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(píng)估該段航道最大開發(fā)尺度對(duì)其建設(shè)規(guī)劃具有重要意義。采用敘渝段實(shí)測(cè)水文地形數(shù)據(jù)，對(duì)穩(wěn)定航深法中的河相關(guān)系參數(shù)和水深修正系數(shù)進(jìn)行改進(jìn)：基于2230m3/s、12100m3/s和20291m3/s三級(jí)特征流量下的實(shí)測(cè)水位，獲得了河相關(guān)系參數(shù)隨流量的變化關(guān)系，朱沱站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)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(shè)計(jì)航道寬度的變化關(guān)系。基于改進(jìn)后的穩(wěn)定航深法計(jì)算敘渝段航道最大開發(fā)尺度，結(jié)果表明敘渝段通過航道整治能達(dá)到Ⅱ級(jí)航道3.5m×100m及I級(jí)航道4.5m×150m的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，向家壩下泄流量相對(duì)設(shè)計(jì)流量增加400m3/s可提升航道水深0.39m左右。所提的改進(jìn)穩(wěn)定航深法簡(jiǎn)化了航道最大開發(fā)尺度的計(jì)算過程，可為敘渝段后續(xù)的航道建設(shè)規(guī)劃提供支撐。

　　關(guān)　鍵　詞：長江上游敘渝段;航道開發(fā)尺度;河相關(guān)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(shè)成高等級(jí)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(shè)工程后技術(shù)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，維護(hù)水深僅為2.9m，而長江上游航運(yùn)需求發(fā)展導(dǎo)致船舶大型化趨勢(shì)明顯，低水位時(shí)期航道尺度不足的問題越發(fā)凸顯[2]。

　　基于自然條件評(píng)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(shè)的基礎(chǔ)，我國學(xué)者曾總結(jié)國內(nèi)航道整治實(shí)踐，建立航道最大可開發(fā)尺度與流量和比降關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)式[3]，但該式缺乏理論支撐，相關(guān)學(xué)者又提出了穩(wěn)定航深法和等級(jí)流量法[4]。等級(jí)流量法是將航道開發(fā)成各標(biāo)準(zhǔn)航道等級(jí)理論上所需的通航流量，與天然情況下的設(shè)計(jì)最低通航流量比較，進(jìn)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?dāng)嗝媾c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(guān)系，推求整治后航道可能達(dá)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(shè)規(guī)劃中得到初步應(yīng)用[5-8]，但實(shí)際操作過程較為復(fù)雜。

　　本文擬根據(jù)長江宜賓至重慶河段的實(shí)測(cè)水文地形資料，基于河相關(guān)系對(duì)穩(wěn)定航深法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，簡(jiǎn)化穩(wěn)定航深值的計(jì)算過程，針對(duì)長江上游航道尺度亟待提升的宜賓至重慶河段，運(yùn)用改進(jìn)穩(wěn)定航深法計(jì)算該河段不同航寬標(biāo)準(zhǔn)下的最大航深值，評(píng)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(shè)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(shí)測(cè)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(zhì)河床和卵石河床為主，其河床形態(tài)相對(duì)穩(wěn)定[9]，認(rèn)為選擇2015年地形具有代表性。以該河段最低設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)通航流量有35個(gè)設(shè)計(jì)水位點(diǎn)，其余兩種特征流量下水位來源于2016年實(shí)測(cè)的30個(gè)水尺點(diǎn)數(shù)據(jù)，用于研究不同流量下河相關(guān)系參數(shù)的變化規(guī)律。

　　用于驗(yàn)證河相關(guān)系變化規(guī)律。根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)算模型時(shí)，模擬糙率范圍為0.022~0.048，平均糙率為0.035;朱代臣等[6]認(rèn)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(rèn)為川江河段糙率取值為0.025。本文綜合上述資料，為計(jì)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(rèn)為是航道整治工程參考的樣板。一般認(rèn)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(duì)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(guān)系[12-14]意在描述天然狀態(tài)下河流通過整治后可達(dá)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(shí)，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(guān)系參數(shù)α和β，計(jì)算航道整治斷面可達(dá)到的穩(wěn)定平均水深;然后確定某個(gè)設(shè)計(jì)航寬標(biāo)準(zhǔn)，量測(cè)該航寬下的航道邊緣水深，推求水深修正系數(shù)η，進(jìn)而將穩(wěn)定平均水深轉(zhuǎn)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(jìn)思路

　　1.3.1　河相關(guān)系改進(jìn)

　　長江上游修建有梯級(jí)水庫群，考慮到水庫調(diào)度等因素的影響，雖然相關(guān)管理部門頒布了設(shè)計(jì)通航流量，但該流量仍有調(diào)整的空間。當(dāng)最低設(shè)計(jì)通航流量發(fā)生改變時(shí)，平均水深和河面寬度會(huì)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(jì)算簡(jiǎn)易性，應(yīng)考慮尋求建立河相關(guān)系參數(shù)與流量的直接聯(lián)系。擬先統(tǒng)計(jì)分析不同流量下敘渝段河相關(guān)系，然后提出河相關(guān)系參數(shù)隨流量的變化規(guī)律，進(jìn)而直接求得給定流量下穩(wěn)定航深法所需的河相關(guān)系參數(shù)。

　　2穩(wěn)定航深法改進(jìn)結(jié)果

　　提出的敘渝段河相關(guān)系參數(shù)與流量的關(guān)系，在10000m3/s下與朱沱站實(shí)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(jí)流量下分析了河相關(guān)系參數(shù)與流量的關(guān)系，因此擬合的河相關(guān)系式在洪水期的驗(yàn)證誤差相對(duì)較大。

　　3敘渝段航道最大開發(fā)尺度估算

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

　　本文初步分析設(shè)計(jì)通航流量增加400m3/s時(shí)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(jìn)穩(wěn)定航深法的公式基礎(chǔ)上，結(jié)合沿程優(yōu)良河段河相關(guān)系，計(jì)算敘渝段航道整治后在兩種流量下開發(fā)成各航道等級(jí)(設(shè)定航道整治寬度b=60~150m)可能達(dá)到的最大穩(wěn)定航深，后續(xù)將理論穩(wěn)定航深值與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)河航道等級(jí)下不同設(shè)計(jì)航寬的航深對(duì)比，即可判定河道可開發(fā)航道尺度。

　　4結(jié)　語

　　長江上游枯水期航道尺度不足問題日漸嚴(yán)重，而航道建設(shè)開發(fā)需要在考慮自然條件的基礎(chǔ)上估算最大開發(fā)尺度。本文基于河相關(guān)系理論，針對(duì)敘渝段實(shí)際航道情況，在傳統(tǒng)穩(wěn)定航深法的基礎(chǔ)上，對(duì)其存在的部分繁瑣工作進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，計(jì)算了不同設(shè)計(jì)航寬標(biāo)準(zhǔn)下的穩(wěn)定航深值，提出了宜賓至重慶段河相關(guān)系參數(shù)隨流量的變化關(guān)系，當(dāng)特征流量發(fā)生變化時(shí)，無需重新率定河相關(guān)系，可直接求得相關(guān)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(shè)計(jì)航道寬度的關(guān)系式，可直接計(jì)算設(shè)計(jì)航寬變化下的水深修正系數(shù)�；�于改進(jìn)后的穩(wěn)定航深法對(duì)宜賓至重慶段航道開發(fā)尺度進(jìn)行估算，結(jié)果表明：敘渝河段通過航道整治可達(dá)到Ⅱ級(jí)航道3.5m×100m及Ⅰ級(jí)航道4.5m×150m的標(biāo)準(zhǔn)，可為長江上游河段的航道建設(shè)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(jìn)后的穩(wěn)定航深法計(jì)算得到穩(wěn)定航深值，但在計(jì)算的過程中，一些重要參數(shù)并沒有根據(jù)實(shí)際情況分河段取值，如河流比降和糙率等，所以其計(jì)算結(jié)果對(duì)于較長河段來說往往只具有參考性，研究結(jié)果適用于類似河道、河岸組成相對(duì)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(jí)流量條件下研究了敘渝段河相關(guān)系參數(shù)和斷面形狀系數(shù)的變化規(guī)律，后續(xù)應(yīng)測(cè)量分析更多級(jí)流量下的變化規(guī)律以及糙率的取值，增強(qiáng)本研究的適用性。

　　參　考　文　獻(xiàn)：

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　　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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