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金沙江急流和險(xiǎn)灘航道整治技術(shù)探討論文
摘要:金沙江中段河床多急流、險(xiǎn)灘,對(duì)其整治首先應(yīng)確定整治的水位,本文探討了利用平灘水平法及平均流量法兩種方法結(jié)合確定整治水位,根據(jù)金沙江中段水文地質(zhì)特征,提出了擴(kuò)大卡口斷面、拓寬緩流航道、開槽分流或新辟航槽、構(gòu)筑錯(cuò)口型灘搭跳上灘等整治措施,闡述了河道整治疏浚工程的通航及河床演變規(guī)律要求。
關(guān)鍵詞:金沙江;急流險(xiǎn)灘;航道整治;疏浚工程
一、引言
金沙江是中國長江的上游,流域內(nèi)礦物資源豐富,流急坎陡,江勢(shì)驚險(xiǎn),航運(yùn)困難。金沙江河谷地貌特征可以德格縣白曲河口和馬塘縣瑪曲河口附近分為上、中、下三段。其中上段為峽寬相間河谷段,中段為深切峽谷段,下段為峽谷間窄谷段。中段自德格白曲河口至巴塘瑪曲河口,谷坡不穩(wěn)定,崩塌、滑坡和泥石流頻繁發(fā)生,河流深切基巖,河床中多急流、險(xiǎn)灘,是整治的重點(diǎn)。
二、整治水位的選取與計(jì)算
整治水位是當(dāng)水位降至該水位時(shí),水面受整治建筑物束窄,加大束水沖沙的能力,要求整治建筑物的高程以該水位為標(biāo)準(zhǔn)。從整治的結(jié)果看,整治水位是整治工程對(duì)淺灘航行條件能產(chǎn)生顯著改善的水位;從對(duì)河床造床機(jī)理看,整治水位是與造床流量相應(yīng)的水位,計(jì)算方法主要有以下幾種:
(一)平灘水位法。在某些河段,中、枯水河槽穩(wěn)定,水流條件良好,一般不出淺礙航,故稱其優(yōu)良河段。形成該優(yōu)良狀態(tài),與河勢(shì)和邊灘的高程密切相關(guān),邊灘起到較好的束水造床作用,增大退水期沖刷,從而能維持枯水河槽水深要求。既然這種邊灘高程能塑造出優(yōu)良河段的河形,則整治水位就可模擬優(yōu)良河段邊灘高程相應(yīng)的超高值確定。
當(dāng)前許多實(shí)踐表明,采用多年平均水位或與多年平均流量相應(yīng)的水位為整治水位,也是一種可供選擇的方法,因?yàn)樵撍灰话憬咏谄竭厼┧弧?/p>
(二)平均流量法。多年平均水位法計(jì)算整治水位,各淺灘河段整治水位計(jì)算先統(tǒng)計(jì)基本水文站多年平均流量資料,繪制近年水位流量關(guān)系曲線,查得基本站多年平均流量相應(yīng)的水位值,再根據(jù)沿程瞬時(shí)水面線內(nèi)插得沿程水位,該水位值即為該淺灘的整治水位。
(三)整治水位的確定。急流、險(xiǎn)灘在工程整治后,淺灘存在著沙灘消長、深泓線擺動(dòng)、深槽易位、以及淤積等問題,據(jù)分析是洪水期帶來的泥沙在枯水期無力帶走,是造成淺灘出淺的主要原因,采用超高水位法計(jì)算出的整治水位,其整治高度只提高了0.2m,變化不大,容易造成枯水歸槽時(shí)間晚,不能完全帶走洪水期帶來的泥沙。所以整治水位是偏小的。但是考慮到水利樞紐及大量采砂對(duì)下游河床下切的影響,整治水位也不可能定得太高。采用平均量流量法計(jì)算出的整治水位,整治高度平均達(dá)到了4.6m,沒有考慮到水利樞紐及大量采砂對(duì)下游河床下切的影響,其易造成對(duì)河床的過度沖刷,從而使整個(gè)河段不穩(wěn)定。所以采用平均量流量法計(jì)算出的整治水位是偏大的。由上分析可得,整治高度定得太小,容易造成枯水歸槽晚,造成出淺;定得太大,容易造成過度沖刷。整治流量定為3900m3/s,所以,考慮到以上兩方面原因,整治高度定為2.5m。
三、金沙江中段急流、險(xiǎn)灘整治技術(shù)措施
(一)擴(kuò)大卡口斷面。急流灘一般因?yàn)┛谶^水面積急劇縮小而出現(xiàn),因而整治急流灘常用而有效的措施就是擴(kuò)大卡口斷面,使灘口在成灘水位至消灘水位期間過流順暢,剪刀水等礙航流態(tài)減弱,比降減緩。斷面擴(kuò)大可以拓寬、也可以挖深。拓寬時(shí)可緩解剪刀水的流急狀態(tài),使灘口下主流范圍相應(yīng)拓寬,回流范圍縮小。挖深首先可以緩解跌水流態(tài),泡漩減弱。同時(shí)對(duì)灘口比降改善明顯。當(dāng)灘口斷面縮小以橫向收縮為主時(shí),以拓寬為主,一般清炸突入江中礁石,開挖侵入江中的突嘴和溪口沖積扇等,其開挖底高程應(yīng)根據(jù)成灘期盡可能定高些。當(dāng)灘口斷面縮小以垂向收縮為主時(shí),應(yīng)以挖深為主,或在拓寬的同時(shí),開挖底高程宜定在設(shè)計(jì)水位以下。
(二)拓寬緩流航道。急流灘兩岸邊的緩流水域往往被亂石和暗礁占據(jù)或侵占,本措施的主要工作是清理近岸亂石和暗礁,或肅清不起關(guān)鍵挑流作用的礙航凸咀,也可能開挖緩流區(qū)岸灘。急流灘口下主流區(qū)的位置與兩岸突入江中的壓縮程度和灘上突嘴上游岸壁的挑流角度有關(guān)。可見整治中只要不動(dòng)上游起關(guān)鍵作用的挑流突嘴,灘下主流位置一般不變,在緩流區(qū)內(nèi)拓寬、挖深增加過水面積,將不會(huì)引起流速的增加而能增大水深。本措施適用于峽谷型急流灘整治因峽谷型急流灘兩岸陡峭無法大量開挖擴(kuò)大卡口斷面,通過炸除岸邊局部的突嘴、石堆,拓寬緩流航道往往能取得良好的整治效果。
(三)開槽分流或新辟航槽。開槽分流或新辟航槽的整治設(shè)計(jì)中,主要內(nèi)容如下:選擇好通航汊道;慎重確定開挖航槽的設(shè)計(jì)流量;合理確定開挖航槽的設(shè)計(jì)水位;確定合理的開挖糙率;根據(jù)航槽控制流速的要求來擴(kuò)大航道尺度;有效地減緩航槽流速的航槽開挖方法。本措施可適用于分汊河道、彎道或?yàn)┑剌^寬的河段。為緩解分汊河道中航道內(nèi)的急流狀況,可挖深非通航汊進(jìn)行分流,也可以將非通航汊修整后作為通航汊而避開原洶險(xiǎn)的汊道。對(duì)于彎道或?yàn)┑剌^寬的急流灘,也可因地制宜地開挖新槽進(jìn)行分流或新辟航槽。
(四)構(gòu)筑錯(cuò)口型灘搭跳上灘。急流灘的凸咀處,一般上游因壅水而產(chǎn)生一定范圍的緩流區(qū),其下一定范圍內(nèi)為回流或緩流區(qū)。當(dāng)兩岸突嘴錯(cuò)開一定距離時(shí),給船舶充分利用兩岸的緩流區(qū)上灘創(chuàng)造了有利條件。
錯(cuò)口型急流灘的兩岸均有凸咀伸入河中,使灘口縮窄而成急流灘,但兩岸凸咀的位置上、下游錯(cuò)開,從而在灘口產(chǎn)生不對(duì)稱的“剪刀水”,剪刀水兩側(cè)的凸咀后回流區(qū)同樣上、下游錯(cuò)開。船舶可一跳或二跳上灘。當(dāng)船舶上行困難時(shí),船舶保持適當(dāng)?shù)钠呛叫锌扇〉幂^大的橫向航速。船舶上灘時(shí)比降阻力是阻礙船舶上行的主要阻力,因而船舶斜向沖灘還可減小比降阻力。
四、金沙江中段急流、險(xiǎn)灘疏浚工程要求
(一)從通航角度考慮。挖槽的方向盡可能與河道主流方向一致,其交角不宜大于15°。否則,會(huì)使船隊(duì)操作困難,有被推出航道、發(fā)生擱淺或撞岸的危險(xiǎn);挖槽在平面上應(yīng)為直線,當(dāng)必須設(shè)計(jì)為曲線時(shí),應(yīng)使曲率半徑盡量大些,不然,船隊(duì)轉(zhuǎn)向?qū)⒏械嚼щy。挖槽應(yīng)盡可能避免橫流,防止船隊(duì)受側(cè)向推力而偏離航道;應(yīng)適應(yīng)船隊(duì)的習(xí)慣航線,有良好的進(jìn)出口,且在進(jìn)出口處適當(dāng)挖深拓寬,使挖槽成為平滑的喇叭形,便于船隊(duì)安全自如的通過挖槽。
(二)從遵從河道演變規(guī)律方面應(yīng)考慮。挖槽方向應(yīng)盡量與主流方向一致,特別是與底流方向一致,這有利于泥沙的輸移。在淺灘脊上挖槽一般應(yīng)通過水深最大的鞍凹部位,同時(shí)挖槽一般多選擇在粗沙區(qū)域內(nèi)。因?yàn)樗钶^大的鞍凹和河床粗化區(qū)都是輸沙能力較大的部位,挖槽位于輸沙能力較大的部位自然利于挖槽內(nèi)泥沙輸移,防止挖槽回淤。挖槽應(yīng)挖成窄深的斷面形式。這樣的斷面在流量從新分配時(shí),挖槽內(nèi)能得到較大的單寬流量和流速,從而保持較大的輸沙能力;挖槽不宜布置在正向下游移動(dòng)的沙嘴的下游,以防止挖槽阻塞;也不宜布置在有較大容水量的河床邊,如尖潭、洼地、第二航道處等,因?yàn)檫@些地方水位一般較低,容易引起橫向水流,減少挖槽內(nèi)流量,降低輸沙能力。
五、結(jié)語
河道急流灘險(xiǎn)的航道整治需要解決的主要問題是:選擇通航汊道和改善航道的水流條件。整治采取的主要措施有擴(kuò)大卡口斷面、拓寬緩流航道、開槽分流或新辟航槽、構(gòu)筑錯(cuò)口型灘搭跳上灘等,其中最常采用擴(kuò)大過水?dāng)嗝婷娣e的方法以降低航道流速。然而對(duì)疏浚工程要求提出了更高的要求,水利航道工作者應(yīng)從通航及河道演變規(guī)律兩方面進(jìn)行考慮,提出有效的整治與疏浚措施,解決急流灘險(xiǎn)的航道整治的難點(diǎn),充分開發(fā)利用河道各種資源。
參考文獻(xiàn)
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