黄河银川段贺兰滩群航道整治方案研究

李顺超，王 斐，章日红

（1.四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，成都610017；2.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456）

黄河银川段贺兰滩群航道整治方案研究

李顺超1，王 斐2，章日红2

（1.四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，成都610017；2.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456）

分析了黄河银川段贺兰滩群滩槽、浅滩变化与碍航特性。针对研究河段存在的河宽水散、槽窄水浅、弯曲半径小、主流频繁摆动等问题，确定了“因势利导，枯水整治，固滩稳槽，堵支强干”航道整治原则。建立了该河段航道整治物理模型，对整治工程方案进行了深入的试验研究。结果表明：该河段应低水整治，整治水位不宜过高。以固滩为主要目的兼具整治功能的整治建筑物，其整治水位采用设计水位以上0.5 m。推荐方案试验表明，工程后枯水期水流归槽，航道尺度达到建设标准，航道通航条件也有明显改善。

滩群；航道整治；模型试验；黄河银川段

黄河干流银川段长85 km，航道基本处于原始状态，技术等级较低，不能适应腹地经济社会的发展要求。为改善黄河银川段水运条件，完善银川市的综合交通运输网，为银川阅海湾经济区和滨河新区建设提供有利的条件，黄河银川段航道整治工程实施迫在眉睫。

黄河银川段河床为细沙或沙夹小粒径卵石，呈现明显的平原河流特点，即河宽、水浅、分汊分支多，河床呈易冲、易淤、易变的不稳定态势［1］，治理难度较大。目前国内针对黄河上游山区性河流的航道整治开展了较多的研究［2-6］，而对黄河中下游平原性河流的航道整治研究开展的较少，可供借鉴的经验不多。为了更好地开展黄河银川段航道工程设计与建设，选取该河段治理难度较大的贺兰滩群进行了河工物理模型试验，研究该河段复杂滩群的整治方案，也为该河段其他滩段的整治提供参考。

1河道及滩险概况

贺兰滩群位于黄河宁夏银川段，上起贺兰浮桥上游通贵控导工程，距贺兰浮桥约1.85 km，下至金马河湿地公园北侧，长约7.3 km，为平原型河道，河势微弯（图1）。河道平面宽窄相间，呈藕节状；河床宽浅，洲滩密布，汊道丛生，水流散乱；年际间主流摆动频繁，横向变形大，岸边顶冲点位置多变。枯水河道形态弯曲，边界条件较复杂，但水流平缓，平均水面比降在0.2‰以下，流速多小于1 m/s，流态良好；洪水期，河面漫滩，主流取直，流速增大。

贺兰滩群包括贺兰浮桥滩和长河湾滩2个滩段，其中贺兰浮桥滩为主要碍航滩段，表现为窄槽、流急。

贺兰浮桥滩段进口河宽狭窄，最窄为贺兰浮桥处，河宽约230 m，贺兰浮桥以下至通贵乡，河道向右侧放宽，最宽处约900 m，至滩尾月牙湾乡附近河宽逐渐收窄、顺直。贺兰浮桥上游右侧有一小型边滩，浮桥下游河道左侧分布有狭长江心洲，枯水期江心洲长度可达2 370 m，将河道分为左右两汊。右汊内又有一心滩，枯水期将右汊分为左右两槽，左槽较顺直但局部航深不足，右槽弯曲，通航条件较差；中水期，心滩淹没，水深增大，但受岸边矶头、凸咀及潜洲影响，局部存在不良流态，影响船舶通航。洪水期江心洲自洲头逐渐被淹没，水流漫滩，水流条件良好。

长河湾滩段位于贺兰浮桥滩下游，进口为窄槽，枯水期进口河宽在330 m左右，河宽最窄处约110 m。河段左侧为一大型边滩，枯水期占据河道约2/3。右侧有一狭长心滩，仅在设计流量下出露水面。该滩段枯水期水流平缓，流态良好，但在上下深槽过渡段水深较浅；洪水期，河面漫滩，主流取直，流速增大。

研究河段基本处于自然状态，航道条件较差。近年来，以河道塌岸防治和防洪为主实施的黄河宁夏段防洪工程建设项目，初步归顺了区段河势，部分控制了河道主流的游移摆动，对河段航道条件有一定程度的改善。

图1 贺兰滩群段河势图Fig.1 River regime of Helan beach groups

2浅滩演变及碍航特性分析

由于研究河段还处于自然状态，原型观测资料较少，目前仅有2013年3月和2014年7月2个测次的部分地形及水文资料，进行河床演变规律分析和预测演变趋势有一定难度。本文根据已有资料，对研究河段浅滩变化情况和碍航特性进行分析。

2.1滩槽变化

本河段2次实测地形资料中，2013年3月为枯水地形，2014年7月为洪水地形，为便于对比，以设计水位为基面绘制不同年份河段滩槽分布图（图2）加以分析，从图可以看出：

图2 研究河段2013年～2014年滩槽变化图Fig.2 Variation of beaches and channel in research reach from 2013 to 2014

2013年，贺兰浮桥段江中有一两头大，中间狭窄的哑铃形江心洲，将河道分为两汊，右汊为主汊；右汊中部有一心滩，将右汊分为两槽，左槽相对宽浅，扭曲，右槽窄深弯曲。长河湾段左右岸均有边滩发育，其中左岸边滩巨大，占据河宽约2/3，枯水河槽单一微弯，偏靠河道右侧，右岸边滩狭长。

2014年，贺兰浮桥段江心洲淤高增宽并向下游淤长发展，右侧心滩萎缩；右汊进口段冲深1～2 m，中部左槽淤浅1 m并右摆。随着上游江心洲的淤长，长河湾左岸边滩滩头冲退、中部右缘冲刷，但滩尾向河心展宽；右侧边滩头部有冲沟存在，切割边滩成一心滩，而中下部滩缘逐渐冲刷后退，形成一狭长贴岸浅洲。同时右岸侧岸线冲刷后退，最大崩退260 m（CS60处），河宽增大，深槽右摆，最大摆幅达300 m。

整体来看，2013年～2014年，本河段左侧洲滩处于淤长发育阶段，右侧洲滩处于冲刷消退阶段，深槽也基本形成微弯形态，滩槽形势相对较好。

2.2浅滩变化及碍航特征

2.2.1浅滩变化情况

贺兰浮桥滩段浅滩主要出现在右汊心滩段，2013年，左槽进口相对宽浅，水深仅0.5 m左右；中部水深较大，达3.0 m左右；出口水深较小，约1.2 m左右；右槽水深均在2.0 m以上，但深槽较窄，最窄处约20 m。2014年，左槽进口有所冲深，水深达1.5 m左右；中部有所淤浅，水深约1.5 m，且深槽右摆；出口则大幅淤积，水深仅0.5 m左右；右槽基本处于冲深发展状态，最深达3.0 m以上，使得深槽更加窄深。

2.2.2碍航特征

模型在2014年地形基础上，对河段的碍航特征进行了研究，从研究结果看，本河段碍航主要发生在贺兰浮桥滩段。设计流量Q=240 m3/s下，滩段左汊过流很少，仅2.29％；右汊左槽最小水深仅0.5 m，右槽水深虽然较大，但航槽较窄，且航路弯曲，航道条件较差。左、右槽在心滩尾部合流处水流夹角较大，且受江心洲中部和右岸侧2个相对的凸嘴挑流影响，流态紊乱，流速较大，达2.2 m/s。可见，本河段的主要碍航特征表现为枯水期的浅、急、险。

3航道整治方案研究

3.1模型概况

为研究黄河宁夏银川段贺兰滩群航道整治工程方案，开展了定床物理模型试验研究。模型设计成几何变态，平面比尺λL=1:120，垂直比尺λh=1:40。通过水面线、流态、流速和分流比的验证试验，模型与原体的水流运动达到了相似要求［7］。

3.2整治方案试验

3.2.1整治标准

根据《黄河航运规划报告》（2009年），《甘肃、宁夏、内蒙古黄河航运发展规划》（2011年7月），黄河宁夏段规划为Ⅴ级航道，相应航道尺度为1.3 m×22 m×270 m，保证率为95％。

3.2.2整治原则和整治思路

河床演变特征表明，研究河段存在的主要问题是河势变化较大，滩槽格局不稳。在进行航道整治时，控制河势，稳定滩槽是关键。已有研究表明，对于黄河下游滩槽变化比较大的河道，多采用“首先修筑节点控导工程，然后因势利导，因弯设坝，以规顺流路，稳定险工，防止主流在河床内改道，发生大的变化”治理方略［7］。针对本研究河段碍航特征、滩槽变化及周边环境等，确定本河段航道整治原则为“因势利导，枯水整治，固滩稳槽，堵支强干”。其整治思路为：采取护岸工程稳定河势，采取护滩工程稳定目前较好的滩槽形势，局部辅以疏浚和切咀工程提高航道尺度，改善通航水流条件；同时封堵支汊，调顺主汊水流，增大浅区流速，维持航槽稳定。

3.2.3整治参数

参考设计院计算资料，结合本滩的实际情况，贺兰滩群的整治线宽度为170 m，整治水位采用设计水位以上1.0 m，相应整治流量为650 m3/s。

图3 设计方案工程布置图Fig.3 Layout of beach groups regulation engineering design schemes

图4 优化方案1布置图Fig.4 Layout of optimization beach groups regulation engineering plan1

3.2.4设计方案研究

（1）工程布置。本方案在贺兰浮桥上游右岸边滩布置2条护滩带，顶高为设计水位以上1.0 m（上抛顶宽3.0 m，迎水坡1:1.5，背水坡1:2，头部向河坡1:3的块石至整治水位，下同）；滩段江心洲布置4条护滩带，根部与左岸连接，封堵左汊，另外4#护滩带还封堵了右汊左槽，护滩带顶高为设计水位以上1.0 m；布置1条丁顺坝封堵贺兰浮桥浅滩右汊右槽，顶高为设计水位以上1.0 m；疏浚贺兰浅滩段右汊进口段浅区，在右汊心滩开辟新航槽，疏浚长度975 m。长河湾浅滩段左侧边滩布置2条护滩带，顶高为设计水位以上1.0 m；疏浚通贵乡河段航槽浅区，疏浚长度1 090 m；对抗冲能力较弱的河岸进行护岸保护。设计方案整治工程方案布置详见图3。

该方案的目的是稳固边滩，并促进边滩的发育；疏浚浅区，增加航道尺度；束窄河宽，增加浅区航槽流速，保持航槽稳定；保护河岸，以利于河势的稳定。

（2）试验成果及分析。模型实测了Q=240～2 200 m3/s等7级流量的水位、比降、流场、航中线流速等。试验结果表明，由于贺兰浮桥段左侧边滩布置了4条护滩带，封堵了左汊及右汊左槽的过流，减少了该段的过水面积，浅滩以上水位壅高。其中设计流量下水位壅高最大，右2水尺壅高值达0.89 m。新开航槽进口上游主流受2#护滩带挑流影响，主流偏向左岸，顶冲心滩上布置的护滩带后，在新挖航槽右侧形成斜向水流。设计流量时，贺兰浮桥上段航槽流速从工程前的0.9 m/s减小到工程后的0.8 m/s左右，但新开航槽流速由于水流过于集中，航槽内流速达到2.5 m/s；通贵乡～月牙湾乡由于5#和6#护滩带束水作用较强，航槽内流速从工程前的0.8 m/s增加到工程后的1.4 m/s，流速增幅较大。随流量增大，航槽流速增加幅度逐渐减小。长河湾段航中线流速与工程前相比基本无变化。整治流量下，贺兰浮桥滩段流速变化较为明显，但由于水深增加，流速值小于设计流量时的流速；其他滩段基本无变化。

3.2.5优化方案1研究

（1）工程布置。根据设计方案试验结果，贺兰浮桥滩段新开航槽流速、比降增加过大，流态较为紊乱。优化方案拟考虑加大贺兰浮桥滩段右汊心滩的开挖量，扩大过水面积，削弱开挖心滩形成的浅埂造成的挑流效果，改善航槽水流条件。

优化方案1是在设计方案的基础上对贺兰浮桥滩段右汊心滩新开航槽两侧的浅埂进行开挖，开挖底高程同航槽底高。优化方案1布置详见图4。

（2）试验成果及分析。模型施测了Q=240～2 200 m3/s等7级流量的水位、比降、流场、航中线流速等。

试验结果表明，贺兰浮桥段（右+1～右3水尺）水位壅高，设计流量下，右2水尺壅高值约为0.45 m。贺兰浮桥段左汊及右汊被4#和6#护滩带封堵，基本不过流，全部流量均集中于新开辟航槽附近区域，使得新开挖的航槽水流仍较集中，航槽内流速达到2.22 m/s；通贵乡～月牙湾乡由于5#～6#护滩带束水较强，航槽内流速从工程前的0.8 m/s增加到工程后的1.4 m/s，流速增幅较大。随流量增大，新开航槽进口上游主流受2#护滩带挑流影响，主流偏向右岸，顶冲心滩上布置的护滩带后，水流流向发生折转，在新挖航槽右侧形成斜向水流，航槽流速增加幅度逐渐减小，长河湾段航中线流速与工程前相比基本无变化。与设计方案相比，整治流量以下水位壅高值明显减小，同时流态也有所改善。

优化方案1工程后，航槽沿程垂线平均流速基本均能满足航槽稳定条件，但新开挖航槽段流速较大，可能会形成较强的冲刷，影响至新开挖航槽的稳定性，并对两侧整治建筑物的稳定不利。

3.2.6优化方案2研究

设计方案和优化方案1都是从右汊心滩上新开航槽。由于江心洲上的4条护滩带布置过长，造成新开槽内流速过大。因此，考虑缩短4条护滩带，并利用心滩左槽作为航槽。为维持左槽稳定，对心滩右槽进行适当封堵。经多组方案试验，提出优化方案2。

图5 优化方案2布置图Fig.5 Layout of optimization beach groups regulation engineering plan 2

（1）工程布置。优化方案2在设计方案基础上，缩短江心洲4条护滩带长度，由设计方案的295 m、472 m、450 m和420 m，缩短为425 m、661 m、500 m和453 m；将整治线宽度由设计方案的170 m改为200 m，整治水位也降至设计水位上0.5 m；在心滩右槽上游布置一道短丁坝，并在右槽进口至心滩滩脊布置8#护滩带，封堵右槽；疏浚左槽中部浅区，同时开挖与心滩尾部相对的江心洲挑流凸嘴，疏浚滩尾附近右汊浅区，并对抗冲能力较弱的河岸进行护岸保护。优化方案2整治工程方案布置详见图5。

（2）试验成果及分析。模型施测了Q=240～2 200 m3/s等7级流量的水位、比降、流场、航中线流速等。工程后，减少了该段的过水面积，右+1～右3水尺之间水位壅高，随流量的增大，壅高值逐渐减小。其中设计流量下，右2水尺水位壅高值约为0.36 m，整治流量下，右2水尺水位壅高值为0.2 m，Q=2 200 m3/s时水位与天然条件下基本相同。贺兰浮桥上段航槽流速基本无变化；整治流量下，贺兰浮桥段流速变化较为明显，其他滩段基本无变化。与优化方案1相比，贺兰浮桥段左汊及心滩右槽被4#和8#护滩带封堵，基本不过流，全部流量均集中于心滩左槽新开辟航槽附近区域，航槽内最大流速为1.8 m/s，流速较为平缓。心滩右槽由于8#护滩带的封堵，流速大幅减小。受5#和6#护滩带束水作用，月牙湾乡段航道流速有所增加，增加值0.2～0.4 m/s，较设计方案和优化方案1增加值小。

从航槽稳定性分析看，研究河段泥沙起动流速约为0.4 m/s，工程后航槽内垂线平均流速在0.8 m/s以上，满足航槽稳定条件。

3.2.7方案比选

从以上3个方案试验结果看，设计方案和优化方案1由于护滩带过长，束水过多，航槽内流速增加幅度较大，可能引起过量冲刷，造成滩槽形势的较大变化，同时流态紊乱，航行条件较差。优化方案2调整航道走向和护滩带长度后，航槽流速增幅较天然情况下有限，航道内水深、水流条件满足通航要求。综合比选，将优化方案2作为该滩群的推荐整治方案。

4结语

（1）黄河贺兰滩群河段河道水面开阔，江中沙洲较多，水流较为散乱，年际间河床冲淤幅度较大，滩槽易变，具有黄河下游游荡性河道的特点。在该类河道中进行航道整治，固滩稳槽是关键。固滩是使形成航道边界的洲滩稳定，稳槽是使形成航道的槽稳定，只有这样，才能为进一步的航道整治打下基础。

（2）考虑到河床及整治建筑物自身稳定和防洪等要求，研究河段应采用低水整治，整治水位不宜过高。研究结果表明，对于该河段以固滩为主要目的兼具整治功能的整治建筑物，其整治水位采用设计水位以上0.5 m，整治线宽度取200 m。

（3）定床模型推荐方案中，对贺兰浮桥滩段的浅区进行了疏挖，主要是研究工程实施达到建设标准后的效果。实际工程中，可以先筑坝不疏挖，充分利用整治建筑物的束水攻沙作用对航槽进行冲刷。从航槽稳定性计算分析结果看，经筑坝冲刷后，设计航槽的航道尺度能够满足建设标准要求，泥沙也不会在航槽内产生淤积而碍航。

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Experimental study on channel regulation of Helan beach groups of Yinchuan section in the Yellow River

LI Shun⁃chao1,WANG Fei2,ZHANG Ri⁃hong2
(1.SichuanCommunicationSurveying＆DesignInstitute,Chengdu610017,China;2.TianjinResearchInstituteforWaterTransport Engineering,KeyLaboratoryofEngineeringSediment,MinistryofTransport,Tianjin300456,China)

The variation of beaches,shoals and channel and the nature of navigation obstruction were briefly analyzed in this paper.For the problems of wide river and scattering water,narrow channel and shallow waters, small bending radius and continually swinging main current existing in the Helan beach groups of Yinchuan section in the Yellow River,the principles of waterway regulation about"to make the best use of the situation,to regulate during low water,to firm the beach and stabilize the channel,to block up the branch and strengthen trunk"were de⁃termined.The physical model of the reach was established to study waterway regulation schemes of the Helan beach groups.The research result shows that the channel should be regulated during low water,and the regulation water level should not be too high.It should be 0.5 m above design water level.After the recommendation scheme being completed,the water will return to channel during dry season,and the channel dimension will be up to construction standard.The navigation condition of the reach will be improved obviously.

Yinchuan section in the Yellow River;beach groups;channel regulation;model test

TV 139.16；TV 147

A

1005-8443（2016）04-0411-05

2015-12-31；

2016-06-13

李顺超（1976-），男，四川省简阳人，高级工程师，主要从事港口航道工程设计与研究。

Biography：LI Shun⁃chao(1976-),male,senior engineer.