《1 河道概况》
1 河道概况
珠江是我国南方最大的河流, 由西江、北江、东江和三角洲诸小河组成, 在三角洲地区分八大口门汇入南海。珠江三角洲地区河网密布, 水道纵横, 相邻水道之间水沙交换频繁, 水流条件复杂。
西江是珠江干流, 西江马口水文站多年平均流量为7 551 m3/s, 平均含沙量0.31 kg/m3, 历史上的最大洪水流量为54 400 m3/s。北江三水水文站多年平均流量为1 233 m3/s, 平均含沙量0.21 kg/m3, 历史上的最大洪水流量为17 700 m3/s。
思贤
《图1》
《图2》
《图3》
西江船舶经思贤
《图4》
《2 存在问题》
2 存在问题
整治河段位于珠江西、北江交汇区, 是行洪干道之一, 不同类型浅滩多, 水流条件复杂, 整治难度大, 主要存在以下四大问题:
1) 浅滩多, 整治河段长 整治河道全长76 km, 其中46 km河段密布浅滩, 浅段长度达9.8 km, 占整治长度的21 %。
2) 老鸦洲浅滩成因复杂 老鸦洲浅滩河段两江交汇, 三汊联通, 来水来沙条件复杂, 整治前每年需疏浚3~4次, 才能正常通航。对浅滩成因也一直争论不休, 未能定论。
3) 思贤
《图6》
《图7》
《图8》
《图9》
4) 靠近北江大堤, 防洪压力大 东平水道狮山以上河段为北江大堤, 是抵御西、北江洪水, 捍卫广州市和珠江三角洲地区几个主要工业城市的重要堤防, 整治工程对防洪影响至关重要。
《3 整治原则》
3 整治原则
整治河段滩宽水浅, 50年代初期, 航道最小水深仅0.3~0.4 m, 这时期采取疏浚为主, 结合局部治理的方法进行整治, 逐年维护, 至80年代初期, 航道水深已增至2.0 m。为了进一步开发西江和北江, 使航道尺度达到航深2.5 m, 航宽80 m, 能通航1 000 t级船队的三级标准航道, 必须实施系统的整治工程。根据实测资料分析, 西、北江来沙主要集中在汛期, 整治河段具有汛期淤积, 中、枯水期冲刷的特点。增强中、枯水期的水流挟沙力, 是减少淤积, 改善浅滩和航道水深的重要关键。因此, 采取修建堆石丁坝、顺坝和锁坝等整治建筑物, 辅以护岸、疏浚和炸礁等工程措施, 塞支强干, 缩窄中低水河床, 束水攻沙, 增加航深。整治河道计划分两期进行, 第一期是枯水治理, 若不满足设计要求, 再进行二期整治, 即中水治理。
《4 模型设计》
4 模型设计
整治河段的模型试验要同时考虑西江和北江来水的影响, 确定模型范围包括思贤
《图10》
重力相似
阻力相似
起动相似λV=λV0
输沙量相似
冲淤时间相似λt2=λγ0λHλL/λqb
式中:λL为模型平面比尺;λH为垂直比尺;λV为流速比尺;λn为糙率比尺;λqb为输沙量比尺;λt2为冲淤时间比尺;λVO为泥沙起动比尺;λω为沉速比尺;;λγO为干容重比尺;λγS-r为相对容重比尺;λCO为无尺度谢才系数比尺。
最后确定模型平面比尺为400, 垂直比尺为80, 变率为5。
经水槽试验, 选定中值粒径d50=0.6 mm的木屑为模型沙, 可满足起动相似要求, 模型沙级配按原型沙级配要求进行配制。原型沙和模型沙主要特征值为:
γs=2.65 t/m3;γO=1.41 t/m3;γsm=1.16 t/m3;γom=0.41 t/m3
模型定床验证试验结果表明, 模型与原型沿程水面线相似性较好, 西、北江各测流断面流速大小和分布都与原型相似, 满足阻力相似和重力相似要求。动床验证试验中, 模型加沙量用窦国仁输沙率公式进行估算。
在此基础上, 先进行定床整治方案比选试验, 确定优选方案后再进行动床试验, 以观察整治工程后冲刷浅滩所挟带泥沙的去向及其对相邻河段的影响, 从而对优选方案进一步加以改进。
《5 整治实例》
5 整治实例
《5.1老鸦洲浅滩整治》
5.1老鸦洲浅滩整治
老鸦洲将北江干流分为两汊, 左汊与东平水道进口相连, 右汊与思贤
《图12》
《图13》
老鸦洲浅滩位于航道东口, 靠近航道北侧, 浅滩长度在200~600 m范围变化。为了维护通航, 整治前每年需疏浚3~4次, 其中1987年一次挖泥14×104 m3, 但当年北江一场洪水过后, 疏浚区便全部回淤, 严重影响通航。
老鸦洲河段两江交汇, 三汊联通, 不同方向来洪对浅滩形成和演变关系很大。模型试验中分别在北江、西江的洪、中、枯水条件下, 对老鸦洲航道流态进行了观测, 结果表明, 在北江来水情况下, 航道东口形成范围较大的回流, 北江流量越大, 回流范围越大 (图2) 。在西江来水情况下, 无论洪、中、枯水, 通过航道水流都比较顺直, 航道东口回流区消失。可见, 老鸦洲浅滩的形成有其特定的水流动力条件和泥沙条件。在北江来水条件下, 左汊水流在山咀前沿分流, 由于突咀的挑流作用, 在航道东口附近形成回流, 水流挟带的泥沙在回流区内淤积, 这是老鸦洲浅滩形成的主要原因。
从历史资料分析, 老鸦洲航道通航条件跟右汊冲淤变化关系较大:右汊淤积, 航道冲刷;右汊冲刷, 航道水深条件恶化。因此, 治理老鸦洲航道必须限制右汊分流, 破坏航道东口回流区淤积条件。另外, 思贤
《图15》
定床模型试验进行了多个不同整治方案的比选, 最后确定的优选方案采取以下工程措施:在左汊右岸建两座短丁坝, 在右汊建一座低锁坝和在航道东口南岸建三座短丁坝。左汊右岸两座丁坝使突咀附近分流点位置发生变化, 由于水流顶冲点位置偏离突咀山体, 使突咀挑流作用减弱, 在很大程度上破坏了航道东口回流区的形成条件。工程后, 航道进口水流平顺, 回流区几乎完全消失, 水流动力轴线由偏南转向趋中偏北, 通过浅滩区域, 与西江来水动力轴线渐趋一致。右汊锁坝的限流作用, 中、枯水时通过航道流量增加较大, 枯水时流量增加1倍以上, 浅滩附近流速明显增大。航道东口南岸丁坝附近是回流区, 由于回流区的影响, 航道南岸边滩将逐渐淤积, 对维护老鸦洲航道稳定航槽是有利的。
以优选方案为基础进行局部动床试验的结果表明, 工程后, 航道进口水流平顺, 流速增大。在水流作用下, 航道东口南岸丁坝坝头附近首先受到冲刷, 进口航道逐渐拓宽并向西延伸。水流剧烈冲刷浅滩挟带的部分泥沙随水流带走, 部分淤积在航道西口约250 m河段范围内, 形成碍航浅段。在西江来水情况下, 航道西口部分淤沙被水流带回航道东口附近淤积, 经一个水文年冲淤变化后, 航道东口过渡浅段长度从工程前的450 m减至200 m。
以上情况表明, 增加航道流量是整治老鸦洲浅滩的重要条件, 但航道流量还需适当控制, 以避免大冲大淤。为了控制航道流量, 右汊锁坝高程应该降低, 以避免航道流量增加太大, 浅滩冲刷太快, 使航道西口形成超饱和挟沙水流。同时, 根据动床试验观察, 在北江流量较大时, 航道西口航槽有南移趋势, 而在西江来水情况下, 西口南侧航槽首先受到冲刷, 导致航槽不稳定。因此, 有必要稳定西口航槽。为此, 对优选方案进行改进并推荐:控制航道流量, 降低右汊锁坝高程;稳定西口航槽, 在航道西口加建4座短丁坝的河道整治方案。
经试验研究确定的推荐整治方案已被有关单位采用, 并付诸实施。工程后浅滩回流消失, 航道逐渐冲深拓宽, 航道东口水流挟沙能力较强, 航宽较大, 中部过渡段长度减少, 航宽增加。经一个水文年后, 老鸦洲航道普遍发生不同程度的冲刷, 2.5 m槽线贯通, 航宽超过80 m (图3) 。同时, 根据水位观测, 整治工程对相邻河段水位影响不大, 洪水时最大水位壅高小于3 cm。整治工程也经受了1992年北江异常洪水, 1994年西江和北江大洪水的考验, 底槽东口深槽已经形成, 底槽-2.5 m槽线全线贯通, 航宽达到设计要求 (图4) 。
《5.2思贤西口航道整治》
5.2思贤西口航道整治
思贤
《图18》
《图19》
《图20》
《图21》
《图22》
《图23》
《图24》
《图25》
《图26》
《图27》
《图28》
《图29》
《图30》
为找到消除西
《图31》
《图32》
《图33》
《图34》
《图35》
《图36》
《6 结语》
6 结语
在西、北江交汇区河流整治试验研究工作中, 通过深入研究浅滩成因和形成机理, 采取有针对性的整治工程布局治理浅滩, 收到显著效果。老鸦洲航道整治采取控制右汊, 消除浅滩回流, 破坏浅滩淤积条件的措施整治浅滩, 使老鸦洲航道变成全线畅通的优良航道。思贤
《图37》
《图38》
《图39》