淺析北盤江壩草灘整治與模型試驗研究5000字

1、淺析北盤江壩草灘整治與模型試驗研究5000字 摘 要：本文從水沙運動與河道演變的關系研究壩草灘航道演變與礙航機理，根據(jù)不同工況下的水沙關系來分析灘險成因；通過物理模型定床試驗和定床輸沙試驗，優(yōu)化整治方案，解決泥沙淤積問題，為類似灘險整治提供借鑒。 畢業(yè)關鍵詞：壩草灘水沙分析 整治方案 物模定床輸沙試驗北盤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江集合后稱為紅水河，南盤江、北盤江和紅水河習慣上稱為“兩江一河。北盤江-紅水河航道是國家規(guī)劃的“兩橫一縱兩網(wǎng)十八線高等級航道之一，是貴州南入珠江的水運出海通道?！笆晃迤陂g，貴州啟動了西南水運出海

2、中線通道貴州段航運擴建工程，按級航道標準整治“兩江一河航道共360km。其中北盤江壩草至兩江口段97km，整治灘險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%。壩草灘為本次北盤江航道整治起點，下距兩江口97km，屬北盤江典型的砂卵石灘險，以枯水河槽彎、窄、淺礙航著稱。該灘位于龍灘庫區(qū)變動回水區(qū)，灘險成因復雜，既受龍灘庫區(qū)回水頂托影響，也受上游董箐電站下泄流量影響，水沙條件復雜，同時灘頭左岸為擬建壩草新港，灘險整治須考慮港池淤積問題，整治難度大。建立業(yè)主將壩草灘作為整治該段航道的關鍵節(jié)點，委托進展物模試驗研究，設計單位加強設計力量，施工

3、單位嚴密配合，多方協(xié)作確保壩草灘整治工程獲得成功。1.灘險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，灘上段左岸有一長約330m的卵石邊灘1號邊灘，其下游右岸有一長約420m的卵石邊灘2號邊灘，在往下游左岸有一長約440m的卵石邊灘3號邊灘，3個邊灘上下銜接，左右交織，枯水航道呈S型。1 . 2灘險演變及礙航因素分析北盤江為典型的山區(qū)河流，距本灘下游約10km的這洞水文站資料統(tǒng)計，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，為典型的北盤江沙卵石灘。該灘段為微彎河段，自上而下岸側分布存在大小規(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)洪水時水流取直、枯水時水流歸槽坐彎，上游不同的來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，加之汛期強水流攜帶淤積物粒徑較粗，由此使得枯水河槽彎、窄、淺。同時，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了很大難度，港池及盤旋水域開挖后面臨泥沙回淤的風險。該灘經(jīng)過1994年和“十五期的西南水運出海通道中線起步工程整治，在2號邊灘灘頭建有2條勾頭壩和1條順壩，中部建有3 條丁壩，在3號邊灘灘尾建有2條丁壩，以加強枯水期航道沖刷，但由于2號邊灘灘中丁壩位于洪水主流流線上，受汛期洪水直沖，水毀嚴重。壩草灘原始地形見圖1。本灘的整治主要是解決級航道航道尺度缺乏，壩草新港口水域布置及泥沙淤積問題，并且采取有效措施預防整治建筑物水毀。2.現(xiàn)狀條件下水流特性試驗根據(jù)該灘的實際情況，進展了工程前設計流量183m3/s、整治流量329 m3/s、中水流量880m

6、3/s和洪水流量2000m3/s共四個特征流量下水流特性試驗。結果說明：1在183m3/s設計流量下，航深1.6m等深線根本貫穿，但在1號邊灘與2號邊灘的過渡段約27m水深缺乏1.6m，且部分1.6m水深的寬度不滿足設計航寬要求；2號邊灘與3號邊灘的過渡段彎曲半徑不滿足設計要求。2流速隨流量的增大而增大，流量為2000m3/s時，邊灘上流速普遍超過3m/s，航道處流速均小于3m/s；183m3/s設計流量下最大流速2.19m/s，出如今2、3號邊灘的過渡段。3設計流量下，水流歸槽，流向根本與航道走向一致；中洪水水流動力軸線取直過灘，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。試驗說

7、明，壩草灘在各級流量下水面比降一般小于2，流速一般不超過3m/s，說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設計流量壩草灘位于龍灘庫區(qū)變動回水區(qū)，距上游董箐電站約5km，受上游下泄流量和庫區(qū)回水影響較大。經(jīng)綜合分析計算，設計流量取董箐電站單機滿發(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)北盤江整治經(jīng)歷，整治水位一般高出設計水位0.81.2m，考慮到設計流量取183m3/s，明顯大于天然條件下的設計流量，因此整治水位取小值為宜，即為設計水位上0.8m，對應流量為329m3/s。3.2整治原那么與目的根據(jù)工程前水流特性試驗

8、和灘險礙航特點，采取整治與疏浚相結合，以疏浚為主；新建整治建筑物與修復原建壩體相結合，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、淺相結合，做到統(tǒng)籌兼顧。 4.工程方案試驗研究4 . 1方案1對2號邊灘上原有老壩進展加固并加高到整治水位，撤除整治線以內(nèi)的壩體；對壩草老港和新港的港池、盤旋水域進展開挖；在3號邊灘上新建3條勾頭壩，對原2條老丁壩改造成勾頭壩，以穩(wěn)固3號邊灘；對規(guī)劃航槽內(nèi)航深缺乏處進展開挖。通過183m3/s、329m3/s、880m3/s和2000m3/s的4級流量下水流條件試驗說明：1各級流量下港池和盤旋水域水位有明顯下降

9、且隨流量加大下降值減小。設計流量下港池水位下降約0.2m，盤旋水域下降約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。設計流量下，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)，但上游來沙易引起淤積。4 . 2方案2在方案1的根底上，調(diào)整盤旋水域位置，將盤旋向下調(diào)整，撤除2號邊灘上游2條老壩，以增大盤旋水域，其余同方案一。通過183m3/s、329m3/s、880m3/s 和2000m3/s的4級流量下水流條件試驗說明：方案2與方案1相比，港池和盤旋水域流速值變化不大，但盤旋水域流向偏右岸。

10、從流向上看偏右岸對船舶調(diào)頭不利，但盤旋水域?qū)挾燃哟髮Υ罢{(diào)頭是有利的。4.3定床輸沙試驗由于相關資料缺乏，輸沙參數(shù)按本灘下游約14km的壩油灘的推移質(zhì)動床試驗成果來確定，然后根據(jù)本灘的特點作適當調(diào)整。4.3.1輸沙參數(shù)1進口推移質(zhì)加沙粒徑根據(jù)現(xiàn)場取樣確定，粒徑范圍根本在2.590mm。2進口單寬輸沙率分別采用愛因斯坦，即非均勻沙輸沙率公式：和梅葉彼得計算，即均勻沙輸沙率公式：在Q2000m3/s，兩公式計算偏向較大；在Q1000m3/s，兩公式計算偏向較小，考慮到本灘粒徑范圍較大，故采用愛因斯坦非均勻沙輸沙率公式計算。3流量過程控制模擬將來上、下游水電站建成后的水文過程。龍灘庫區(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；其他時段庫區(qū)水位較低時，本灘恢復到天然狀態(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輸沙量控制試驗主要是研究泥沙淤積部位，在確定各流量級輸沙率時不考慮將來上游推移質(zhì)泥沙來量減少的情況。輸沙量受龍灘庫區(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)電站運行情況，泥沙粒徑作適當減小，加沙量作適當減少。5尾門水位控制根據(jù)龍灘電站調(diào)度曲線，本灘約80%時間處于庫區(qū)回水雍水狀態(tài)，20%時間處于天然狀態(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1方案1淤積出如今1號邊灘對面彎道處航道內(nèi)和新港港池水域。彎道航道內(nèi)

12、淤積體長約135m，寬20m，最大淤厚1.75m；港池水域淤積體長約201m，寬22m，最大淤厚1.5m。淤積主要是因為流量較大時，水流動力軸線取直，洪水流向和枯水流向偏向較大所致。2方案3針對方案1出現(xiàn)的泥沙淤積問題，進展工程優(yōu)化改良形成方案3，對淤積部位工程布置進展調(diào)整，延長2號邊灘頭第一根順壩并盡量貼近航槽，以加大對新港港池的沖刷。定床輸沙試驗結果說明，上游彎道淤積量變化不大，港池淤積部位不變，量減少了20%?？梢姡捎诟鄢匚挥趶澋谰徚鲄^(qū)，泥沙淤積問題不可防止。3方案2港池淤積問題仍然存在，部位和淤積量與方案一致。通過定床輸沙試驗可見，在龍灘庫區(qū)回水頂托下，導治建筑物作用較弱，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工況二為尾門降至天然條件水位，試驗結果說明，各方案航槽內(nèi)均無淤積，但新港港池中的淤積仍然存在。說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)試運行方案，壩草灘處于天然狀態(tài)時間較短，長期被庫區(qū)回水吞沒，灘段水流條件會得到明顯改善，按照模型試驗中采用的不利條件，要到達整治效果工程量大，不經(jīng)濟。綜合定床試驗效果、定床輸沙試驗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，將盤旋水域下移至新港碼頭對面航道水域范圍內(nèi)；其他根本采用方案1的布局，考慮到3號邊灘作為棄

14、方區(qū)，棄方可以代替3號邊灘上的部分勾頭壩。詳細方案布局為：撤除2號邊灘頭部3條順壩，以增加盤旋水域?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號邊灘中部新建1條勾頭壩，對邊灘上原有2條老丁壩進展加固修復并加高至整治水位。4 . 5推薦方案定床輸沙試驗通過工況一和工況二情況下的床輸沙試驗，效果同方案2相近，新港港池內(nèi)有淤積體出現(xiàn)，其余沒有淤積體產(chǎn)生。5.整治后效果工程施行經(jīng)過1個水文年后，通過開工測量觀測，整治后效果與模型試驗成果根本一致。新港港池水位下降約0.18m，航槽及盤旋水域內(nèi)沒有淤積，整治效果較好，但新港碼頭港池內(nèi)存在泥沙淤積，長約220m，寬約28m，比物模試驗結果有所擴大。6.結語1壩草灘位于龍灘庫區(qū)回水變動區(qū)，既受上游電站流量調(diào)節(jié)影響，又受下游庫區(qū)水位變動影響，水流運動條件非常復雜，如何解決泥沙淤積問題是個難題。2采用定床水流模型和定床輸沙模型相結合進展試驗研究，經(jīng)水位、流速分布和率定試驗，證明是和原型相似的。3定床輸沙試驗采用兩種工況，證明是符合實際情況的。4新港港池位于緩流區(qū)，長期受龍灘水位頂托，當庫區(qū)水位下降，上游來流量較大時，水流取直，工程作