山区河流弯曲分汊型浅滩整治技术

李家世 何熙 谢玉杰 四川省交通勘察设计研究院有限公司

1.滩险概况及碍航特性

1.1 滩险概况

干龙子滩位于乐山市犍为县新民镇，距离上游龙溪口枢纽约4km，滩长2700m，滩段上游河势顺直微弯，枯水河宽约300m，滩段下游受两岸山体控制，河势稳定，枯水河宽约200 m，滩段中部河道扩宽，中水河宽约1000m，该滩落差约2.8 m，枯水水面平均比降约1.1‰，最大比降1.5‰。滩中有一江心洲将河道一分为二，江心洲洲面高程在301.0m～307.0m之间，长约1307m；左汊为主汊（凹岸），已建有导流顺坝及下部有格坝，该坝目前坝顶高程约为300.00m，坝田内因采砂形成倒套，左汊枯水河宽约135m，汊内枯水流速在1.7m/s～3.7m/s之间，最小航深1.1m，枯水期上行船舶靠右侧走，下行船舶居中走；右汊为副汊，右汊上口上世纪70年代修筑的1 座锁坝，坝顶高程约在300.7m～301.2m之间，枯水分流比接近1:1。

1.2 水文泥沙

岷江具有典型的山区河流特性，洪枯水位变幅大，流量年内分配不均匀，最高与最低通航水位相差15.9m，实测最大流量34100m3/s，实测最小流量364m3/s。该河段流速大、比降陡，枯期滩险河段流速2m/s～4m/s左右，汛期流速可达6m/s。岷江系沙卵石河床，冲淤变化较为频繁，洲滩发育，汛期宽浅河段水流分散，泥沙沉积落淤。岷江上游瀑布沟、紫坪铺等梯级建成后，枯期流量增加，汛期洪峰流量减小，中水历时增加，悬移质含沙量减小。根据工程河段控制站高场站资料表明，上游紫瀑布沟、坪铺蓄水发电以后，枯期流量900m3/s，汛期平均流量为4000 m3/s，多年平均流量2400 m3/s，最大日均流量达17400m3/s；多年平均含沙量0.299kg/m3，多年汛期（6～9月）平均含沙量0.483kg/m3。

1.3 滩性分析及碍航特性

该滩中段一处心洲将河道分为左右两汊，左汊走弯。左汊一直以来为主通航汊道，且凹岸处修建一座长顺坝，年久失修。右汊口有一座老堵坝，增加枯水期主航槽流量，由于该坝部分水毁、功能减弱，造成目前主航槽通航环境恶化。该滩下行船舶居中，上行船舶依托心滩缓流区上行，至滩口处转向河心。

1.4 航道整治标准

研究河段，航道设计尺度为水深2.4m，航宽60m，弯曲半径500m，通行1000t级船舶。按照兹万科夫公式计算，得到研究河段自航上滩水力指标如表1所示。

表1 1000t级船舶自航上滩水力指标表

2.模型建立与验证工况

采用2017年4月实测地形，对研究河段水流条件采用平面二维水流数值模拟计算。根据干龙子滩水情特点和上游龙溪口电站运行情况，采用枯水、中水、洪水三级流量的沿程水位开展模型验证，验证结果如表2所示，验证结果表明精度符合《水运工程模拟试验技术规范》（JTJ/T231-2021）的要求。

表2 滩段各级流量下水位验证表

3.航道整治方案

3.1 方案介绍

研究河段滩险整治设计方案见图1所示，①在干龙子滩头修复原有堵坝，修复后坝顶高程至设计水位，以封堵支汊，增加枯水期主汊流量，提高航槽水深，②在左凹岸修复原导流顺坝，整治水位取设计水位以上1.5m，以导顺弯道水流、维持凹岸边滩稳定，提高航槽内水流冲刷能力，③沿规划航线水深不足处布置了3处挖槽工程，以浚深航槽，挖槽设计底高程为设计水位下2.8m，④对河道内左侧原深入江心的旧坝进行拆除，拆除至设计水位下2.8m，以改善该处流态、消除水下碍航隐患。

图1 干龙子滩整治工程平面布置图

3.2 设计方案水流条件

工程实施后，设计最小通航流量下，工程前左汊分流比约为69.5%，整治后右汊不过水，滩中下段受右汊锁坝修复后增加左汊分流比影响，水位壅高0.01～0.33 m，水深2.77～7.17m，满足最小航深2.4m的要求。平均比降为0.87‰，较工程前减小约12%，航槽内流速值0.61～1.89m/s。整治流量下，工程前左汊分流比约为48.1%，整治后左汊分流比约为60.5%，左汊分流比较工程前增加约26%，水位壅高0.01～0.60m，平均比降为0.63‰，较工程前减小约24%，航槽内流速值1.26～2.41m/s，最大减小约15%。汛期平均流量下，整治后水位壅高0.06～0.62m，比降在0.16～2.17‰，平均比降为0.59‰，较工程前减小约24%。中洪水期随着流量增加，受水位抬高影响，沿程水位以及航槽内影响逐渐减弱。

评价整治后的效果要关注航道水深、通航水流条件，上滩能力，航槽稳定性。其中航槽稳定性以造床流量下疏浚区流速是推移质起动流速的1.1～1.3倍为判定，结合川江山区河流特点，选取沙莫夫公式计算起动流速。

工程后，干龙子滩左汊分流比增加，航槽归顺，水流平稳，航槽内流态改善明显，断面流速分布较均匀，无不良流态。但洪中枯水流动力轴线摆幅较大，左汊弯道处属于回流区，流速较缓，整治流量下，左汊挖槽区流速不满足推移质临界起动流速，未能起到枯水期冲刷的目的。

3.3 修改方案水流条件

针对锁坝高程对汊道水流影响较大的问题，在原方案基础上，对锁坝高程增加了设计水位上0.5m、1.0m两组比选方案计算。

①坝顶高程为设计水位上0.5m：最小通航流量下，左汊（主汊）分流比为100%，水位较工程前壅高0.27～1.18m，水深满足最小航深2.4m的要求，平均比降为1.24‰，较工程前增加了25.2%，流速在0.51～2.51m/s之间；整治流量下，水位较工程前壅高0.51～1.07m，平均比降为0.97‰，较工程前增加了16.8%，流速在1.10～3.23m/s之间。汛期平均流量下，水位壅高0.52～0.73m，平均比降为0.79‰，较工程前增加约1.3%。中洪水流量工况，水位、流态影响逐渐减弱。从航槽稳定性来看，整治流量下，1号挖槽区流速为2.10m/s，2号挖槽区流速为2.85m/s，3号挖槽区流速为2.72m/s，均达到航槽内推移质临界起动流速的1.1～1.3倍范围，航槽基本稳定。各级流量下船舶均能自航上滩。

②锁坝顶高程为设计水位上1.0m：整治流量下，水位较工程前壅高0.44～1.46m，平均比降为1.13‰，较工程前增加了36.1%，航槽内流速在1.03～3.54m/s之间。从航槽稳定性来看，整治流量下1号挖槽区流速2.20m/s，2号挖槽区流速3.07m/s，3号挖槽区流速3.18m/s，航槽能够保持稳定。整治流量下，船舶不能自航上滩。

3.4 方案比选

设计方案航道尺度以及水流条件基本满足要求，考虑到该段航道为弯道分汊航道，汛期容易形成回淤，且整治流量工况下主汊流速小于推移质临界起动流速，因此挖槽稳定性较差；坝顶高程为设计水位上0.5m方案实施后，主槽水流携沙能力明显增强，造床流量下航槽冲刷能力增大，同时船舶能够自航上滩，无安全隐患。

4.结论

（1）干龙子滩系典型山区性河流弯曲型汊道浅滩，各级流量下水动力轴线并不一致，枯水期水流走弯归槽，动力轴线趋于左汊，随着流量增加水流动力轴线逐渐向右岸摆动，洪水期主流趋直，弯曲汊道处于较缓的回流中，右汊历史上已修建一座锁坝，易将推移质导入左汊，左汊水流冲刷能力不足，通航汊道内易落淤出浅。

（2）弯曲分汊型浅滩治理方法一般采用塞支强干，稳定、改善通航汊道，调整分流比，增强造床流量下航槽冲刷能力。同时应充分考虑各级流量下船舶自航上滩的能力，因此，封汊锁坝高程确定是关键。试验表明本滩右汊锁坝设计顶高程为设计水位以上0.5m时，主汊流速达到推移质临界起动流速的1.1～1.3倍，中枯水期满足船舶自航上滩。