东江观音阁浅滩航道整治工程设计文献综述

文献综述（或调研报告）：

东江，古称湟水、循江、龙川江等，珠江水系干流之一。发源于江西省寻乌县桠髻钵山，源河为三桐河。集水面积35340平方公里，河长562公里，平均年径流量257亿立方米。干流在龙川县合河坝以上称寻邬水，汇贝岭水后始称东江。浅滩是冲积河流中十分普遍的河床形态，也常是通航河流的主要碍航段。例如我国的长江、汉江、湘江、西江、黑龙江、美国的密西西比河等河流，浅滩都是最大的碍航问题。利用束水攻沙原理，构筑丁坝等整治建筑物缩窄浅滩段，使河床冲刷变深，达到通航水深要求．是有效而经济的整治工程措施。所以，对于东江观音阁浅滩的航道整治工程设计是对于通航条件和吞吐量等方面有着重要意义。

通过对水文站(河段内控制站)河床、水位、流量变化分析，研究河段内设计最低通航水位、设计最高通航水位确定方法，以便合理、准确地确定设计水位，为工程设计、施工等提供借鉴。为合理确定设计水位，根据近期河床演变情况及水文站水位流量情况，采用综合历时法、频率保证率法、水位流量关系法进行对比分析。结果表明：设计最高通航水位近期变化不大，宜采用频率保证率法确定；设计最低通航水位逐年下切明显。宜采用水位流量法确定。最低通航设计水位(简称设计水位)是航道尺度的重要组成部分，是进行航道工程规划、设计、施工和维护的主要技术标准。是确定枯水期航道通航标准水深的起算水位，是航道工程建设中重要的考虑参数。东江河段设计最低通航水位影响航道整治目标、整治标准的确定，关乎东江河段航道整治工程的设计方案，因此设计水位需准确、可靠，能够反映当前和未来一个时期的水文情势特征和河床演变趋势。《内河通航标准》规定，确定设计水位需采用连续的长系列水文资料，时间不短于20 a。因此在确定设计水位时，不能完全取用三峡蓄水后的短期水位资料而割裂河段长期以来的演变特征，也不能忽略河床的变化速度和变化趋势，因此对于处在河床调整的坝下游河床，设计水位的确定存在一定的难度。国内学者对这一问题也多有研究，如：李聪、刘晓帆分别采用蓄水后短系列的水文资料计算了长江中游和嘉陵江桐子壕电站下游的通航设计水位，李聪利用1981--2002年水文资料对短系列设计水位进行修正。曹民雄认为水沙数值模拟可以反映水位下降趋势，是确定坝下游设计水位最好的方法，但河床冲刷下切复杂，存在不确定性，推荐计算、分析相结合确定设计水位。本文以《内河通航标准》中设计水位计算的相关规定为基础，参照水沙数学模型得出设计水位预测值，并利用蓄水以来的最枯水位复核，反映出东江河段河道特性以及河床冲淤的新变化

在航道设计之前，要考虑航道建设的可行性。制约可行性的主要因素是当地的自然条件、政策规范和航道设计选取的模型。由于水流和泥沙的影响，河床会发生演变，水深也会发生变化，所以要以最新的实测资料为依托，以河道冲淤量、断面形态、宽深比及深泓变化等为基本参数，分析近期河段河床的演变过程。在此基础上，由于水道各河段碍航特性有所差异，因此如果需要可以根据实际情况对其进行分段分析，根据已知资料，可以初步确定建设规模：该河段按双向航道建设，建设目标为通航300t船舶的内河Ⅴ级航道。建设标准： 初步设计按照国家内河Ⅴ级航道标准建设，通航保证率为95％；航道尺度为：水深1.5m，航槽宽度40m，弯曲半径260m；代表船型尺度为：45.0times;8.6times;1.2～1.4m。

航道通过能力可反映航道过货最大能力，因此，准确计算航道通过能力，可了解航道能否满足不断增长的船舶通行量要求，对进一步发挥水运优势与潜力，提高航道利用率有重要作用。国内外计算航道通过能力大多根据以往经验，并使用多个修正系数，其中以西德公式、长江公式，、闵朝斌公式，具有代表性．西德公式以欧洲标准驳船(1350吨)为计算船型，引入运量折减系数、减载系数、减速影响系数等多个修正系数，但未能考虑同一航道混合交通流影响．长江公式考虑到船队通过桥身或其他控制河段对通过能力影响，而引进非标准船队影响总吨位系数．闵朝斌公式从交通流角度建立航道年通过能力计算模型，具有一定理论性，符合航道运行实际等优点．但其模型建立基于大量假设，实际使用中相关参数取值需较丰富经验，公式取值繁琐，应用较难。水路交通将通过能力分为基本通过能力与设计通过能力，基本通过能力指航道与交通状况皆为理想情况下单位时间内最大交通量，可用单位时间内最大过船量或单位时间内最大过货量表示；设计通过能力指考虑到天气、海况等现实因素对船舶交通影响下的通过能力，基本通过能力可按以下公式表达：式中为基本通过能力；W为航道宽度；为单位航道宽度上船舶密度理论最大值；v为平均船速．根据基本通过能力计算公式，将船舶航行中实时情况加以考虑，对计算公式中各参数进行改进，得到设计通过能力计算公式．

整治水位是一个非常关键的参数，主要是指与整治建筑物的头部齐平的水位。如果整治水位过高，不仅会导致工程量的增大，还可能因为水流作用时间的增加以及流速的增大，引发过度冲刷，从而影响航槽的稳定性，无法起到良好的整治效果；如果整治水位过低，则受水流流速较小以及作用时间过短的影响的影响，同样无法满足航道设计的要求。考虑到整治水位与河床边界条件、泥沙量以及水流等因素密切相关，从不同的逻辑思路出发，结合相应的理论依据，对于航道整治水位的确定，比较常用的方法包括经验法、平摊水位法、当前流量法、造床流量法以及加权法等。其中，前三种方法计算简单，道理浅显，因此在航道整治工程中有着广泛的应用。造床流量法和加权法是基于造床的观念，相对而言技术性更强。

航道整治线宽度是浅滩整治工程设计中的重要技术参数，它决定了整治段的断面形态及其尺度，直接影响到整治工程的成败和工程量，因而倍受关注．国内外均有许多学者或工程技术人员对此问题进行过专题研究，得出一系列经验或半经验的公式，整治线宽度研究已有半个多世纪的历史，其途径大致为经验分析方法、水力学方法和河流动力学方法三大类。河流动力学方法无疑是理论上最为完整的，不仅考虑了浅滩整治前后通过的水流变化，而且也考虑了泥沙运动及其引起的河床变化。其原理是从河道水沙运动特征出发，建立浅滩整治前后“输沙平衡”的概念。30年代美国人stmub就提出长距离河道缩窄后流量、输沙率不变的观点，建立了有关计算公式”。窦国仁1957年提出“河段整治前后输沙能力相等”，是国内的前导。浅滩的整治线宽度的有几个概念问题：1.“输沙平衡”问题：浅滩整治后，河床冲刷变形自动调整，经过一段时间后达到新的平衡状态。最终浅滩脊上的泥沙冲入下椿槽，枯水河床由“宽浅”型变为“窄深”型，满足航道尺度的要求。从多年平均概念的角度出发，在一个水文过程中，如在一个水文年内，浅滩段通过的水沙总量应该与整治前相等。单对输沙而言，即有2.上游来沙问题：浅滩整治后若年际间来水来沙的数量或过程有较大差异，如同浅滩整治前年际间的演变一样，航槽水深也会在不同时段、不同位置出现波动，这也是相同缩窄率时浅滩水深存在较大变幅范围的原困。3.河床冲刷问题：浅滩整治后，被冲人下深槽的泥沙是否计人整治前后输沙平衡关系式中?以往各研究者的观点不尽相同。作者认为，浅滩整治后由于输沙能力提高，上游来沙不足，必定是河床冲刷来弥补，这种冲刷是单向性随时间递减的。冲刷完全发展后，浅滩 段枯水形态塑造完毕，输沙能力与上游来沙相适应．河床自动调整后出现新的平衡状态，不再继续发生冲刷。这种单向性冲刷再恢复到输沙平衡需要一个相当长的过程，如果考虑的问题是处于这一过程中，则应计人冲人下深槽的沙量，如果考虑的问题是处于这一过程之后，则不必计入。4年内冲淤过程问题：浅滩整治后出现新的平衡状态，年均输沙总量虽与整治前相同，但年内冲淤变化过程发生了明显的变化。整治建筑物为低水建筑物，洪水期的束水作用甚小，浅滩淤积的规律与整治前基本相同。从洪峰未退水开始，随着水位下降，水流逐步归入由整治建筑物控制的枯水河槽，流速不断增大，输沙能力加强，使洪水期落淤的泥沙得以冲刷。当退水期水位降至整治水位时，即与整治建筑物头部高程齐平时，这种冲刷作用达到极限。水位继续下降时，输沙能力又逐步减小，直至设计水位时，河床无需冲刷，只需维持治理输沙平衡，保证航道设计航深即可。

整治线布置：根据滩段地形、地貌特征，遵循以稳深槽的主导河岸为依托，尽可能利用固定节点和固定边滩作为两侧控制点的原则进行规划。整治建筑物布置：为有利于固定上、下边滩、束水攻沙，达到增加水深的目的，我们选用了丁坝群方案。

接下来，我们需要对航道的疏浚土方量进行计算。航道整治工程设计中，应尽量避免经验法或估算法带来的经济损失。采用多层曲面叠加的方法将航道测量数据拟合成航道河床曲面函数,并以此航道曲面函数为基础,根据航道挖槽设计准则,进行航道挖槽中线确定、挖槽尺寸和工程土方量计算。首先，确定挖槽中线；然后，计算挖槽尺寸；之后，确定挖槽的疏浚区域；最后，计算工程土方量。

关于护岸的选择，其形式多种多样，根据水流泥沙条件和碍航特性，可以对不同的护岸形式进行比较，选择最合适的护岸形式。当藕池口水道出现两槽争流的情况时，航道维护工作比较困难，由于两槽争流，深槽冲刷发展速度较慢，容易出现航槽泥沙冲刷不及、水位退落过快造成的航道水深不足的局面。根据以上对藕池口水道碍航特性的分析，有必要实施局部守护工程，初步稳定水道左汊进口的滩槽格局，抑制航道条件的不利趋势。在此基础上，使用几种不同的护岸形式，然后对比几种不同的护岸形式的实际情况，结果表明，采用斜坡-直立混合式护岸结构形式，既保证了岸坡在受冲刷状态下结构的稳定性，又可避免对岸坡的大量开挖，破坏原有植被