长江上游航道整治建筑物类型及特征分析

长江上游航道整治建筑物类型及特征分析

刘朝阳 ¹、 傅椿婷 ²、 赵航浩 ³、 李瑞朝 ⁴、 丁渝⁵

重庆交通⼤学 重庆 400000

摘 要：长江上游地区的经济发展离不开近年来对航道的治理，通航条件的提高得以满足货运量的增长需求，在治理中，航道整治建筑物发挥了不可或缺的作用，因此全面高效了解整治建筑物的类型和特征，尽可能全面详实地掌握其作用机理和实际情况有利于我们保障航道整治建筑物稳定运行。本文正是基于这样的行业大背景，通过相关资料总结长江上游重要的整治建筑物——丁坝的基本情况，包括丁坝长度、宽度、所处位置、挑角等，分析现状并进行统计分析。

关键词：丁坝；整治建筑物；长江上游；特征分析

1.长江上游航道概况

长江上游干流航道上起四川宜宾，下至湖北宜昌，全长达1045km，在该区域航道的集水面积有约53万平方千米。长江上游航道连接了川、黔、渝地区的水上之路，成为了至关重要的水上运输大动脉。它也也是一条黄金水道，沟通了中国西南与东部的，并对西南地区的经济社会发展起到了重要影响，“一带一路”倡议和长江经济带战略的实施也与其密不可分^[1-3]。

长江上游航道在低水位的情况下，水面宽350～450米，平均水深4～7米；洪水时水面宽15～20米，比降约为0.27%。长江上游航道两岸地势陡峭，峡谷多，岸形极不规则，河道弯，宽窄不定，岸线凹凸不平，河底起伏大，航道条件复杂多变给航运带来了不利条件^[4]。但经过多年系统治理，上游航道的通航能力正在逐步提高，截至2019年，长江上游航道分河段水深已达2.9米至4.5米。较之50年代初期，长江航道水深，上游航道分河段提高了1.6米至2.4米。“十二五”期长江航道发展态势良好，规划建设目标实现，长江干线航道已全部达三级或三级以上航道标准，5000多座浮标旧貌换新颜，完成杆标更新改造近200座，航标维护正常率达99.9%。然而，受坡陡流急和水沙动力急剧变化的影响，整治建筑物及航道设施受损严重。

2. 长江上游航道整治建筑物类型

2.1航道整治建筑物基本类型及作用

据统计，长江上游已建坝体整治建筑物主要有丁坝、顺坝、锁坝和潜坝等类型，其中已建整治建筑物中含丁坝（丁顺坝）共46座，顺坝（导流坝、碛头和碛尾坝）共23座，潜坝（丁潜坝）共17座，锁坝（堵坝和拦石坝）共4座，共建成坝体航道整治建筑物90座^[5]。丁坝、顺坝、潜坝由护底（上游坝体有的无护底）、坝体、坝面、坝头、坝根组成；锁坝两端接岸或江心洲，没有坝头，有两处坝根。坝体整治建筑物的主要作用为束水、导流、导沙和固滩等。

2.2已建整治建筑物工程结构特征

在工程实践中，大部分航道整治建筑物采用抛石建造，应用广泛，是国内外最常用的形式。由于其结构简单，维护方便，适用水力条件广。据长江上游现有航道整治建筑物统计，98%的现有的坝体整治建筑物采用抛石丁坝的工程结构，部分采用条石坝面的结构及混凝土坝面结构。

但从实际的研究成果,由于复杂的水动力条件的影响,尽管坝体的一部分使用混凝土浇筑表面,但是坝体的基石的侵蚀严重,导致坝根浸出,坝坝的稳定性差,严重的甚至会导致坝体水毁。

通过上述对长江上游河段全长1045km的航道整治建筑物应用现状进行的全面调查总结，用于治理山区航道的整治建筑物主要类型有丁坝、顺坝、潜坝及锁坝，丁坝最多，其次是顺坝、潜坝、锁坝。对整治建筑物损毁部位及类型总结分析发现，丁坝损毁最为严重，损毁部位主要集中在坝头部位。因此，以下着重总结分析长江上游丁坝平面布置特征，期望对丁坝设计提供参考。

3. 长江上游丁坝平面布置特征分析

合理设置丁坝位置、类型、数量、长度、高度及其角度，可以最大程度的发挥丁坝的作用，能够使本岸获得良好的防护效果、抬高上游水位、冲刷浅区的同时，也不致对岸造成冲刷破坏。

3.1丁坝在凹凸岸分布情况

丁坝在弯曲段分布在凹凸岸情况为：凹岸占58%，凸岸占42%。研究表明：在凹岸布置丁坝能起到壅高水位、调整比降、减缓流速等作用；若将丁坝布置在凹岸弯顶略上游，可以起到调整水流，加强对凸岸碛嘴的冲刷等作用。

3.2丁坝在弯曲段和顺直段的分布情况对比

经统计分析，在长江上游河段，丁坝位于河道弯曲段的情况占比71%，而位于顺直段的情况仅占29%。由此可见，在长江上游航段，因其属于山区性河流，多急弯，十分不利于航道通行，因此在弯道浅滩的位置布置丁坝，可以起到调整水流，壅高水位，减缓流速比降等作用改善通航条件。

3.3丁坝长度与河道收缩比相关分析

经统计分析，顺直段收缩比在0.1~0.2的范围占比最多，约为33.3%，顺直段的收缩比分布较不均匀（见图1、图2），应根据实际河段的河道水力特性，结合当地工程实际经验，综合考虑诸多因素，合理确定丁坝工程的收缩比。弯曲段收缩比在0.2~0.3的范围占比最多，约为30%；在弯曲河道，短丁坝数量多于长丁坝数量，由此可见，在弯曲河道应该考虑不同的实际需要设置丁坝。

3.4丁坝挑角的相关分析

3.4.1丁坝在凹凸岸的挑角分析

根据坝轴线与水流方向的夹角，丁坝可分为向上挑、正挑、下挑三种类型。三峡工程蓄水运行以来，河段的水深大幅度增加，航道常年处于水库状态。经统计长江上游丁坝挑角范围在83~135°之间，均值为105°，有利于达到护岸的目的。

通过分析对比凹岸挑角与凸岸挑角的关系，可以发现凹岸挑角约50%小于100°，凸岸挑角约50%小于110°，可见凸岸挑角应略大于凹岸挑角；凹岸分布可近似于正态分布，与河道流态有密切的关系。在实际确定丁坝挑角时，应充分考虑河道条件，通航标准等要求。

3.4.2丁坝在弯曲段和顺直段挑角情况对比分析

据统计分析，丁坝在弯曲段的挑角分布在110°左右，在顺直段的挑角则分布以90°或130°居多。对比弯曲段和顺直段挑角的分布情况可知，弯曲段丁坝挑角的分布范围更广，更离散，而顺直段丁坝挑角的角度则分布得更均匀。

4结论

（1）长江上游已建坝体整治建筑物主要有丁坝、顺坝、锁坝和潜坝等类型，其中以丁坝居多（占比约38%）；

（2）长江上游已建丁坝位于河道弯曲段居多，其中丁坝在弯曲段分布在凹凸岸情况为：凹岸占58%，凸岸占42%。

（3）丁坝长度与河道收缩比在顺直段和弯曲段的峰值及分布情况都有所不同（顺直段0.1~0.2，弯曲段0.2~0.3），在实际工程中应根据河道水力特性等综合考量。

（4）通过分析不同情况下丁坝挑角的情况可知：凹岸挑角峰值为100°~120°，凸岸挑角峰值为110°~120°；且凸岸挑角应略大于凹岸挑角。顺直段挑角峰值为80°~100°;120°~140°，弯曲段挑角峰值为100°~120°，且顺直段分布的更均匀。

参考文献

[1]张帆,王平义,喻涛等. 长江上游航道整治建筑物水毁特征及成因分析[J].中国水运下半月,2013.

[2]黄镇东.加强长江上游航运发展研究,服务于“一带一路”和建设长江经济带的国家战略[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2016,35(S1):1-7.

[3] 六六一工程指挥部.川江航道整治情况介绍[M].打印本.1978:50:71

[4]肖毅,杨胜发,王涛,李文杰.三峡水库蓄水初期库区航道条件分析[J].水运工程,2019(11):92-99+138.

[5]长江航道局长江.上游航行参考图[M].第一版.2015:1:100