间，工作人员的安全性得到一定的保障，体积大也比较醒目，为过往船舶提供了很好的一个位置参考，另外还具备较大的储存空间，便于放置备用器材。标志船主要参数性能见表1。

图1 15米钢质灯船

表1 标志船的主要性能参数表

2.1 流量在流量25000m3/s以下，设标所需工器具

流量在流量25000m/s以下，设标所需工器具为主机功率300马力以上常规航标艇，配备测深仪、测深杆（测深沱）、2T机动绞关、太平斧、1.5m钢钎、八磅锤，检查船艇主副机、锚机、甚高频、测深仪等设备，确保船艇及观测设备处于适航、适用状态。根据拟设标志的性质，作好一体化航标灯、15米标志船、350kg锚石、Φ16mm钢缆等相关器材及扳手、钳子、爬梯、万用表等工属具的准备工作。同时检查一体化航标灯是否完好无损。

2.2 流量在流量25000m3/s以上，设标所需工器具

流量在流量25000m/s以上，设标所需工器具为主机功率700马力以上航标艇，配备测深仪、测深杆（测深沱）、2T机动绞关、太平斧、1.5m钢钎、八磅锤、检查船艇主副机、锚机、甚高频、测深仪等设备，确保船艇及观测设备处于适航、适用状态。根据拟设标志的性质，作好一体化航标灯、15米标志船、锚、Φ18mm钢缆、锚链接驳工具等相关器材及扳手、钳子、爬梯、万用表等工属具的准备工作。同时检查一体化航标灯是否完好无损。

2.3 流量在流量45000m3/s以上，设标所需工器具

三峡大坝下泄流量超过45000m/s时，两坝间禁止通航。为防止标志船漂移流失，收回全部标志船及航标设施，将标志船转移到安全水域。

两坝间由于通航条件复杂，在非洪水期时，两坝间呈现水库特征，浮标的设置相对容易。在汛期大流量情况下，由于航道水流条件的影响，设标难度大危险系数高，在汛期设标时所用工器具和设标人员的技术水平要求高。

3.汛期大流量下航标设置工艺

三峡枢纽河段标志船的设置目前使用霍尔锚（见图2）抛设在河底使标志船在汛期大流量情况下达到稳定状态，可长期锚泊定位。霍尔锚无横杆，锚爪和锚杆可以转动，使得抛设方便，抓重比一般为2-4，不易走锚。

图2 霍尔锚

3.1 大流量下航标设置维护遵循原则

航标设置维护应在保证工作船和作业人员安全的前提下，确保：标位正确，颜色鲜明，灯光明亮；遥测遥控装置工作正常，太阳能电池板能正常充电，航标锚链上无附着物；航标灯能根据天气明暗状态点亮或熄灭，所配布的航标能正常发挥功能，白天能一标看见次一标，夜晚能一灯看见次一灯；根据水位变化情况，浮标设置应遵循提前设置、推迟撤出的原则；浮标漂流（或碰撞）后，应遵循先恢复，后查找（处理）的原则。

3.2 汛期大流量下浮标设置工艺

第一步：研究分析航道水下地形观测资料和河床底质，根据河床底质确定用锚石还是霍尔锚，制定初步设置方案，并对拟设标水域的水深进行实地探测，掌握了解拟设浮标概位水域的碍航礁石等情况，根据拟定的航道宽度和曲率半径，将浮标设定标位输入GPS，确定浮标设置概位。

第二步：作业人员穿好救生衣，戴好防护手套，做好水上作业安全防护工作。将锚与锚链连接并利用抛锚钩系挂于航标艇前端；根据所设标志水域水深状况确定所需锚链长度（一般为水深的3-5倍长度）后系固于灯标船系缆桩上，锚链尾端应用卸扣与灯标船锚舱底部止链装置牢固连接，多余锚链应有序放置于灯标船甲板上并排列整齐。

第三步：将一体化航标灯、遥测遥控装置正确连接并安装牢固。再次检查航标灯等设备通电情况，正常后，一切准备工作完成后，船舶迎流上行至设标位置后，停车、稳舵。舱面指挥人员利用GPS再次对核对设标位置，指挥船舶进行定位，定位完毕后，根据设标水域周围及上、下游航道及实时通航情况，舱面指挥人员向船长汇报准备情况，船长核实不碍他船航行后发出抛投指令。舱面作业人员敲开抛锚钩，让锚自由落入江中，航标艇视情况倒车，使锚链顺势滑入江中。

第四步：待锚沉入水底后，观察标志船概位是否准确、锚链长度是否合适、标体是否在水流冲击下有走锚的迹象。

第五步：15米灯标船安装有舵设备，应根据水流方向，调整灯标船的方向，使之船首迎流，尽量减少灯标船与流向的夹角。

第六步：浮标标志船的首缆设置完成后，再次抛设尾锚一个，尾部一般用锚石，设置标志船尾缆，在锚石下落至河床，标志船基本稳定后，作业人员根据航道水深情况，在航标艇配合下收紧浮标钢缆，并再次检查标志船上航标灯器具的绑扎情况，符合要求。

第七步：浮标设好后，利用航标艇沿航标连线，用测深仪探测航道边线水深，必要时进行航标位置的调整，直至所设航标连线航道范围内，航道水深符合维护计划水深要求，设标工作即为完成。

3.3 汛期特大流量下浮标撤除工艺

第一步 当得到洪水猛涨，流量陡增，连续暴雨等异常情况后，现场工作人员应做好收回航标的准备工作，检查好船艇设备，备好各种工属具；

第二步 当得到上级指令后，以最快速度到达现场，按照人员分工，将标志船用绳索拴在航标艇带缆桩上，顶流上行，用人力将标志船钢缆布放到航标艇锚机上，在锚机绞关上绕，相互配合慢慢将锚石绞起，收好钢缆；

第三步 当锚绞至船头适当位置，且标志船在航标艇船旁系好后，拖至安全水域解开锚，收好钢缆，拴好标志船，收标结束。

4.航标设置工艺改进措施及建议

大流量下无论是设置浮标或撤除浮标，安全风险都非常大，并且对操作人员的熟练度要求也很高。上述航标设置工艺也是长江中上游各航道部门常用的方法，多年来经过了时间的检验。但是不同水域不同环境下仍然会有较大的差异，特别是两坝间航道在汛期大流量情况下，水流条件复杂，而且航标设置、调整、撤除的时段往往是在电站调峰和防洪调度等情况下进行，水流条件更加恶劣。因此根据环境优化航标设置工艺非常重要。

4.1 航标设置工器具方面

随着浮标的逐步大型化，两坝间浮标基本从6.7米标志船更新为了15米灯标船。航标大型化后，虽然浮标的稳定性增加，减小了浮标走锚漂流、翻覆的风险，但也增加了航标设置的难度。因此在以下几个方面提出优化建议：

锚系方面优化建议：由于两坝间流态比较紊乱，水深比较大，如果标志船只抛首锚，标志船在水流的冲击下，易发生左右摇摆，影响标位的稳定性。因此建议根据设标水域的流态情况，确定15米灯标船是否设置尾锚，在水流流向相对固定的水域，且没有不良流态的情况下，可以仅设置首锚，不设置尾锚，减小工作量的同时，也不影响标志稳定性。同时，在锚链的首末端，增加强度足够的360度转环，以应对锚链的旋转。在其他水流流向多变且流态紊乱的水域，可设置尾锚，但尾锚锚系可以由铁锚改为500kg或其他合适重量的锚石，同时将Φ16mm软性钢丝绳改为Φ11mm软性钢丝绳，以减小设标难度。

6.7 米标志船所采用的Φ16mm软性钢丝绳也可以优化为直径更小的缆绳。

4.2 航标艇方面

长江中上游航标维护船艇的功率一般都较小，两坝间航道维护艇功率原为300马力的船艇，后来更新为700马力的船艇。抛锚方式为绞关式锚机抛锚，在抛设航标的过程中，往往需要根据水流情况预估铁锚或锚石落点位置，如果位置不对，需要绞锚重新进行调整，工艺比较复杂，而且安全风险也比较大，同时，对航标艇驾驶人员的技术要求非常高。在航标大型化后，对系留设施的要求变高，系留设施也逐步大型化，两坝间河床底质为石质河床，泥沙覆盖层较薄，无论是铁锚或者锚石，抓附性均不是很好。因此锚石越做越大，铁锚也升级到了300kg，从而对航标艇的绞关提出了更高的要求。因此在航标维护船艇方面建议：可以建造具有起吊设备的船艇，同时加大绞关的绞缆力。

4.3 航标撤除方面

两坝间流量超过45000m/s，两坝间航标撤除回收的任务非常艰巨，调度令发布后，往往只有不到几个小时的时间撤除航标，不然走锚风险会非常大。因此如何快速撤除航标需要进行研究，采用现有的做法，葛洲坝大江航道快速撤除航标时，用了在浮标船与锚链中间增设领水浮筒的做法，撤除航标时，直接解下浮筒与标志船间的卸扣收回标志船，将领水浮筒承担锚链重量而留在江中，从而达到快速收回浮标船的目的。这种方法也可以沿用到两坝间航道。

5 结语

山区河流大流量下航标设置是一件安全风险非常高的工作，如何优化航标设置工艺需要在实践中不断探索和总结。两坝间航道也是长江上游水流条件异常复杂的河段，航道部门在航标维护的过程中积累了一定的经验，可以不断的优化。总的来说，航标设置工艺需要不断向快速、便捷、安全、可靠的方向发展。