恭城河渠化梯级布置方案研究.pdf
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1、恭城河渠化梯级布置方案研究姜兴良1,2,3,吴志龙1,2,杜沛霖1,2(1.中交水运规划设计院有限公司,北京100007;2.中交集团内河水运建设技术研发中心,北京100007;3.中国海洋大学,山东青岛266100)摘要:未考虑通航需求的渠化河道,为实现高效通航的治理目标,需分析闸坝数量、通航效率、工程投资之间的关系,合理确定梯级布置方案。以已渠化的恭城河河道为例,系统总结了航运枢纽布置的主要影响因素和布置原则,在分析论证的基础上提出了3个可行的梯级布置方案,对通航效率、工程投资等影响因素进行分析,得出恭城河通航宜采用三梯级渠化方案的结果,结论是以航运开发为主要任务的渠化工程应优先考虑通航效
2、率,合理设置梯级间距,控制梯级数量。航运枢纽布置原则、研究思路和方法对类似工程规划建设和规范修编具有积极借鉴意义。关键词:渠化;航运枢纽;梯级布置;坝址选择;布置方案中图分类号:U643.2文献标志码:A文章编号:2095-7874(2024)03-0051-05doi:10.7640/zggwjs202403009Research on the scheme of channelized cascade layout of Gongcheng RiverJIANG Xing-liang1,2,3,WU Zhi-long1,2,DU Pei-lin1,2(1.CCCC Water Transp
3、ortation Consultants Co.,Ltd.,Beijing 100007,China;2.Research and Development Center on InlandNavigation Construction Technology,CCCC,Beijing 100007,China;3.Ocean University of China,Qingdao,Shandong 266100,China)Abstract:In order to achieve the goal of highly efficient navigation,it is necessary to
4、 analyze the relationship among thenumber of sluice dams,navigation efficiency and project investment in channelized rivers that have not considered navigationneeds,and the cascade layout scheme should be reasonably determined.Taking the channelized Gongcheng River as anexample,this paper systematic
5、ally summarizes the main influencing factors and layout principles of the navigation hydro-junction layout,puts forward three feasible cascade layout schemes on the basis of analysis and demonstration,analyzes thefactors influencing navigation efficiency and project investment,and obtains the result
6、 that the navigation of Gongcheng rivershould adopt the three cascade channelization scheme.The conclusion is that channelization projects with navigationdevelopment as the main task should prioritize navigation efficiency,set reasonable distance between cascades,and control thenumber of cascades.Th
7、e principles,research ideas and methods of the layout of navigation hydro-junction have positivereference significance for the planning and construction of similar projects and the revision of codes.Key words:canalization;navigation hydro-junction;cascade layout;site selection;layout scheme中国港湾建设Chi
8、na Harbour Engineering第44卷第3期2024年3月Vol.44No.3Mar.2024收稿日期:2023-09-04修回日期:2023-11-13基金项目:国家重点研发计划项目(2023YFB2600183);北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会科技服务品牌机构发展基金项目(20230467193);中交集团特大科技项目(2019-ZJKJ-06)作者简介:姜兴良(1983),男,山东济宁人,正高级工程师,副总工程师,港口航道与海岸工程专业,从事港航工程咨询设计及项目管理工作。E-mail:0引言航运梯级是实现江河渠化通航和水资源综合利用的重要措施,其布置方案对
9、渠化功能实现和投资额控制具有决定性作用,是渠化工程中最为重要的技术问题之一。杜宇堂1针对连江整治项目提出渠化通航的思路和实现水资源综合利用最大效益的管理措施。陶桂兰2分析了20世纪5090年代渠化工程建设中存在的问题,对河流渠化规划、投资与建设模式等提出合理化建议。闵朝斌3针对渠化工程中坝址选择的问题,提出了坝址、中国港湾建设2024年第3期坝线选择的原则和方法。周富科4总结了嘉陵江流域航电工程开发的特点和开发现状,列出了开发模式方面存在的一些问题,并提出了解决问题的具体建议。在綦江、涪江、小安溪等河流上已建成一批渠化梯级,通过梯级渠化实现了发电、灌溉等效益,但航运效益较差,部分河流甚至失去了
10、航运功能。一般情况下是在枢纽旁增设通航设施实现通航,不改变现状枢纽水位特征,这样可避免新增库区淹没,控制工程投资。若河流建设梯级过多,仅增设通航设施,船舶通过通航设施时间特别长,难以实现高效通航。目前,针对已渠化未通航河流的通航方案研究案例非常有限,尚未形成完善的理论,为此开展相关的研究十分必要。汉湘桂通道具有运量大、效率高、通航保证率高等建设要求。恭城河航道是汉湘桂通道的重要组成部分,现状建有8座拦河建筑物,梯级间距密,通航设施规模和效率不能满足通道货运需求5。本文以恭城河渠化梯级布置方案为例,在总结恭城河河道特点与沿线设施开发建设现状的基础上,针对性提出渠化梯级布置原则和方案,通过拆改拦河
11、设施,实现投资控制与高效通航的双重目标,其研究方法和成果可为类似工程规划建设和规范修编提供参考。1河道现状及特点1.1河道现状恭城河段于1963年后断航至今,从龙虎关至平乐建有8座拦河建筑物,包括龙虎、白虎头、班山尾、协中、黄家冲、虎豹6座水电站和回龙洲、恭城2座拦河坝6。各拦河建筑物位置见图1,特征参数统计见表1。恭城河又名茶江,属珠江水系桂江一级支流,多年平均径流量26.02亿m3,平均流量83.67 m3/s。主河长126 km,落差126 m;其中古木源河段长26 km,比降3.98%,河宽约80 m;源口河段长42 km,比降0.45%,河宽约80耀120 m;恭城河段长58 km,
12、比降0.11%,河宽约120耀200 m。1.2河道特点与需研究问题1)河道已梯级渠化,梯级数量多、距离近、通航效率低恭城河段已建梯级中,只有虎豹枢纽建有50吨级斜坡式升船机,其他梯级均未建设通航设施。龙虎枢纽至回龙洲枢纽的距离为37 km,其他相邻枢纽间距均小于12 km,其中黄家冲枢纽至虎豹枢纽的距离仅3.5 km。若每个梯级均建设通航建筑物实现通航,则通航效率将非常低。需研究减少梯级数量与提高通航效率之间的定量关系。2)河道沿线分布一定数量的乡镇,镇区地面高程略高于堤岸高程,防洪任务重恭城河段沿线分布有桃川镇、龙虎乡等大型乡镇,镇区距离恭城河较近,城镇发展定位、镇区占地面积、分布岸线长度
13、、规划人口数量、河床高程、两侧堤岸高程和城镇地面高程特征见表2。镇区地面高程比堤岸高仅13 m,堤岸高程比河床高37 m,河道成槽明显。为减少淹没损失,降低筑堤工程投资,需研究最高通航水位与乡镇防洪限制水位之间的关系。图1拦河建筑物位置示意图Fig.1Location diagram of damming buildings序号梯级名称与上梯级间距/km正常蓄水位/m梯级水头/m功能备注桃川220.032.0防洪、通航 规划未建设1龙虎17.0188.03.5防洪、发电 电站已关停2回龙洲37.0143.011.5防洪3恭城7.5131.51.5壅水功能4白虎头10.5130.09.5防洪、发
14、电 电站已关停5班山尾8.5120.512.5防洪、发电 电站已关停6协中11.5108.05.0防洪、发电 电站已关停7黄家冲3.5103.01.8防洪、发电 电站已关停8虎豹7.5101.23.5防洪、发电、通航2台机组发电巴江口47.597.7表1各拦河建筑物特征参数统计表Table 1Statistical table of characteristic parameters ofvarious damming buildingsN52窑窑2024年第3期3)河道沿线桥梁较多,拆改投资额大恭城河沿线共建有26座桥梁,其中高铁桥1座,高速公路桥2座,市政桥梁5座,公路桥18座。桥梁拆改需
15、满足通航净空尺度要求,域级限制性航道净空尺度不应小于10 m伊7 m。为控制桥梁接线长度和投资额,尤其是要避免拆改高铁桥,需研究最高通航水位和桥梁通航孔尺度的关系。4)河道沿线分布有水源地和排水口,正常蓄水位应考虑取排水要求恭城河沿线分布有城镇饮用水源保护区,从北到南依次是恭城县龙虎乡备用水源地、龙虎乡黄沙湾水源地、嘉会镇龙虎河水源地、茶江水源地、平乐县沙子镇水源地、木官汀水源地。为保证沿线乡镇取水便利性和排涝要求,需研究正常蓄水位和取排水口高程之间的关系。5)河道沿线地形地质条件沿河两岸除龙虎关为山峪河段外,其余两岸为阶地和丘陵地貌。阶地近河段地面高程比河面水位高约3耀5 m,大部分地段阶地
16、宽100耀350 m,在嘉会镇、恭城县、班山尾水利枢纽上游黄家窄村、沙子镇等地段的阶地宽4耀10 km。在碎屑岩地层区通常为缓丘,山体斜坡自然坡度一般为15毅耀25毅,部分山体坡度较陡为30毅耀35毅。运河沿线地质土层从上到下分布有素填土、粉质黏土、粉土、卵石、全风化和中风化的石英砂岩夹紫红色泥岩、页岩、泥质粉砂岩、弱风化的白云岩、白云质灰岩等。地层稳定性好,局部存在小规模崩塌、滑坡、泥石流、危岩、岩溶等不良地质作用。需研究枢纽工程选址与地形地质等建设条件间的关系。2布置方案研究2.1布置原则针对河道特点与需研究问题,拟定梯级布置主要原则如下:1)应减少梯级数量,提高通航效率7。若已建梯级间距
17、小于20 km或梯级水头小于10 m,应与相邻梯级进行合并。2)将梯级布置在重要乡镇的上游,最高通航水位采用重要城镇防洪限制水位,实现高水位河道水面线基本不出河槽,局部低洼河段填筑堤防,控制沿线城镇淹没损失和桥梁拆改投资。3)正常蓄水位应淹没枢纽上游航道主要滩险,高于取水口高程一定高度,低于排水管涵的高程,实现沿线城镇取排水要求。4)梯级选址应满足船闸和挡泄水建筑物的建设要求和接岸条件8;优先选择地形开阔、地质良好的顺直河段,采用船闸和挡泄水建筑物集中布置的方案;也可选择在容易裁弯取直的河段,采用船闸与挡泄水建筑物分散布置的方案。2.2布置方案工程河段已建梯级中,回龙洲枢纽以南各梯级间距均小于
18、12 km,且各梯级枢纽水头小于13m,可予以合并。恭城河沿线主要乡镇为桃川镇、龙虎乡、嘉会镇、恭城县、平乐县,为控制淹没损失,将坝址选择在重要乡镇的上游,从北向南依次布置龙虎枢纽、嘉会枢纽、回龙洲枢纽、白虎头枢纽和协中枢纽,坝上通过蓄水达到通航水深,坝下通过浚深河道达到通航水深。每个枢纽均建设船闸、泄水闸和连接坝,通过船闸实现通航。合并后的航运枢纽布置见图2。表2沿线主要城镇分布及人口情况表Table 2Distribution and population situation of maintowns along the line沿线城镇发展定位镇区占地/km2镇区地面高程/m分布岸线长度
19、/km规划人口/万人河床高程/m堤岸高程/m桃川镇 一般城镇337.021960.60214218龙虎乡 一般城镇74.518811.05183186嘉会镇 一般城镇248.016332.60156160恭城镇县域中心城镇93.013565.73130134平乐县县域中心城镇313.098645.159097图2航运梯级布置方案Fig.2Navigation cascade layout scheme姜兴良,等:恭城河渠化梯级布置方案研究龙虎枢纽嘉会镇恭城县平乐县协中枢纽白虎头枢纽回龙洲枢纽N嘉会枢纽53中国港湾建设2024年第3期各枢纽区间距离、正常蓄水位和设计水头见表3。2.2.1五级梯级
20、布置方案龙虎梯级位于龙虎乡上游,对现有枢纽进行拆除重建。坝址处现状河道较窄,两侧是高山,山与山之间有急弯峡谷,不利于船舶通航。拟建龙虎枢纽采用船闸与泄水闸分散布置的方案,船闸布置在河道左岸的滩地上,对现状河道进行裁弯取直,船闸上、下游引航道可与主航道平顺衔接,泄水闸布置在河道中,船闸与泄水闸之间土坝作为隔流堤。龙虎枢纽正常蓄水位和最高通航水位采用龙虎乡防洪限制水位190.0 m,由于枢纽坝上正常蓄水位提升2.0 m,在河道两岸低洼部位填筑堤防,控制河道两岸淹没损失。桃川枢纽设计水头由32.0 m调整为30.0 m。嘉会梯级位于嘉会镇上游,为新建梯级。坝址处现状河道较窄,河中江心洲面积较大,将船
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