芦林潭航道整治与通航条件研究

1、 . . 12/12芦林潭航道整治与通航条件研究 日期：濠河口芦林潭航道整治与通航条件研究图1.1濠河口河环全局图图1.2 濠河口轮廓示意图图1.3 小流量时的河段卫星图 图1.4大流量时的河段卫星图项目研究的背景与主要容1.1 项目研究的目的意义与国外概况湘江是长江的最重要支流之一，自然条件极为优越。湘江干流全长856，流域面积946602，在省境湘江长670，流域面积853692，占省土地面积的40%。湘江水量充沛，水系发达，河床稳定，含沙量少。目前湘江通航里程达2000。 近年来，湘江水运增长迅速，2005年湘江货运量已达5379万吨，且船舶大型化趋势也明显加快，千吨级与以上船型已成为湘

2、江主力船型，设计吃水大于2m的占90%，大于2.6米的约占70%。原有航道条件已严重制约湘江水运的进一步发展。为此，省交通厅于2006年对湘江干流航道规划进行了修编，将湘江城陵矶439公里河段的航道标准由级提升为级。濠河口系湘江汇入洞庭湖的河口，濠河口以上为湘江干流，濠河口以下为湘江洪道，为拟建的两千吨级航线所必经之水域；西支长33，经家坝滩群，于临资口处汇合资水东支，合流而下至芦林潭，复与东支汇合，经营田、鹿角进入东洞庭湖；湘江洪道西支的濠河口至临资口到毛角口河段，为省澧湘航线上的著名的“三口两段”的一部分，该航道已于“七五”期间建成，满足300吨单驳组成的船队航行，目前正在进行千吨级航道整

3、治的施工建设。研究河段上起濠河口，下迄芦林潭。濠河口连续急弯河段位于湘江洪道东支的进口，包括进口弯道、谭家洲弯道、与星月洲弯道三个紧连的急弯水量主要来自湘江干流与其各支流流域的降水，同时有资水东支汇入。受长江、沅水、澧水入湖后的水位顶托，水文条件十分复杂，河流动力条件变动大，防洪、港口与各滩之间相互的影响关系错综复杂。洪道西支的千吨级航道整治工程接近完成，在东支2000吨级航道的整治过程中，不得影响西支已取得的整治效果。因此，为了研究不同水流条件下，险滩整治工程实施前后，该河段水流流态与特性的变化，分析整治工程对该河段通航和防洪安全的影响，处理好航道整治与行洪的关系，必须开展该改河段的整治研究

4、，确保整治工程方案达到预定的目的。同时也为了对濠河口连续弯道的通航条件进行更为细致的研究，必须开展船模试验研究，对相应滩险整治方案的通航条件与优化提出意见和建议。1.2 项目目标和主要研究容（要解决的主要技术难点和问题）1.2.1 目标（1）利用水流数学模型，计算东支整治后的通航水流条件，保持东西支分流比基本不变。（2）利用船舶物理模型，论证濠河口邻近一段连续弯道的通航条件，经优化的整治工程方案被设计单位采用。通过局部正态定床河工模型，对濠河口邻近的一段连续弯道进行船舶模型试验。本河段在濠河口分汊后立刻连接连续弯道，水流和航行条件十分复杂。在充分掌握不同整治方案的水流特点的基础上，通过船模试验

5、，得出船舶航行迹线、漂角、对岸航速等参数，对该段航道的通航条件进行论证，进一步优化整治方案。2 模型的设计制作 本试验研究采用正态定床水流物理模型、小尺度自航船模试验相结合的研究方法。2.1 物理模型的设计与制作2.1.1物理模型的设计模型围上起下萝卜洲，东支至洋沙河口上游700m，西支至濠河口下游500m，模拟河道总长9680m（见图2.1）。模型的几何比尺受诸多条件和因素的限制。根据模型围、实验场地条件和船模实验的需要，采用正态模型，几何比尺为1：100。（1）几何相似：（2）水流运动相似：按河工模型水流运动相似性基本准则，定床模型水流运动相似应满足重力相似、阻力相似、水流连续相似等条件。

6、 重力相似： 阻力相似：采用曼宁糙率公式 则流量比尺为：（3）模型设计的限制条件考虑模型设计流量下水深为2.6m，流速为0.5m/s，水温为20，求得相应模型水流雷诺数为：满足模型水流处于阻力平方区要求。原型设计航道水深2.6m，相应模型水深为2.6cm，模型水流表面力的影响很小。2.1.2 物理模型制作与布置2.1.2.1模型制作模型制作所依据的地形图采用省航务勘察施测的2004年2月1：2000测图和2008年3月1：2000测图。为了保证断面高程控制精度，模型采用断面板法用水泥砂浆刮制而成，制模平面采用三角形导线网控制，共布置121个断面，模型断面间距6080cm，特殊地形采用等高线控制

7、。高程控制误差小于1.0mm，平面控制误差小于1.0cm，符合河航道和港口水流泥沙模拟技术规程的要求。2.1.2.2 模型加糙根据省航务勘察设计研究院20102011年实测的4级流量（洪水、中水、枯水、壅水）水文资料计算，研究河段的综合糙率为0.0240.038。相应模型糙率为0.0120.014，采用水泥砂桨抹面，大部分模型河段不需要加糙即可与原河床糙率相似。原河床局部糙率较大的区域，在验证试验阶段对局部模型河段加糙，以保证其糙率相似。2.1.2.3模型水尺布置参照2008年地形测量时沿程实测水尺点位置，同时河段情况与试验要求，增设了部分水尺，模型共布设21个水位观测点（图2-2）。图2.2

8、 模型水位测针布置图2.1.2.4 模型控制和量测设施兼顾大流量和小流量的试验要求，模型流量采用三角量水堰和矩形堰相结合控制。模型水位采用SCM60型水位测针读取。读取精度0.1mm。模型尾水位采用格栅式横拉门加微调阀门进行控制和调节。在整个模型围采用清华大学研制的VDMS系统进行表面流场测量，断面流速采用水利科学研究院研制的OA型旋浆流速仪测量。2.2物理模型的验证试验物理模型验证是检验模型相似性的主要手段，根据模型相似要求，定床实验阶段主要对水面线、断面流速分布、流量与分流比等项容进行验证。3 整治原则与标准3.1 整治原则与方案濠河口至芦林潭的整治原则为：（1）因地制宜，因势利导。整治河

9、段中，浅滩段年际间变化也较大，整治时要正确掌握其演变规律与成滩原因，顺应河势，因势利导。（2）以中枯水整治为主，以利于行洪。（3）控制分流比，尽量不改变东、西支分流比，不影响西支千吨级航道。（4）整治工程措施不影响防洪大堤。濠河口至芦林潭的整治方案一（图4.1）：继续切除进口右岸突咀，使弯曲半径加大到550m，切咀的土方用填塞左岸深潭，表面采用雷诺护垫护底，尽可能不改变东西支分流比，同时保护堤脚。切咀以下河段按设计航道尺度布置挖槽，对不满足航深的部分进行疏浚。濠河口至芦林潭的整治方案二：利用泄洪道通航，将泄洪道加宽到150m，水深3.5m，全长约2000m，疏浚土方除加高培厚原防洪大堤外，其余

10、抛在凹岸深潭，其表面同样采用雷诺护垫护底。经分析比较，方案二虽然减轻洪水对濠河口左岸大堤的威胁，且能缩短航程。但工程量大，且新河与湘江干流交角偏大，航道的稳定性有待进一步研究。新河距右岸大堤的间距只有30m对其安全也有影响。故推荐采用方案一。4.1 建设规模与设计标准根据濠河口至芦林潭航道整治工程的要求，要达到2000t级通航标准，按照河通航标准（GB50139-2004）的要求，具体整治标准如下：整治后通航保证率：98%设计船队尺度：2000t级机动驳尺度为：75m16m2.6m（自航船长船宽满载吃水）；22000t级顶推船队尺度为：182m16m2.6m（船队长船队宽满载吃水）航道尺度：2.875550m（水深航宽弯曲半径）船模的测控设备船模经缩尺后，其容量、载量都有限，除安装必要的遥控、动力和变速等设备和驱动电源外，不可能再安装其它的测量设备，需要应用更为实用和先进的测试技术。本试验采用的测试系统为VDMS实时测量系统。该系统由29个CCD摄像机、视频传输线、视频分配器、视频采集卡、舵角测量仪与两台配备了流场实时测量系统（VDMS）的计算机组成。可实时测量船模航行时的船位、操舵过程，同时进行数据处理，获取所需的船模航行参数。船模航行状态判别标准船舶在航行过程中，其航行状态取决于水流条件与船舶本身的动力特性与其操纵性能。从船舶航行安全角度出发，分