三峽—葛洲壩兩壩間蓮沱段航標(biāo)配布適應(yīng)性分析

王雪蓉 長江三峽通航管理局

1.蓮沱段航道整治工程的基本概況

三峽大壩至葛洲壩樞紐河段（簡稱兩壩間）位于湖北省宜昌市境內(nèi)，屬長江干流上游河段，長約38km。其上游為重慶、四川，下游為湖北武漢。兩壩間河段是連接長江黃金水道中游、上游航運的“咽喉”，也是溝通西部和中部經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要水上通道。

蓮沱河段處于兩壩間的中上段，蓮沱河段上游邊界為下岸溪（長江上游航道里程36.3km），下至茶園（長江上游航道里程29.8km），河段總長6.5km。河道兩岸山坡陡峭，河床窄深，為典型的山區(qū)峽谷性河段。河段內(nèi)下岸溪～丁頭鎮(zhèn)岸線彎折崎嶇，水下多礙航礁石，船舶航行水深不足；水田角水流湍急，流態(tài)險惡，是兩壩間著名的洪水急流灘，也是兩壩間“四灘一彎”礙航灘段中的第一處礙航灘險。河段汛期通航水流條件差，在洪水期大流量下險情事故時有發(fā)生，極大地影響了船舶通航安全和航道通過能力。

蓮沱航道整治工程的整治原則為疏炸為主，填沱為輔。通過疏炸，一方面擴(kuò)大急流區(qū)過水面積，降低流速，減小比降；另一方面平順岸線，增加近岸水深。通過填沱，調(diào)整斷面形態(tài)，改善泡漩等不良流態(tài)。具體措施為：通過水下鉆孔炸礁工程措施，擴(kuò)大水田角～獅子腦急流段過水面積，降低該段急流流速，減小水面比降；清理下岸溪～丁頭鎮(zhèn)水邊礙航礁石和淺點，平順岸線，增加非汛期近岸側(cè)航行水域水深，增大適航寬度；用棄渣拋填蓮沱彎道深沱，適當(dāng)調(diào)整蓮沱～南沱段斷面形態(tài)，改善礙航流態(tài)和下行通航水流條件。主要工程內(nèi)容為：炸除下岸溪至丁頭鎮(zhèn)河段兩側(cè)水下礙航巖嘴和梳子溪至?xí)窠?jīng)坪河段左側(cè)水下河床，將棄渣拋填至蓮沱彎道深沱沱心左側(cè)，并配套更新浮標(biāo)浮具和塔型岸標(biāo)。該工程從2017年開工以來，經(jīng)過4年工程建設(shè)，已于2021年汛前完成了全部工程內(nèi)容。

2.蓮沱段航道航標(biāo)配布[1]現(xiàn)狀

目前蓮沱段航道維護(hù)水深為4.5m，最小維護(hù)航寬為140m，航道維護(hù)彎曲半徑為1000m，航道維護(hù)尺度保證率為100%，航道維護(hù)正常率為99.9%。兩壩間實施一類航道維護(hù)和一類航標(biāo)配布。蓮沱河段航行標(biāo)志共計15座，其中岸標(biāo)10座，浮標(biāo)5座，上述標(biāo)志非洪水期時均為側(cè)面標(biāo)，其中獅子腦和丁頭鎮(zhèn)洪水期時改設(shè)為過河標(biāo)。蓮沱段航標(biāo)配布見圖1。

圖1 蓮沱段航標(biāo)配布圖

蓮沱航道整治工程后，岸標(biāo)由原4.8米岸標(biāo)改為8.5米鋁合金塔標(biāo)，浮標(biāo)由原6.7米和10米浮標(biāo)改為15米鋼質(zhì)燈船。

3.蓮沱段航道現(xiàn)狀分析

3.1 蓮沱段航道整治前航道情況

蓮沱航道整治前下岸溪至胡子沙壩右側(cè)岸線凹凸不齊，水下多礁石，船舶航行水深不足，且因河道狹窄，洪水大流量時受到河道地形邊界層次不齊的制約，使得水流流速大比降大。蓮沱段下段丁頭鎮(zhèn)至茶園河道水面忽寬忽窄，且彎道與順直水面相連。水田角以下河段有明顯的展寬，灘段河寬由300多米突然增至600多米，在展寬河段有一深沱，經(jīng)測量，深沱處最大水深可達(dá)100米左右，河道斷面在橫向上和垂向上均顯著擴(kuò)張；河道深泓先是陡降，而后又陡升，陡降和陡升之間差距接近100米；進(jìn)口至深沱斷面過水?dāng)嗝婷娣e由13000m2增至32700m，擴(kuò)大2.5倍。蓮沱航道整治前，非洪水期時，呈現(xiàn)出“水庫”特征，水流平穩(wěn)，水深條件良好，會隨著三峽大壩出庫流量的增加，流速隨之逐漸增大；在洪水期時，流量在25000m/s以上，在收縮段河段和河段放寬處，過流面積增大但是增幅明顯小于流量的增幅，會同時存在強(qiáng)大的泡漩、大范圍的回流，受上游收縮段主流的慣性作用、深沱的吸流作用和深沱兩側(cè)副流的擠壓，使得深沱段主流帶寬度不足河寬的1/3，水流湍急，流態(tài)紊亂。灘段流速普遍在3.0m/s以上，最大流速達(dá)4m/s以上，灘段比降在1.0‰以上。

蓮沱河段各級流量下3m/s、4m/s流速等值線見圖2、圖3。

圖2 蓮沱段3m/s流速等值線

圖3 蓮沱段4m/s流速等值線

從圖可以看出：（1）蓮沱段航道主流流速和上行航路的流速大多在3.0m/s以上，對船舶過灘影響很大；（2）河段兩側(cè)出現(xiàn)大范圍回流區(qū)，各級流量下，蓮沱彎道段兩岸回流變化范圍不大，但占據(jù)了一半以上的河道寬度；（3）蓮沱彎道水域河道中心線上，泡漩四起，俗稱的“蓮沱三旋”對船舶航行影響巨大。

3.2 蓮沱段航道整治后航道情況

蓮沱航道整治工程實施后，蓮沱段航道水流條件發(fā)生了較大的變化。

一是流速的變化。35000m/s流量下，河段主流速度較施工前有了一定程度減小，丁頭鎮(zhèn)至獅子腦河段，水流較為平順，洪水期時主流區(qū)位于河段中心偏右側(cè)，主流流速約2.5m/s～ 3m/s，獅子腦至水田角段，主流區(qū)貼近右岸，距水邊約110m，主流流速為3m/s～3.3m/s。上行航路位于主流區(qū)偏右岸側(cè)約40m～60m，上行航路附近區(qū)域水流流速一般在2m/s～2.9m/s。

二是回流的變化。工程實施后，蓮沱彎道段左右兩側(cè)仍為回流區(qū)，但左右兩側(cè)回流寬度大幅度縮小，主流寬度有明顯提升，約200m，回流流速大幅減小，回流區(qū)平均流速約0.72m/s。

三是泡漩的變化。工程實施后，河中心強(qiáng)大的泡漩已近消失，僅局部伴有零星微弱泡水。航道整治后表面流跡線見圖4。

圖4 蓮沱航道整治工程后表面流跡線圖

4.船舶航路航法分析

4.1 船舶航行法規(guī)[3]

根據(jù)兩壩間通航規(guī)定，量大于25000m/s時，部分船舶禁航，流量大于45000m/s時，兩壩間全線停航。三峽-葛洲壩兩壩間蓮沱段分道航行實行洪水期（每年6月1日1800時至9月30日1800時）和非洪水期（每年9月30日1800時以后至次年6月1日1800時以前）航行規(guī)定。

蓮沱河段分為一般航段和橫駛區(qū)，洪水期時設(shè)置獅子腦和丁頭鎮(zhèn)為過河標(biāo)，上行船舶沿右岸側(cè)南沱-水田角上行，至獅子腦附近橫駛過河至左岸梳子溪-丁頭鎮(zhèn)，下行船舶沿河心主流航行。非洪水期時，上行船舶沿左岸一側(cè)通航分道航行，下行船舶沿右岸一側(cè)通航分道航行，左、右通航分道以航道中心線為界。

4.2 船舶航行軌跡特點分析

4.2.1 非洪水期

非洪水期，船舶實行各自靠右航行，左、右通航分道以航道中心線為界。船舶實際航行時，特別是上水船舶，易“貪邊走扣”，故航道部門在磨刀溪等水深足夠的彎道水域設(shè)置了側(cè)面浮標(biāo)，以調(diào)整船舶航向。船舶下水航行時，在右側(cè)通航分道內(nèi)航行，高桅口突岸水域側(cè)面浮標(biāo)不僅僅標(biāo)識了航道右側(cè)界線，更起到了提前“開門”的作用，船舶航行時實際更靠近于航道中心線，此舉也有利于船舶節(jié)能。航行軌跡圖見圖5。

圖5 非洪水期航道線路

4.2.2 洪水期

洪水期，實行雙向通航，即船舶在一般航段內(nèi)應(yīng)按照規(guī)定的航路航行，會遇時應(yīng)保持安全距離，船舶應(yīng)在規(guī)定的橫駛區(qū)內(nèi)橫駛，橫駛區(qū)內(nèi)控制單向航行，不得交會。

本河段航路汛期包含一般航段和一處橫駛區(qū)。橫駛區(qū)過河標(biāo)左岸為丁頭鎮(zhèn)，右岸為獅子腦。船舶上行沿右岸茶園、南沱，蓮沱彎道凸岸水田角上行至獅子腦后，船舶橫駛過河至左岸梳子溪～丁頭鎮(zhèn)后沿左岸上行。船舶下行順主流，基本在河心偏右側(cè)位置。航行軌跡圖見圖6。

圖6 洪水期航道線路

蓮沱段航道整治工程實施后，原本蓮沱段大范圍、高強(qiáng)度泡漩水基本消除，僅凹岸回流區(qū)內(nèi)有局部零星小泡，對船舶航行沒有影響，水流流態(tài)較好，理論上具備在汛期實行上下行船舶各自靠右，分道航行的條件。但由于下游大沙壩河段因水流條件問題，該處老虎洞-大沙壩過河區(qū)暫時不能取消，上行船舶在老虎洞-大沙壩過河區(qū)河段后處于航道右岸側(cè)，仍需在獅子腦-丁頭鎮(zhèn)過河區(qū)過度至航道左岸側(cè)。因此，船舶航線按三峽-葛洲壩兩壩間現(xiàn)行汛期航行規(guī)則，沿現(xiàn)行的上、下水航線航行。上水船舶在橫駛區(qū)過河時，可根據(jù)水流條件特點選擇適當(dāng)角度過河，整治工程后，由于水流減緩，船舶過河角度更小更順利。下水船舶在獅子腦彎道水域，由于主流寬度加大，主流偏右側(cè)，船舶沿主流過彎時抱緊南岸，過彎更順暢。在33500m/s流量下船舶實際航路見圖7。

圖7 船舶航行軌跡

5.航標(biāo)配布適應(yīng)性分析

5.1 岸標(biāo)配布適應(yīng)性分析

兩壩間岸標(biāo)由4.8m更新為8.5m后，標(biāo)位合理，標(biāo)識清晰顏色鮮艷，在船舶上可從當(dāng)前標(biāo)志位置清晰看到連續(xù)幾座標(biāo)志，通視效果良好。航標(biāo)布設(shè)合理，滿足船舶安全航行要求。

5.2 浮標(biāo)配布適應(yīng)性分析

（1）洪水期時上行船舶在右岸獅子腦附近橫駛過河至梳子溪-丁頭鎮(zhèn)靠左岸航行，下行船舶順著主流，在河中心靠右位置航行，加之洪水期時設(shè)標(biāo)難度大危險系數(shù)高，可將右岸張家沱、馬牙灘浮標(biāo)撤除。

（2）非洪水期時實行船舶各自靠右航行，蓮沱整治工程后，清理右岸水邊礙航礁石和淺點，可將右岸張家沱浮標(biāo)收標(biāo)30米，拓寬實際航行寬度。高桅口浮標(biāo)設(shè)置在彎道出口處馬牙灘設(shè)置在胡子沙壩下游航道凸起段，根船舶航行軌跡特點可將高桅口和馬牙灘收邊10米，拓寬實際航行寬度。

6.總結(jié)

蓮沱航道整治工程實施，對蓮沱段航道水下礁石進(jìn)行了爆破清除，調(diào)整了河床斷面形態(tài)，達(dá)到清除沿岸礁石，提高通航限制流量和航道通過能力、改善河段通航水流條件、削弱礙航流態(tài)、保障船舶航行安全。通過對航標(biāo)配布適應(yīng)性進(jìn)行分析，提出在洪水期時撤除右岸張家沱、馬牙灘浮標(biāo)，保障設(shè)標(biāo)工作者的安全，在非洪水期時將右岸浮標(biāo)適當(dāng)收邊，拓寬實際航行寬度，降低通航安全風(fēng)險，提高通航效率。