太平洲捷水道航道等级I-3 级通航条件研究

2024-02-17张玉龙王瑞彩杨恒勇宋远飞刘洪杰

中国水运 2024年1期

张玉龙，王瑞彩，杨恒勇，宋远飞，刘洪杰

（1.镇江市港发绿色资源有限公司，江苏镇江 212000；2.河海大学，江苏南京 210098）

1 概述

水运以其运输成本低、运力大、环保节能等特点成为国内外大宗货物运输的主力军。随着经济的发展和水运货运量的增加，部分既有航道因受设计、泥沙淤积等因素的限制[1]，不能完全满足船舶大型化发展趋势和运量日益增长的需求，亟需进行航道等级提升研究。

费书林[2]基于内河水运高质量发展要求，对江苏省低等级内河航道现状进行分析，提出低等级航道功能调整思路与工作路径；吴腾[3]等通过建立数学模型的方法，研究了在枢纽调度运行条件下贺江下游航道的水位衔接问题、碍航浅滩的长度，分析了贺江航道适宜提高航道等级的可行性与适用条件。秦杰[4]着眼于贺江下游河道通航等级较低、制约航运效益发挥的问题，提出了贺江下游航道可通过航道疏浚和梯级枢纽联合调度的方法提升航道尺度等级；为了体现航道与船舶的适应程度，冯富强[5]提出采用航道利用率作为指标来评定并规划航道等级与尺度；王宇[6]等利用水位数据统计分析手段，对长江下游航道采取分时分段不同标准的航道维护尺度提升方案，欧阳飞[7]等基于水力学公式，采用理论计算方法，对汉江兴隆至汉川段航道等级提升航道尺度进行研究，提出了目标航道等级可提升至内河Ⅱ-3 级并兼顾3000 t 级货船航行的方案；彭厚德[8]分析了既有跨河桥梁对航道等级提升的影响，提出了综合考虑既有跨河桥梁的通航净空和兼顾航道等级提升的建议方案；解中柱[9]基于河流自身特性和已有综合流域规划，分析了提高重庆高等级航道通达程度的可能性。

学者们对航道等级提升的可行性分析均基于目标航道，通用性不足。对具体工程而言，仍需根据实际的地形、水文等条件进行具体分析。借鉴学者对航道等级提升的研究方法，针对太平洲捷水道的既有通航条件，结合捷水道分段提升航道维护尺度设想[10]，采用现有航道尺度与满足设计代表船型航道尺度对比方法，分析太平洲捷水道航道等级提升至I-3 级方案的可行性，为工程规划提供参考。

2 捷水道概况

太平洲捷水道位于长江下游扬中河段，属长江支汊，其上口位于五峰山，下口于太平洲尾并与长江主干道相接，全长约43.9 km。该河段河道狭窄，河势蜿蜒曲折，依据平面形态可以将河道分为三段：河道进口至田决塘闸为长约9 km 的上段，该段河道顺直较宽但水深较小，断面平均水深3.2 m～7.8 m；田决塘至三圩河段为长约20 km 的中段，由大路河弯、兴隆河弯、姚桥河弯、九曲河弯等四个弯道组成（图1），该段河宽沿程变化较大，除兴隆河弯道外其余为单一弯道，断面平均水深除个别地方外，其余断面平均水深大于7 m；三圩港至太平洲尾河段为长约13 km 的下段，该段河道顺直，水深较大，断面平均水深达9.2 m 以上。目前太平洲捷水道已开辟为公用航道，维护水深3.5 m，但暂未定级。

图1 捷水道平面示意图

3 设计代表船型与航道尺度

3.1 设计代表船型

根据《长江干线通航标准》（JTS180-4-2020）关于长江干线航道尺度的有关规定：长江干线航道应按可通航船舶的吨级划分等级。通航海船的航道等级按照海船吨级确定，I-1 至I-4 级可通航海船。其中规定I-3级航道可通航5000 t 级海船和10000 t 级内河船。根据镇江港扬中港区长旺作业区、江苏大津清洁能源装备产业园码头、沿岸工业园的需求情况、到港船舶现状和发展趋势及所处位置航道条件等方面，确定本次研究设计代表船型为：3000 t 级海船（散货船）、5000 t 级内河船（散货船）、7000 t 级内河船（散货船）；预测代表船型为5000 t 级海船（散货船）和10000 t 级内河船（散货船）。各设计代表船型、船队尺度如表1 所示。

表1 设计船型尺度表

3.2 航道等级提升至I-3 级尺度要求

依据《长江干线通航标准》（JTS180-4-2020），满足各设计船型的航道设计水深为7.8 m；直线段航道宽度200 m，弯曲段航道宽度除兴隆弯河段外不需加宽，取为200 m，兴隆弯河段单线航道宽度左右汊均不小于150 m；航道最小弯曲半径为1050 m；过河建筑物通航净空高度不小于37.5 m，架空电缆通航净空高度不小于38.5 m。

4 沿程断面平均水深分析

根据太平洲捷水道2022 年4 月16—17 日的水深测图，从五峰山进口的TP34#红浮到太平洲尾的TP1#浮，将捷水道沿程划分为95 个断面，断面间距约500m，在弯道处根据弯道走向断面间距适当减小。

统计计算各个断面在设计最低通航水位下的平均水深，捷水道沿程断面平均水深如图2 所示。

图2 太平洲捷水道断面平均水深沿程变化图

从图2 可以看出：①捷水道在进口至大路施#1 专用浮下游约500 m 范围内，沿程断面平均水深均小于5 m，说明该段范围内航道尺度条件较差；②在大路施#1专用浮下游500 m 至TP#27 浮-TP#28 浮之间，由于受到大路弯道的影响，断面平均水深逐渐从5 m 增大到14.95 m 左右，后至新洲上左右通航浮附近，断面平均水深逐渐由14.95 m 减小到8 m 左右，该段范围内航道尺度条件相对进口段的较好；③新洲上左右通航浮至新洲下左右通航浮范围内，水流经小炮沙分成左右两汊弯道，总体来说上段断面平均水深相对下段较小，但左、右汊弯道范围内断面平均水深沿程变化幅度均较大，其中右汊弯道内新洲上左右通航浮至泰桥夹上行#2 号浮之间断面平均水深小于5 m，该范围内其余断面平均水深均大于5 m；④新洲下左右通航浮以下航段，断面平均水深均大于7.8 m，说明该段范围内航道尺度条件较好，能够满足I-3 级航道水深的要求。

根据捷水道沿程断面平均水深统计数据可知，95个计算断面中，共有70 个断面的平均水深大于7.8m，能够满足航道I-3 等级的设计水深要求，其中有53 个断面位于TP#21 浮以下（兴隆弯下口）河段；25 个断面的平均水深小于7.8 m，不能满足航道I-3 等级的设计水深要求，25 个断面均位于TP#21 浮以上（兴隆弯下口以上）河段。即：达到I-3 级航道等级标准的断面数约占捷水道航段里程的73.7%。以TP#21 浮（兴隆弯下口）为分界点，将捷水道划分为上下两段，TP#21 浮以下为下段（共53 个断面），TP#21 浮以上为上段（共42个断面），则：下段全部能够达到I-3级航道等级标准，上段达到I-3 级航道等级标准的断面数约占上段航道里程的40.5%。统计结果表明捷水道河段通航尺度条件上段较差，下段较好，通过整治措施使上段达到I-3 级航道等级标准的难度较大、下段能够达到I-3 级航道等级标准。

5 通航条件分析

5.1 航道水深

太平洲捷水道目前的航道维护水深为3.5 m，分析计算各设计船型航行所需水深与航道维护水深之差，结果见表2。根据航道维护水深与航行所需水深差值计算，如将捷水道航道等级提升至I-3 级，需要将航道的维护水深提高至7.8 m，需要将现有的航道维护水深再增加4.3 m。根据沿程断面平均水深的分析，捷水道全段范围内航道水深维护至7.8 m 有一定难度；以TP#21 浮（兴隆弯下口）为分界点，将捷水道划分为上下两段，将下段航道等级提升至I-3 级标准是可能的，具有可行性，上段航道等级提升至I-3 级标准难度较大。

表2 设计船型所需水深与现有航道维护水深比较

5.2 航道宽度

5.2.1 航道直线段宽度

从现行太平洲捷水道浮航段航路设置、航标配布及航道关系情况来看，目前除兴隆弯段为单向通航外，其余航段为双向通航。根据现有的航道宽度统计数据可知，双向通航的航道宽度除大桥上左右通航浮向上游220 m至大桥下左右通航浮向下游1030 m 范围外，其余航段满足航道等级提升至I-3 级航道直线段宽度标准，可以满足设计代表船型的航行需求。

根据地形测图资料统计情况和研究划分断面情况，部分河段现有航道宽度不符合航道等级提升至I-3 级对于航道宽度标准200 m 的要求，需要采取相应的疏浚工程措施。航道宽度不满足200 m 要求的起止位置为：上游起点位置为：大桥上左右通航浮向上游220 m，下游终点位置为大桥下左右通航浮向下游1030 m 左右。

5.2.2 航道弯曲段宽度

根据统计数据可知，对于大路弯、姚桥弯和九曲弯河段，航道宽度均大于200 m，能够满足捷水道航道等级提升至I-3 级对于双线弯曲段航道宽度的要求。

对于泰州大桥扬中夹江桥左、右汊的单线弯曲段航道，其满足航道等级提升至I-3 级的标准为150m。根据地形测图资料统计情况和研究划分断面情况，该河段大部分断面现有航道宽度不能满足航道等级提升至I-3级对于单线弯曲段航道宽度的要求。

根据以上的分析可知，目前捷水道河段内的航道宽度部分不能满足航道等级提升至I-3 级标准的要求，对于不满足航道等级提升至I-3 级标准要求的航段，需要结合相应的疏浚措施，从而达到提升航道等级所需的航道宽度要求。

5.3 航道弯曲半径

图3 是根据太平洲捷水道最新测图绘制的大路河弯、兴隆河弯、姚桥河弯和九曲河弯的航道弯曲半径。从图3 来看，大路河弯段弯曲半径为2480 m（图3a），兴隆河弯左侧位于小炮沙洲头处弯曲半径为3000 m（图3b）、位于小炮沙洲尾处的弯曲半径为850 m（图3b）；兴隆河弯右侧位于小炮沙洲头处的弯曲半径为1600 m（图3c）、位于小炮沙洲尾处的弯曲半径约为500 m（图3d）；姚桥河弯段弯曲半径为1150 m（图3e）；九曲河弯段弯曲半径为1850 m（图3f）。除兴隆弯左、右侧位于小炮沙洲尾处的河段不能满足航道I-3等级标准的弯曲半径要求，其余弯段的弯曲半径能够满足长江干线航道尺度标准的要求。

图3 捷水道各弯段弯曲半径示意图

5.4 通航净空

（1）桥梁通航净空高度。根据设计代表船型计算的桥梁通航净空高度，3000 t 级、5000 t 级进江海船所需通航净空高度分别为37.5 m、37.5 m，而5000 t 级、7000 t 级、10000 t 级内河船所需通航净空高度分别为20.1 m、20.3 m、20.8 m，捷水道的扬中二桥、扬中三桥、泰州大桥夹江桥的设计通航净空高度为18 m，扬中大桥的设计通航净空高度为10 m，按照设计船型的桥梁通航净空高度不小于37.5 m 的标准，捷水道上的四座桥梁均不能满足航道等级提升至I-3 级标准对于通航净空高度的要求。

（2）桥梁通航净空宽度。根据设计代表船型计算的桥梁通航净空宽度，扬中大桥上水通航孔、扬中二桥、扬中三桥和泰州大桥扬中夹江桥左汊通航孔，采用单孔单向通航方式时，要求通航净空宽度82 m，小于相应各桥梁设计通航净空宽度值，其通航净空宽度能够满足航道等级提升至I-3 级标准对于通航净空宽度的要求；对于扬中大桥下水通航孔，其设计通航净空宽度为68 m，小于采用单孔单向通航方式时要求的通航净空宽度82 m，不能满足航道等级提升至I-3 级标准对于通航净空宽度的要求；对于泰州大桥扬中夹江桥右汊通航孔，因其桥梁轴线的法线与水流交角大于5°小于15°，其设计通航净空宽度为110 m，小于采用单孔单向通航方式时要求的通航净空宽度112 m，不能满足航道等级提升至I-3 级标准对于通航净空宽度的要求。

（3）架空缆线净空高度。根据设计代表船型计算的架空电缆通航净空高度，3000 t 级、5000 t 级进江海船所需通航净空高度为38.5 m，5000 t 级、7000 t级、10000 t 级内河船所需通航净空高度分别为21.1 m、21.3 m、21.8 m，捷水道的扬中夹江110KV 跨江架空线、扬中夹江220KV 跨江架空缆线在设计最高通航水位下的通航净空高度为35 m，因此捷水道上的两条架空电缆可以满足5000 t 级、7000 t 级、10000 t级内河船的通航净空高度的要求，不能满足3000 t 级、5000 t 级进江海船通航净空高度的要求。