黄河乌金峡库区及龙湾至南长滩河段航道整治技术探析

吴林 贾国珍 四川省交通勘察设计研究院有限公司

1.项目背景

黄河乌金峡库区及龙湾至南长滩河段航运建设工程建设地点位于兰州市和白银市，上段乌金峡库区河段从大峡电站起，经青城，至蒋家湾入乌金峡库区，工程河段长32.1km；下段龙湾至南长滩从龙湾起，经红山峡、五佛川和黑山峡，至南长滩，与宁夏接壤，工程河段长103.4km。本文基于黄河乌金峡库区及龙湾至南长滩河段航运建设工程设计成果，对黄河乌金峡库区及龙湾至南长滩河段航道整治技术探析进行研究。

2.工程河段航道整治技术探析

2.1 工程段河流概况

黄河白银段地势由西向东呈阶梯状降低，流向北东，两岸由基岩或部分坚质黄土组成，尤以进峡谷后主要以变质岩和花岗岩组成。该河流属山区性河流，具有山区河流特性。本工程河段涉及大峡、乌金峡两座电站，其中：

大峡水电站于1996年建成发电，装机容量30万kW（4×7.5），保证出力14.3万kW，多年平均年发电量14.65亿kW•h。正常蓄水位1480m时，库容0.9 亿m3，调节库容0.35亿m3，为日调节水库。坝址控制流域面积22.78万km2，多年平均流量1037m3/s，实测最大流量5900m3/s，多年平均悬移质输沙量0.52亿t，实测最大含沙量306kg/m3。

乌金峡水电站于2008年建成发电，电站安装4台3.5万kw灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量14万kw，年均发电量6.83亿kw·h。水库正常蓄水位1436m，死水位1434m，总库容2368万m3，电站无调节能力。

2.2 研究河段航道整治难点和整治技术探析

（1）上段乌金峡库区受上游电站非恒定流下泄和下游电站变动回水区双重影响。主要体现在滩险河段受上游大峡电站非恒定流下泄和下游乌金峡电站变动回水区双重影响，水沙条件复杂，水位变幅大，常用的航道整治方法根本无法满足库尾航道的要求，同时需充分考虑大峡、乌金峡电站的调节作用来合理确定航道设计流量及设计水位标准问题。

经大量收集有关资料并合理分析，通过考虑大峡、乌金峡电站下泄一定的基流和电站间反调节两种方法推求设计流量和设计水位，库尾水尺观测资料确定电站变动回水区的长度，结合库尾航道特点，根据《航道工程设计规范》，确定合理的设计参数及整治工程总平面布置。对于变动回水区的浅滩整治，以规划单一微弯航槽，增强中低水时航道水流输沙能力为整治原则，充分利用消落期的有利水流条件，沿程抬高建筑物设计水位以上的高度以延长冲刷历时，沿程缩窄整治线的宽度，以增大航槽的沿程水流速度。通过本项目的研究，提出了以增强变动回水区航道中低水时的水流输沙能力为整治原则，以整治线宽度呈倒喇叭型向下沿程缩小，整治水位沿程向下逐步抬高为整治技术进行变动回水区浅滩的整治。

（2）下段龙湾至南长滩河段河床（滩险）演变复杂。龙湾至南长滩河段为天然河段，具有典型的山区河流特性，即流速急、比降陡、推移质运动剧烈、河床演变复杂，在乌金峡电站大坝下游附近表现为冲刷下切，再往下游出现冲淤交替的情况，洲滩易变、岸坡不稳、枯季流量小，边界条件复杂多变，维持航槽稳定困难，部分河段弯、窄，开挖边坡稳定性差。

充分研究了乌金峡电站非恒定泄流对坝下航道设计水位、航道流速、消滩与船舶航行情况等的影响，结合各滩的碍航特性，整治设计采用低坝治理，以整治线宽度为主，整治水位为辅，两者配合塑造浅滩冲刷过程的思路，工程实施后实现了小水归槽，大水漫滩的整治效果；同时，整治建筑物布置结合本研究河段河流及山区河流航道水流特性，在整治方案布置上采取凹岸建顺坝导流，凸岸用丁坝挑流固滩的思路，以适应黄河的水流特性；针对河段弯窄、边坡稳定性差的特性，采用疏浚+护岸的方式来保证疏浚边坡的稳定，既保证了疏浚边坡及两岸建筑物的稳定，确保疏浚工程的顺利进行，减少了由于边坡不稳、垮塌所造成的航槽多次重复疏浚，保持了航槽尺度，减少了维护工程量，达到了良好的整治效果。

（3）坚持一水多用、综合治理的整治理念，消除对公用事业的不利影响。考虑到黄河河段防洪的重要性和特殊性，本设计在疏浚、整治等工程的方案布置时充分考虑和评估了工程实施后的对河道行洪的影响，整治线布置时依托防洪工程建筑物作为节点，顺应防洪工程走向，凸岸尽量采用丁坝，凹岸尽量采用顺坝，因势利导，统筹协调。经工程实践证明，本整治工程实施后，控制站点水位降低或者保持不变。疏浚工程对河道进行的拓展底宽、增大水深、撇弯切滩及局部河段裁弯、退堤等工程措施,扩大了河道行洪断面，增加了泄流能力，整治工程增大了水流流速，促进了河槽的冲刷拓深，边滩的促淤固滩。工程实施后，计算求得泥沙起动流速如表1。近岸流速普遍减小，对堤防或岸坡稳定起到了积极作用，实现了航道整治工程与防洪工程的协调统一，并得到了当地防洪管理部门的高度肯定和评价。

表1 泥沙起动流速计算成果表

（4）采用数值模拟计算研究评估整治效果。根据本整治工程的需要，为使整治方案周全，满足航行要求，根据《内河通航标准》相关要求，对急、难、险、重的双旋沟滩的设计方案进行了数值模拟计算研究。根据计算结果，分析了在设计流量和整治流量条件下，滩险河段整治前后的水流运动特性；针对整治后的通航条件、航槽冲淤变化等问题进行了研究，并评估了整治效果。可以看出，实施整治工程后，河道较天然情况下过流面积增加，单宽流量降低，礁石区域炸礁后峡谷进口水面高程有所降低，在峡谷出口处修建潜坝后，峡谷河段水面线有所壅高，整治效果较好。

图1 整治前后流场分布图（Q=980m3/s）

3.结语

本工程已建设完成并投入使用，航道的畅通，解决了部分交通不发达地区“出行难”的问题，方便了人们的出行和生活，同时为今后开发黄河旅游资源，推进腹地旅游业和第三产业的发展打下了良好的基础。本工程设计流量、设计水位的研究方法已在受上游枢纽非恒定流下泄和下游枢纽变动回水区双重影响的山区性河流的航道整治工程中推广使用，通过本项目的研究，解决了黄河变动回水区航道整治的关键技术问题，提出了整治方案，可用于西部其他山区冲积性河流的梯级开发中，将丰富航道整治的内容。