1.河道概況及背景

廣陽(yáng)壩水道位于長(zhǎng)江上游航道里程806.0～816.0km，該水道目前航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)，航道維護(hù)尺度為3.5m×150m×1000m（航道水深×航寬×彎曲半徑，下同）。國(guó)家十三五期間規(guī)劃長(zhǎng)江上游朝天門至涪陵河段達(dá)到4.5m×150m×1000m（局部困難河段航寬120m、彎曲半徑800m）的航道標(biāo)準(zhǔn)，但廣陽(yáng)壩水道受上游廣陽(yáng)壩急灘、中游飛蛾磧和下游長(zhǎng)葉磧淺險(xiǎn)灘3個(gè)連續(xù)灘險(xiǎn)的影響，航行條件較差，天然情況下不能滿足4.5m水深航道的標(biāo)準(zhǔn)，上述幾處灘險(xiǎn)亟需進(jìn)行整治。

2018年1月至2018年7月，重慶交通大學(xué)開(kāi)展了“長(zhǎng)江上游廣陽(yáng)壩水道航道整治工可階段物理模型試驗(yàn)（定床部分）的研究工作。通過(guò)定床水流和定床輸沙試驗(yàn)，最終確定了“飛蛾磧航槽偏左+長(zhǎng)葉磧航槽偏左”的整治方案。而整治后航槽的穩(wěn)定性主要取決于卵石的沖淤，因此在定床模型試驗(yàn)結(jié)束后需要開(kāi)展動(dòng)床物理模型試驗(yàn)，對(duì)定床推薦方案進(jìn)行研究。

2.動(dòng)床試驗(yàn)主要研究?jī)?nèi)容

動(dòng)床物理模型試驗(yàn)主要針對(duì)定床階段確定的廣陽(yáng)壩水道開(kāi)展卵石輸移與航槽穩(wěn)定性研究，主要分為兩部分：

（1）廣陽(yáng)壩水道卵石推移質(zhì)輸移與灘險(xiǎn)演變研究

以2012年水沙過(guò)程作為典型代表年，通過(guò)動(dòng)床物理模型試驗(yàn)，研究典型洪水過(guò)程下廣陽(yáng)壩水道推移質(zhì)輸移特性及其對(duì)航槽灘險(xiǎn)的演變影響。

（2）廣陽(yáng)壩水道航道整治方案研究

重點(diǎn)研究廣陽(yáng)壩水道航道整治推薦方案實(shí)施以后，廣陽(yáng)壩左槽進(jìn)口處開(kāi)挖、蜘蛛磧疏浚以及飛蛾磧開(kāi)挖后對(duì)廣陽(yáng)壩卵礫石輸移的影響及左槽航槽的穩(wěn)定性。長(zhǎng)葉磧開(kāi)挖以及烏獨(dú)磧疏浚后對(duì)長(zhǎng)葉磧卵礫石輸移的影響以及航槽的穩(wěn)定性；

3.動(dòng)床模型設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

3.1 模擬范圍

（1）模型范圍。根據(jù)廣陽(yáng)壩、長(zhǎng)葉磧水道的河勢(shì)條件和整治工程所在位置及整治對(duì)象特性，選擇的模型實(shí)驗(yàn)范圍為上游銅鑼?shí){中段大磨石（上游航道里程643.5km）至下游魚嘴大橋（上游航道里程629.5km），全長(zhǎng)約14km。模型進(jìn)口銅鑼?shí){順直均勻且水流較急，距廣陽(yáng)壩整治區(qū)上端2km，能夠保證進(jìn)入模型流量的合理分配與穩(wěn)定，且進(jìn)入試驗(yàn)段的水流已經(jīng)得到充分調(diào)整。出口距長(zhǎng)葉磧整治工程尾部約2.5km，尾水魚嘴沱水尺作為控制，經(jīng)過(guò)彎曲段實(shí)際地形調(diào)整，則模型尾水在水位相符的情況下流態(tài)的相似性也能得到保證。

（2）動(dòng)床鋪沙范圍。由于定床模型試驗(yàn)范圍較長(zhǎng)，模型全部改造成動(dòng)床較為困難。所以根據(jù)廣陽(yáng)壩水道的河床地質(zhì)條件及定床輸沙試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于沒(méi)有卵石覆蓋及輸移的石質(zhì)河床或者高大的邊灘仍然采用原定床條件。廣陽(yáng)壩水道鋪沙范圍從上游的蜘蛛磧至飛蛾磧尾，長(zhǎng)葉磧水道鋪沙范圍自上游門閂子至魚嘴下游。鋪沙充分考慮河床組成和輸沙路徑，且在最上游進(jìn)口銅鑼?shí){處采用全斷面鋪沙（符合實(shí)際河床條件），保證了各輸沙時(shí)期河床輸沙線路上均有泥沙補(bǔ)給。

表1 廣陽(yáng)壩水道航道治理物理模型比尺統(tǒng)計(jì)表

為了更加直觀的觀察廣陽(yáng)壩和長(zhǎng)葉磧整治后的泥沙輸移與航槽穩(wěn)定性，采用分層鋪設(shè)不同顏色模型沙。廣陽(yáng)壩整治區(qū)和長(zhǎng)葉磧整治區(qū)上層采用染成紅色的模型沙，底部采用天然沙的本色。

3.2 模型比尺確定

根據(jù)水流和泥沙運(yùn)動(dòng)相似條件，結(jié)合航道整治要求、研究范圍以及試驗(yàn)場(chǎng)地，對(duì)廣陽(yáng)壩、長(zhǎng)葉磧水道河工模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用比尺見(jiàn)表1。

4.動(dòng)床試驗(yàn)布置

水沙條件仍以2012年作為典型代表年份。動(dòng)床模型布置時(shí)，認(rèn)為方案前后河床組成情況不發(fā)生變化，即方案前后河床組成粒徑不發(fā)生變化。

4.1 動(dòng)床模型布置

為順應(yīng)河勢(shì)，將規(guī)劃航槽盡量布置在原有航槽位置，減少開(kāi)挖。采用飛蛾磧航槽偏左+長(zhǎng)葉磧航槽偏左的治理思路。

（1）航槽布置。順應(yīng)河勢(shì)，飛蛾磧處的規(guī)劃航槽偏左、微彎?？菟谥髁餮有南蛳铝?，受餓狗堆阻擋，偏左側(cè)直沖野騾子掃彎而下，在野土地以下左岸各水位期流急掃彎，經(jīng)左岸飛蛾磧遇阻，折向右岸虎扒子經(jīng)麻二梁偏右岸而下。設(shè)計(jì)規(guī)劃航槽寬度為150m，最小彎曲半徑1000m。

（2）總平面布置。對(duì)規(guī)劃航槽內(nèi)的不滿足設(shè)計(jì)水深要求的淺區(qū)部位進(jìn)行開(kāi)挖，對(duì)規(guī)劃航槽內(nèi)的不滿足設(shè)計(jì)水深要求的淺區(qū)部位進(jìn)行開(kāi)挖。

即開(kāi)挖上段左岸蜘蛛磧磧翅、右岸野土地、腰膛磧和蘆席磧磧翅、左岸飛蛾磧磧翅，左岸飛蛾磧由于采砂使飛蛾磧磧翅從中“折斷”成兩部分，一部分為深入河心的磧翅，另一部分為江心孤立的磧壩，為了不使飛蛾磧磧翅成為江中礙航物，因此，擬將飛蛾磧江心孤立的磧壩全部開(kāi)挖至設(shè)計(jì)底高程，另一部分磧翅需開(kāi)挖規(guī)劃航槽內(nèi)的礙航淺區(qū)部位。開(kāi)挖基線與規(guī)劃航槽邊線間距按照20m控制。

5.試驗(yàn)結(jié)果分析

動(dòng)床模型試驗(yàn)主要對(duì)方案實(shí)施后的航槽沖淤演變情況進(jìn)行研究分析。

（1）蜘蛛磧至礁石子段。蜘蛛磧至礁石子區(qū)域主航槽由于上游銅鑼?shí){峽谷河段的存在，在中水期以下流量時(shí)很少有泥沙進(jìn)入，所以基本上不會(huì)有上游來(lái)沙補(bǔ)給，河槽中無(wú)明顯的卵石輸移帶或者淤積帶，主航槽穩(wěn)定。當(dāng)流量增加至9350m3/s時(shí)，主航槽邊緣蜘蛛磧磧翅一側(cè)，有卵石推移質(zhì)逐漸從蜘蛛磧疏浚區(qū)域輸移至航槽邊緣以及下游航槽，在各個(gè)時(shí)期都有較為明顯的沖刷，并少量淤積在疏浚區(qū)域，從蜘蛛磧磧翅開(kāi)挖邊緣位置起算淤積寬度在100m左右。

航槽疏浚區(qū)域，隨著中水以上流量（9350m3/s--40.8h，13000m3/s--19.2h，10500m3/s--40.8h，13500m3/s--16.8h，）的長(zhǎng)時(shí)間不斷沖刷，上游來(lái)沙大量輸入并淤積在蜘蛛磧和蘆席磧疏浚區(qū)上半段，在各級(jí)流量下均無(wú)法沖刷干凈。當(dāng)流量增加至20000m3/s時(shí)，可以看出蜘蛛磧航槽內(nèi)輸移區(qū)域范圍明顯增大，輸移寬度為原來(lái)的兩倍左右，大約200m，并在航槽右側(cè)產(chǎn)生小范圍輸移區(qū)域。隨著流量的增加，當(dāng)流量為Q=35400m3/s時(shí)，卵石輸移帶寬度仍在不斷增加，且覆蓋了半截梁、蜘蛛磧磧翅靠右的一大片礁石區(qū)域，輸移寬度達(dá)到300m；并且廣陽(yáng)壩灘險(xiǎn)左槽內(nèi)，卵石輸移帶寬度急劇增加且從左槽邊緣部分向河段中間位置偏移。同時(shí)在廣陽(yáng)壩灘險(xiǎn)左槽內(nèi)的卵石輸移帶相對(duì)流量Q=20000m3/s的輸移寬度顯著增加，能夠覆蓋到大部分礁石灘，一直延伸到廣陽(yáng)島分叉河段的交界處。當(dāng)流量進(jìn)一步增加至35400m3/s和45300m3/s以上時(shí)，卵石輸移區(qū)域已無(wú)明顯變化。

（2）飛蛾磧段。飛蛾磧漲水階段枯水期基本無(wú)泥沙進(jìn)入，隨著流量的增加，至中水流量約9350m3/s以上時(shí)，開(kāi)始有卵石推移質(zhì)從福平背左側(cè)航槽（航道里程638.4km）輸移，至航槽邊緣并淤積在廟角右側(cè)航槽（航道里程637.8km）處，輸移長(zhǎng)度大約為500米，寬度為120米。并且在飛蛾磧航槽有大片疏浚區(qū)域被卵石輸移區(qū)覆蓋，中間航槽并無(wú)明顯的淤積現(xiàn)象。在漲水階段隨著流量的增加，至流量13500m3/s時(shí)，之前沒(méi)有淤積現(xiàn)象的中間航槽區(qū)域也出現(xiàn)了一條細(xì)細(xì)的卵石輸移帶，并在漲水結(jié)束階段可完全覆蓋大部分航槽寬度。當(dāng)流量增至20000m3/s流量時(shí)，飛蛾磧上的卵石以群體形式向下集中輸移，大量進(jìn)入航槽，并在飛蛾磧疏浚區(qū)右側(cè)100米處，有新的卵石輸移區(qū)域出現(xiàn)，輸移長(zhǎng)度約180米，寬度80米。當(dāng)流量進(jìn)一步增大至35400m3/s及以上時(shí)，主航槽區(qū)域輸移范圍已經(jīng)變化不大，相比較與流量20000m3/s飛蛾磧右側(cè)新的輸移區(qū)域有進(jìn)一步的擴(kuò)大，輸移長(zhǎng)度約為550m。

6.結(jié)語(yǔ)

廣陽(yáng)壩河段長(zhǎng)江上游朝天門至涪陵河段正開(kāi)展4.5m水深航道整治工程的重點(diǎn)灘段，河道內(nèi)河床地形復(fù)雜，水流形態(tài)多變，礁石密布，多發(fā)泡漩回流等惡劣流態(tài)，影響船舶航行安全。本文針對(duì)廣陽(yáng)壩河段開(kāi)展4.5米水深航道整治工程動(dòng)床模型試驗(yàn)研究，為確定航道整治思路及形成整治方案提供依據(jù)，也為其他長(zhǎng)江上游航道整治工程提供參考。