三峡工程施工期滩险整治研究

三峡工程施工期滩险整治研究

三楼建成后，将对能源、防洪和交通运输产生重大影响。在三峡工程建设期中,坝前水位按135m、156m、175m逐步抬高,在135m和156m蓄水期,20年一遇洪水回水均至涪陵;按175m正常蓄水位运行后,20年一遇洪水回水影响至重庆市木洞镇。库区河道水位抬高对航道存在有利与不利影响:一是库区水深增大,水流减缓,绝大多数河段航行条件得到改善;二是库区水流条件受壅水影响,改变了天然河流的泥沙冲淤状态。在天然情况下,库区航道为洪水期泥沙淤积,随着水位下降,淤沙逐渐冲刷,年内冲淤基本平衡。由于三峡工程采用“蓄清排浑”的水库调库原则,库区部分河段在洪水期淤积的泥沙,在水库消落时,得不到及时或彻底的冲刷,从而使泥沙出现累积性淤积,导致航槽出浅、倒槽或易槽;三是天然情况下部分滩险在某一水位段出现滑梁水,但大坝蓄水后,滑梁水持续时间延长,使滩险碍航程度加重。另外,在变动回水区末端,由于汛期坝前水位降低,变动回水区基本处于天然状态,原有的一些急险滩河段,仍存在较大的急流、横流及泡漩、乱水,对航行仍产生较大危害,需及时安排整治,以满足各蓄水期船舶安全航行的需要。1完善海滩保险的确定据长江航道局组织的有关专家对三峡库区航道现场踏勘和研讨,确定在三峡工程施工期急需整治丰都至洛碛的9处滩险,整治滩险的位置分布如下:2海滩保险的赔偿原则和标准2.1河道尺度适当延长滩险整治原则除了根据河道具体情况,遵循因地制宜、因势利导等一般原则外,还应遵循以下原则:1)对于出现较大的泥沙淤积使航道尺度不够或航槽易位时,考虑布置整治建筑物并配合一定的炸礁和疏浚,使航道尺度满足要求。2)对于河中礁石或岸边石梁引起的滑梁水时间延长,一般考虑炸除礁石和石梁,消除或尽量缩短滑梁水的碍航时间。3)考虑减小工程投资和降低施工难度,各滩整治施工时间应定在该滩被淹没的蓄水位之前,以避免陆上工程变为水下工程。2.2标准的改进2.2.1主要通航航道条件在135m和156m蓄水位期,变动回水区维持现行的通航船队标准,在175m蓄水后,库区航道条件将得到很大改善,船型和组队方式将相应改进,根据交通部《三峡工程通航标准》拟定的代表性船队如表1。2.2.2“三”级航道标准变动回水区航道尺度标准的确定应与各蓄水期及各区间通航的标准船队紧密结合。本文论述的整治滩险均处于忠县以上,故在135m和156m蓄水期采用标准船队为现行的3000t级船队,相应尺度标准为2.9m(航深)×60m(航宽)×750m(弯曲半径)。在大坝按175m正常蓄水后万吨级船队相应航道尺度标准为3.5m×100m×1000m。对石质和卵石质河床,航道水深应适当增加。2.2.3通航水文标准标准船队通航水文标准即为其自航上滩时,水面比降与表面流速的临界值。2.2.4设计最低通航水位最低通航水位采用长江科学院编制的《三峡库区变动回水区最低通航水位计算分析报告》提供的数据。该报告已计算出库区各计算断面在各需水期的日平均水位,针对具体滩险,利用综合历时曲线法,先计算出其上下相邻两断面保证率99%的水位,再根据其所处的相对位置,用内插法推求滩段的设计最低通航水位。最高通航水位和最高通航流量应分阶段确定,在135m和156m蓄水期通航3000t级船队,设计洪水标准为重现期十年一遇。三峡工程建成后通行万吨级船队,目前尚无统一标准,在进行变动回水区航道整治设计时,最高通航标准采用物理模型试验确定,从观音滩、和尚滩两滩的试验结果看,万吨级船队最高通航流量宜定为30000m3/s,如果标准再提高,按前述通航水文标准整治,工程投资将成倍增加。3海滩保险的分类和处理3.1滑梁水滑梁水此类滩险有蚕背梁、花滩、灶门子和马风堆四处,其特点为在岸边或江中有突出的石梁或礁石,使航道束窄,成为单行控制河段,有的石梁当水流漫过梁顶,产生漫向石梁的横流,即“滑梁水”,船舶航行时有可能被滑梁水推向石梁而发生触礁事故。滑梁水往往是在某一水位段发生的,三峡大坝蓄水后,滑梁水位段持续的时间较天然情况有所延长,对航行的危害加大。3.1.1增上加固后的滑梁水整治方案蚕背梁滩是川江著名的中水滑梁险滩,河道被纵卧江中长达1100m的蚕背梁分为两槽,主槽(右槽)在水位134.3m～140.3m之间时(注:本文采用吴淞高程系统),两岸均产生强烈的滑梁水,在135m和156m蓄水期,滩段最低通航水位由131.28m抬高至135.14m,滑梁时间较蓄水前延长两个多月。其副槽(左槽)瓦子浩经多次炸礁,形成底高为132.8m,宽90m的顺直航道。考虑到右槽流速大,滑梁水出现时间长,工程量大等因素,整治方案确定为进一步炸深左槽,炸礁底部高程为135m蓄水后最低通航水位下3.5m。为充分利用已形成的90m宽航槽,炸礁宽度按90m设计。通过整治,大坝蓄水后,船舶可全年通航瓦子浩,从而避开左槽滑梁水的影响;在大坝蓄水前,亦可提高瓦子浩航槽的利用率,充分发挥其整治效果。3.1.2石梁顶部滑梁水滩滑梁治理花滩滩段长3.5km,亦为中水滑梁险滩,岸线极不规则。上段老虎梁和下段白浅处河道较窄,中水期水流乱、急,同时产生向左岸的滑梁水势,中段有鸡飞梁、牛脑壳、纤台角,由于其后地势低洼,当水流漫过石梁顶部时同样产生滑梁水。该滩滑梁水位为137m～145m。在135m蓄水期,滩段最低通航水位较蓄水前抬高0.9m,滩势变化不大,但在156m蓄水期,最低通航水位抬高至140.9m,年内滑梁水持续时间延长近两个月。整治方案为炸低碍航石梁的部分突咀,达到减弱滑梁水并使滑梁区域尽量移向岸边,从而增大有效航行宽度。上下口处通过炸礁后,扩大了泄水面积,流速也将得到减缓。3.1.3横流水势影响此两滩均为江中孤礁,枯水期行船视线受挡,其两侧河道水深较大,但单侧河道的宽度被缩窄,当流量加大时,流速较大;在礁石头部,由于水流受阻而分向两边,在尾部,由于两侧水面不一致也会产生横流;当水位上涨淹没礁石顶部,其上又不能过船时,亦将产生漫向石梁的滑梁水,威胁船舶的安全航行。两滩均采用炸低礁石的方法进行整治。马风堆在135m蓄水期不受壅水的影响,为尽早取得效益,炸礁底高按天然情况最低通航水位进行控制。灶门子滩在135m和156m蓄水期,由于水位抬高,横流水势持续时间较长,炸礁底高按135m蓄水期最低通航水位下3.5m进行整治。两滩整治后,当石梁顶部能过船时,原礁石两侧的河道均得到充分利用,航线顺直,航道宽度大大增加,可消除控制河段。3.2坝前水位冲淤,妨碍航浅此类滩险有青岩子、土脑子和上洛碛三处,为宽阔分汊河段或弯曲河段。由于大坝采用“蓄清排浑”的调度原则,每年4、5月份为水位消落冲刷期,但是此时的流量比较小,坝前水位又抬高产生壅水,从而使洪水期淤积的泥沙得不到及时冲刷而滞留于滩段,使航道尺度达不到要求而形成碍航浅滩。3.2.1水文物理模型试验验证土脑子河段为一宽阔的分汊河段,洪、枯水期水面宽度相差甚远。在175m蓄水后航行条件优良。为弄清施工期的碍航情况,长江航道局利用1961年至1970年十年的水文资料,结合水库调度方式进行了135m和156m蓄水期河床演变的物理模型试验,结果表明在156m蓄水期,经丰沙枯水水文年水沙作用后,航槽内水深不能满足通航要求。鉴于本滩出现碍航的时间较短,且在特殊水文年后才出现,故整治方案采用维护性疏浚,不需布置整治建筑物。3.2.2泥沙治理方案青岩子滩亦为一宽阔分汊河段,江中巨大的金川碛将河道分为左右两槽。左槽较顺直,但槽底礁石多,底部较高,在当地水位1.5m以下断流;右槽为枯水航槽,但河道弯而窄。汛期主流趋直偏向左槽,右槽为回流漫水区,泥沙大量落淤,退水期泥沙不能完全冲刷而形成弯道浅滩,天然情况下已出现碍航。大坝按156m蓄水后,由于冲沙期受壅水的影响,水流冲沙能力减弱,淤沙将逐渐增多。三峡工程青岩子河段泥沙模型试验成果表明,在156m蓄水期,由于泥沙累积性淤积,滩势将逐年恶化;当大坝按175m蓄水位运行一定时期后,右槽将全部被泥沙淤塞,不能通航,主流则转向左槽,发生“倒槽”现象,但左槽内礁石纵横,将影响安全通航。青岩子滩河床与水沙条件十分复杂,根据物理模型和数学模型分析,认为在三峡工程施工期,仍保持右槽通航。整治方案采用炸礁和疏浚,切除右槽左侧部分突出的暗礁和浅碛,以拓宽加深航槽,同时在右岸建一道丁顺坝,使主流偏向浅区,增大水流的冲沙能力。至于175m蓄水后,出现“倒槽”,该滩采用何种方案进行整治,目前,有不少科研单位正在进行分析研究。3.2.3低水势偏,消滞降稳,保证航槽稳定上洛碛滩是川江著名的弯道浅滩,位于一宽阔的弯曲河段,枯水期具有弯、浅、险的特点。其成因一是因为上游洪水河宽仅650m,至滩段骤然放宽至1350m,使水流扩散,挟沙能力减弱;二是上游右岸南屏坝边有数道石梁挑流,将洪水主流挑向洛碛边滩,使大量卵石推移质停淤在碛翅处,而泥沙则落淤在右侧大面积缓流区,冲沙期,主流偏右,淤沙冲刷而碛翅得不到完全冲刷而出浅。河道中,与碛翅相对处有多处暗礁,船行至此,左要防碛翅处擦浅,右要防暗礁,航线十分弯曲,操作困难。在135m蓄水期,滩段处于天然情况,在156m消落期,水位抬高4m以上,滩段产生累积性淤积,滩势加重,在175m蓄水期,滩段处于常年回水末端,最低水位较天然情况抬高2m,航槽左移,水深亦不能满足万吨级船队的通航要求。考虑到经济合理与远近结合的原则,此滩整治方案经分析研究,采取疏浚与筑坝措施。疏浚上洛碛突出江中的水下碛翅,拓宽枯水航槽,增大曲率半径,同时在右岸建5道丁坝,束水冲沙,以保持航槽稳定。当水库按175m水位运行后,可将丁坝继续延伸、加高,配合挖槽疏浚进行整治,以达到万吨级船队通航尺度的要求。3.3洪水冲滩3.3.1联浮式滩段观音滩是川江著名的洪水急流群滩,长约5km,上行船舶在汛期常需扎水停航。在滩的下段、中段和上段两岸均有多处石梁对峙,形成多处急流卡口。据观音滩河段物理模型试验,在135m和156m蓄水期,滩势有所减缓,在175m蓄水期,当流量在25000m3/s以上时,滩段流速、比降不能满足万吨级船队上滩的要求,年通航期仅50%左右。该滩的整治措施主要是炸除两岸的突出石梁,增大泄洪断面,以达到降低流速比降的目的。经过物理模型试验多方案比选,需炸除观音滩和朱家咀石梁,观音滩炸礁底高为131.83m,朱家咀炸礁底高为132.34m。通过整治,观音滩万吨级船队最大通航流量将提高至30000m3/s,年通航期可达80%以上。试验中,还对继续提高通航流量进行了探讨,结果表明,投资将大大增加,而收益并不大,是不经济的整治方案。鉴于炸礁底高均在135m以下,为避免水上炸礁变为水下炸礁,增大投资和施工难度,需提前在135m蓄水前进行整治施工。3.3.2物理模型试验研究和尚滩长1km。在滩段内,左岸郭家咀和群猪滩石盘与右岸和尚滩石盘交错对峙,束窄河床,形成急流滩。在郭家咀处,由于其后地势低洼,当水流漫过石盘后伴有强烈的滑梁水。大坝蓄水后滩势变化与观音滩相似,在135m和156m蓄水期,滩势有所减缓,但在175m蓄水期,当流量大于25000m3/s时,滩段内流速、比降均大于万吨级船队的通航标准。为寻求合理的整治方案,西南水运工程科研所对该滩进行了物理模型试验。通过方案比选,确定的整治方案为炸除郭家咀和和尚滩石盘。整治标准与观音滩相适应,即确保30000m3/s及以下流量满足万吨级船队的通航要求。和尚滩和观音滩最高通航流量定为30000m3/s,当实际流量大于此标准时,船队须减载航行。4护岸、护坡效果分析三峡工程施工期变动回水区航道整治任务必须在2003年以前全部完成。到目前为止,已竣工的滩险有蚕背梁、灶门子、花滩、和尚滩和马风堆5处,其中蚕背梁、灶门子、马风堆已经过一个水文年的检验,并进行了整治效果观测。蚕背梁整治后,副槽瓦子浩内水流平顺,槽内基本无泥沙淤积,