金沙江黄毛坝滩的航道整治效果分析

谭建1，赵志舟2

摘要：黄毛坝滩是向家坝库尾河段一道严重碍航的急弯险滩，本文采用典型工况下的实测水流条件分析、实船适航操纵指标检测，辅以其他工况下数学模型计算方法，较全面地评价航道整治工程的整治效果。研究表明该工程的整治效果良好，并提出进一步改善整治效果的建议。

关键词：向家坝库区；急弯险滩；整治效果

Analysis of the effect of waterway regulation on Huangmaoba Beach in Jinsha River

Tan Jian 1，Zhao Zhizhou 2

(1.Yunnan Port and Shipping Investment and Construction Co., Ltd , Kunming 650000, China；

2. Chongqing 400074, China Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

Abstract: Huangmaoba shoal is a serious obstacle to navigation in the Xiangjiaba Reservoir. In order to evaluate the effectiveness of waterway regulation projectscomprehensively，this article adopts the detection method of measured water flow conditions and actual ship airworthiness control indicators under typical working conditions，and supplemented by mathematical model calculation and analysis methods under other working conditions. It showed that the remediation effect of this project is good. To getting further improve the rectification effect the suggestions and measures be provided.

Keywords: Xiangjiaba Reservoir；Sharp bend and dangerous shoal；Rectification effect

根据航道工程建设管理规定，要求试运行期工程效果和运行能力符合设计，重要滩段还需要选用设计船型进行实船适航检验。为了总结整治工程建设经验，也往往需要对航道整治工程的整治效果进行评价[1]-[2]。黄毛坝滩是向家坝库尾河段一道严重碍航的急弯险滩，通航条件受上下游水电站的显著影响，如何选择整治效果检测工况、检测指标及评价方法，是进行库尾滩段整治效果合理评价的重要前提。

1.工程河段概况

1.1工况概况

金沙江是长江黄金水道的重要组成部分，云南省实施了金沙江溪洛渡至水富高等级航道建设工程，主要对向家坝坝址至于溪洛渡坝址全长156.6km河段中的碍航滩险进行整治。黄毛坝滩位于向家坝变动回水区，下距向家坝129.96km、上距溪洛渡大坝26.54km，是该整治工程河段中碍航程度相对较高的一道滩险。

图1黄毛坝滩2012年河势与航道整治设计方案

黄毛坝滩工程河段为 “S”型弯曲河道，两岸凸咀交错，整治前该滩河道弯曲半径仅450m（见图1），受航道弯曲半径限制，航道右边线贴近河道凸岸，该处水深和有效航宽不能满足要求，影响船舶安全航行。此外，受左右两岸交错深入江中突嘴影响，流态较为紊乱。

1.2水文

溪洛渡水电站是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等巨大综合效益的工程。2021年溪洛渡日均出库流量过程见图2a, 溪洛渡2013-2018年多年出库月平均流量见表1。

a)入库流量                                      b）坝前水位

图2  2021年向家坝入库流量与坝前水位

向家坝枢纽设计运行正常蓄水位380.00m、死水位与防洪讯限水位均为370.00m。向家坝汛期6月中旬～9月上旬按汛期限制水位370m运行，9月底蓄至正常蓄水位380m；10～12月一般维持在正常蓄水位或附近水位运行[3]，2021年向家坝日均上游水位过程线见图2b。

表1 溪洛渡多年出库月平均流量

月份	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
流量(m3/s)	2249	1979	2204	2502	2521	3447	7391	7763	8286	5940	3125	2188

1.3河床演变

黄毛坝滩河段蓄水前左岸黑梁子枯水位343m左右，2012年向家坝蓄水后黑梁子凸嘴淹没挑流，凸嘴下游左岸向河心淤积，2021年2#断面（断面位置见图1）深泓线向右摆动约15m，右岸侧主槽深泓河床降低约2m；但进出口段1#断面处深泓线位置相对固定。工程河段多年来深泓总体稳定，未出现河床剧烈演变现象。

1.4整治标准

经过少数滩险整治后向家坝库区航道可达到Ⅲ级航道标准[4]，本滩段按Ⅲ级航道标准建设，设计1000吨级货船尺度为68×12.8×2.6m（长×宽×设计吃水）。设计航道尺度2.6×60×480m（航深×航宽×弯曲半径），设计最低通航水位保证率98%。

参照长江、金沙江多年来对船舶上滩能力的相关资料[5]，可将消滩综合判数E 的允许值0.60作为过滩能力的判别标准，式中L为设计标准货船长度。

（1）

2.碍航特征与整治方案

2.1碍航特征

⑴黄毛坝弯道航段弯曲半径仅450m，小于设计半径480m要求。

⑵两侧凸嘴挑流，加之有扫弯水，局部流态紊乱，形成急弯险滩。在向家坝消落期372m水位运行条件下，滩段1200m3/s、3000m3/s流量时水流动力轴线弯曲半径约185m、中洪水流量6000m3/s时水流动力轴线弯道半径约320m，导致弯道9#流速断面以下水流与左侧航线有较大交角，如在6000m3/s流量时11#断面处交角达26°（见图3a）。

2.2设计整治方案

⑴设计方案清除了黄毛坝右岸侧碍航凸嘴以增大弯曲半径（见图1），同时可扩大过水面积、改善流态。黄毛坝航道按弯曲半径480m、航宽60m布置，并在右侧加宽26m。

⑵对黄毛坝滩清障形成的岩质高边坡进采用采用抛理块石与干砌块石护面进行防护。

该滩2020年10月开工、2022年3月完工，共疏浚27911m3，边坡防护长度为240m。

a)整治前

b)整治后

图3 流量6000m3/s工况3整治前后流速分布

3.整治效果分析

3.1平面二维水流数学模型计算结果分析

2023年7月在滩段流量3300m3/s、出口水位373.30m工况下，进行了滩段的水位、流速流向的测量，该工况下主流流速0.6~0.8m/s，水流平缓总体呈现库区水流特性。

为了分析不同工况下航道条件的变化，通过整治河段实测水文验证后的平面二维水流数学模型，计算了整治前后航道的水流条件。

表2 数模计算工况

工况	流量(m³/s)	滩段出口水位(m)	备 注
工况1	1200	370.04	流量P=98%、坝前消落水位370m
工况2	3000	372.00	流量P=65%、坝前水位P=86%
工况3	6000	372.00	流量P=28%、坝前水位P=86%
工况4	9000	372.00	流量P=13%、坝前水位P=86%

整治工程河段处于水库变动回水区，考虑不利因素选取的计算工况见表2。工况1为设计最低通航流量1200m3/s、库区坝前为汛期限制水位370m运行工况，工况2~工况4考虑坝前水位为保证率86% 的中洪水流量。

⑴航道水深

在1200m3/s设计流量工况1时整治后滩段水位跌落0.01~0.02m，3000m3/s流量下水位跌落0.02m，6000m3/s流量下水位跌落0.04m，9000m3/s流量下水位跌落0.10m。

黄毛坝滩整治后设计最低流量工况1的水深见图4，整治前60m航宽右侧边缘航深为6~7m，但右侧边缘距离水边仅约8m、不满足航道最小安全距离要求。

图4整治后设计流量工况1时航深	图5整治后上行航线消滩水力指标变化

整治后右岸水边线向岸侧后退约37m，依据竣工地形航道边缘最浅点高程为362.96m、相应航深7.08m，大于3m航深要求。

⑵航道弯曲半径与航宽

设计直线段航宽为60m，黄毛坝弯曲航段半径为3倍设计船队长度（3×160=480m），弯曲段航道加宽值△B可按下式估算：

                                      (2)

式中：L为顶推船队长度(m)，R为航道弯曲半径(m)，B为直线段航道标准宽度(m)。计算得弯曲段右侧航道加宽值为26m。

顺直航段航迹线宽计算时采取的漂角为6°，适航试验金川888船通过该河段时实测最大漂角为15.9°，说明弯道段航道加宽是有必要的。

⑶整治前后水流条件变化

在1200m3/s流量工况1整治前河段主流流速0.2~0.3m/s、3000m3/s流量工况2主流0.6~0.7m/s，整治后航道右侧边缘流速仅增加0.05~0.10m/s。黄毛坝弯曲段水流动力轴线弯曲半径小于航道半径，工况1、工况2时水流动力轴线半径约185m，但此两级流量工况下水流总体较为平缓，且整治后疏浚区附近航道主流与航线的交角减小约4°，扫弯水也有改善。

由于疏浚右岸凸嘴增加了泄水面积，整治后6000m3/s流量工况3时主流1.2~1.5m/s，疏浚区附近主流较整治前减小0.03~0.07m/s；9000m3/s流量工况4时主流1.8-2.4m/s，疏浚区附近主流减小0.01~0.12m/s。工况3、工况4时水流动力轴线半径约320m，由于纵向流速增大、扫湾水也较中枯水增强；加之弯道出口左岸黑梁子岸线凸出挑流，上水航线处斜流较强，6000m

3/s流量时该位置上水航线流速1.41m/s~1.57m/s（图3b），9000m3/s流量时该位置处流速2.15m/s~2.44m/s，此两级中洪水流量时斜流与航线交角达24°。

右岸侧碍航凸嘴疏浚后进口段比降减小，6000m3/s流量时最大比降由整治前的0.86‰减小为0.73‰，9000m3/s流量时由0.51‰减小为0.44‰；但受左岸黑梁子岸线凸出挑流影响，该段在位置比降与整治前相近，工况3、工况4分别为1.07‰、1.91‰。

⑶整治后过滩能力

整治后计算工况下上行航线消滩水力指标沿程变化见图5，中枯水流量工况下水流平缓、航行阻力也小。中洪水流量时由于11~14#断面位置上水航线处斜流较强，6000m3/s、9000m3/s流量工况下该位置处上行阻力也相对较大，工况3消滩水力指标最大值由整治前的0.43减小为0.33，工况4整治前后均为0.58，满足船舶自航上滩要求。

3.2实船适航试验结果分析

⑴试验船舶与测试设备

本次试验船舶选用金川888，船舶主要技术参数见表3。试验时实际装货1200t，装货后船舶实际船艏吃水2.39m、船艉吃水2.6m，满足设计船型的吃水要求。

表3金川888号船舶主要技术参数

技术参数	数值	技术参数	数值
总长	77.80m	空载排水量	503.45t
船宽	10.80m	满载吃水	2.98m
型深	3.78m	空载吃水	0.97m
总吨	1055t	最大船高	9.9m
满载排水量	2036.38t	参考载货量（BC级、J1）	1504t

根据习惯航线调查，确定的实船试验上行、下行航线见图3b，航迹均基本在设计航道的范围内，与天然航道航法相符合。在船艏、船艉中轴线各布各设1台RTK终端测量航迹线、航速、漂角，通过三维电子罗盘测量船首向和船舶横倾角。采用高清摄像机对转速与舵角指示器进行录像采集，后期进行数字图像处理得到主机转速与舵角变化。在试验船上建立局域网，将测量设备连接为一个系统，以保证各测量数据的同步采集。

表4适航船舶操纵参数

航次	主机最大转速（r/min）	航速（m/s）	舵角(°)	最大漂角(°)
上行	829	2.39	右11~左16	15.9
下行	828	3.71	右16~左11	10.9

⑵适航船舶操纵特性

2023年6月在进行现场流速流向测量的同时，试验船舶进行了上行、下行试验，实测船舶操纵特性见表4。上行最小航速2.39m/s，主机仅使用总功率的57%，试验船舶未出现用满舵、大舵和急舵来控制船艏向，试验船舶舵效足够。试验表明，适航工况下的航道条件满足设计船型安全航行要求。

3.3.进一步改善整治效果的工程措施

由于左岸黑梁子岸线凸出挑流，整治后中洪水流量时上水航线处斜流仍然较强，不利于船舶航行安全，数学模型试验表明，切除黑梁子凸嘴可明显改善流态。金沙江向家坝库区航道建设工程（四川凉山段）航道整治措施包括了切除该凸嘴[5]。

4.结论

黄毛坝为库尾河段急弯险滩，疏浚右岸碍航凸嘴后航道尺度达到整治标准要求，通航水流条件有明显改善，取得了良好的整治效果。本文采用典型工况下的实测资料检测、辅以其他工况下数学模型计算分析方法，能较全面地评价库尾滩险的整治效果。

参考文献

[1]张豪,彭晓婷,陈妙初等.航道整治工程质量评价指标体系研究[J].浙江工业大学学报,2019,47(06):632-636.

[2]陈怡君,江凌.长江中下游航道工程建设及整治效果评价[J].水运工程,2019,(01):6-11+34.

[3]钟加星,董增川,姚弘祎等.梯级水库群多目标优化调度规则研究——以溪洛渡-向家坝为例[J].水力发电学报,2021,40(09):46-54.

[4]吴林.金沙江向家坝库区航道定级研究[J].中国水运(下半月),2021,21(04):14-15.

[5]四川省交通勘察设计研究院.金沙江溪洛渡至水富航道建设工程工程可行性研究报告[R].2019.

作者简介：谭建(1975－ )，男，重庆开州人，高级工程师。*******@qq.com

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收稿日期： 2024-1-15