長江敘渝段航道最大開發(fā)尺度研究

　　摘要:長江上游敘渝段航道尺度不足問題日益凸顯，評估該段航道最大開發(fā)尺度對其建設規(guī)劃具有重要意義。采用敘渝段實測水文地形數(shù)據(jù)，對穩(wěn)定航深法中的河相關系參數(shù)和水深修正系數(shù)進行改進：基于2230m3/s、12100m3/s和20291m3/s三級特征流量下的實測水位，獲得了河相關系參數(shù)隨流量的變化關系，朱沱站實測數(shù)據(jù)驗證表明枯水期較可靠;引入斷面形狀系數(shù)，建立了水深修正系數(shù)隨設計航道寬度的變化關系�；�于改進后的穩(wěn)定航深法計算敘渝段航道最大開發(fā)尺度，結果表明敘渝段通過航道整治能達到Ⅱ級航道3.5m×100m及I級航道4.5m×150m的設計標準，向家壩下泄流量相對設計流量增加400m3/s可提升航道水深0.39m左右。所提的改進穩(wěn)定航深法簡化了航道最大開發(fā)尺度的計算過程，可為敘渝段后續(xù)的航道建設規(guī)劃提供支撐。

　　關　鍵　詞：長江上游敘渝段;航道開發(fā)尺度;河相關系;水深修正系數(shù)

　　長江三峽工程蓄水后，大壩至重慶涪陵常年回水區(qū)已建設成高等級航道，通航條件明顯改善[1]，基本滿足通航船舶大型化的航道尺度需求。重慶至宜賓段航道經(jīng)瀘渝段航道建設工程后技術等級為Ⅲ級，維護水深僅為2.9m，而長江上游航運需求發(fā)展導致船舶大型化趨勢明顯，低水位時期航道尺度不足的問題越發(fā)凸顯[2]。

　　基于自然條件評估航道最大開發(fā)尺度是合理利用航道資源的先決條件，也是航道開發(fā)建設的基礎，我國學者曾總結國內(nèi)航道整治實踐，建立航道最大可開發(fā)尺度與流量和比降關系的經(jīng)驗式[3]，但該式缺乏理論支撐，相關學者又提出了穩(wěn)定航深法和等級流量法[4]。等級流量法是將航道開發(fā)成各標準航道等級理論上所需的通航流量，與天然情況下的設計最低通航流量比較，進而確定航道最大開發(fā)尺度。穩(wěn)定航深法是假定整治后枯水斷面與優(yōu)良河段斷面形態(tài)相近，并基于優(yōu)良河段特征流量下河相關系，推求整治后航道可能達到的最大航道深度。目前上述方法已在西江、岷江等流域的航道建設規(guī)劃中得到初步應用[5-8]，但實際操作過程較為復雜。

　　本文擬根據(jù)長江宜賓至重慶河段的實測水文地形資料，基于河相關系對穩(wěn)定航深法進行優(yōu)化改進，簡化穩(wěn)定航深值的計算過程，針對長江上游航道尺度亟待提升的宜賓至重慶河段，運用改進穩(wěn)定航深法計算該河段不同航寬標準下的最大航深值，評估其航道的最大可開發(fā)尺度，以期為該河段后續(xù)的航道建設規(guī)劃提供支撐。

　　1數(shù)據(jù)來源及研究方法

　　1.1　數(shù)據(jù)來源長江上游宜賓(上游航道里程1044km)至重慶江津(上游航道里程726km)河段地形數(shù)據(jù)使用2015年實測地形數(shù)據(jù)，由于長江上游屬于典型山區(qū)河流，山區(qū)河流河床以巖質河床和卵石河床為主，其河床形態(tài)相對穩(wěn)定[9]，認為選擇2015年地形具有代表性。以該河段最低設計通航流量2230m3/s，流量12100m3/s以及流量20291m3/s為三種特征流量，最低設計通航流量有35個設計水位點，其余兩種特征流量下水位來源于2016年實測的30個水尺點數(shù)據(jù)，用于研究不同流量下河相關系參數(shù)的變化規(guī)律。

　　用于驗證河相關系變化規(guī)律。根據(jù)設計最低通航水位求得宜賓至江津河段枯水平均比降為0.253‰。張有林等[10]在建立向家壩至朱沱的計算模型時，模擬糙率范圍為0.022~0.048，平均糙率為0.035;朱代臣等[6]認為長江干線瀘渝段河床糙率取值范圍為0.030~0.045，平均糙率為0.038;何大偉等[11]認為川江河段糙率取值為0.025。本文綜合上述資料，為計算方便，取敘渝段平均河床糙率為0.033。

　　1.2　穩(wěn)定航深法原理

　　穩(wěn)定航深法需先確定天然河道的優(yōu)良河段，優(yōu)良河段可被認為是航道整治工程參考的樣板。一般認為在河流演變過程中河道形態(tài)比較順直，且經(jīng)過歷年沖淤后河床變形不顯著，對航行沒有障礙的河段屬于優(yōu)良河段[4]。優(yōu)良河段的河相關系[12-14]意在描述天然狀態(tài)下河流通過整治后可達到的最穩(wěn)定的河床斷面形態(tài)。

　　綜上，采用穩(wěn)定航深估算法估算某河段的航道可開發(fā)尺度時，首先需要根據(jù)特定流量下斷面形狀數(shù)據(jù)率定沿程的河相關系參數(shù)α和β，計算航道整治斷面可達到的穩(wěn)定平均水深;然后確定某個設計航寬標準，量測該航寬下的航道邊緣水深，推求水深修正系數(shù)η，進而將穩(wěn)定平均水深轉化為穩(wěn)定航道水深，根據(jù)航寬和航深可判定河道可開發(fā)的航道尺度。

　　1.3　穩(wěn)定航深法的改進思路

　　1.3.1　河相關系改進

　　長江上游修建有梯級水庫群，考慮到水庫調(diào)度等因素的影響，雖然相關管理部門頒布了設計通航流量，但該流量仍有調(diào)整的空間。當最低設計通航流量發(fā)生改變時，平均水深和河面寬度會隨之改變，該方法所需參數(shù)數(shù)α和β則需重新率定得到。因此，為提升穩(wěn)定航深法的計算簡易性，應考慮尋求建立河相關系參數(shù)與流量的直接聯(lián)系。擬先統(tǒng)計分析不同流量下敘渝段河相關系，然后提出河相關系參數(shù)隨流量的變化規(guī)律，進而直接求得給定流量下穩(wěn)定航深法所需的河相關系參數(shù)。

　　2穩(wěn)定航深法改進結果

　　提出的敘渝段河相關系參數(shù)與流量的關系，在10000m3/s下與朱沱站實際斷面的吻合程度較高。由于長河段水位資料有限，只在三級流量下分析了河相關系參數(shù)與流量的關系，因此擬合的河相關系式在洪水期的驗證誤差相對較大。

　　3敘渝段航道最大開發(fā)尺度估算

　　敘渝段設計最低通航流量2230m3/s是在向家壩水電站設計下泄流量1200m3/s的基礎上加上岷江流量入?yún)R等計算得到，而向家壩水電站實際運行以來最低下泄流量穩(wěn)定在1600m3/s以上。雖然設計通航流量不考慮此流量的增加。

　　本文初步分析設計通航流量增加400m3/s時穩(wěn)定航深值的變化情況，即分析流量為2230m3/s和2630m3/s兩種工況。在改進穩(wěn)定航深法的公式基礎上，結合沿程優(yōu)良河段河相關系，計算敘渝段航道整治后在兩種流量下開發(fā)成各航道等級(設定航道整治寬度b=60~150m)可能達到的最大穩(wěn)定航深，后續(xù)將理論穩(wěn)定航深值與標準內(nèi)河航道等級下不同設計航寬的航深對比，即可判定河道可開發(fā)航道尺度。

　　4結　語

　　長江上游枯水期航道尺度不足問題日漸嚴重，而航道建設開發(fā)需要在考慮自然條件的基礎上估算最大開發(fā)尺度。本文基于河相關系理論，針對敘渝段實際航道情況，在傳統(tǒng)穩(wěn)定航深法的基礎上，對其存在的部分繁瑣工作進行相應改進，計算了不同設計航寬標準下的穩(wěn)定航深值，提出了宜賓至重慶段河相關系參數(shù)隨流量的變化關系，當特征流量發(fā)生變化時，無需重新率定河相關系，可直接求得相關參數(shù)。

　　提出河道斷面形狀系數(shù)，建立了水深修正系數(shù)與設計航道寬度的關系式，可直接計算設計航寬變化下的水深修正系數(shù)�；�于改進后的穩(wěn)定航深法對宜賓至重慶段航道開發(fā)尺度進行估算，結果表明：敘渝河段通過航道整治可達到Ⅱ級航道3.5m×100m及Ⅰ級航道4.5m×150m的標準，可為長江上游河段的航道建設規(guī)劃提供支撐。

　　航道工程論文投稿：航道疏浚工程論文適合投的期刊

　　本文雖然通過改進后的穩(wěn)定航深法計算得到穩(wěn)定航深值，但在計算的過程中，一些重要參數(shù)并沒有根據(jù)實際情況分河段取值，如河流比降和糙率等，所以其計算結果對于較長河段來說往往只具有參考性，研究結果適用于類似河道、河岸組成相對接近的山區(qū)河流特定河段。由于資料有限的原因，只在三級流量條件下研究了敘渝段河相關系參數(shù)和斷面形狀系數(shù)的變化規(guī)律，后續(xù)應測量分析更多級流量下的變化規(guī)律以及糙率的取值，增強本研究的適用性。

　　參　考　文　獻：

　　伍文俊,余新明.三峽水庫運行后庫區(qū)航道條件變化及趨勢[J].武漢大學學報(工學版)，2010，43(3)：344-347.(WUWenjun,YUXinming.ChangesandtrendsofwaterwayinreservoirareaafteroperationofThreeGorgesReservoir[J].EngineeringJournalofWuhanUniversity,2010,43(3):344-347.(inChinese))

　　[1]劉懷漢,楊勝發(fā),曹民雄.長江黃金航道整治技術研究構想與展望[J].工程科學與技術，2017，49(2)：17-27.(LIUHuaihan,YANGShengfa,CAOMinxiong.Advancesin‘GoldenWaterway’regulationtechnologiesoftheYangtzeRiver[J].AdvancedEngineeringSciences,2017,49(2):17-27.(inChinese))

　　[2]長江航道局.航道工程手冊[M].北京:人民交通出版社,2004.(ChangjiangWaterwayBureau.Waterwayengineeringmanual[M].Beijing:ChinaCommunicationsPress,2004.(inChinese))

　　[3]馮宏琳.西江航道尺度開發(fā)潛能研究[D].南京:河海大學,2006.(FENGHonglin.StudyonexploitablepotentialofwaterwaydimensionintheXijiangRiver[D].Nanjing:HohaiUniversity,2006.(inChinese))

　　[4]曾亞東.老堡口—新圩河段Ⅳ級航道建設條件分析[J].水運工程，2016(8)：135-138.(ZENGYadong.Theconditionofconstructingalevel-4navigationchannelatthereachfromLaobaokoutoXinxu[J].Port&WaterwayEngineering,2016(8):135-138.(inChinese))

　　作者：李文杰1，王皓2，龍浩2，楊勝發(fā)1，肖毅1，楊威1

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