解中柱

（1.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074；2.長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，重慶 401147）

長(zhǎng)江是我國(guó)第一大河流，是全國(guó)內(nèi)河航運(yùn)最重要的水運(yùn)主通道，水運(yùn)條件十分優(yōu)越，貨運(yùn)量占全國(guó)內(nèi)河貨運(yùn)量的40%。長(zhǎng)江干線航運(yùn)是連接我國(guó)東、中、西部地區(qū)的重要紐帶，是我國(guó)實(shí)施對(duì)外開放和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的重要依托。宜賓至重慶九龍坡河段的直接經(jīng)濟(jì)腹地為四川、云南、貴州省和重慶市，該河段為西部地區(qū)對(duì)外交通的重要通道。近年來，先后對(duì)該河段實(shí)施了長(zhǎng)江干線瀘州至重慶河段的航道建設(shè)工程和長(zhǎng)江干線宜賓至瀘州航道建設(shè)一、二期工程，使該河段全面達(dá)到Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)。在工程建設(shè)中，淺灘的治理占了較大比重，而對(duì)于淺灘治理，整治參數(shù)合理與否直接關(guān)系到整治效果，具有非常重要的意義，本文對(duì)整治參數(shù)的確定和實(shí)踐效果進(jìn)行分析總結(jié)。

1 河段概況

1.1 河道概況

宜賓至重慶河段全長(zhǎng)373 km，屬山區(qū)河流，流經(jīng)丘陵和階地間，平面形態(tài)復(fù)雜。該河段為天然河道，具有天然山區(qū)河流的特征，水位變幅大，航道急、彎、淺、險(xiǎn)并存，水流條件也較為復(fù)雜，“剪刀水”、“泡漩水”等不良流態(tài)遍布全段，水流流速較大，航行條件較差。河面寬度除了在大貓峽－溫塘壩一帶較窄外，其他河段基本變化不大。河床質(zhì)以卵石為主，局部河段為基巖。河段內(nèi)有沱江、赤水河匯入，但入?yún)R流量較小，枯水時(shí)不足長(zhǎng)江的5%。

1.2 航道概況

本段航道在近年系統(tǒng)治理前，重慶九龍坡至蘭家沱河段航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)，維護(hù)尺度為2.5m×50m×560m；蘭家沱至宜賓為Ⅳ級(jí)，維護(hù)尺度為1.8m×40m×400m。航道航標(biāo)配布標(biāo)準(zhǔn)為二類航標(biāo)及重點(diǎn)標(biāo)分段配布，夜晚不能通航。

河段內(nèi)灘險(xiǎn)眾多，先后曾對(duì)本河段進(jìn)行了50處灘險(xiǎn)整治，其中淺灘或具有淺灘礙航特征的灘險(xiǎn)32處。在近期的瀘州至重慶段和宜賓至瀘州段一、二期工程中共整治灘險(xiǎn)19處，其中淺灘或具有淺灘礙航特征的灘險(xiǎn)14處。整治后，宜賓至重慶河段全部達(dá)到Ⅲ級(jí)航道尺度標(biāo)準(zhǔn)（2.7m×50m×560m），并實(shí)現(xiàn)晝夜通航，達(dá)到內(nèi)河一類航標(biāo)維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 淺灘特點(diǎn)

河段內(nèi)的32處淺灘中，細(xì)分有正常淺灘、復(fù)式淺灘、汊道淺灘、彎道淺灘和支流河口淺灘等類型的灘險(xiǎn)，其中以過渡段淺灘和彎道淺灘為主，分別有10處和11處。這些灘險(xiǎn)的礙航特征除水深不足外，水深從1.8～2.6m不等，部分灘險(xiǎn)同時(shí)還伴有流急的礙航特征，如落鍋灘、苦竹磧。河段內(nèi)淺段河床均為卵石，并且從上游宜賓至重慶河段過渡段淺區(qū)的河床質(zhì)組成相似，河床質(zhì)為卵石土，卵石中值粒徑約為50～60mm[1-2]。

2 宜賓至重慶河段航道整治參數(shù)的確定

從前述礙航灘險(xiǎn)數(shù)量和淺灘數(shù)量分析中可以看出，淺灘成為本河段的主要礙航段，特別是在進(jìn)行清炸工程治理后，近期整治的工程中主要以淺灘治理為主。而淺灘治理整治參數(shù)的確定直接關(guān)系到治理的效果，顯得尤為重要。在整治參數(shù)的確定時(shí)，整治水位與整治線寬度的確定通常結(jié)合起來考慮，先確定整治水位，然后確定整治線寬度。

2.1 整治水位

宜賓至重慶河段的整治水位采用了優(yōu)良河段平灘水位法、多年平均流量法和造床流量法等綜合確定。

2.1.1 優(yōu)良河段平灘水位法

優(yōu)良河段如黃家壩河段（1 019～1 021 km）、菜壩河段（844～848 km）等為微彎河段，水深良好，寬窄適當(dāng)，可作為優(yōu)良河段，其平灘水位為2.7m左右。

2.1.2 多年平均流量法

根據(jù)朱沱水文站多年水文資料統(tǒng)計(jì)分析，其多年平均流量為6 650m3/s，相應(yīng)水位為199.73 m，高于設(shè)計(jì)最低通航水位3.2m。

2.1.3 造床流量法

造床流量是指河床演變過程中，對(duì)于造床作用最大的某級(jí)或幾級(jí)流量。造床作用的大小，取決于流量Q大小、時(shí)間（頻率P）和流速（比降J）。馬卡維也夫提出綜合作用最大的幾個(gè)流量為造床流量，采用Q-Q2JP關(guān)系曲線，一般出現(xiàn)2個(gè)Q2JP峰值，對(duì)應(yīng)的流量為第一、二造床流量，整治水位取與第二造床流量相應(yīng)的水位[3]。以研究河段內(nèi)朱沱水文站的水文資料和本河段的比降值繪制研究河段Q-Q2JP關(guān)系曲線（圖1），Q2JP的2個(gè)峰值分別為5 842和5 786，對(duì)應(yīng)的第一、二流量為15 000m3/s和10 800m3/s，分別高于設(shè)計(jì)最低通航水位7.09m和5.32m，第二造床流量對(duì)應(yīng)的整治水位為設(shè)計(jì)最低通航水位上5.32m。

圖1 Q-Q2 JP關(guān)系曲線

天然河流枯水邊灘都是由上游來水來沙條件及當(dāng)?shù)睾哟步M成條件所決定的，整治水位應(yīng)與當(dāng)?shù)睾恿鞯目菟厼┫噙m應(yīng)[4]。同時(shí)，整治水位的確定還應(yīng)考慮壩體壩面具有足夠的施工時(shí)間，當(dāng)確定為過低時(shí)沒有足夠的施工時(shí)間。本著低水整治的原則，結(jié)合以往整治經(jīng)驗(yàn)，該河段的整治水位通常取為設(shè)計(jì)最低通航水位以上1.5～2.5m[3]。

2.2 整治線寬度

整治線寬度的計(jì)算公式眾多，通常采用的有阿爾杜寧公式、水力學(xué)公式和《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》，從計(jì)算公式可以看出，計(jì)算所需的流量（Q）和水深（H）等都需要先確定整治水位才能得出相應(yīng)的流量。所以，整治線寬度是與整治水位統(tǒng)一考慮的。對(duì)河段的整治線寬度計(jì)算成果見表1。

表1中公式含義及取值如下：

B2為整治線寬度，m；Q為整治水位時(shí)的流量，即4 700m3/s；A為系數(shù)，取1.0；J為整治灘險(xiǎn)比降，取0.066%；B1為整治前整治水位時(shí)的寬度，取一般寬度480m；H1為整治前整治水位下的斷面平均水深，點(diǎn)取邊灘發(fā)育的優(yōu)良河段斷面后取4m；H′為整治水位下的航道設(shè)計(jì)水深，取4.7m；K為系數(shù)，取1.0；y為指數(shù)，取1.67；η為水深改正系數(shù)，取0.8；n為糙率，取0.03；ξ為河相系數(shù)，取4；H2為整治水位下設(shè)計(jì)要求的斷面平均水深，取3.9m。

表1 整治線寬度計(jì)算結(jié)果

從表2計(jì)算成果可以看出，整治線寬度按不同方法計(jì)算其結(jié)果不盡相同，平均值為429m。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定本研究河段整治線寬度在350～470m之間。長(zhǎng)河段系統(tǒng)治理各灘不可能取同一寬度，根據(jù)河勢(shì)特征作適當(dāng)?shù)目s窄或放寬，如較寬闊河段選取較大值，較窄河段選擇較小值，彎曲河段由于水流分布不均集中于凹岸選取較小值，分汊河段則在同一斷面按支汊分別計(jì)算累加后取較大值。宜賓至重慶河段不同類型典型淺灘的整治線寬度見表2，確定的整治寬度平均值為405 m，與水力學(xué)公式的計(jì)算值更為接近。

表2 宜賓至重慶河段典型淺灘整治線寬度及治理效果

3 淺灘整治效果

從本河段歷次治理工程來看，采取疏浚與整治相結(jié)合的方法治理總體效果顯著，各類型的淺灘治理效果簡(jiǎn)述列表見表2。

工程實(shí)踐證明，宜賓至重慶河段，除局部為基巖外，主要為卵石河床，且河勢(shì)穩(wěn)定，采用低水整治的思路，以疏浚與筑壩相結(jié)合的工程措施，局部改善河床地形，治理淺灘，淺段水深得到顯著提高。在近期實(shí)施的工程中，對(duì)有的灘險(xiǎn)優(yōu)化了整治參數(shù)，取得了更好的治理效果。如吊魚嘴灘，1993年治理時(shí)，確定的整治水位為設(shè)計(jì)最低通航水位上1.5m，整治線寬度為380m，使過渡段淺區(qū)深泓線的最小水深由1.8m提高到2.6m。2006年工程中，在以原整治線寬度不變的情況下，整治水位由原設(shè)計(jì)最低通航水位上1.5m抬高至設(shè)計(jì)最低通航水位上2m，過渡段淺區(qū)的最小水深達(dá)到3.4m，取得了較好的治理效果[6]。

4 確定整治參數(shù)的體會(huì)

宜賓至重慶河段采用低水整治，整治水位取為設(shè)計(jì)最低通航水位以上1.5～2.5m，整治線寬度在350～470m之間，治理效果良好，為該河段實(shí)現(xiàn)Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，滿足水運(yùn)現(xiàn)實(shí)需求，是行之有效的。分析整治參數(shù)的確定過程，有以下思考。

整治參數(shù)的確定過程通常是先擬定整治水位，然后確定相應(yīng)的整治線寬度。從造床流量法擬定整治水位的分析可以看出，工程實(shí)踐中在川江采用的整治水位通常取為設(shè)計(jì)最低通航水位以上1.5～2.5m，遠(yuǎn)小于第一和第二造床流量對(duì)應(yīng)下的水位7.09m和5.32m，也就是說目前通常采用的低水整治措施只是較低范圍的調(diào)整河床形態(tài)，因水流淹沒壩體較多時(shí)，對(duì)調(diào)整水流作用較小，并未在主要造床水位下調(diào)整河床形態(tài)。那么采用現(xiàn)在整治參數(shù)下的工程措施調(diào)整河床形態(tài)趨向于優(yōu)良河段的實(shí)現(xiàn)程度如何，筆者試作探討。

水流與河床的相互作用過程最終以河床形態(tài)反映出來，過水?dāng)嗝婷娣e是淺灘河段的一項(xiàng)重要參數(shù)，由此繪制楊柳磧（1 017.5 km）淺灘整治前、整治后以及淺灘附近優(yōu)良河段（黃家壩河段（1 019～1 021 km））的水位與過水?dāng)嗝婷娣e關(guān)系圖（圖2），以便比較淺灘段與優(yōu)良河段的水位-過水?dāng)嗝婷娣e關(guān)系的差異。從圖2可以看出，優(yōu)良河段曲線與淺灘段整治前、整治后曲線存在上下兩個(gè)交點(diǎn)，將優(yōu)良河段的水位-過水?dāng)嗝婷娣e關(guān)系曲線分為三段，為便于敘述，由下而上簡(jiǎn)稱為a、b、c三段。a段說明在水位較低時(shí)，優(yōu)良河段較淺灘段過水面積大，由此表明較淺灘段具有平均水深更大和平均流速更小的特征；b區(qū)段說明在此水位區(qū)間，優(yōu)良河段較整治前的淺灘段有更強(qiáng)的束水作用，而在建整治建筑物后，束水更強(qiáng)于優(yōu)良河段；c區(qū)段則說明在此水位及更高時(shí)，雖然建了整治建筑物，但束水作用已不及優(yōu)良河段。從三條曲線總體分析來看，優(yōu)良河段的過水?dāng)嗝婷娣e隨水位上漲增加的速度小于淺灘段的增加速度，也就是說流速的增加速度會(huì)更大一些，而沒有因建整治建筑物而改變。由此說明通常采用的低水整治下通過建整治建筑物來調(diào)整河床形態(tài)以趨向于優(yōu)良河段，效果是很有限的。

圖2 水位與過水?dāng)嗝婷娣e關(guān)系

5 結(jié)語

宜賓至重慶河段整治水位采用設(shè)計(jì)最低通航水位以上1.5～2.5m，整治線寬度采用350～470m之間，在建設(shè)Ⅲ級(jí)航道工程實(shí)踐中，取得了良好的治理效果。但隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水運(yùn)的需求，在挖掘河段航道治理的更大潛力時(shí)，采用中水整治，更大范圍的調(diào)整河床斷面形態(tài)趨向于優(yōu)良河段以獲得更大的航道尺度，如何確定整治參數(shù)需要進(jìn)一步研究。

[1] 長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院.長(zhǎng)江干線宜賓合江門至瀘州納溪航道建設(shè)一期工程初步設(shè)計(jì)[R].重慶：長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，2006.

[2] 長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院.長(zhǎng)江上游瀘州納溪至重慶婁溪溝航道建設(shè)工程初步設(shè)計(jì)[R].重慶：長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，2004.

[3] 長(zhǎng)江航道局.航道工程手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社.2003：676－678.

[4] 張幸農(nóng)，孫波.沖積河流航道整治線寬度的研究[J].泥沙研究，2002，（10）5：48-53.

[5] 長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院.長(zhǎng)江上游瀘州納溪至重慶婁溪溝航道建設(shè)工程航道整治效果觀測(cè)分析報(bào)告[R].重慶：長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，2008.

[6] 長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院.長(zhǎng)江干線宜賓合江門至瀘州納溪航道建設(shè)一期工程航道整治效果觀測(cè)分析報(bào)告[R].重慶：長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，2010.