湖北省碾盘山枢纽施工期通航安全影响分析

2023-09-08吴翠蓉

中国水运 2023年8期

吴翠蓉

（湖北省钟祥市港航管理局，湖北钟祥 431900）

1 工程概况

1.1 枢纽布置

汉江碾盘山枢纽位于汉江中下游干流沿山头，上距雅口航运枢纽58km，下距钟祥市区7.7km，是汉江梯级开发湖北省境内的第7 级枢纽，以发电、航运为主，兼顾灌溉、供水功能[1]。碾盘山水利水电枢纽工程为Ⅱ等工程，碾盘山坝轴线为NE2°46′51″，轴线总长1200.0m，枢纽主要由船闸、泄水闸、电站厂房及安装场、连接土石坝、鱼道等组成。工程平面图详见图1。

图1 碾盘山枢纽工程平面布置图

1.2 施工方案

碾盘山施工采用分期导流方案，工程施工分两期进行，厂房、泄水闸、船闸等建筑物在一期围堰的保护下进行施工，左岸导流明渠导流兼施工期通航，从第一年2 月初至第三年10 月底，工期33 个月；二期施工左岸土石坝，利用已建泄水闸过流，利用已建船闸通航。施工期通航环境改变[2]，通航安全影响应充分分析研究。

2 一期导流阶段通航安全影响分析

2.1 导流明渠通航条件分析

2.1.1 导流明渠通航代表船型合理性分析

工程河段现有通航船型，同时考虑导流明渠为施工期通航，时间约为3 年，碾盘山枢纽工程施工期采用一顶二500t 船队作为代表船型，船型尺度。

2.1.2 导流明渠航道尺度合理性分析

目前，崔家营至碾盘山坝址河段航道等级为Ⅳ（2）级，航道维护尺度为1.8m×80m×340m，通航500t 级船舶。

导流明渠轴线全长2335m，由两段直线段和一段圆弧线组成，圆弧半径750m。进出口与上下游河道相接，明渠底宽250m，进口600m 为平坡，底高程39.0m，出口829m 为平坡，底高程38.0m，中间909.1m 为0.11%的斜坡段。由于需要满足小流量通航需求，导流明渠底部沿中心线扩挖80m 宽航槽，进口高程为37.00m，出口高程为36.80m，并与上下游主航道相接。

导流明渠的最小通航流量445m3/s[3]，导流明渠进口上游左岸原始河道内有浅滩，通过疏浚渠道，满足1.8m水深、弯曲半径超过340m，满足通航要求；明渠底部沿中心线扩挖后，导流明渠内满足通航水深要求，航道弯曲半径超过340m，满足通航要求；出导流明渠后：通过疏浚措施使航道内水深在1.8m 以上，弯曲半径大于340m，满足通航要求。由于出导流明渠后河道变宽、水流分散，枯水期可能发生航道水深不足的情况，建议加强观测，当发现航道出浅时，应及时进行航道疏浚以提高航道水深。

2.2 导流明渠通航水流条件分析

根据手册[4]关于通航水流条件要求，平原河流一般河段纵向流速1.0～2.0m/s，比降0.01‰～0.1‰，局部纵向流速2.5m/s，比降0.1‰～0.5‰。

同时，根据中国水利水电出版社1999 年出版的《截流围堰堤防与施工通航》书籍，施工通航水流条件，同时结合汉江中下游现状船舶运行情况，要求导流明渠通航水流条件表层纵向流速不大于2.5m/s，比降不大于0.5‰，横向流速不大于0.3m/s。

2.3 物理模型试验

《湖北碾盘山水利水电枢纽工程施工期航道模型试验研究报告》对导流明渠的流速、流态、水深等情况进行了通航条件试验研究，选取了具有代表性的445m3/s、1590m3/s、2000m3/s、2300m3/s、2400m3/s 共5 组典型工况进行导流模型试验[5]。

2.3.1 导流明渠流态

流量445m3/s 时，水流均匀进入明渠，水面平稳、水流流速小，流态顺畅。上游围堰堰前水面平静，水面未超过堰顶高程，横向流速在0.3m/s 以下，水流基本为静水。受裹头的影响，在明渠渠首护堤处产生微弱的横向水流，对明渠水流产生小波动的影响。导流明渠内流态平稳，均为缓流，无气泡、漩涡等不良流态出现。纵向围堰附近水流流速小，水深也较小，水面未越过围堰顶。纵向围堰下游段仅产生微幅波动，水面未越过围堰顶。明渠出流均匀、平缓，没有出现不利流态。

流量1590m3/s、2000m3/s 时，水流流态与445m3/s基本相同。导流明渠进出口，内部及上下游围堰流态均较好。

流量2300m3/s 时，上游围堰堰前水流基本为静水，水面未超过堰顶。但在裹头附近，水流越过明渠右侧护堤进入明渠，产生横向水流，垂直于航线方向流速超过0.3m/s 的横向水流区域为距右岸护堤20m 左右的范围内，该区域不能通航；导流明渠内流态平稳，均为缓流，无气泡、漩涡等不良流态出现。纵向围堰附近水流流速小、水深较小，水面未越过围堰顶。纵向围堰下游段仅产生微幅波动，水面未越过围堰顶。明渠出流均匀、平缓，没有出现不利流态。

流量2400m3/s 时，水流流态与2300m3/s 基本相同，在裹头附近垂直于航线方向流速超过0.3m/s 的横向水流区域为距右岸护堤30m左右的范围内，该区域不能通航；明渠进出口、内部及上下游围堰流态均较好。

2.3.2 表面流速

流量445m3/s 时，由于流量很小，整个明渠内流速较小，所有断面流速均未超过2.0m/s。

流量1590m3/s 时，明渠表面流速分布特征同445 m3/s 基本相似，但流速有所增大。流速最大值2.53m/s；流速超过2.5m/s 的区域仅存在于13#断面附近，区域很小。

流量2000m3/s 时，明渠进口断面流速均小于2.0m/s。流速最大值2.61m/s，流速超过2.5m/s 区域较小且未连通。

流量2300m3/s 时，虽局部流速最大值超过2.5m/s，但范围有限，在明渠内流速超过2.5m/s 的区域中（11#～20#断面之间），11#～16#断面之间由于弯道环流作用，主流靠近左岸，4#测点右岸流速均在2.5m/s 以下，仍能保证有100m 左右可通航区域；16#～20#断面之间流速超过2.5m/s 的区域均位于5#测点左岸，5#测点右岸有总宽度有超过80m 的范围满足通航流速条件；从21#断面开始，流速均小于2.5m/s。结合水面比降与允许通航流速关系分析，明渠存在可以通航的航线，建议上行船只靠右岸通行。流速分布及流速等值线图详见图2。

图2 导流明渠各断面表面流速分布图（流量2300m3/s）

流量2400m3/s 时，明渠内流速超过2.5m/s 的区域明显增大；水流进入导流明渠后，由于纵向围堰裹头的绕流作用影响，导致流速超过2.5m/s 的区域覆盖大部分断面，水流条件不满足通航要求。

2.3.3 水流条件分析

导流明渠航道进口段（长约600m）底高程为38.30m（80m 宽范围），其余段底高程为37.30m。模型试验研究验证，导流明渠最大通航流量为2300 m3/s。

2.4 断航期通航保证措施

导流明渠通航期间，流量较大时导流明渠可能断航。断航期间建设单位应合理进行组织调配，做好施工断航期货物分流和补偿工作。拟建枢纽上游14.4km 有磷矿镇码头，下游8.3km 有中粮码头，可用作断航期间货物转运。同时，建议建设单位加强施工期调度管理，增加大功率推轮，适时组织推轮协助运输船舶安全通过导流明渠水域。

3 二期导流阶段通航安全影响分析

3.1 二期施工条件

二期截流后，左岸导流明渠采用土石坝封堵，由右岸已建的泄水闸导流、已建船闸通航。船闸门槛水深4.0m，引航道口门区及连接段设计河底高程35.89m，设计通航尺度为3.6×100×700m（水深×航宽×弯曲半径）。船闸、引航道口门区及连接段在二期截流前已实施完成，因此现状航道尺度满足二期导流期间的通航要求。