山区河流弯曲放宽河段 卵石浅滩整治技术

1. 山区河流弯曲放宽河段 卵石浅滩整治技术 港航工程系：赵志舟 2008.12.19

2. 汇报内容 • 1.山区急弯放宽河段概况 • 2.铜鼓滩碍航成因与整治方案研究 • 3. 同类型卵石浅滩的整治 • 4.弯曲放宽分汊河段卵石浅滩整治技术

3. 1.山区急弯放宽河段概况 在山区河流弯曲放宽段大多形成分汊河型，川江、澜沧江等西南山区河流河道分汊多出现在弯曲狭窄河段下游的放宽段，多为两汊形态，其碍航特征表现弯、浅、险，是山区河流整治中最为复杂的河型之一。

4. 铜鼓滩河势图

5. 1.1 试验研究目的 神背嘴河势图

6. 1.1 试验研究目的 风簸碛河势图

7. 弯道放宽率变化范围在1～2.6，弯道中心角的变化范围为70°～130°。弯道放宽率变化范围在1～2.6，弯道中心角的变化范围为70°～130°。

8. 2. 铜鼓滩碍航成因与整治方案研究 • 2.1 铜鼓滩河段概况 ①铜鼓滩位于宜昌上游996.0km，② 上口左岸九龙滩和右岸董碛坝相对峙，枯水河宽仅有300m。③中段迎宾阁卵石碛坝顶高达零水位以上14m。玉带浩水位3.0m以上开始泄流；枯水河槽，枯水河宽650m，迎宾阁卵石碛翅延伸江中，水流经潜碛向右岸深潭落弯）。④ 过年石～曾盘石对应江心潜碛宽约260m、水深不足1.0m，又将枯水河床分为左右两槽。左槽枯水水深1.4m，宽约130m。右槽为枯期主槽，受碛翅、暗碛挤压，主流贴岸，航槽弯窄，在过年石处3m等深线槽宽约110m，深槽最大水深14.5m。至曾盘石间枯水航槽曲率半径仅400m左右。下口鹞子岩处河宽又缩窄为280m。

11. 2.2 研究方法 铜鼓滩无方案流态(Q=30000m3/s)

12. 2.3 铜鼓滩水流运动规律 （1）滩段水流动力轴线枯水弯曲、洪水趋直，有弯道环流存在 照片3：铜鼓滩无方案定床输沙(Q=30000m3/s)

13. 2.3 铜鼓滩水流、泥沙运动规律 （2）枯期左槽流量沿程减小，流速逐渐减小；右槽进口为漫滩斜流，水流分散。

14. 2.3 铜鼓滩水流运动规律 （3）洪水水流趋直，主流位于河心，铜鼓子至曾盘石沿岸为缓流区。 2005年8月实测洪水流量资料表明，洪水水流趋直，主流位于河心，表面流速约为3.6～4.6m/s。汛期铜鼓子至曾盘石沿岸为缓流区，汛期泥沙大量落淤，深槽淤积厚度约5.0m。

15. 铜鼓滩无方案流态(Q=30000m3/s)

16. 2.3 铜鼓滩水流运动规律 （4）碍航流态 设计流量Q=1950m3/s时，铜鼓子浅滩处（CS36～CS38）水深仅2.4m，流速在1.35～2.36m/s之间，由于下深槽吸流和潜碛阻水的共同作用，在滩头产生强烈横流，横流流速近2m/s，主流经过年石后，形成强劲扫弯水势，贴岸而下，最大流速达3.9m/s，滩段最大比降为1.93‰，其下受曾盘石阻水影响，挑流水埂明显，流态紊乱，航行条件较差。 整治流量Q=4400m3/s时，该滩滩势有所改善，横流和扫弯水势明显减弱，主流流速较设计流量时减小0.6m/s，最大流速为3.32m/s，同时左槽的分流量较设计流量明显增加。 随着水位进一步上涨，铜鼓滩的滩势进一步减弱，到流量Q＝8890m3/s时，该滩已不碍航，左槽水深较大，水流平顺，主流趋直，船舶均沿左槽上下，此时玉带浩也开始分流。

17. 2.4 铜鼓滩泥沙运动特性

18. 照片4：铜鼓滩无方案定床输沙(Q=25800m3/s)

20. 照片6：铜鼓滩无方案定床输沙(Q=8900m3/s)

22. 2.5 铜鼓滩河床演变 2.5.1 1993年整治方案

23. 2.5 铜鼓滩河床演变 2.5.2 1994年～2005年平面地形比较 1993年枯水航槽浚深、曾盘石上游弯顶丁顺坝封弯后，过年石～曾盘石间主流向河心方向偏移，导致河心浅区逐年刷低。 　九龙滩深槽出口3m等深线下移了约60m，出口刷低了约0.5m。 1996年测图表明铜鼓子挖槽已回淤出浅。2005年2月测图浅区平均深度约为2.6m。

24. 2.5 铜鼓滩河床演变 2.5.3 2005年断面变化 上深槽年内冲淤变化较小，表现为汛期微冲，汛后微淤。 右槽进口（CS38～CS40），铜鼓子浅区处汛期淤积，汛后冲刷，冲淤变化在1.0m左右。 右槽中段（CS42～CS50），洪水期处于缓流或回流区，泥沙淤积严重（主要为悬移质淤积），最大淤厚达13m左右，汛后水流归槽冲刷，年内冲淤基本平衡。 右槽下段（CS52～CS66）则除碛尾回流区域冲淤变化较大外，其余部位年内冲淤变化甚微。 左槽洪淤枯冲，变化幅度较小，约在0.5m左右。

25. 2.5 铜鼓滩河床演变 2.5.4 铜鼓子浅区成因 从推移质输沙试验结果表明，汛期铜鼓子浅区处于输沙带边缘，泥沙输移缓慢，有泥沙淤积；在汛后中洪水期、中水期、枯水期均处于推移质主要输沙带位置。 枯期铜鼓子浅区位于上游左岸九龙滩、右岸过年石处深槽之间的过渡段，由于过渡段较短，滩口为漫滩横流，水流分散，铜鼓子浅区流速减小，但Q=4400m3/s时浅区水深约4.2m，滩上流速2.3～2.8m/s；表明浅区汛后流速接近于推移质起动流速要求，故浅区多年能保持相对稳定。

26. 2.5 铜鼓滩河床演变 2.5.5 左槽年内演变相对稳定的成因分析 汛期输沙强度大，上游深槽、左槽中上段输沙率因子较大，C50断面下游出口段输沙率则有所减弱，汛期左槽淤积厚度约为0.5m。 中洪水Q=15000m3/s时，上游深槽槽输沙率因子减小；过渡段最大输沙率因子分布与水流动力轴线位置接近，均位于左槽附近，左槽出口输沙因子大于上游。 中水Q=8890m3/s时，上游深槽推移质泥沙输移强度显著减小，推移质输沙带进一步右移、坐弯，进入左槽的推移质数量较少，左汊中下段的输沙率因子大于右槽，左槽汛期淤积的泥沙冲刷，左槽维持相对稳定。枯水期左槽流量沿程减小，流速逐渐减小；经多年演变，左槽河床粗化。

27. 2.6 铜鼓滩整治方案研究 2.6.1 右槽整治方案 • 右槽特征：①是现行的枯水航槽，上浅、中弯、下险；②右槽洪水淤积、枯水冲刷；③铜鼓子浅区、右槽中下段右侧碛翅处于各级流量下的推移质输沙带位置，整治历史表明航槽疏浚后稳定性较差。 图4.4 右槽修改2方案平面布置图

28. 右槽修改2方案冲淤地形（三年末） 方案2右槽中、下段航宽增加，弯曲半径大于600m，航道尺度满足设计要求，右槽的通航条件得到改善。整治流量时，铜鼓子浅区流速较天然情况增大0.3m/s左右，达到2.9m/s，对减少泥沙回淤，维持挖槽稳定有利。 经过3个水文年的冲淤变化，该滩右槽上段（铜鼓子浅区）挖槽稳定，中水年还略有冲刷，最大冲深可达0.5m，但该滩中、下段疏浚区处于缓水范围内，加上受横流影响，造成泥沙回淤，淤沙沿挖槽坡角分布，宽度10m～30m，淤积厚度0.5m～2m，中弯、下险问题较难根本解决，难于适应航运发展的要求。

29. 2.6.2 左槽整治方案 左槽特征：①左槽为现行的中洪水水航槽，与上、下深槽衔接平顺，水流平稳；②近期略有冲刷，主要问题是枯水期因水深不足而无法通航；③左槽洪水淤积、汛后冲刷，冲淤幅度约0.5；近年约有冲刷。 图4.14 左槽修改7方案平面布置图 推荐方案整治措施：碛槽深泓疏浚3.5m×80m航槽； 江心筑600m长顺坝，左侧筑3道齿坝。

30. 2.6.2 左槽整治方案 水流条件：该方案航槽规顺，水流平稳，设计流量时，航槽最大流速3.2m/s，水面比降1.70‰，满足叙泸段通航水文标准要求，设计流量时航槽断面系数大于9， 。 铜鼓滩左槽修改7方案水流情况（Q=4400m3/s）

31. 2.6.2 左槽整治方案 铜鼓滩左槽修改7方案水流情况（Q=4400m3/s）

32. 照片7：铜鼓滩推荐方案定床输沙(Q=25800m3/s) 照片10：铜鼓滩推荐方案定床输沙(Q=8890m3/s) 左槽冲淤情况：经过一个水文年后，铜鼓滩左槽疏浚区基本无泥沙回淤，挖槽中、下段还略有冲刷。经过2～3个水文年，挖槽已基本达到冲淤平衡，航槽稳定。 右槽及江心顺坝附近冲淤情况：江心顺坝束窄了右槽口门，该处流速增大，槽进口段受到冲刷，三个水文年后，该处河床平均冲深约1.2m，对此应采取必要的防冲措施。

33. 左槽冲淤情况：经过一个水文年后，铜鼓滩左槽疏浚区基本无泥沙回淤，挖槽中、下段还略有冲刷。经过2～3个水文年，挖槽已基本达到冲淤平衡，航槽稳定。左槽冲淤情况：经过一个水文年后，铜鼓滩左槽疏浚区基本无泥沙回淤，挖槽中、下段还略有冲刷。经过2～3个水文年，挖槽已基本达到冲淤平衡，航槽稳定。 右槽及江心顺坝附近冲淤情况：江心顺坝束窄了右槽口门，该处流速增大，槽进口段受到冲刷，三个水文年后，该处河床平均冲深约1.2m，对此应采取必要的防冲措施。

34. 3. 渝叙段同类型卵石浅滩的整治 3.1 弯曲分汊河段卵石浅险概况

35. 3.2 神背嘴滩险特征、整治方案 神背嘴滩段中枯水河槽宽约600m，1990年在秤杆碛上修建一滩脊顺坝后，阻挡横流；并沿顺坝坝头左槽侧浚深航槽，使航线下摆，以增大航行弯曲半径。整治后左槽的航行条件得到了改善，但由于左槽滩脊为推移质输沙带所处位置，浚深后的航槽淤浅，航线又上提，弯曲半径减小，恢复至整治前的状况。 左槽进口航道维护尺度为：弯曲半径220m、航道水深1.8m、航宽40m；弯曲半径小、进口横流强、流态紊乱，满足不了船舶航行要求。

37. 3.2 神背嘴滩险特征、整治方案 本次整治采用的整治措施为开碛槽为枯水航槽，开槽宽80m，深3.5m，为保证右槽开槽的稳定性，增大右槽的流量，在左槽进口处建3道潜坝同时在右槽中部左侧筑3道短丁坝，右槽右侧筑1道勾头丁坝，对称杆碛与潜坝间的碛坝进行护滩，同时对江心顺坝进行修复。 疏浚工程量为156949m3。 神背嘴整治方案示意图

38. 3.2 神背嘴滩险特征、整治方案 图16 神背嘴右槽青蛙石外侧挖出的块石

39. 3.3 风簸碛滩险特征、整治方案 风簸碛进口段右侧有一卵石边滩（名陡坎子边滩）束窄河床，往下河床突然放宽，滩段河宽达800m，而上下游不足300m，在放宽段形成巨大的江心碛坝（即风簸碛）。风簸碛江心洲长约1500m、宽约200m，碛顶高程为设计水位上4m，将河床分为左右两槽。 右槽(碛槽)较顺直，水流条件好，但水深小，枯水不能通航；当地水位1.5m水位以上，船舶均走右槽，当地水位2m以上不需设标。 左槽水深较大，但狭窄，枯水期水面最窄处仅70m，且入口处十分弯曲，曲率半径220m左右，加之横流，扫弯水强烈，横比降达0.7‰，凹岸又有零星暗礁，故左槽航行条件恶劣。

40. 3.3 风簸碛滩险特征、整治方案 图5.11　风簸碛1993年整治实施方案 倒置丁顺坝的丁坝段坝根被水流淘刷，导致丁坝大部分被冲毁，丁坝的阻水作用基本消失。风簸碛碛脑右侧亦被冲刷了50m左右，形成了0.3m深的串沟，且有逐渐冲深发展的趋势。由于串沟的分流，枯水期右槽流量开始减少；根据1996年和2005年（见附图26）滩段流速测量对比分析：1996年滩段右槽上口段最大流速3.45m/s，平均流速1.82 m/s，而相应位置2005年最大流速为3.41m/s，平均流速为1.59 m/s，可以看出流速较以前有所降低，导致航槽内淤积的沙卵石枯水期不能完全被冲走，逐年累积，进口段航槽内大片出浅。 从2005年3月测图看（见附图25），3m等深线已不能贯通，出浅区最浅点深度为设计水位以下2.6m，航槽宽度仅有40m，出浅区范围长300m、宽100m。

41. 3.3 风簸碛滩险特征、整治方案 2006年风簸碛整治方案示意图

42. 4. 弯曲放宽分汊河段卵石浅滩整治技术 4.1 整治原则 （1）根据弯曲分汊卵石浅滩的滩势（浅、险）及碍航性质，分清主次抓住病根， 有针对性地指定整治措施； （2）川江叙渝段弯曲汊道航槽弯浅、通航水流条件较差，在航行条件难以彻底改善时，可开辟碛槽通航； （3）新开碛槽宜采取窄深型航槽疏浚与筑坝相结合的枯水整治方法，以维护挖槽稳定。

43. 4.2 新开碛槽的整治技术 4.2.1 采取基建性疏浚与整治建筑物相结合的整治方法 　沙卵石河床宜以修筑整治建筑物与疏浚相结合的方法。碛槽较为顺直，与上下游水槽平顺衔接，但枯水宽浅，航深不满足要求，且河床组成相对较粗，仅通过增大流速难以实现增大航深的目的，故进行基建性挖槽，开辟新的航槽。 　　同时利用整治建筑物调整水流结构，增强河段的输沙能力，将多余的泥沙输送出去或改变泥沙的输移方向（如变纵向为横向运动），使其淤至航道以外，或使泥沙淤积到深槽中，以获得稳定航道。 4.2.2 以枯水整治为主 神背嘴、铜鼓滩、风簸碛等典型卵石滩段在中洪水流量下还存在急、险等碍航现象，但主要碍航成因是浅，整治时应以枯水整治为主。采用丁坝、顺坝束水导流整治，在洪水降落的最后阶段，提高冲刷能力，达到最低通航水位时的保证航深。整治建筑物高程在设计水位上1.8～2.5m。 神背嘴、铜鼓滩在江心修建江心顺坝，顺坝走向与中洪水一致，可拦截枯期斜流，改善碛槽流态。铜鼓滩修建江心顺坝后，枯期左槽水流流向与挖槽中心线夹角明显减小

44. 4.2 新开碛槽的整治技术 4.2.3 采取工程措施增加碛槽分流比，以增强碛槽的输沙能力 （1）铜鼓滩、神背嘴修建江心顺坝可以调整左右两槽分流比，增加挖槽稳定性。 （2）修建碛头坝可以增加碛槽流量，但应考虑对推移质运动、坝体稳定性的影响。 ①神背嘴方案3，在江心顺坝的基础上修筑碛头坝，试验表明对增加右槽枯期流量、增强汛后冲刷能力效果明显。但对推移质的输移有阻挡作用。 ②风簸碛模型方案4在碛头筑一道碛头坝，碛头坝、右槽进口顺坝间下游坝田内冲刷较深，中水期翻坝水流的最大表流速为3.7m/s，坝体稳定性较差，设计没有采取该整治措施。 （3）可在弯曲汊道内修建整治建筑物以增加碛槽流量。 ①神背嘴通过左槽不同位置、坝顶高程的潜坝进行了组合对比试验，潜坝布置在左槽进口工程量相对较小。 ②铜鼓滩通过右槽深槽潜坝（或丁坝）调节两槽分流比

45. 4.2 新开碛槽的整治技术 4.2.4 碛槽内筑坝束水功沙以维护挖槽稳定 （1）神背嘴由于原秤杆碛江心顺坝是以左槽作为整治汊道而布置的，右槽上中段青蛙石附近枯水河面相对较宽，动床试验表明在上中段挖槽淤积量相对较大，故方案13在动床方案基础上，在右槽上中段左侧布置3道短丁坝，进口布置1道勾头丁坝以束水冲沙。 （2）天然情况下，铜鼓滩枯期河宽约300m，铜鼓子浅区河宽约580m，放宽率1.93。修建江心顺坝、齿坝可以明确左右两槽分界，枯水河宽束窄约50m，放宽率1.76。 由推荐左槽方案7定床输沙试验表明，江心顺坝、齿坝江心浅碛有促淤作用，心滩淤高，促进水流归槽。 （3）风簸碛筑碛头倒置丁顺坝、碛尾筑顺坝束窄过水断面。碛槽上下浅区较好地满足了航道尺度要求，该方案没有破坏河段的主输沙带。

46. 4.2 新开碛槽的整治技术 4.2.5 碛槽疏浚土抛填至下游深槽可改善汊道出口水流条件 在铜鼓滩滩段鹞子岩深槽修建2条潜坝，坝顶水深设计水位下6m，试验表明潜坝壅水作用较小，挖槽下段水位壅高不足0.1m，流速、比降减小有限，效果不明显，反而由于潜坝附近河面较窄，中、洪水期潜坝顶部流速较大，跌水明显，泡漩遍布，流态紊乱，影响船舶安全航行，且深槽建潜坝，工程量巨大。 铜鼓滩方案7将挖槽弃土全部抛填于鹞子岩深槽，填土顶高程控制在230m左右，水流条件比无方案有所改善。

47. 4.3 新开航槽设计 4.3.1 挖槽平面布置 挖槽定线的基本原则： （1）挖槽的方向与主流方向一致，并位于主流线上，与主流向交角不应超过15°。 （2）挖槽在平面上常设计成直线，挖槽不可避免出现折线时，其转弯半径应满足要求，并适当加宽。 （3）挖槽应选择最短线路。

48. 4.3.2 挖槽横断面设计 (1) 挖槽概化模型水流条件试验研究

49. (1) 挖槽概化模型水流条件试验研究 　概化水槽布置

50. (1) 挖槽概化模型水流条件试验研究 σu(cm/s) 2＃断面挖槽中心线纵向流速垂线分布 2＃断面挖槽中心线σu垂线分布