淺析北盤(pán)江壩草灘整治與模型試驗(yàn)研究5000字

1、淺析北盤(pán)江壩草灘整治與模型試驗(yàn)研究5000字 摘 要：本文從水沙運(yùn)動(dòng)與河道演變的關(guān)系研究壩草灘航道演變與礙航機(jī)理，根據(jù)不同工況下的水沙關(guān)系來(lái)分析灘險(xiǎn)成因；通過(guò)物理模型定床試驗(yàn)和定床輸沙試驗(yàn)，優(yōu)化整治方案，解決泥沙淤積問(wèn)題，為類(lèi)似灘險(xiǎn)整治提供借鑒。 畢業(yè)關(guān)鍵詞：壩草灘水沙分析 整治方案 物模定床輸沙試驗(yàn)北盤(pán)江是紅水河上游主要支流，發(fā)源于云南省沾溢縣馬雄山北麓，由西北流向東南，于貴州省望謨縣蔗香附近與南盤(pán)江集合后稱(chēng)為紅水河，南盤(pán)江、北盤(pán)江和紅水河習(xí)慣上稱(chēng)為“兩江一河。北盤(pán)江-紅水河航道是國(guó)家規(guī)劃的“兩橫一縱兩網(wǎng)十八線高等級(jí)航道之一，是貴州南入珠江的水運(yùn)出海通道?！笆晃迤陂g，貴州啟動(dòng)了西南水運(yùn)出海

2、中線通道貴州段航運(yùn)擴(kuò)建工程，按級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)整治“兩江一河航道共360km。其中北盤(pán)江壩草至兩江口段97km，整治灘險(xiǎn)26處，航道尺度壩草百層為1.6m30m300m，白層兩江口為1.6m50m330m，通航保證率為90%。壩草灘為本次北盤(pán)江航道整治起點(diǎn)，下距兩江口97km，屬北盤(pán)江典型的砂卵石灘險(xiǎn)，以枯水河槽彎、窄、淺礙航著稱(chēng)。該灘位于龍灘庫(kù)區(qū)變動(dòng)回水區(qū)，灘險(xiǎn)成因復(fù)雜，既受龍灘庫(kù)區(qū)回水頂托影響，也受上游董箐電站下泄流量影響，水沙條件復(fù)雜，同時(shí)灘頭左岸為擬建壩草新港，灘險(xiǎn)整治須考慮港池淤積問(wèn)題，整治難度大。建立業(yè)主將壩草灘作為整治該段航道的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，委托進(jìn)展物模試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)單位加強(qiáng)設(shè)計(jì)力量，施工

3、單位嚴(yán)密配合，多方協(xié)作確保壩草灘整治工程獲得成功。1.灘險(xiǎn)演變及礙航因素分析1 . 1地質(zhì)地貌壩草灘地質(zhì)主要由沙砂卵石組成。灘段位于微彎河段，灘上段左岸有一長(zhǎng)約330m的卵石邊灘1號(hào)邊灘，其下游右岸有一長(zhǎng)約420m的卵石邊灘2號(hào)邊灘，在往下游左岸有一長(zhǎng)約440m的卵石邊灘3號(hào)邊灘，3個(gè)邊灘上下銜接，左右交織，枯水航道呈S型。1 . 2灘險(xiǎn)演變及礙航因素分析北盤(pán)江為典型的山區(qū)河流，距本灘下游約10km的這洞水文站資料統(tǒng)計(jì)，年平均徑流量151億m3，年平均流量479m3/s，年最大日均流量5134m3/s2001.7.4，最小43.66m3/s2001.5.2，年際、年內(nèi)水量分布極不均勻，汛期水位

4、暴漲暴落現(xiàn)象非常突出。壩草灘長(zhǎng)約1.4km，平均比降1.16，部分最大比降為4.25，最大流速1.91m/s，最小水深0.7m，為典型的北盤(pán)江沙卵石灘。該灘段為微彎河段，自上而下岸側(cè)分布存在大小規(guī)模不同的三塊邊灘侵入枯水主槽，邊灘灘面高程均較低，整治流量下灘面過(guò)流。這些大小不一、上下不等的邊灘控制了枯水流線，使枯水航道呈S型。在灘段范圍內(nèi)洪水時(shí)水流取直、枯水時(shí)水流歸槽坐彎，上游不同的來(lái)流量下水流流向相差較大，枯水河槽大幅偏離中高水期的流線，甚至位于緩流區(qū)，汛期泥沙淤積量大而枯水期水流沖刷不力，加之汛期強(qiáng)水流攜帶淤積物粒徑較粗，由此使得枯水河槽彎、窄、淺。同時(shí)，本河段河寬較窄，洪水河寬一般缺乏1

5、50m，因此，較窄的河寬為壩草新港口水域的布置帶來(lái)了很大難度，港池及盤(pán)旋水域開(kāi)挖后面臨泥沙回淤的風(fēng)險(xiǎn)。該灘經(jīng)過(guò)1994年和“十五期的西南水運(yùn)出海通道中線起步工程整治，在2號(hào)邊灘灘頭建有2條勾頭壩和1條順壩，中部建有3 條丁壩，在3號(hào)邊灘灘尾建有2條丁壩，以加強(qiáng)枯水期航道沖刷，但由于2號(hào)邊灘灘中丁壩位于洪水主流流線上，受汛期洪水直沖，水毀嚴(yán)重。壩草灘原始地形見(jiàn)圖1。本灘的整治主要是解決級(jí)航道航道尺度缺乏，壩草新港口水域布置及泥沙淤積問(wèn)題，并且采取有效措施預(yù)防整治建筑物水毀。2.現(xiàn)狀條件下水流特性試驗(yàn)根據(jù)該灘的實(shí)際情況，進(jìn)展了工程前設(shè)計(jì)流量183m3/s、整治流量329 m3/s、中水流量880m

6、3/s和洪水流量2000m3/s共四個(gè)特征流量下水流特性試驗(yàn)。結(jié)果說(shuō)明：1在183m3/s設(shè)計(jì)流量下，航深1.6m等深線根本貫穿，但在1號(hào)邊灘與2號(hào)邊灘的過(guò)渡段約27m水深缺乏1.6m，且部分1.6m水深的寬度不滿足設(shè)計(jì)航寬要求；2號(hào)邊灘與3號(hào)邊灘的過(guò)渡段彎曲半徑不滿足設(shè)計(jì)要求。2流速隨流量的增大而增大，流量為2000m3/s時(shí)，邊灘上流速普遍超過(guò)3m/s，航道處流速均小于3m/s；183m3/s設(shè)計(jì)流量下最大流速2.19m/s，出如今2、3號(hào)邊灘的過(guò)渡段。3設(shè)計(jì)流量下，水流歸槽，流向根本與航道走向一致；中洪水水流動(dòng)力軸線取直過(guò)灘，航道內(nèi)流向偏向邊灘，特別是在彎道和邊灘的灘頭，偏角較大。試驗(yàn)說(shuō)

7、明，壩草灘在各級(jí)流量下水面比降一般小于2，流速一般不超過(guò)3m/s，說(shuō)明該灘通航水流條件較好。礙航主要是部分水深、航寬和彎曲半徑缺乏。3.整治原那么3. 1整治參數(shù)1設(shè)計(jì)流量壩草灘位于龍灘庫(kù)區(qū)變動(dòng)回水區(qū)，距上游董箐電站約5km，受上游下泄流量和庫(kù)區(qū)回水影響較大。經(jīng)綜合分析計(jì)算，設(shè)計(jì)流量取董箐電站單機(jī)滿發(fā)最大引用流量的85%為183m3/s。2整治流量和整治水位根據(jù)北盤(pán)江整治經(jīng)歷，整治水位一般高出設(shè)計(jì)水位0.81.2m，考慮到設(shè)計(jì)流量取183m3/s，明顯大于天然條件下的設(shè)計(jì)流量，因此整治水位取小值為宜，即為設(shè)計(jì)水位上0.8m，對(duì)應(yīng)流量為329m3/s。3.2整治原那么與目的根據(jù)工程前水流特性試驗(yàn)

8、和灘險(xiǎn)礙航特點(diǎn)，采取整治與疏浚相結(jié)合，以疏浚為主；新建整治建筑物與修復(fù)原建壩體相結(jié)合，以完善已建整治建筑物發(fā)揮其作用為主；改善港口水域和航道水深、防止淤積和改善航行水流條件、解決彎、窄、淺相結(jié)合，做到統(tǒng)籌兼顧。 4.工程方案試驗(yàn)研究4 . 1方案1對(duì)2號(hào)邊灘上原有老壩進(jìn)展加固并加高到整治水位，撤除整治線以內(nèi)的壩體；對(duì)壩草老港和新港的港池、盤(pán)旋水域進(jìn)展開(kāi)挖；在3號(hào)邊灘上新建3條勾頭壩，對(duì)原2條老丁壩改造成勾頭壩，以穩(wěn)固3號(hào)邊灘；對(duì)規(guī)劃航槽內(nèi)航深缺乏處進(jìn)展開(kāi)挖。通過(guò)183m3/s、329m3/s、880m3/s和2000m3/s的4級(jí)流量下水流條件試驗(yàn)說(shuō)明：1各級(jí)流量下港池和盤(pán)旋水域水位有明顯下降

9、且隨流量加大下降值減小。設(shè)計(jì)流量下港池水位下降約0.2m，盤(pán)旋水域下降約0.32m；工程后水面比降比工程前略有減小。2工程后新港港域流速明顯減小易引起泥沙淤積，水流流向變化不大。設(shè)計(jì)流量下，工程前碼頭前水域流速為0.91.2m/s，工程后為0.30.5m/s，雖有利于船舶?？孔鳂I(yè)，但上游來(lái)沙易引起淤積。4 . 2方案2在方案1的根底上，調(diào)整盤(pán)旋水域位置，將盤(pán)旋向下調(diào)整，撤除2號(hào)邊灘上游2條老壩，以增大盤(pán)旋水域，其余同方案一。通過(guò)183m3/s、329m3/s、880m3/s 和2000m3/s的4級(jí)流量下水流條件試驗(yàn)說(shuō)明：方案2與方案1相比，港池和盤(pán)旋水域流速值變化不大，但盤(pán)旋水域流向偏右岸。

10、從流向上看偏右岸對(duì)船舶調(diào)頭不利，但盤(pán)旋水域?qū)挾燃哟髮?duì)船舶調(diào)頭是有利的。4.3定床輸沙試驗(yàn)由于相關(guān)資料缺乏，輸沙參數(shù)按本灘下游約14km的壩油灘的推移質(zhì)動(dòng)床試驗(yàn)成果來(lái)確定，然后根據(jù)本灘的特點(diǎn)作適當(dāng)調(diào)整。4.3.1輸沙參數(shù)1進(jìn)口推移質(zhì)加沙粒徑根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣確定，粒徑范圍根本在2.590mm。2進(jìn)口單寬輸沙率分別采用愛(ài)因斯坦，即非均勻沙輸沙率公式：和梅葉彼得計(jì)算，即均勻沙輸沙率公式：在Q2000m3/s，兩公式計(jì)算偏向較大；在Q1000m3/s，兩公式計(jì)算偏向較小，考慮到本灘粒徑范圍較大，故采用愛(ài)因斯坦非均勻沙輸沙率公式計(jì)算。3流量過(guò)程控制模擬將來(lái)上、下游水電站建成后的水文過(guò)程。龍灘庫(kù)區(qū)7月次年1月水

11、位較高，本灘位于回水段，航行水流條件好；其他時(shí)段庫(kù)區(qū)水位較低時(shí)，本灘恢復(fù)到天然狀態(tài)，水流條件取決于上游董箐電站和光照電站的下泄流量。4輸沙量控制試驗(yàn)主要是研究泥沙淤積部位，在確定各流量級(jí)輸沙率時(shí)不考慮將來(lái)上游推移質(zhì)泥沙來(lái)量減少的情況。輸沙量受龍灘庫(kù)區(qū)變水位影響大，水位越高，泥沙粒徑越小，輸沙量也越少，因此根據(jù)電站運(yùn)行情況，泥沙粒徑作適當(dāng)減小，加沙量作適當(dāng)減少。5尾門(mén)水位控制根據(jù)龍灘電站調(diào)度曲線，本灘約80%時(shí)間處于庫(kù)區(qū)回水雍水狀態(tài)，20%時(shí)間處于天然狀態(tài)。工況一為雍水狀態(tài)，工況二為天然狀態(tài)。4.3.2工況一工程方案定床輸沙試驗(yàn)1方案1淤積出如今1號(hào)邊灘對(duì)面彎道處航道內(nèi)和新港港池水域。彎道航道內(nèi)

12、淤積體長(zhǎng)約135m，寬20m，最大淤厚1.75m；港池水域淤積體長(zhǎng)約201m，寬22m，最大淤厚1.5m。淤積主要是因?yàn)榱髁枯^大時(shí)，水流動(dòng)力軸線取直，洪水流向和枯水流向偏向較大所致。2方案3針對(duì)方案1出現(xiàn)的泥沙淤積問(wèn)題，進(jìn)展工程優(yōu)化改良形成方案3，對(duì)淤積部位工程布置進(jìn)展調(diào)整，延長(zhǎng)2號(hào)邊灘頭第一根順壩并盡量貼近航槽，以加大對(duì)新港港池的沖刷。定床輸沙試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，上游彎道淤積量變化不大，港池淤積部位不變，量減少了20%?？梢?jiàn)，由于港池位于彎道緩流區(qū)，泥沙淤積問(wèn)題不可防止。3方案2港池淤積問(wèn)題仍然存在，部位和淤積量與方案一致。通過(guò)定床輸沙試驗(yàn)可見(jiàn)，在龍灘庫(kù)區(qū)回水頂托下，導(dǎo)治建筑物作用較弱，泥沙淤積不

13、可防止。4.3.3工況二工程方案定床輸沙試驗(yàn)工況二為尾門(mén)降至天然條件水位，試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，各方案航槽內(nèi)均無(wú)淤積，但新港港池中的淤積仍然存在。說(shuō)明雖然在天然狀況下，高水期由于整治建筑物較低矮，且港池位于彎道緩流區(qū)，整治作用較弱。4 . 4推薦方案按照龍灘電站調(diào)試運(yùn)行方案，壩草灘處于天然狀態(tài)時(shí)間較短，長(zhǎng)期被庫(kù)區(qū)回水吞沒(méi)，灘段水流條件會(huì)得到明顯改善，按照模型試驗(yàn)中采用的不利條件，要到達(dá)整治效果工程量大，不經(jīng)濟(jì)。綜合定床試驗(yàn)效果、定床輸沙試驗(yàn)效果和工程量等因素，確定推薦方案如下：考慮到壩草新碼頭以上不再有船舶航行，將盤(pán)旋水域下移至新港碼頭對(duì)面航道水域范圍內(nèi)；其他根本采用方案1的布局，考慮到3號(hào)邊灘作為棄

14、方區(qū)，棄方可以代替3號(hào)邊灘上的部分勾頭壩。詳細(xì)方案布局為：撤除2號(hào)邊灘頭部3條順壩，以增加盤(pán)旋水域?qū)挾?；加高加固中?條老丁壩至整治水位，撤除整治線內(nèi)壩頭；在3號(hào)邊灘中部新建1條勾頭壩，對(duì)邊灘上原有2條老丁壩進(jìn)展加固修復(fù)并加高至整治水位。4 . 5推薦方案定床輸沙試驗(yàn)通過(guò)工況一和工況二情況下的床輸沙試驗(yàn)，效果同方案2相近，新港港池內(nèi)有淤積體出現(xiàn)，其余沒(méi)有淤積體產(chǎn)生。5.整治后效果工程施行經(jīng)過(guò)1個(gè)水文年后，通過(guò)開(kāi)工測(cè)量觀測(cè)，整治后效果與模型試驗(yàn)成果根本一致。新港港池水位下降約0.18m，航槽及盤(pán)旋水域內(nèi)沒(méi)有淤積，整治效果較好，但新港碼頭港池內(nèi)存在泥沙淤積，長(zhǎng)約220m，寬約28m，比物模試驗(yàn)結(jié)果有所擴(kuò)大。6.結(jié)語(yǔ)1壩草灘位于龍灘庫(kù)區(qū)回水變動(dòng)區(qū)，既受上游電站流量調(diào)節(jié)影響，又受下游庫(kù)區(qū)水位變動(dòng)影響，水流運(yùn)動(dòng)條件非常復(fù)雜，如何解決泥沙淤積問(wèn)題是個(gè)難題。2采用定床水流模型和定床輸沙模型相結(jié)合進(jìn)展試驗(yàn)研究，經(jīng)水位、流速分布和率定試驗(yàn)，證明是和原型相似的。3定床輸沙試驗(yàn)采用兩種工況，證明是符合實(shí)際情況的。4新港港池位于緩流區(qū)，長(zhǎng)期受龍灘水位頂托，當(dāng)庫(kù)區(qū)水位下降，上游來(lái)流量較大時(shí)，水流取直，工程作