龍括 黃云龍 江西省路港工程有限公司

某石梁灘段有石梁縱臥江中，該灘段無(wú)論石梁灘還是所對(duì)應(yīng)的岸側(cè)，邊界均極不規(guī)則，區(qū)段礁石遍布，石梁挑流束流、深水槽吸流及流水?dāng)U散等要素綜合作用，構(gòu)成中水礙航險(xiǎn)灘，治理難度比較大。為了便利通航，航道管理部門(mén)決定對(duì)區(qū)段實(shí)施炸礁疏浚治理，因此產(chǎn)生究竟選擇什么樣的優(yōu)化炸礁深幅方案問(wèn)題。本研究基于工程案例炸礁疏?？傮w方案要求，對(duì)石梁1/3炸幅、1/2炸幅和全炸幅等3個(gè)炸礁深幅方案，開(kāi)展優(yōu)選分析研究，以為案例及同類工程應(yīng)用提供炸礁深幅技術(shù)參考。

1.石梁影響通航狀態(tài)特點(diǎn)

石梁灘航道長(zhǎng)度839.2 k m～838.3km，該灘段呈現(xiàn)藕節(jié)形態(tài)，窄寬相間，河道寬展段水體深度比較小，收束段水體深度較大，灘內(nèi)泓淵起伏，最大水深變化近50m上下。受河道收束段的壅流和深水槽的吸流作用影響，在盤(pán)磨灘的上游，忽然水面壅高，流水流動(dòng)速率比較大。突嘴石梁具有挑流作用，受此影響，左岸過(guò)流較差。收束段后，河道寬度急速縮小，江中石梁臥阻，主河道水流更加不暢，該區(qū)域河床存在下切，水體深度大于50m，過(guò)水?dāng)嗝嬖龃螅魉畵砣?，過(guò)流速率降低。石梁周?chē)芎哟簿钟虻孛餐蛔兊挠绊?，易于形成亂流；在石梁被水位漫過(guò)以后，區(qū)域流態(tài)更壞，橫向流和滑梁水更甚，整個(gè)主槽水流紊亂，航道變得狹窄。在洪水多發(fā)期，石梁翻水，又航深不足，通航能力影響嚴(yán)重，屬于典型的中水期影響通航的險(xiǎn)灘。

船舶迎水進(jìn)入深水槽后，為躲避左側(cè)滑梁水，而選擇偏于右岸航行。駛至槽頭以后，又須避讓進(jìn)口區(qū)域的橫向流，逐步靠左航行，至白塔嘴后，選擇緊靠左岸航行，行進(jìn)變得困難。該區(qū)段航道的維護(hù)操作，具有較大難度。中水時(shí)節(jié)，左側(cè)石梁基本淹沒(méi)，但是水體深度還是不足，其間的滑梁水依然較強(qiáng)，船舶靠近較難，梁頂無(wú)法配置航標(biāo)。再因?yàn)槭苡覀?cè)磨盤(pán)石和左側(cè)石梁的遏制，區(qū)間航道尤為狹窄，在航道內(nèi)配置航標(biāo)也不允許，所以區(qū)域航標(biāo)配置相對(duì)困難。目前該區(qū)段中水時(shí)節(jié)，時(shí)常不得不控制通航，船舶上行，常于桃子巖等位置待航讓行。

2.石梁灘礙航形成原因

石梁屬于環(huán)境復(fù)雜的礙航險(xiǎn)灘，區(qū)域河槽較窄，其成原因比較復(fù)雜，主要有以下幾點(diǎn)。

（1）磨盤(pán)石探出河道比較寬與上游的掃彎水，是構(gòu)成左槽口橫流的主要原因。石梁灘段河勢(shì)上游彎道掃彎水受到磨盤(pán)石阻挑擋而流向主槽。磨盤(pán)石占據(jù)半個(gè)河道，高程達(dá)到8m。挑擋在槽內(nèi)形成激烈的橫向流，挑流之后，發(fā)生大量的泡水和回流。因?yàn)槭艿讲壑兄髁鞯膲簲D，左側(cè)橫向流與洄流的延展寬度并不大，影響通航區(qū)域較窄。

（2）河道地形地勢(shì)縱、橫突變是構(gòu)成泡漩頻發(fā)的重要原因。平面上，上游河道700m的寬度，槽口收至不足250 m，收窄了近2倍。豎向上，高程從-6.0m降低至-5.5m左右，存在約30%的降幅。區(qū)域更陡，倒坡出口坡率約-5%。兩岸岸壁直立，達(dá)50～60m高度。橫向突形變成橫向流和洄流，主流互相壓擠構(gòu)成漩水，底部橫向流、渦旋水流碰到兩側(cè)直墻后，折向水面，構(gòu)成強(qiáng)勢(shì)泡水。枯水期流動(dòng)速率緩慢，漩泡水較弱，航行基本無(wú)礙。中水期流動(dòng)速率加大，泡漩提高，對(duì)航行存在一定影響。洪水多發(fā)期磨盤(pán)石通流后，橫向流減弱，通航余地較大。

（3）沿梁泡水是構(gòu)成滑梁水重要的原因。因?yàn)槭翰黄剑嬖跐u變特點(diǎn)，并且其左側(cè)浩溝常年相連于主河槽，因此石梁內(nèi)外水位差實(shí)際并不很大，由水位差所導(dǎo)致的滑梁水其強(qiáng)度一般并不大。但是經(jīng)過(guò)觀察，石梁沿程頻發(fā)泡水，其出露水面后，隨即開(kāi)散，進(jìn)而構(gòu)成斜跨或橫跨石梁的較強(qiáng)橫向流。

（4）磨盤(pán)石與石梁互相對(duì)峙是影響通航的直接原因。右片磨盤(pán)石與左側(cè)石梁相對(duì)峙，石梁臥于中流，其兩側(cè)航行區(qū)域的連續(xù)性被阻斷，使該區(qū)段最窄區(qū)域，槽寬僅約150m。上述影響通航的過(guò)流狀態(tài)，使實(shí)際適航寬度進(jìn)一步收束，航道維護(hù)和船舶航行都面臨困難。

3.炸礁疏浚方案與治理功效

3.1 炸礁疏浚方案

依據(jù)影響通航特點(diǎn)分析，石梁灘段影響通航問(wèn)題窄束段水亂，而上游側(cè)受深水槽吸流和下游壅流影響，坡陡流急，加之右岸石梁突嘴眾多，阻水作用顯著，右岸水面壅高，橫比降亦比較大，橫向流比較強(qiáng)盛，灘段內(nèi)航行流水條件較差。伴隨水位的漲升，當(dāng)水位漫過(guò)石梁后該區(qū)域水勢(shì)更壞?；核蜋M向流更甚，整個(gè)主槽流水紊亂。航道狹窄，尤其是在石梁翻水但是航深又不足的中洪水多發(fā)期影響通航最為嚴(yán)重，為典型的中水險(xiǎn)灘。

該灘的整治思路為：炸低縱臥江中的石梁，改善石梁附近的過(guò)流狀態(tài)，提升有效航行區(qū)域?qū)挾?，解決窄束段流水不暢。阻水壅高上游水位引發(fā)的比降比較大的問(wèn)題：兼顧減弱中水期石梁頂部橫向流、滑梁水的強(qiáng)度。

3.2 炸礁深幅優(yōu)選

擬定4種開(kāi)挖深度，分別為4m、5m、6m和7m，擬定3個(gè)爆炸除礁選擇，分別為1/3炸、半炸和全炸除，實(shí)施局域改進(jìn)功效計(jì)算，具體配置如圖1所示。

圖1 石梁1/3炸、半炸和全炸除礁配置平面圖

3.2.1 石梁1/3炸幅對(duì)航道流力改變不大

基于設(shè)計(jì)過(guò)流量2230m3/s和治理過(guò)流量5920m3/s條件，各炸幅治理方案的航道流力變更狀態(tài)分析成果揭示如下。

①航道主流流動(dòng)速率及其變化。因?yàn)槭簠^(qū)段為深水槽段，過(guò)水截面面積比較大，爆炸除礁對(duì)航道流動(dòng)速率均值影響很小，并且不同炸幅所對(duì)應(yīng)的航道流動(dòng)速率大致相當(dāng)。

②左負(fù)右正橫向流及其變化。設(shè)計(jì)過(guò)流量時(shí)，爆炸除礁前后，航道最大橫向流基本保持不變，但是治理過(guò)流量時(shí)，橫向流有所降低，最大橫向流低于0.6m/s，航行基本無(wú)礙。

3.2.2 半炸對(duì)航道流力的狀態(tài)改變不大

基于設(shè)計(jì)過(guò)流量2230m3/s和治理過(guò)流量5920m3/s條件，各炸幅方案的航道流力變化狀態(tài)分析成果揭示如下。

①航道主流流動(dòng)速率及其變化。因?yàn)槭簠^(qū)段為深水槽段，過(guò)流截面的面積比較大，爆炸除礁對(duì)航道平均流動(dòng)速率影響很小，并且不同炸深所對(duì)應(yīng)的航道流動(dòng)速率值大致相當(dāng)。

②左負(fù)右正橫向流及其變化。設(shè)計(jì)過(guò)流量條件，爆炸除礁前后，航道最大橫向流基本不變，但是治理流星時(shí)橫向流有所降低，雖大橫向流低于0.6m/s，航行基本不受影響。

3.2.3 全炸對(duì)航道流力的狀態(tài)改變比較合適

基于設(shè)計(jì)過(guò)流量2230m3/s和治理過(guò)流量5920m3/s條件，各炸幅方案的航道流力變化狀態(tài)分析成果揭示如下。

①航道主流流動(dòng)速率及其變化：因?yàn)槭簠^(qū)段為深水槽段，過(guò)流截面的面積比較大，爆炸除礁對(duì)航道平均流動(dòng)速率影響相對(duì)很小，并且不同炸深所對(duì)應(yīng)的航道流動(dòng)速率值大致相當(dāng)。

②橫向流及其變化。設(shè)計(jì)過(guò)流量時(shí)，爆炸除礁前后航道最大橫向流基本保持不變，但是治理過(guò)流量時(shí)橫向流有所降低，最大橫向流低于0.4m/s，航行基本不受影響。

③航道中線區(qū)域的水位變化。設(shè)計(jì)過(guò)流量條件下，區(qū)段水位僅-3～0cm的變化幅度，治理過(guò)流量條件下，水位發(fā)生稍大降低，均值在0.16m左右。這是因?yàn)槭旱恼ǔ茸畲筮_(dá)7～9m，降低了12～15%的垂向石梁高度，爆炸除礁后，水域通連，流水順暢擴(kuò)散，水位自然降低。

④消灘判數(shù)。爆炸除礁前后，航道消灘判數(shù)，控制在±0.20m/s之內(nèi)，各炸幅所對(duì)應(yīng)的消灘判數(shù)基本重合，并且最大值都低于臨界消灘判數(shù)3.93m/s。

⑤航行水域。爆炸除礁后，石梁的左右航行水域，實(shí)現(xiàn)通連，中水期和枯水期適航水域?qū)挾?，從最狹窄的150m，提升至260m寬度，功效顯著。拓展的適航范圍及流水條件，均符合航道順利通行技術(shù)需求，解決了中水期和枯水期航標(biāo)配置、航道維護(hù)等難題。

全炸深幅5m和全炸深幅6m實(shí)施后，區(qū)域適航寬度均存在顯著提升，水流流動(dòng)速率與消灘判數(shù)的改變不大，治理前所存在不良流相顯著改善，航行流水條件較佳。兩方案盡管其航行流水條件差異不大，但是從航道規(guī)格、航域連續(xù)性、基巖河床、航道維護(hù)、航標(biāo)配置、工程量以及工程棄渣處理等等方面綜合考慮，全炸深幅5m方案的優(yōu)勢(shì)更明顯。所以，建議選擇全炸深幅5m方案開(kāi)展案例段航道炸礁整治。

4.結(jié)語(yǔ)

基于工程案例，開(kāi)展了石梁灘航道疏浚的炸礁深幅方案優(yōu)選研究。分析揭示，石梁1/3和1/2（半炸）炸幅工況下，炸礁對(duì)航道流力改變不大。全炸深幅5m和全炸深幅6m實(shí)施后，區(qū)域適航寬度均存在顯著提升，治理前所存在不良流相顯著改善，航行流水條件較佳。而從航道規(guī)格、航域連續(xù)性、航道維護(hù)、航標(biāo)配置、工程量以及工程棄渣處理等等方面綜合考慮，全炸深幅5m方案的優(yōu)勢(shì)更明顯。故建議選擇全炸深幅5m方案開(kāi)展案例段航道炸礁整治。