戴阳豪， 马利军， 胡越高

(湖南省交通规划勘察设计院有限公司， 湖南 长沙410008)

1 工程航段特性

毛角口—临资口全长35 km， 属资水干流航道。 河道在两岸防洪大堤中间穿流， 形成人工蜿蜒性河段。 河床多由黏土组成， 有部分卵石或砂卵石覆盖层， 两岸大堤高于枯水位10.0 m 以上，洪水河宽150 ～500 m， 枯水河宽60 ～150 m， 枯水落差4.0 m 左右， 水面比降0.11‰， 常年流向毛角口—临资口， 中洪水期大部分时间受洞庭湖的顶托， 产生滞流。 该河段受两岸防洪大堤的约束， 河道比较狭窄， 水流相对集中， 洪、 中、 枯水期的水流动力轴线摆动很小， 河道断面为稳定的窄深型断面， 多年来河床冲淤变化很小。 尽管在平面形态上有迂回曲折的特征， 但河湾的平面位置未发生位移， 没有出现蜿蜓蠕动的现象。 河道弯曲狭窄[1]、 河床稳定是本河段最突出的特点。 位于中上游段的毛角口滩以及焦潭湾滩， 为整个资水干流航道整治2 处典型的碍航滩险[2]，见图1。

图1 毛角口和焦潭湾滩险位置

毛角口及焦潭湾滩整治前滩险状况为: 最小弯曲半径240 m， 最大中心角达到120°(图2)，受两岸大堤的约束， 河面不宽， 岸坡比较陡， 断面形态为窄深型断面， 航槽设计水深超过2.0 m，但是航道弯曲、 狭窄、 转弯急， 弯道间的直线过渡段短， 流速大、 流态不良、 船舶航行非常困难。

图2 毛角口和焦潭湾河道现状

2 主要整治措施

受防洪大堤约束， 河道无法向两岸自由发展，不可能通过水流的自然冲刷改变弯道碍航的现状，因此须采取必要的工程措施， 切除突嘴， 增大弯曲半径， 才能保证航道尺度达到2.0 m×60 m×480 m(水深×双线航宽×弯曲半径)千吨级航道的要求。 对弯曲半径很小、 转弯又比较急的毛角口及焦潭湾弯道来说， 要改善通航条件， 必须切嘴扩弯， 增大弯曲半径， 而2 个弯道处， 河面较窄，无明显河漫滩， 切嘴就得移堤， 因此针对这2 处滩险， 提出2 个整治方案[3-4]。

2.1 毛角口滩

1)方案1: 部分切除毛角口进口的左岸突嘴。为了便于下行船舶顺利地由资水主洪道进入毛角口河， 挖槽进口布置成喇叭形， 挖槽按设计水位下2.0 m 开挖， 边坡1∶3， 挖槽左侧筑新堤1 座，长455 m。 挖槽分陆上开挖和水下开挖两部分， 陆上开挖的土方用来构筑新堤， 水下开挖的土方抛在毛角口弯道右边凹岸的深潭内， 以减弱此处的回流， 抛泥填潭的顶部高程为23.00 m， 再在上面铺设雷诺护垫护底， 以免泥土被水流冲刷带走，见图3a)。

大堤项面高程36.5 m， 顶宽12 m， 两侧边坡1∶2.5， 高程31.00 m 处， 迎水面和背水面分别设置3.0 m 和5.0 m 宽的平台， 背水面大堤堤脚设置压浸平台。 迎水面采用雷诺护垫护坡， 背水面则采用草皮护坡。

2)方案2: 切除毛角口右岸的突嘴， 增大该段航槽的弯曲半径， 新航槽的平面形态同样为2 个同向弯道中间夹一直线段构成。 再在挖槽右侧新建防洪大堤1 座， 长900 m， 见图3b)。

图3 毛角口滩整治方案

2.2 焦潭湾滩

1)方案1: 布置一段挖槽切除右岸突嘴， 挖槽长440 m， 边坡1∶3， 最大挖宽115 m， 开挖后， 航道弯曲半径为350 m， 大于4 倍船长， 弯顶处最大航宽180 m。 挖槽右侧筑新堤1 座， 长597 m[5]。 挖槽同样分陆上开挖和水下开挖两部分， 陆上开挖的土方用来筑堤， 见图4a)。 大堤项面高程36.5 m，顶宽12 m， 两侧边坡1∶2.5， 高程31.00 m 处， 迎水面和背水面分别设置3.0 m和5.0 m 宽的平台，背水面大堤堤脚设置压浸平台。 迎水面采用雷诺护垫护坡， 背水面则采用草皮护坡。

2)方案2: 采用“内裁” 的方法进行整治，即在突嘴上开挖引河， 与弯道的进出口平顺衔接，引河弯曲半径R=480 m， 底宽80 m， 槽底设计水深2.4 m。 新引河右侧新建大堤1 座， 见图4b)。

图4 焦潭湾滩整治方案

2.3 方案比选

从航行条件看， 2 个滩段的方案2 优于方案1，但是对毛角口滩来说， 如果采用方案2， 则右岸的矶头被切除， 资水东支的分流比明显增加， 对毛角口河的防洪安全可能造成较大的影响， 而且工程量较大。 对焦潭湾滩来说， 采用方案2 的开挖工程量以及筑堤的工程量均比较大， 工程造价高。因此， 从尽量不影响两岸的防洪安全和节约工程投资两方面考虑， 均推荐采用方案1。

3 整治效果

3.1 模型试验

1)物理模型为正态定床河工模型， 结果表明:各级水位下分流比变化不大， 增大0.31% ～0.55%； 整治后， 沿程水位变化不大， 毛角口上游洪水略有下降， 焦潭湾变化在0.05 m 以下； 整治前后的流速数值变化不明显。

2)通过对数学模型计算结果的分析可知， 两处切嘴移堤工程会改变毛角口处分流比， 对工程局部河段产生冲刷， 危及堤防安全及主流摆动等影响， 但影响范围和影响量值均较小， 不会造成大范围河势的根本改变， 并可通过相应的防护措施将对堤防安全的影响降至最小。

3)船模通航试验。 整治后， 1 000 吨级货船通过毛角口至焦潭湾河段时， 上、 下行最大舵角未超过船模试验安全舵角限值(25°)， 上行最小航速优于船模试验最低航速限值0.4 m∕s。 可见， 只要谨慎驾驶， 操作得当， 就可以满足要求。

由于1+2×1 000 t 船队尺度偏大， 在Q=408 m3∕s(枯水)时由于航道宽浅弯曲， 在Q=6 010 m3∕s(大洪水)时由于航道纵横向流速偏高， 在整治后，不能确保1+2×1 000 t 船队安全通过毛角口至焦潭湾航段， 中洪水期， 则可基本满足1+2×1 000 t 船队的通航要求， 但须谨慎驾驶， 小心操作。

3.2 工程实施效果

在工程实施并经历2 个水文年后， 对毛角口和焦潭湾进行水下河床地形观测和水位观测结果对比分析， 结果显示:

1)毛角口和焦潭湾新建大堤以及护脚护岸整体稳定。

2)河床冲淤变化幅度不明显， 河道断面由窄深变为宽浅型， 航道水深在设计水位下为2.0 ～3.0 m， 船舶航行条件较好。

3)毛角口大堤往左岸外移了约102 m， 通航宽度为75～156 m， 弯曲半径为400 m； 焦潭湾滩大堤往右岸外移了约112 m， 通航宽度为60～173 m，弯曲半径为350 m。 通视距离得到改善。

4)在枯水流量311.454 m3∕s 下， 毛角口表面流速为0.478 ～1.131 m∕s， 焦潭湾表面流速为0.917～1.213 m∕s， 流速较小且分布均匀。

图5 为毛角口和焦潭湾滩整治后河道。

图5 毛角口和焦潭湾滩整治后河道

4 结语

1)资水干流毛角口—临资口航段河道狭窄，连续多弯， 且弯曲半径、 中心角均较小， 通航条件复杂， 具有典型狭窄弯曲航道的特征。

2)多年来河床冲淤变化很小， 通过自然冲刷无法调整岸线的航道， 航道梯级拓展航宽可考虑采用裁弯取直方案。

3)在分流口裁弯取直须结合河道分流比和防洪条件进行设计， 避免加大分流， 给河道防洪带来压力。

4)方案实施后弃土可以丢弃至裁弯取直对岸的深槽， 避免裁弯取直导致过水断面过度扩张。

5)工程取得预期效果， 航道得以拓宽， 流速分布均匀且变化小， 船舶航行条件大大改善。