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以合裕线航道改造工程为例浅议内河高等级航道设计理念

  • 来源:中国水运
  • 作者: 葛德杰
  • 发表于:2017-02-27 09:31:29
  • 点击:1230

摘 要:合裕线航道是全国内河高等级航道之一,升级改造设计开展湖区航迹带研究,体现以人为本、因地制宜、构建数字化绿色航道等内河高等级航道设计理念。

关键词:合裕线;高等级航道;生态护岸 航迹带

合裕线位于安徽省合肥市、巢湖市境内,由南淝河、巢湖湖区、裕溪河三段组成,现为Ⅳ、Ⅲ级航道。合裕线航道是全国内河高等级航道布局“两横一纵两网十八线”中的一线。近年来,随着皖江城市带承接产业转移示范区建设,合肥市作为示范区“一轴双核两翼”中的一核,经济社会得到快速发展,迫切需要完善综合运输体系。合裕线航道已无法满足腹地工业布局和集装箱运输的需要,急需升级改造。拟升级改造合裕线航道自合肥港综合码头至裕溪河入江口,长约 131.9km,由南淝河、巢湖、裕溪河三段组成。其中:南淝河航道合肥港综合码头至施口段 16.7km,采用限制性航道Ⅲ级标准、Ⅱ级水深,航道底宽 45m,水深 4.0m,最小弯曲半径 480m;巢湖湖区航道 53.1km,采用天然及渠化河流航道Ⅱ级标准,底宽 100m,水深 3.0m,最小弯曲半径 550m;裕溪河航道 62.1km,采用限制性航道Ⅱ级标准,底宽 60m,水深 4.0m,最小弯曲半径 550m。主要建设内容为疏浚整治航道 131.9km,堤防退建及加固处理,护岸工程,航标工程,防撞墩布设,锚地工程,交叉工程、信息管理工程等。在合裕线航道设计时,体现了以下几点内河高等级航道设计理念。

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一、以人为本的设计理念

内河高等级航道设计时涉及退堤较多,征地、拆迁量大。本着“合理利用土地资源,移民安置与城市改造、资源开发、经济发展相结合”的精神,以人为本,在满足通航的前提下,力争少占地、少拆迁。如工程沿岸多为圩区,取土困难,可经过多次调研和实地考察,取弃结合,节约临时征地;重视减少征地拆迁,在方案比较时优先选择征地拆迁少的方案,并妥善安置拆迁移民,充分体现社会和谐。

合裕线裕溪河雍镇段左岸呈锐角急弯,是主要碍航段,但弯曲段堤顶及堤后为和县沈巷镇雍镇社区,此处居民集中、房屋多且有中小学及其他辅助生活设施。按Ⅱ级限制性航道最小弯曲半径 550m 布线要求,需要退左堤,由于此处堤防等级较高,新规划为Ⅰ级堤防,护堤地达 50m,且地质条件差,堤防设计断面坡度不易过大,由此带来征地、拆迁量较大,其中拆迁量达 5 万多平方,通过现场调查及与当地政府沟通,现有居民普遍不愿拆迁,如何设计出一个既能满足运输需求又能尽量减少拆迁量的方案将为该工程的难点。为此在设计中依据船舶航行安全要求,通过对地形、地质、征地、拆迁等因素认真分析,提出退堤和不退堤内侧外侧加宽两个大方案。退堤大方案通过土堤方案、防洪墙方案、抗滑桩+防洪墙三个退堤小方案比较, 综合分析在得出抗滑桩+防洪墙最佳退堤方案,但仍存在征地拆迁量大、实施难度大等社会问题。经货物流量、流向、船型分析,反复计算和模拟航行,在航道内侧外侧加快后,并通过增设限速标志等助航标志可满足航行安全要求,最终采用不退堤加快方案,大幅度减少了征地拆迁量,维护了群众利益,降低了工程投资,体现了以人为本。

二、构建数字化航道的设计理念

合裕线航道作为安徽省除长江、淮河外第三繁忙的航道,航运繁忙,设计以视频监控系统、电子航道图、航标遥测遥感系统和航道信息发布系统为基础,构建数字化航道,有效保障航运安全、畅通。

三、打造绿色航道的设计理念

设计时,在满足航道基本功能的同时,注重营造生态环境,使之与相关工程相结合,尽可能提升航道的生态形象。工程设计中,护岸工程遵循固土和生态景观相结合的设计理念,采用生态砼和生态模袋砼等护岸技术,航道定线尽量保留原有滩涂资源,努力打造绿色航道,营造多元化的生态境。

合裕线航道改造工程涉及巢湖湖区段 53.1km。巢湖为2002 年 5 月被批准为第四批国家级重点风景名胜区。巢湖风景名胜区自然景观绚丽多姿,人文景观底蕴深厚,资源丰富特色鲜明,是不可多得的人类自然和文化遗产。规划将建成为以巢湖辽阔水域风光为背景,以较为原生态的湖岸环境为基础,以丰富的历史文化内涵为底蕴,以“湖光、山色、岛景、林秀、洞奇、文萃”为特色,以环境保持、人文观光、休闲度假、运动体验为主要功能的环绕大湖类、城市近邻的综合性特大型国家公园,未来将是全国著名的旅游度假、休闲疗养胜地。为不破坏现有的风景,根据环保要求,湖区严禁抛泥,而本次湖区疏浚土达 657 万方,设计时,考虑绞吸式挖泥船对湖区的扰动较大,将选用扰动相对较小的抓斗式挖泥船施工,并由泥驳运转湖岸外的抛泥区。结合目前合肥市正在进行的巢湖沿线生态湿地项目及巢湖风景区规划,设计时合理选择抛泥区,弃土造地,可将抛泥区打造为类似杭州西溪湿地的生态湿地公园。

近三十年来,我国内河航道护岸工程往往局限于防洪、排涝、引水和航运等基本功能,在结构设计和材料选择上着力于运用块石、混凝土等硬质材料形成刚性结构。硬化型河岸使得水生植物无法生长,各种水生动物也因生存环境改变而无法生存,整个生态系统的食物链因硬化河岸而断开,河流生态廊道的作用因此失去,河流生态系统的整体平衡遭到破坏,并由此诱发严重的生态环境问题。生态护岸建设前首先需要进行生态设计。生态设计是指在现代科学和社会文化环境下,运用生态学原理和生态技术,研究如何对自然的物质与功能进行合理的利用、良性循环,实现社会物质生产和社会生活的生态化。生态设计的基本理念是与自然生态相作用和相协调,将生态设计引入到航道护岸设计中,能保证航道建设在满足航运功能的基础上,最大限度保护沿岸生态环境、保持生态平衡,营造自然、和谐的水岸环境,促进内河水运的可持续发展。生态护岸可减轻河道岸坡侵蚀,增强河床边坡稳定性或抗冲刷能力,同时减少对动植物生存环境影响。工程设计时力求通过采用生态护岸新技术达到恢复和保护水路生态系统的目的。实现人和自然的协调发展。结合不同的河道条件,护岸采用植物保护称为植被型生态护岸;护岸采用植物与人工材料相结合称为综合型生态护岸。结合合裕线两岸地形地质条件,设计推荐采用:模袋砼+生态砼的生态护岸型式。模袋砼:依据自身压力充胀成型,其外形因模袋式样而变,整个施工护坡成型后,凹凸有致、整齐美观,形成一道亮丽的风景线,具有整体性好,耐久性好,地形适应性强,水上、水下均能施工,施工速度快,省工省时的特点。生态砼:采用能够适应植物生长,可进行植被作业的混凝土生态砼与砼框格结合护坡,具有恢复和保护环境、改善生态条件、保持原有砼护坡防护作用等优点。

四、因地制宜的设计理念

合裕线航道属具有平原型河流和湖泊特性的渠化航道,解决航道尺度不足的问题,采取疏浚措施是最经济可行,航道定线时尽可能利用深槽,局部采取切滩、退堤等工程措施,达到航道标准要求;对河道狭窄、水流顶冲段进行护岸、护坡;设立助航标志指引船舶安全航行;设置桥梁防护设施,保障桥梁安全;为保证航道船闸有序运营,在巢湖闸、裕溪闸上下游布置了锚地。

五、注重湖区航道设计的设计理念

湖区航道水文复杂,水文及流量主要具有以下三个特点:①水位流量关系复杂;②水流顺逆不定;③比降、流速随湖面涨落变化。水流入湖后,断面扩大,流速减缓,泥沙运动减慢,随之产生落淤。洪水期间,一方面因流域土壤侵蚀,河流来沙量加大,另一方面湖水比降减小,流速变缓,水流挟沙能力降低,泥沙大量落淤。汛期过后,来沙量减少,而且随着湖面水位的下降,比降和流速也都相应增加,大部分高水期淤积下来的泥沙将被冲入湖区深处,淤塞湖泊,抬高湖床。由于湖床处在长期淤积过程中,航道条件的改善受到很大制约,一些原本条件比较好的天然航道,需经过定期的维护疏浚才能维持一定的航宽与航槽稳定。

本次工程设计巢湖湖区航道达 53.1km,湖区风浪大,开挖后航道枯水期受风浪影响,挖槽可能会淤积。通过对巢湖施口口门、东口门 2002 年航道整治完成后的航道竣工图与 2008 年地形测图断面进行综合比较, 2002 年施口口门航道疏浚挖深约 1m 后,航道水深条件保持较好,弯道处淤积说明在距离口门较远处的湖区船舶航行螺旋桨扰动对航道水深作用较大;东口门及附近水深条件保持较好,距口门较近处呈冲刷状态,距口门 5km 以外,冲淤基本平衡。但 2002年的疏浚整治仅为湖区口门段 10km,本次湖区航道均将疏浚,平均浚深达 0.7m,湖区航道设计是否合理就尤为重要。

在设计中充分吸收在 2002 年巢湖湖区航道整治工程设计工作中积累的数据和经验基础上,开展湖区航道专项设计。设计湖泊航道挖槽将选择回淤量小、工程量较少的线路,并注意风浪掀沙的影响,必要时加大疏浚断面,预留一定的备淤深度,以利一次疏浚后能维持较长时间。

六、开展湖区航迹带研究

巢湖湖区 2002 年进行过局部疏浚,并布设了航标。但目前船舶航行偏离原设计线路。故在设计中对巢湖湖区航道进行了航迹带分析研究,结合研究结果,合理确定了巢湖湖区航道线型。

在对内河船舶航迹带研究方面,走在前列的主要有俄罗斯和挪威等国。俄罗斯是一个水运大国,内河水网十分发达,该国自 60 年代就开始对内河船舶航行数学模型进行研究,对影响船舶航行的各因素进行量化分析,对特殊河段船舶运动轨迹也进行了较为深入的研究。在我国对船舶运动规律的数学研究,主要在海上较多,对于内河尤其是湖区航道,我国一直未有较深入的研究,大多停留在对实践经验的总结上,与先进的国外相比还相差甚远。在总结国内外相关理论经验的基础上,合裕线湖区航迹带研究首先收集相关基础资料、使用 GPS 测出洪枯水期航迹带;其次,在收集基础相关资料的上,提出典型情况下风、浪、流基本参数及其航迹带;最后,根据航迹带研究成果,确定湖区航道线型。

七、结语

近年来,国家做出了加强内河航运建设,促进内河航运快速发展、协调发展、安全发展、绿色 发展的重大发展战略决策,内河水运已被提升至战略高度,将迎来黄金发展期。作为水运基础设施的内河高等级航道加快建设,高等级航道设计应充分吸收新的设计理念,贯彻资源节约型、环境友好型交通的要求。

参考文献

[1] 吴蓉,李杰,耿驰远.浙江省数字化航道系统架构探讨[J].自动化博览,2013, (07).

[2] 李伟红.全力打造“绿色航道·畅通服务”文化品牌[J].中国水运,2012, (12).

[3] 居江.河道生态护坡模式与示范应用[J].北京水利,2003,(06).

[4] 张德春.合裕线湖区航道尺度的计算分析[J].中国港湾建设,2010, (05)


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