通州沙西水道整治工程对12.5m深水航道的影响,水利工程论文.docx

《通州沙西水道整治工程对12.5m深水航道的影响,水利工程论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通州沙西水道整治工程对12.5m深水航道的影响,水利工程论文.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、通州沙西水道整治工程对12.5m深水航道的影响,水利工程论文长江南京下面 12. 5 m 深水航道整治工程是 十二五 全国内河水运投资规模最大、技术最复杂的重大工程，也是继长江口深水航道治理工程之后的又一重大水运工程，在全国水运 十二五 发展中具有举足轻重的示范作用，华而不实通州沙和白茆沙整治工程为其一期工程。为稳定河势，兼顾地方经济的发展，张家港市正分期施行通州沙西水道综合整治工程，该工程紧邻深水航道整治一期工程通州沙河段，工程主要包括边滩围垦、通州沙头部潜堤工程和西水道开挖工程，拟分三期施行，华而不实一期工程已施行，二期工程正准备施行。为研究通州沙西水道整治工程对 12. 5 m深水航道整

2、治一期工程的影响，需进行动床模型试验研究，为工程设计以及整治工程的顺利施行提供技术支撑。 1 大概情况 1.1 河段 通州沙河段属澄通河段，上起十三圩，下至徐六泾，全长约 39 km ( 图 1) ，进出口河宽相对较窄，分别约 5. 7 km、4. 9 km，中间放宽，最大河宽约 10 km，为暗沙型多分汊河道，有通州沙、狼山沙、新开沙和铁黄沙等沙体。进口段长江被通州沙分为东、西水道，东水道是以落潮流为主的长江主流通道，当前分流比为 90% 左右，出口段被自左而右的新开沙、狼山沙和铁黄沙分为新开沙夹槽、狼山沙东、西水道和福山水道，当前，主汊狼山沙东水道分流比为 65%左右。徐六泾河段上承澄通河

3、段，下接长江南支白茆沙分汊河段，自浒浦至白茆河口，全长 15 km。 苏通大桥下游附近最窄处缩窄到 4. 5 km 左右，其后有所展宽，至白茆河口 海太汽渡处江面宽为 6. 7 km。【图1略】 白茆河口下面为展宽分汊型河道，长江在这里被崇明岛分南北两支，北支为支汊，南支为主汊。 南支河段的白茆河口至吴淞口，全长约 60 km，与南、北港相连。长江主流自徐六泾人工缩窄段进入白茆沙南水道，分流比 65% 70%。 1.2 水文泥沙 1.2.1 潮汐及潮流 长江口为中等强度潮汐河口，属非正规半日潮。据徐六泾站 1985 2006 年潮位资料统计，最大潮差 4. 01 m，最小潮差 0 m，平均高、

4、低潮位2. 07 m、0. 03 m ( 85 国家高程基准，下同) 。在径流与河床边界条件阻滞下，潮波变形明显，涨落潮历时不对称，涨潮历时约 4 h，落潮历时约8 h。长江口潮流界随径流强弱和潮差大小等因素的变化而变动，枯季潮流界可上溯到镇江附近，洪季潮流界下移至通州沙河段进口附近。通州沙河段处于长江河口段，潮流作用相对较强，潮流运动总体呈现往复流特性，落潮流为塑造河床的主要动力，流速最大可达 2. 5 ms 以上。 1.2.2 泥沙 工程河段泥沙主要是流域来沙，根据上游大通站 1951 2018 年资料统计分析，历年含沙量最大为 3. 24 kgm3，最小为 0. 016 kgm3，多年平

5、均为 0. 428 kgm3，长江水体含沙量与流量有关，洪、枯季多年平均含沙量分别约为 0. 530 kgm3和0. 182 kgm3。汛期水量、沙量比拟集中，华而不实沙量占 87. 7%，表示清楚沙量集中程度大于水量。三峡水库蓄水前的 1986 2002 年，大通年均输沙量为 3. 43 亿 t，蓄水后至 2018 年年均输沙量约 1. 52 亿 t，输沙量明显下降。徐六泾站蓄水前后含沙量减少约 50%。河床底沙为粉细沙，中值粒径 0. 10 0. 25 mm，深槽较粗，滩面较细; 悬沙中值粒径约为 0. 01 mm。 1.3 深水航道整治一期工程 长江南京下面深水航道整治工程分为两期，华而

6、不实通州沙和白茆沙整治工程为一期工程，包括通州沙整治工程、白茆沙整治工程、航道疏浚工程及新建闸护岸工程等 ( 表 1，图 2)。工程已于 2020 年 8 月开工，估计 2021 年完工。【表1】 1.4 通州沙西水道整治工程 通州沙西水道整治工程主要包括边滩围垦、通州沙头部潜堤工程和西水道开挖工程，拟分三期施行，华而不实一期工程已施行，二期工程正在施行中 ( 表 2、图 3) 。为试验西水道工程对航道影响的极端情况，对挖槽深度为 14. 7 m 也进行了试验。西水道沿程开挖深度见图 4。【表2.图3-4】 2 试验方案及试验条件 模型试验在已有的长江河口段模型中进行，模型上起江阴水道天生港，

7、下至长江南支吴淞口，北支青龙港下约 8 km。模型水平比尺为 655，垂直比尺100，长约270 m，建于2006 年，经太多次验证，本次研究前，根据最新实测的地形及水文资料对模型进行了更新和验证。本研究方案及水文条件见表 3。【表3】 3 工程影响试验研究 3.1 对主槽的冲淤影响 方案 A1、A2 施行后，洪季东水道分流比增加3% 5%，龙爪岩以上 12. 5 m 槽总体变化不大，左侧 12. 5 m 线基本不变，右侧除任港至姚港之间12. 5 m 槽宽度在800 m 左右，其它12. 5 m 槽宽度都在 1 km 以上。龙爪岩下面至营船港段深槽左侧淤积且年淤厚 0. 2 m ( 方案 A

8、1) 和 0. 2 0. 3 m ( 方案 A2) ，12. 5 m 槽宽度总体略有缩窄，幅度一般在 50 m 内。新开港下面包括南农闸下面航道浅区的 12. 5 m 槽基本不变 ( 图 5a) ) 。可见，方案 A1、A2 施行对通州沙水道航道影响较小。 与方案 A 相比，方案 B、C1 施行后的变化主要在龙爪岩下面。工程后洪季东水道分流比减小1% 1. 5% ，变化略大于方案 A; 龙爪岩下面至新开港间主槽淤积 0. 2 0. 4 m，淤厚及范围略大于方案 A，12. 5 m 槽宽度总体有缩窄的趋势。由于该段航道水深一般 20 m 以上，暂时不会对深水航道造成明显不利影响 ( 图 5b)

9、) ，新开港下面包括南农闸附近航道浅区 12. 5 m 槽宽度缩窄不明显，可见方案 B、C1 施行后，对新开港以上12. 5 m槽略有影响，新开港下面12. 5 m 槽影响不明显。方案 C3 施行后，西水道疏浚至 14. 7 m，对深水航道影响相对较大，东水道分流比减小 2% 4. 5% ，龙爪岩下面航道内流速有所减小，主槽姚港至南农闸间淤积 0. 2 0. 6 m，华而不实南农闸附近淤积0. 2 m 左右 ( 图 5c) ) ，12. 5 m 槽有所缩窄，变化一般在 50 m 左右。南农闸下面，有淤积的趋势，但幅度一般在0. 2 m 内。可见，该方案施行后，对航槽的影响自上而下逐步减小，主要

10、在龙爪岩至南农闸间，对南农闸下面的航道浅区影响较小。【图5略】 2 个平常水沙年条件下，工程施行后对深水航道影响较 1 个丰水年条件下的影响略大。 3.2 对滩地的影响 通州沙河段为暗沙型多分汊河道，江中有通州沙、狼山沙、新开沙以及铁黄沙等沙体，而通州沙沙体上有五干河对开斜向窜沟和左缘姚港对开窜沟发育，通州沙及狼山沙沙体间有萎缩的狼山沙中水道，工程河段水流复杂。 西水道整治工程施行后，通州沙沙体有冲有淤，总体以淤积为主，这对沙体的稳定有利。但由于通州沙潜堤左侧堤的导流作用，潜堤下游姚港对开南北向窜沟的冲淤变化幅度较大。 方案 A1 施行后 ( 西水道不挖槽) ，由于东水道分流比增加 3% 5%

11、，通州沙头部潜堤左侧堤的沿堤流加强，东水道水流也有加强的趋势，姚港对开窜沟出现冲刷，方案 A2 施行后 ( 西水道疏浚至 8 m) ，东水道分流比变化不大，沿堤流较方案 A1 有所减弱，窜沟有冲有淤; 方案 B、C1施行后 ( 西水道疏浚至 10. 5 m、 12 m) ，东水道分流比有所减小，沿堤流减弱，该窜沟有冲有淤，以淤积为主; 方案 C3 施行后 ( 西水道疏浚至 14. 7 m) ，该窜沟总体表现为淤积。西水道五干河对开的窜沟，由于西水道整治潜堤工程对窜沟具有一定的封堵作用，各工程方案施行后，该窜沟均有不同的淤积。窜沟淤积，对通州沙沙体的稳定有利。 由于滩地水沙交换复杂，水沙交换模拟

12、较难，本研究主要从定性上分析工程后滩地冲淤变化趋势及发展趋势。 3.3 航道沿程地形变化 研究表示清楚，随西水道挖槽底高程降低，西水道分流逐步增加 不挖槽是影响最小，挖至 14. 7 m 时影响最大。由图 6 工程施行后航道沿程地形变化可见，最大影响可达南农闸附近。方案 A、B 施行后，工程后航道淤浅的区域，水深一般在18 m以上，暂时不会对 12. 5 m 深水产生明显影响。方案 C1 和 C3 施行后，南农闸附近航槽淤浅 0. 2 m 左右，南农闸下面 12. 5 m 深水航道浅区有淤积的趋势，对深水航道的维护可能会有不利影响。【图6】 3.4 模型试验与实测结果比照分析 通州沙西水道整治

13、一期工程于 2020 年底基本完成，华而不实西水道五干河以上未进行疏浚，其工况相当于本研究中方案 A1。 1) 水动力结果。 模型试验水文条件与工程施行后实测径流、潮汐条件存在一定程度的差异，潮位和流速变化难以直接进行精到准确的比照分析，利用汊道之间的潮量分配相对较易具体表现出工程前后的效果。选用2018 年 10 月和 2020 年 7 月两次实测资料进行比照分析，分别对应于西水道一期工程开场施工和完成大部分工程量 2 个时期。两次实测，通州沙东水道落潮分流比分别为 90% 和 92. 7%，表示清楚工程施行后东水道实测分流比增加约 2. 7%。而试验研究表示清楚，方案 A1 施行后东水道分

14、流比增加3% 5% ，与实测资料基本一致。 2) 冲淤变化。 2018 年 11 月 2020 年 10 月原型实测冲淤变化表示清楚，龙爪岩 营船港间深槽淤积一般在 0. 5 m左右，局部区域淤积超过 1 m; 深槽左侧营船港 新开港间冲刷，冲深一般在 0. 5 1. 0 m; 新开港 南农闸间主槽有冲有淤; 南农闸 徐六泾河段间主槽淤积，10 m 槽容积减小，航槽局部区域水深小于 12. 5 m; 通州沙姚港对开南北向窜沟总体呈冲刷态势，整体来讲，通州沙滩面处于相对平衡状态。 试验表示清楚，方案 A1 施行后，龙爪岩至营船港间深槽淤积 0. 2 0. 5 m，而原型主槽淤积 0. 5 m，基

15、本一致; 通州沙姚港对开南北向窜沟冲刷，与原型实测的冲淤变化相比，冲淤部位基本一致，幅度略有差异不同; 通州沙滩面有冲有淤，以淤积为主，与原型的变化一致。有差异不同的地方在于营船港下面深槽，方案 A1 施行后引起的该区域冲淤变化不明显。分析其原因，一是由于动床模型的局限性，仅研究工程引起的冲淤变化，营船港下面离经过区较远，试验中，工程难以影响到; 二是工程河段的冲淤变化较为复杂，自然条件下，不施行工程，同样会出现较大的冲淤变化。 总的来讲，在工程附近区域，模型预测的水动力变化和河床冲淤变化，其趋势和幅度与工程施行后基本吻合。 4 综合分析 通州沙西水道整治各工程中，随着西水道疏浚深度增加，对深

16、水航道的影响逐步增加。西水道不疏浚或仅疏浚至 10. 5 m 以浅时，对深水航道影响相对较小，南农闸以上 18 m 以深区域出现淤积，暂时对航道影响较小; 而西水道疏浚至 12 m、 14. 7 m 时影响相对较大: 东水道分流比减小，南农闸以上 18 m 以深区域淤积增加; 龙爪岩 南农闸段 12. 5 m 槽宽缩窄，且南农闸下面航道浅区有淤积的趋势，对深水航道水深维护不利。各工程方案综合影响见表 4。【表4】 5 结束语 1) 鉴于西水道疏浚至 12 m、14. 7 m 时对深水航道有一定的影响，建议通州沙西水道整治工程中，西水道的疏浚底高不宜低于 10. 5 m。 2) 在通州沙沙体左侧

17、、龙爪岩对开，深水航道整治一期工程与西水道整治工程间尚有近 10 km的区域未施行工程，而西水道开挖较浅的方案会造成通州沙姚港对开窜沟的冲刷，建议尽快施行通州沙头部护滩潜堤下延工程。 以下为参考文献: 1 肖大选 长江南京下面 12. 5 m 深水航道建设工程暨一期工程简介J 水运工程，2020(11) : 1-5 2 吴道文，杜德军，夏云峰，等 通州沙西水道治理对主航道整治效果的影响动床模型试验研究R 南京: 南京水利科学研究院，2020 3 闻云呈，夏云峰 长江南京下面 12. 5 m 深水航道一期工程总平面方案优化J 水运工程，2020(3) : 1-10 4 杜德军，夏云峰，吴道文，等 通州沙和白茆沙 12. 5 m深水航道整治工程方案试验研究J 水利水运工程学报，2020(5) : 1-9 5 张世钊，吴道文，夏云峰，等，长江澄通河段通州沙西水道河道整治一期工程潮汐河工模型定床试验研究报告R 南京: 南京水利科学研究院，2018 6 张玮，倪兵，陈乾阳，等 长江澄通河段通州沙西水道整治工程对分流比影响研究J 水道港口，2020 ( 1) : 39-44