乌江白涛河段郭母子滩航道整治

张艾文，张帅帅，伍文俊，何 洋

（1.重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆 400074;

2.重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室，重庆 400074;3.长江航道局，湖北武汉 430010）

乌江白涛河段郭母子滩航道整治

张艾文1，2，张帅帅1，2，伍文俊3，何 洋1，2

（1.重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆 400074;

2.重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室，重庆 400074;3.长江航道局，湖北武汉 430010）

郭母子滩滩性复杂，属于两峡之间开阔河段滩险，浅、急、弯及险的碍航特性并存。采用疏浚与筑坝结合的整治方案，选取5组整治方案进行物理模型试验，根据整治前后的分流比、流速、流态等指标综合比较，最后推荐方案5为郭母子滩整治实施方案。

乌江;郭母子滩;航道整治;方案比选

乌江河口—白马河段在三峡正常蓄水期航道条件将得到根本改善，但在水库消落期，该河段受三峡坝前水位下降影响，同时受上游银盘、白马枢纽下泄流量的限制，航道仍存在一些问题。随着国家西部大开发战略的实施，乌江沿江经济快速发展。沿江各级政府和相关企业对提高乌江河口—白马河段航道等级的要求非常迫切，对其航道进行系统建设，切实提高其航道等级及通过能力是十分必要的。

乌江河口以上25 km处白涛—白马河段内共计20 km有狮子口滩群、郭母子、大溪河口、上下边滩、大角邦、庙门滩、曲石子、小角邦、磨船背等9处滩险。对这9处滩险工程进行整治以后，乌江河口—白马河段将达到三级航道标准，其航运能力将大幅提升，对乌江沿线经济社会的发展意义重大［1］。

1 工程概况

郭母子滩位于大溪河口下游约2 km，乌江河口上游约28 km处，是枯水弯、窄、急险滩，乌江在大溪河口以下至乌江河口江段，江面放宽，洪水时期乌江河面宽度变幅约180 m，江面宽度最大时约330 m，郭母子滩段内有一卵石江心洲，该江心洲长度为500 m，平均宽度为100 m，江心洲把水流分为左右两汊，左汊长度为500 m，江心洲两端宽度为100 m，中间宽度最窄处为60 m，水面平均纵坡1‰，最小水深0.5 m，最大比降1.6‰，最大流速2 m/s，枯水期不能通航;右汊为通航主汊，枯水时，滩上口水深1.8 m，江面平均宽度约65 m，有效航道宽度小于30 m，水面平均比降0.67‰，弯曲半径100 m，最大流速2.87 m/s，最大比降1.5‰，滩上口最大横比降2.6‰，航槽上段右岸流态较紊乱。中洪水期两汊均能通航，但船舶仍走右汊［2-3］。

2 滩险碍航特性

郭母子滩是多年形成的汊流滩，兼有浅、险及航宽不足的碍航特性。

郭母子滩右汊较左汊通航条件好，右汊是通航主汊，但在右汊上口、中段及下口都存在碍航部位。右汊上口经1991年炸除右岸突咀、建洲头坝和挖槽疏浚达到了当时的航道规划尺度，并改善了原水流弯曲和强大横流的碍航流态，但经多年的河床冲淤变化，尤其是在三峡蓄水促淤，加之通航标准的提高，右汊上口过渡段浅区通航水深不能满足此次整治要求。右汊中段凹岸陡峻，弯顶点有溪沟入汇，在入汇口形成溪沟边滩突咀，伸入航槽，与江心洲右缘碛翅对峙形成卡口，导致航宽不足，水流弯急，并在卡口过后形成吸流深沱。右汊下口即左右汊汇流区，河床宽浅，并且汇流造成能量损失，输沙能力减弱，泥沙落淤而形成浅滩，1991年曾在江心洲尾修筑洲尾顺坝以稳定右汊出口航槽，效果较好，到2010年略有淤积，不能满足1 000 t级船舶的水深要求。

滩险成因主要有以下3个方面:

1）乌江在大溪河口以下至乌江河口江段，江面放宽，洪水时期乌江河面宽度变幅约180 m，泥沙沉积是由于中洪水期水流挟沙能力急剧减弱，同时这也是江心州的主要形成原因。

2）大溪河口以下左岸存在多处石梁突咀，这些石梁突咀对水流挑流，使主流动力轴线由左向右移动，左右两汊流量比为7∶3，左汊口门淤积，使河床抬高，河床礁石阻水使左汊不能发育。右汊在水流的冲刷作用下，河床降低，形成航槽。但左右汊分流段（右汊上口）流速相对较小，冲刷力度不够是形成右汊上口过渡段浅滩的原因。

3）右汊中下段右岸有突咀挑流形成较大的冲刷坑，面流被吸向深槽，而底流将卵石推向左右汊交汇口，形成交汇口浅滩。但三峡水库蓄水后突咀挑流过后的深沱有所淤积，高程抬高，对面流的吸流作用将减弱，对改善此处流态有一定的作用［4-5］。

3 整治方案

3.1 整治方案比选

三峡175 m蓄水以后该滩段处于变动回水区的起始段，水库状态与天然河流状态交替出现，滩性发展难以预测，整治方案设计缺少有力数据支撑。鉴于此对郭母子滩进行数学和相关河段的物理模型试验。正在建设中的银盘水电站位于整治河段的上游，整治河段下游受到三峡水库回水的影响，因此，设计流量采用银盘水电站最小下泄流量345 m3/s，各设计水位在考虑三峡回水影响的因素下采用数学模型计算成果。郭母子滩险设计水位和设计流量见表1，整治水位参数见表2。

表1 郭母子滩险设计水位Table 1 Water level design of Guomuzi beach

表2 郭母子滩整治建筑物整治参数Table 2 Regulation structure parameters of Guomuzi beach

模型试验对郭母子河段进行了5组整治方案试验。为具体分析每个方案采取工程措施后整治河段的水流条件变化，分别统计了Q=345（设计流量），755，1 600（整治流量）和3 560 m3/s等4级流量下各典型断面的水位、流速变化。

郭母子滩各整治方案综合比较情况见表3。

表3 郭母子滩整治方案优化过程及综合比较Table 3 Optimization process of renovation scheme and comprehensive comparison of Guomuzi beach

从工程内容、方案实施效果，以及存在问题等方面综合对比分析可以得出结论:整治方案5实施后，郭母子滩右汊进口斜流强度减弱，航槽流速分布均匀;洲尾坝和短丁坝修建后，滩尾部航槽水流归顺，整个滩段比降减小，通航条件有明显改善。因此推荐方案5为郭母子滩整治实施方案。

推荐方案模型试验效果:在设计流量下，郭母子滩疏浚挖槽进口斜流强度较整治前减弱，整治后挖槽内流速有所增大但其分布均匀，没有不良流态，航槽水深增加，满足设计要求航深;在整治流量下，航槽流速分布均匀流速均大于2.0 m/s，比河床中值粒径泥沙的起动流速大，无不良流态，能维持航槽稳定。

3.2 筑坝方案平面布置与结构设计

3.2.1 方案平面布置

为调整郭母子右汊进口水流流态，将郭母子洲头坝设计为折线型，坝的上下段与航槽中心线基本平行，上段坝头与下段夹角约163°，为使分流点上移，加长了上段坝的长度，同时将郭母子滩洲头坝坝头前坡做成鱼嘴形，坡度为1∶10。郭母子滩整治方案平面布置见图1。

图1 郭母子滩整治方案平面布置Fig.1 Renovation scheme the floor plan of Guomuzi beach

3.2.2 结构设计

1）洲头顺坝

坝顶高程。坝头坝顶高程为设计水位上2 m，即149.81m。

坝体结构。坝体采用抛石结构，坝面1 m厚范围采用C30混凝土压顶;坝根与洲体连接处采用抛石压载，压载的范围为坝根上游20 m，下游30 m，左右各15 m，压载厚度为1 m;坝头采用抛扭王字块。

断面尺寸。坝体顶宽3 m，坝顶纵坡1∶1 000，两侧边坡均为1∶2，坝头做成鱼嘴形，坡度1∶10。

2）洲尾顺坝

坝顶高程。坝头坝顶高程为设计水位上2 m，即149.55 m。

坝体结构。同洲头顺坝。

断面尺寸。坝体顶宽3 m，坝顶纵坡1∶1 000，两侧边坡均为1∶2，坝头坡为1∶10。

3）右岸顺坝

坝顶高程。坝头坝顶高程为设计水位上1m，即148.60m。

坝体结构。坝体采用抛石结构，坝面1 m厚范围采用C30混凝土压顶;坝根30 m范围和坝头采用扭王字块抛筑。

断面尺寸。坝体顶宽3 m，坝顶纵坡1∶1 000，两侧边坡均为1∶2，坝头坡为1∶10。

3.2.3 水力计算

郭母子滩在整治方案5（推荐方案）下进行了水面线和断面流速分布计算。郭母子滩段整治前、后水面线计算结果见表4。计算流量1 380 m3/s为2007年9月27日乌江河口—白马河段的水位同比降观测时的武隆站流量。

表4 工程前后水面线及流速变化计算成果（Q=1 380m3/s）Table 4 Calculation results of the water line and velocity variation before and after the project（Q=1 380 m3/s）

从表5中计算结果可以看出，整治工程实施后郭母子滩水位略有抬高，平均流速也略有增加，这说明筑坝达到了束水冲槽的目的，通航条件改善。

3.3 疏浚工程

3.3.1 疏浚方案

郭母子滩是多年形成的汊流滩，中间“鱼”型江心洲分河道为左右两汊，右汊为主汊，也为通航汊道。主要碍航问题是右汊上下口门水浅和航宽不足的问题，而河床质为中密碎石土，因此宜采用疏浚与筑坝结合的整治方案。首先对主航槽上下浅区及与江心相对的右岸突咀进行疏浚，其次辅以保持航槽稳定和调顺水流的江心洲洲头、洲尾及突咀下游顺坝［5］。疏浚工程标准横断面见图2。

图2 郭母子滩疏浚工程标准横断面Fig.2 Standard cross-section of dredging engineering of Guomuzi beach

3.3.2 回淤量计算

根据滩段地勘资料，计算郭母子滩挖槽内的起动流速及起动粒径，其计算公式为:

式中:k为综合系数;γs为沙粒容重，kg/m3;γ为水容重，kg/m3;d为泥沙粒径，m;h为水深，m;g为重力加速度，m/s2［6］。

按公式（1）计算出设计流量和整治流量下对应的起动粒径，见表5。

表5 各级流量下的郭母子滩起动粒径Table 5 Starting particle size under different flow of Guomuzi beach

郭母子滩床沙质组成为卵石夹中砂，卵石50%，圆粒20%，中砂30%，平均粒径40 ～50 mm，因此也能保持挖槽基本稳定。

3.3.3 断面设计

郭母子滩河床底质为中密碎石土，因此采用疏浚措施对不满足水深要求的部位治理。需要疏浚的区域可分为右汊主航槽入口过渡段浅区（疏浚1区）和出口过渡段浅区（疏浚2区）。两处疏浚区最下游断面设计水位分别为147.67 m和147.37 m。疏浚水深2.9 m，底坡根据该滩设计最低通航水位的水面线确定的比降，定为0.000 6，挖槽边坡1∶3。施工超深 0.4 m，超宽 3 m［7-8］。

4 结论

1）整治工程实施后郭母子滩水位略有抬高，平均流速也略有增加，这说明筑坝达到了束水冲槽的目的，通航条件改善。

2）郭母子滩是乌江河口至白马段航道建设工程项目的重点整治河段。由于此类滩险河段河床较开阔，水流分散，枯水水浅，航道整治的关键在于如何保持整治后航槽的稳定，尽量避免回淤，对于这种浅滩通常采用整治建筑物与疏浚相结合的整治措施，以解决当前航道水深不足问题，同时通过筑坝起到中低水位时归顺水流、束水冲槽的作用，以保持航槽的稳定。

3）乌江河口至白马段航道建设工程完成后，航道尺度扩大，航行条件将得到改善。通航水文标准将能满足千吨级船队的航行要求。但为了维持长久的整治效果，必须对整治后的滩险进行工程维护。

（References）:

［1］ 王国富，程昌华，赵健.乌江白涛河段复杂滩群河床演变分析［J］.重庆交通大学学报:自然科学版，2011，30（5）:1009-1012.

Wang Guofu，Cheng Changhua，Zhao Jian.Analysis of riverbed evolution of the Baitao section of Wujiang River［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science，2011，30（5）:1009-1012.

［2］ 母德伟，张绪进，缪吉伦.三峡库区乌江河口航道整治［J］.重庆建筑大学学报，2003，25（1）:60-63.

Mu Dewei，Zhang Xujin，Miao Jilun.Study on Wujiang river estuary channel regulation in Three George reservoir district［J］.Journal of Chongqing Jianzhu University，2003，25（1）:60-63.

［3］ 谢鉴衡.河床演变及整治［M］.北京:中国水利水电出版社，1997:184-185.

Xie Jianheng.Channel Evolution and Improvement［M］.Beijing:China Water Power Press，1997:184-185.

［4］ 胡旭跃.航道整治［M］.北京:人民交通出版社，2008.Hu Xuyue.Channel Improvement［M］.Beijing:China Communications Press，2008.

［5］ 祁庆和.水工建筑物［M］.3版.北京:中国水利水电出版社，1997.

Qi Qinghe.Hydraulic Structure［M］.3rd ed..Beijing:China Water Power Press，1997.

［6］ 钱宁，万兆惠.泥沙运动力学［M］.北京:科学出版社，1983.

Qian Ning，Wan Zhaohui.Mechanics of Sediment Transport［M］.Beijing:Science Press，1983.

［7］ JTJ 319—99疏浚工程技术规范［S］.北京:人民交通出版社，1999.

JTJ 319—99 Dredging Engineering Technical Specifications［S］.Beijing:China Communications Press，1999.

［8］ 熊锡林.狮子口滩群的治理［J］.水运工程，1994（7）:24-28.

Xiong Xilin.The management of Shizikou bank group［J］.Water Transport Engineering，1994（7）:24-28.

Waterway Regulation of Guomuzi Beach in Baitao Section of Wujiang River

Zhang Aiwen1，2，Zhang Shuaishuai1，2，Wu Wenjun3，He Yang1，2
（1.National Engineering Research Center for Inland Waterway Regulation，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;2.Key Laboratory of Hydraulic ＆ Waterway Engineering of the Ministry of Education，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;3.Changjiang Waterway Bureau，Wuhan 430010，Hubei，China）

Guomuzi beach is classified to open river beach between the ravines，which preserves the following impeding navigation features:shallow，anxious bent and danger.The renovation scheme adopts both dredging and building dam.And then five kinds of regulation schemes are selected to carry out physical model test.According to the test results，the recommended scheme is the fifth renovation plan，after the comparison among the split ratio，velocity，and flow state，etc.

Wujiang;Guomuzi beach;waterway regulation;scheme comparison

TV853

A

1674-0696（2013）02-0302-04

10.3969/j.issn.1674-0696.2013.02.27

2012-03-26;

2012-09-12

重庆市科技攻关计划项目（CSTC2011AC6103）;国家“十二五”科技支撑计划项目（2011BAB09B01）

张艾文（1973—），男，四川遂宁人，讲师，主要从事河流泥沙与环境工程研究。E-mail:zawg@163.com。