突咀挑流影响分析及其在险滩整治中的应用

□李锦成（二滩水电开发有限责任公司）

交通运输是现代国民经济的重要组成部分。现代的交通运输方式主要包括铁路、公路、管道、水路及航空，其中水运具有运量大、成本低、能耗小等优势，一直受到世界各国的广泛重视。我国西部山区河流滩险流急，各类碍航险滩众多，而险滩的存在严重影响船舶航行安全。开发西部水运交通必将对众多碍航滩险河段进行整治，突咀是山区河流主要碍航滩险之一，对船舶安全航行威胁极大，常使船舶发生海损事故。深入研究其治理方法，将为碍航突咀滩险治理提供可靠的手段，对加快西部山区河流碍航滩险的治理具有重要的现实意义。

1.突咀挑流简介

险滩根据其碍航原因可分为礁石险滩与不良流态险滩两种类型。其中礁石险滩指在某些河段中，由于突出石梁或零散礁石影响船舶的安全航行。突咀挑流是礁石险滩中常见的一种碍航险滩。由于突咀挑流的影响，导致局部水流流态紊乱，特别是河道两岸伸向江中的突咀阻水挑流是构成泡、漩水的重要原因。

整治工程措施：由于河岸有局部突出障碍物阻水，可以通过炸除局部障碍物，使河床趋于平整，从而平顺水流，减弱因挑流而产生的不利副流，以达到平整岸线的目的。

2.突咀挑流影响分析

由于突咀挑流，在突咀断面前发生水流分离，突咀的下游有相对大范围的回流，在回流与分离区的边界上有一串串漩涡。当水深小、流速小时，泡漩很弱少，且只出现在回流与分离区的边界上；当流量加大以后，除在这些区域有泡漩之外，回流区内以及下游近区域都有泡水和漩涡。对产生这种流态的原因分析如下：

在突咀的上游，由于水流受到突咀的阻挡，底部水流上涌而形成泡，并形成范围不大的回流区。

在突咀的下游，因边界层水流分离而出现大范围的回流区。除回流与主流交界面形成一连串漩水以外，一方面由于回流区尾部范围是不稳定的，因而水流紊乱，回流区尾部回流水和扩散的主流冲撞槽壁，形成水流上涌，动能变成位能而成泡水。另一方面由于主流流速沿垂线分布不均匀，岸壁突咀下游沿水深的各个平面上的回流区范围不一致，主流流速大小与回流区范围大小成正比，靠近水面的回流区范围较大，而底部回流区范围较小，所以底部的主流扩散上升进入上层回流区，动能转变为位能而成回流区内的强烈泡水。这种泡水是阵发性的，且出现位置也不固定。当泡水冒出水面后，由于水流上涌而带动周围水流旋转而形成的漩水出现。

图1 突咀挑流示意图

3.突咀附近流区划分

水流经过突咀后，水流的速度场和压力场都发生了变化，流态比较复杂。水流流向突咀时受到阻挡，比降逐渐减小，接近突咀时出现反比降，迫使水流流向河心，绕过突咀下泄。当水流接近突咀断面（B-B）时，流速加大，比降也加大。水流绕过突咀后在惯性力作用下，发生流线分离和水流进一步收缩现象，形成一个收缩断面（C-C），此时流线彼此平行，动能最大，流速最大。在收缩断面下游，水流由于逐渐扩散，动能减少而位能增大，至断面（A-A）时，水流的压缩程度等于丁坝断面。在这以下水流扩散，慢慢恢复到天然状态下的水流状态。

图2 突咀附近流区划分图

类似于突咀挑流现象的水流分布在工程实际中到处可见。以泸州至赤水（川黔界）高速公路赤水河特大桥为例，桥梁进行施工围堰情况下，布置于岸边的围堰部分位于通航水域内，其水流形态类似于突咀挑流的影响。为了初步了解其水流基本要素，通过平面二维数值模拟计算，验证突咀挑流水流分布状态。

图3 围堰附近二维计算流场分布图

计算结果表明，从围堰处流速分布看来，水流在围堰处受到阻挡，引起水流产生绕流运动。围堰上游水流受到阻挡产生滞留，水流流速降低，桥轴线断面由于河床束窄、水流过水断面面积减少，水流流速增加。在围堰上下游存在回流区，水流流态紊乱，类似于突咀挑流。

4.突咀挑流险滩治理在工程实际中的应用

例如川江的螃蟹岬（见图4）就是采取这种方法取得成功的。螃蟹岬河道弯曲，位于凹顶的两侧及凸岸的一侧有品字形突咀交错挑流，洪水期产生较大的回流，泡漩汹涌，严重碍航。整治采用炸除两岸突咀平顺岸线的方法，使回流和泡漩水范围缩小，减弱了强度，满足船舶安全航行要求。金沙江的洒水坝滩等也是采取类似的整治方法取得成功的。

图4 螃蟹岬整治前后流态变化图

5.结语

结合工程实际案例，研究与分析突咀挑流水流流态，对岸边礁石险滩碍航整治具有重要的指导意义。近年来随着水运的复苏，使得碍航险滩问题成为无论在工程设计还是理论研究方面都需要迫切解决的问题，本课题的研究成果在这一研究领域搭建了一个初步的基础平台。随着试验手段和计算机技术水平的提高，如果以上问题能够得到逐一展开研究，有关突咀挑流的研究理论会得到不断丰富完善，碍航险滩的治理方法也会相应更加成熟，从而更好地为内河航运服务。

[1]长江航道局.航道工程手册[M].北京：人民交通出版社，2003,8.

[2]程昌华,等.航道工程学[M].北京：人民交通出版社，2001,1.