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文檔簡介
分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐策略研究一、引言1.1研究背景與意義水運(yùn)作為一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保且運(yùn)量大的運(yùn)輸方式,在全球交通運(yùn)輸體系中占據(jù)著舉足輕重的地位。分汊型沙質(zhì)淺灘航道廣泛分布于各類河流中,是內(nèi)河航道的重要組成部分。以長江為例,其部分河段存在眾多分汊型沙質(zhì)淺灘,如長江中游戴家洲河段,該河段內(nèi)的分汊淺灘導(dǎo)致航道條件復(fù)雜多變,對船舶航行安全和運(yùn)輸效率產(chǎn)生顯著影響。這些淺灘航道是連接不同區(qū)域的水上通道,承載著大量的貨物運(yùn)輸和人員往來,對地區(qū)間的經(jīng)濟(jì)交流與合作起著關(guān)鍵的支撐作用。分汊型沙質(zhì)淺灘航道由于其特殊的地形和水流條件,容易出現(xiàn)泥沙淤積、航道變遷等問題,導(dǎo)致航道水深不足、寬度受限,嚴(yán)重影響船舶的通航能力。如長江上游的一些彎曲分汊淺灘,航道具有“彎、淺、險(xiǎn)”的典型特征,水流形式復(fù)雜,彎道處環(huán)流強(qiáng),航行條件惡劣,給船舶航行帶來極大挑戰(zhàn)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,水運(yùn)需求不斷增長,對航道的通航能力和安全性提出了更高要求。然而,分汊型沙質(zhì)淺灘航道的現(xiàn)狀難以滿足日益增長的水運(yùn)需求,因此,對其進(jìn)行整治迫在眉睫。深入研究分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治,具有多方面的重要意義。在航道發(fā)展方面,通過科學(xué)合理的整治措施,可以有效改善航道的水流條件和河床形態(tài),增加航道水深和寬度,提高航道的通航能力和穩(wěn)定性,為船舶提供更安全、順暢的航行環(huán)境。整治工程還可以減少航道維護(hù)成本,提高航道的運(yùn)營效率,促進(jìn)航道的可持續(xù)發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)層面,良好的航道條件能夠降低運(yùn)輸成本,提高運(yùn)輸效率,促進(jìn)區(qū)域間的貿(mào)易往來和經(jīng)濟(jì)合作,帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,如港口物流、制造業(yè)等,從而推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的繁榮。對分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治的研究,還能為其他類似航道的整治提供理論支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和推廣意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治研究領(lǐng)域,國內(nèi)外學(xué)者和工程師們進(jìn)行了大量的探索與實(shí)踐,取得了一系列具有重要價(jià)值的成果。國外在分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治方面起步較早,在理論研究和工程實(shí)踐上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。早期,國外學(xué)者側(cè)重于對水流運(yùn)動(dòng)和泥沙輸移基本理論的研究,為航道整治提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。如對明渠水流的研究,明確了水流的流速分布、阻力特性等,為理解分汊河道水流特性提供了參考。在泥沙輸移理論方面,建立了多種泥沙輸移公式,用于預(yù)測泥沙的運(yùn)動(dòng)和淤積情況。隨著科技的發(fā)展,物理模型試驗(yàn)成為重要研究手段,通過在實(shí)驗(yàn)室中模擬分汊型沙質(zhì)淺灘的水流和泥沙條件,直觀地研究整治工程對航道的影響。如利用玻璃水槽模擬分汊河道,通過測量水流速度、泥沙濃度等參數(shù),分析不同整治方案下的航道變化。數(shù)值模擬技術(shù)也逐漸興起,利用計(jì)算機(jī)軟件對水流、泥沙和河床演變進(jìn)行數(shù)值模擬,提高了研究效率和精度。一些先進(jìn)的水動(dòng)力模型,能夠準(zhǔn)確模擬復(fù)雜的分汊河道水流,預(yù)測整治工程后的水位、流速分布。在工程實(shí)踐中,國外建設(shè)了眾多分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程,如密西西比河的航道整治,通過修建丁壩、順壩等整治建筑物,調(diào)整水流和河床形態(tài),改善了航道條件。國內(nèi)在分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治研究方面也取得了顯著進(jìn)展。在理論研究上,結(jié)合國內(nèi)河流特點(diǎn),深入研究了分汊型沙質(zhì)淺灘的河床演變規(guī)律、水流泥沙運(yùn)動(dòng)特性以及整治工程的作用機(jī)理。通過對長江、珠江等河流的長期觀測和研究,揭示了分汊河道的演變過程和影響因素,如江心洲的消長、汊道的興衰與水流泥沙條件的關(guān)系。在整治技術(shù)和方法上,形成了一系列適合我國國情的技術(shù)體系。提出了束水攻沙、疏浚與筑壩相結(jié)合等整治方法,并在實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用。針對長江中游分汊淺灘,采用修筑丁壩束窄河槽,提高流速,增強(qiáng)水流輸沙能力,從而改善航道水深。數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)在國內(nèi)也得到了廣泛應(yīng)用,且不斷創(chuàng)新和完善。利用自主研發(fā)的數(shù)值模型,對復(fù)雜的分汊河道進(jìn)行高精度模擬,為整治工程方案的制定提供科學(xué)依據(jù)。還開展了大量現(xiàn)場監(jiān)測和原型觀測工作,對整治工程的效果進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和評估,如在長江航道整治工程中,通過定期測量航道水深、流速等參數(shù),及時(shí)調(diào)整整治方案。盡管國內(nèi)外在分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治研究方面取得了豐碩成果,但仍存在一些不足與空白。在不同類型分汊型沙質(zhì)淺灘的針對性研究上,雖然對常見的分汊淺灘類型有較多研究,但對于一些特殊地形、地質(zhì)條件下的分汊淺灘,如位于地震活躍區(qū)、巖溶地區(qū)的分汊淺灘,研究相對較少,缺乏有效的整治技術(shù)和方法。在整治工程與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)方面,目前的研究雖然已經(jīng)認(rèn)識(shí)到生態(tài)保護(hù)的重要性,但在具體工程實(shí)踐中,如何在改善航道條件的同時(shí),最大程度減少對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響,實(shí)現(xiàn)生態(tài)友好型整治,仍缺乏系統(tǒng)的研究和成熟的技術(shù)措施。整治工程效果的長期預(yù)測和評估也是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),現(xiàn)有研究多側(cè)重于短期效果評估,對于整治工程在長期的水流泥沙變化、氣候變化等因素影響下的穩(wěn)定性和可持續(xù)性,缺乏深入研究。1.3研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用多種研究方法,從不同角度深入剖析分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治問題,確保研究的科學(xué)性、全面性與可靠性。在研究過程中,廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),涵蓋水運(yùn)工程、河流動(dòng)力學(xué)、航道整治等多個(gè)領(lǐng)域。通過對這些文獻(xiàn)的梳理與分析,全面了解分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,掌握前人在理論研究、技術(shù)應(yīng)用和工程實(shí)踐方面的成果與經(jīng)驗(yàn),為本次研究奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。對長江、珠江等典型分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程案例進(jìn)行深入研究,分析其整治前的航道狀況、采取的整治措施、整治后的效果以及在整治過程中遇到的問題和解決方法。如對長江中游戴家洲河段航道整治案例的研究,詳細(xì)了解該河段在整治前由于分汊淺灘導(dǎo)致的航道水深不足、水流條件復(fù)雜等問題,以及整治工程中通過修筑丁壩、守護(hù)洲灘等措施改善航道條件的具體實(shí)踐,從中總結(jié)出具有普遍性和指導(dǎo)性的規(guī)律與方法,為其他類似航道整治提供參考。為了更直觀、準(zhǔn)確地研究分汊型沙質(zhì)淺灘航道的水流特性、泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及整治工程對航道的影響,開展了物理模型試驗(yàn)。依據(jù)相似性原理,在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建分汊型沙質(zhì)淺灘航道的物理模型,模擬不同流量、水位條件下的水流和泥沙運(yùn)動(dòng)情況。通過測量模型中水流速度、泥沙濃度、河床沖淤變化等參數(shù),深入分析航道的演變過程和整治工程的作用效果。利用數(shù)值模擬技術(shù),借助專業(yè)的水動(dòng)力和泥沙輸移模型軟件,對分汊型沙質(zhì)淺灘航道進(jìn)行數(shù)值模擬。通過建立數(shù)學(xué)模型,模擬不同整治方案下的水流場、泥沙場和河床演變過程,預(yù)測整治工程后的航道水深、流速分布、泥沙淤積等情況。對比不同方案的模擬結(jié)果,評估各方案的優(yōu)劣,為整治方案的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。本研究的技術(shù)路線以問題為導(dǎo)向,圍繞分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治這一核心問題展開。首先,通過廣泛的文獻(xiàn)研究,全面了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,明確研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。接著,對典型分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程案例進(jìn)行深入分析,總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和存在的問題。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)際工程需求,確定研究的具體內(nèi)容和目標(biāo)。針對研究內(nèi)容,分別開展物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究,通過試驗(yàn)和模擬獲取數(shù)據(jù),深入分析分汊型沙質(zhì)淺灘航道的水流泥沙運(yùn)動(dòng)特性、河床演變規(guī)律以及整治工程的作用機(jī)理。根據(jù)分析結(jié)果,提出分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治的優(yōu)化方案,并對方案的可行性和效果進(jìn)行評估。最后,總結(jié)研究成果,提出具有針對性和可操作性的建議,為分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供科學(xué)指導(dǎo)。二、分汊型沙質(zhì)淺灘航道的特征與礙航機(jī)理2.1分汊型沙質(zhì)淺灘航道的基本特征2.1.1地貌與河床形態(tài)分汊型沙質(zhì)淺灘航道具有獨(dú)特的地貌特征,江心洲和分流河道是其重要組成部分。江心洲的形成一般有三種方式,一是泥沙落淤形成心灘,在水流和泥沙的長期作用下,心灘逐漸穩(wěn)定并堆高,最終形成江心洲;二是邊灘切割分離出心灘,這種情況下,邊灘在水流的沖擊下被切割,分離出的心灘進(jìn)一步發(fā)展成為江心洲;三是因水面開闊、入?yún)R頂托等原因,河勢變緩,落淤的沙灘被多條汊道切割形成多個(gè)江心洲,如長江下游的一些江心洲,就是在復(fù)雜的水動(dòng)力條件下形成的。這些江心洲將河道分割為多條汊道,使得水流和泥沙分股輸送,水沙狀況復(fù)雜多變。分汊河段按平面形態(tài)可分為順直型分汊、微彎型分汊和鵝頭型分汊三種。順直型分汊的彎曲系數(shù)在1.0到1.2之間,汊道基本對稱,水流相對較為平順;微彎型分汊的彎曲系數(shù)在1.2到1.5之間,河道存在一定的彎曲度,水流在彎道處會(huì)產(chǎn)生環(huán)流等復(fù)雜流態(tài);鵝頭型分汊的彎曲系數(shù)超過1.5,這種河道的江心洲往往有兩個(gè)或以上,彎道出口和直道出口交角很大,水流條件極為復(fù)雜。單個(gè)分汊河段的平面形態(tài)通常是上端放寬、下端收縮而中間最寬,中間段可能是兩汊或多汊,各汊之間為江心洲。自分流點(diǎn)到江心洲頭為分流區(qū),洲尾到匯流點(diǎn)為匯流區(qū),中間則為分汊段。較長的河段常出現(xiàn)幾個(gè)分汊段,呈單一段與分汊段相間的平面形態(tài),形似藕節(jié)狀。從河床形態(tài)來看,分汊型河段的橫斷面在分流區(qū)和匯流區(qū)都呈現(xiàn)中間凸起的馬鞍形,這是由于水流在分流和匯流過程中,流速和流向發(fā)生變化,導(dǎo)致泥沙淤積和沖刷的分布不均。分汊段則為江心洲分割的復(fù)式斷面,不同汊道的水深、流速等水力要素存在差異??v剖面從宏觀上看,呈現(xiàn)兩端低中間高的形態(tài),而幾個(gè)連續(xù)相間的單一段和分汊段則呈現(xiàn)起伏相間的形態(tài)。從局部看,分流區(qū)到汊道入口,從分流點(diǎn)開始,兩側(cè)的深泓線先為逆坡而后轉(zhuǎn)為順坡,呈馬鞍狀。兩汊一高一低,高的為支汊,低的為主汊,支汊的逆坡恒陡于主汊,水下地形也是支汊恒高于主汊。汊道的出口到匯流區(qū),兩側(cè)的深泓線順坡下降,支汊一側(cè)的縱坡陡于主汊的。河床形態(tài)對航道有著顯著的影響。江心洲和分流河道的存在使得航道走向復(fù)雜,船舶航行時(shí)需要頻繁轉(zhuǎn)向,增加了航行難度和風(fēng)險(xiǎn)。不同汊道的水深、流速等條件不同,可能導(dǎo)致部分汊道水深不足,無法滿足船舶通航要求,如一些分汊型沙質(zhì)淺灘航道的支汊,在枯水期水深較淺,大型船舶難以通過。河床的沖淤變化也會(huì)影響航道的穩(wěn)定性,若河床淤積嚴(yán)重,會(huì)導(dǎo)致航道變淺、變窄,影響船舶的正常航行;而河床沖刷過度,則可能破壞航道的邊界條件,引發(fā)河岸崩塌等問題。2.1.2水沙運(yùn)動(dòng)特性分汊型沙質(zhì)淺灘航道的水沙運(yùn)動(dòng)特性復(fù)雜,水流速度、流量和泥沙輸移等特性相互作用,對航道的淤積和沖刷產(chǎn)生重要影響。在水流速度方面,分汊河段水流運(yùn)動(dòng)最顯著的特征是具有分流區(qū)和匯流區(qū)。在分流區(qū),分流點(diǎn)是變化的,一般高水位下移,低水位上移,類似于彎道頂沖部位的變化,這是由水流動(dòng)量的大小所決定的。自分流點(diǎn)起水流分為左右兩支,流線的彎曲方向往往相反,且表層流線比較順直,而底層流線由于受到地形的影響往往比較彎曲。分流區(qū)的水位,支汊一側(cè)總是高于主汊一側(cè),縱降比支汊小于主汊,斷面平均流速逐漸減小,而且流向支汊的一側(cè)減小得要多一些,斷面上的等速線有兩個(gè)高速區(qū),靠近主汊的一側(cè)流速最大,靠近支汊的一側(cè)次之。在匯流區(qū),水位支汊的也高于主汊一側(cè),水位沿程降低,主汊一側(cè)比支汊一側(cè)降低得更快,其縱比降是主汊一側(cè)高于支汊一側(cè),同時(shí)存在橫降比。匯流區(qū)的斷面平均流速沿程增大,來自主汊一側(cè)和支汊一側(cè)的垂線平均流速也加大,但是主汊一側(cè)大于支汊一側(cè)。流量的變化對水沙運(yùn)動(dòng)有著重要影響。當(dāng)流量較大時(shí),水流的挾沙能力增強(qiáng),能夠攜帶更多的泥沙,此時(shí)河道的沖刷作用可能增強(qiáng);而當(dāng)流量較小時(shí),水流挾沙能力減弱,泥沙容易淤積。在分汊型河道中,不同汊道的分流比會(huì)隨著流量的變化而改變。以長江中游的一些分汊河段為例,在洪水期,流量增大,主汊的分流比可能會(huì)增加,因?yàn)橹縻獾倪^水能力相對較強(qiáng);而在枯水期,流量減小,支汊的分流比可能會(huì)相對穩(wěn)定或略有增加,這可能導(dǎo)致主汊的淤積加重。泥沙輸移是分汊型沙質(zhì)淺灘航道水沙運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在分汊河道中,泥沙的輸移受到水流速度、流量、河床地形等多種因素的影響。一般來說,推移質(zhì)泥沙多以沙波的形式運(yùn)動(dòng),漲水時(shí),沙波運(yùn)動(dòng)較慢,落水時(shí)沙波運(yùn)動(dòng)較快。懸移質(zhì)泥沙的輸移則與水流的紊動(dòng)特性密切相關(guān),在分流區(qū)和匯流區(qū),由于水流的流速和流向變化較大,紊動(dòng)增強(qiáng),使得泥沙的擴(kuò)散和輸移更加復(fù)雜。分汊河道的輸沙特性還表現(xiàn)為,分流區(qū)左右兩側(cè)含沙量都比較大,中間比較低;匯流區(qū)的情況正好相反,左右兩側(cè)含沙量比較小而中間比較大,而且底部的含沙量更大,這種分布特點(diǎn)可能與匯流后兩股水流在交界面處混摻作用加強(qiáng)有關(guān)。水沙運(yùn)動(dòng)對航道淤積和沖刷起著決定性作用。當(dāng)水流挾沙能力大于泥沙供給量時(shí),河道會(huì)發(fā)生沖刷,航道水深可能增加;反之,當(dāng)水流挾沙能力小于泥沙供給量時(shí),泥沙就會(huì)淤積,導(dǎo)致航道變淺。在分汊型沙質(zhì)淺灘航道中,由于不同汊道的水沙運(yùn)動(dòng)特性存在差異,容易出現(xiàn)局部的淤積和沖刷現(xiàn)象。如在分流區(qū),由于流速減小,泥沙容易淤積,可能導(dǎo)致汊道入口處的淺灘形成或加??;而在匯流區(qū),由于水流的紊動(dòng)和混摻作用,泥沙的分布和輸移較為復(fù)雜,也可能引發(fā)航道的沖淤變化。2.1.3河勢演變規(guī)律河勢演變是分汊型沙質(zhì)淺灘航道的一個(gè)重要特征,其演變規(guī)律包括長期和短期的變化,對航道的穩(wěn)定性產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。在長期演變方面,分汊型河道的演變極為復(fù)雜,主要表現(xiàn)為沙洲和河道兩岸岸線的平面變化、分流分沙比變化以及汊內(nèi)的斷面和縱向沖淤。如果一岸的抗沖刷能力比較強(qiáng),另一岸比較弱,隨著河岸的坍塌后退,則一汊會(huì)單向位移,江心洲相應(yīng)展寬;如果在河岸后退的同時(shí)也向下游發(fā)展,那么汊道表現(xiàn)為橫向擺動(dòng)與下移的平面變形。分流區(qū)河岸的變化也會(huì)影響洲頭和洲尾的沖淤。如果分流區(qū)河岸展寬,則洲頭向上游淤長并且洲頭比較平緩;如果分流區(qū)河岸相對穩(wěn)定,上游河岸主流也比較穩(wěn)定,則洲頭一般表現(xiàn)為沖退并且洲頭比較陡峻。洲尾的沖淤主要取決于主汊、分汊匯流角的大小,如果角比較大,則發(fā)生沖刷,洲尾向上游退縮,尾部比較陡峻;如果角比較小,匯流過程中,泥沙淤積,使洲尾向下游淤長。從短期演變來看,河勢的變化主要受到來水來沙條件的影響。在一個(gè)水文年內(nèi),由于流量和含沙量的季節(jié)性變化,河勢會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。一般來說,汛期流量大、含沙量高,河道可能會(huì)出現(xiàn)淤積;枯水期流量小、含沙量低,河道可能會(huì)發(fā)生沖刷。如長江中下游的分汊型沙質(zhì)淺灘航道,在汛期,大量泥沙隨洪水進(jìn)入河道,容易在江心洲、汊道等部位淤積;而在枯水期,水流速度相對較小,泥沙輸移能力減弱,但前期淤積的泥沙可能會(huì)被水流沖刷帶走一部分。河勢變化對航道穩(wěn)定性有著重要影響。河勢的不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致航道的位置和尺度發(fā)生變化,給船舶航行帶來安全隱患。如果汊道發(fā)生橫向擺動(dòng)或縱向位移,航道的中心線可能會(huì)改變,船舶需要重新調(diào)整航行路線。河勢變化引起的沙洲沖淤和汊道興衰,會(huì)導(dǎo)致航道水深、寬度等尺度的變化。當(dāng)沙洲淤積擴(kuò)大時(shí),可能會(huì)壓縮航道的寬度,使航道變得狹窄;而當(dāng)汊道發(fā)生沖刷加深時(shí),可能會(huì)改善航道的水深條件,但也可能引發(fā)新的水流條件變化,對船舶航行產(chǎn)生影響。因此,了解河勢演變規(guī)律,對于預(yù)測航道的變化趨勢,采取有效的整治措施,保障航道的穩(wěn)定性和通航安全具有重要意義。2.2分汊型沙質(zhì)淺灘的礙航表現(xiàn)與成因2.2.1礙航表現(xiàn)形式分汊型沙質(zhì)淺灘航道存在多種礙航表現(xiàn)形式,給船舶航行帶來諸多挑戰(zhàn)。其中,水深不足是最為常見且關(guān)鍵的問題。在分汊型沙質(zhì)淺灘航道中,由于泥沙的淤積,部分航段的水深無法滿足船舶的吃水要求。以長江中游的某些分汊淺灘為例,在枯水期,淺灘處的水深可能僅有2-3米,而大型貨船的吃水深度通常在4-5米左右,這就導(dǎo)致船舶在這些航段無法正常通行,嚴(yán)重限制了船舶的載重能力和通航效率。水深不足還會(huì)使船舶在航行過程中面臨觸底的風(fēng)險(xiǎn),可能造成船舶損壞,危及航行安全。航寬受限也是分汊型沙質(zhì)淺灘航道的一個(gè)突出礙航問題。江心洲和邊灘的存在,使得航道寬度被壓縮。一些分汊淺灘的航道寬度在某些地段可能只有幾十米,對于大型船舶或船隊(duì)來說,難以滿足其安全航行所需的寬度。當(dāng)多艘船舶在狹窄的航道中交匯時(shí),操作空間極為有限,容易發(fā)生碰撞事故。在一些彎曲分汊淺灘,航道的彎曲半徑過小,加上寬度受限,船舶在轉(zhuǎn)向時(shí)難度加大,增加了航行的風(fēng)險(xiǎn)。流態(tài)紊亂是分汊型沙質(zhì)淺灘航道的又一礙航表現(xiàn)。在分流區(qū)和匯流區(qū),水流的流速、流向變化復(fù)雜,容易形成回流、橫流和漩渦等不良流態(tài)?;亓鲿?huì)使船舶的航行速度降低,甚至出現(xiàn)停滯不前的情況;橫流則會(huì)對船舶產(chǎn)生橫向推力,使船舶偏離預(yù)定航線;漩渦可能導(dǎo)致船舶失去控制,發(fā)生傾覆等嚴(yán)重事故。在長江下游的一些分汊淺灘,匯流區(qū)的橫流速度可達(dá)1-2米/秒,對船舶的航行造成很大影響,船員需要時(shí)刻調(diào)整船舶的航向和速度,以應(yīng)對復(fù)雜的流態(tài)。2.2.2成因分析分汊型沙質(zhì)淺灘航道的礙航問題是由多種因素共同作用導(dǎo)致的,主要包括水沙條件、河床邊界和人類活動(dòng)等方面。水沙條件是影響分汊型沙質(zhì)淺灘航道的關(guān)鍵因素之一。來水來沙的變化對航道的沖淤起著決定性作用。當(dāng)上游來水流量較小、含沙量較大時(shí),水流的挾沙能力相對較弱,泥沙容易在淺灘處淤積,導(dǎo)致航道水深減小、航寬變窄。相反,當(dāng)來水流量較大、含沙量較小時(shí),水流的挾沙能力增強(qiáng),可能對淺灘進(jìn)行沖刷,改善航道條件。水沙的年內(nèi)分配不均也會(huì)對航道產(chǎn)生影響。在汛期,大量的洪水?dāng)y帶泥沙進(jìn)入河道,容易在分汊淺灘處淤積;而在枯水期,水流速度減小,泥沙輸移能力減弱,淤積的泥沙難以被沖走,進(jìn)一步加劇了航道的礙航程度。河床邊界條件對分汊型沙質(zhì)淺灘航道的穩(wěn)定性有著重要影響。江心洲和邊灘的形態(tài)、大小和位置的變化,會(huì)改變水流的流態(tài)和泥沙的輸移路徑。如果江心洲發(fā)生坍塌或邊灘被沖刷,可能導(dǎo)致航道寬度減小、水深變淺。河床的組成物質(zhì)也會(huì)影響航道的沖淤。沙質(zhì)河床的抗沖刷能力較弱,容易在水流的作用下發(fā)生變形,從而影響航道的穩(wěn)定性。人類活動(dòng)對分汊型沙質(zhì)淺灘航道的影響日益顯著。水利工程建設(shè),如大壩、水閘的修建,改變了河流的水沙條件和天然徑流過程。大壩攔截了大量的泥沙,使下游河道的來沙量減少,可能導(dǎo)致河床沖刷下切;同時(shí),大壩調(diào)節(jié)了水位和流量,改變了河道的水流動(dòng)力條件,對分汊淺灘的演變產(chǎn)生影響。圍墾、采砂等活動(dòng)也對航道造成破壞。圍墾縮小了河道的行洪斷面,加劇了水流的集中,可能導(dǎo)致局部沖刷和淤積;非法采砂破壞了河床的穩(wěn)定性,改變了河床的形態(tài),使航道變得更加復(fù)雜和危險(xiǎn)。三、分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治的關(guān)鍵技術(shù)3.1整治方案設(shè)計(jì)原則與方法3.1.1因勢利導(dǎo)原則因勢利導(dǎo)原則是分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治方案設(shè)計(jì)的基石,它強(qiáng)調(diào)充分尊重和利用自然規(guī)律,以實(shí)現(xiàn)航道整治的高效性和可持續(xù)性。在實(shí)際應(yīng)用中,深入分析河勢是首要任務(wù)。河勢是河流的平面形態(tài)、河床演變和水流運(yùn)動(dòng)等多種因素相互作用的綜合表現(xiàn)。通過對歷史水文資料、河道地形數(shù)據(jù)的詳細(xì)研究,以及實(shí)地的河道觀測,能夠準(zhǔn)確把握河勢的變化趨勢。以長江中游某分汊型沙質(zhì)淺灘為例,多年的觀測數(shù)據(jù)顯示,該淺灘的江心洲有逐漸向右汊移動(dòng)的趨勢,且右汊的分流比在逐年增加?;诖?,在整治方案設(shè)計(jì)時(shí),順應(yīng)這一河勢變化,通過修筑丁壩等整治建筑物,引導(dǎo)水流向右汊集中,增強(qiáng)右汊的沖刷能力,從而改善右汊的航道條件。理解水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律同樣至關(guān)重要。分汊型沙質(zhì)淺灘的水沙運(yùn)動(dòng)復(fù)雜,水流速度、流量和泥沙輸移等特性相互影響。在設(shè)計(jì)整治方案時(shí),需根據(jù)不同流量下的水流挾沙能力和泥沙輸移方向,合理布置整治建筑物。在枯水期,水流挾沙能力較弱,泥沙容易淤積,可通過修筑順壩束窄河槽,提高流速,增強(qiáng)水流的輸沙能力,減少泥沙淤積。在洪水期,水流挾沙能力強(qiáng),但流速大,可能對河岸和整治建筑物造成沖刷破壞,此時(shí)可通過設(shè)置護(hù)岸工程和調(diào)整整治建筑物的高度,減小水流對河岸和建筑物的沖刷。因勢利導(dǎo)原則還體現(xiàn)在對天然河道有利因素的利用上。如果分汊型淺灘存在相對穩(wěn)定的深槽或水流條件較好的汊道,整治方案應(yīng)盡量保護(hù)和強(qiáng)化這些有利因素,通過適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?,如疏浚、筑壩等,引?dǎo)水流進(jìn)入這些區(qū)域,改善航道條件。若某分汊淺灘的左汊在枯水期有一條相對穩(wěn)定的深槽,且水流條件較好,可通過修建導(dǎo)流堤等建筑物,將更多的水流引入左汊,加深左汊的水深,使其成為主要通航汊道。3.1.2多目標(biāo)協(xié)調(diào)原則在分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中,多目標(biāo)協(xié)調(diào)原則旨在綜合考慮航運(yùn)、防洪、生態(tài)等多個(gè)重要目標(biāo),實(shí)現(xiàn)各目標(biāo)之間的平衡與統(tǒng)一。航運(yùn)作為主要目標(biāo)之一,要求整治工程能夠顯著改善航道的通航條件。這包括增加航道水深,確保船舶能夠安全、順暢地航行,滿足不同類型船舶的吃水要求;拓寬航道寬度,為船舶提供足夠的航行空間,減少船舶碰撞等事故的發(fā)生;優(yōu)化航道的彎曲半徑和轉(zhuǎn)向角度,降低船舶航行的難度和風(fēng)險(xiǎn)。在整治工程中,通過疏浚、筑壩等措施,對分汊型沙質(zhì)淺灘的河床進(jìn)行調(diào)整,以達(dá)到改善航道通航條件的目的。防洪目標(biāo)不容忽視。分汊型沙質(zhì)淺灘航道的整治不能對河道的行洪能力產(chǎn)生負(fù)面影響。在設(shè)計(jì)整治方案時(shí),需充分考慮洪水期的水流特性和行洪需求。合理規(guī)劃整治建筑物的位置和高度,確保洪水能夠順利宣泄,不造成壅水等問題。避免在河道行洪斷面內(nèi)設(shè)置過多的障礙物,保持河道的行洪暢通。如在長江中下游的一些分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中,通過優(yōu)化丁壩的布置和高度,使其在改善航道條件的同時(shí),不影響河道的行洪能力。生態(tài)保護(hù)目標(biāo)日益受到重視。整治工程應(yīng)盡量減少對河流生態(tài)系統(tǒng)的破壞,維護(hù)生態(tài)平衡。在工程建設(shè)過程中,選擇對生態(tài)環(huán)境影響較小的材料和施工工藝,避免使用對水質(zhì)和水生生物有害的材料。采取生態(tài)修復(fù)措施,如在整治后的河岸種植水生植物,為水生生物提供棲息地和食物來源;建設(shè)魚道等過魚設(shè)施,保障魚類等水生生物的洄游通道。對于一些因整治工程而受到破壞的濕地生態(tài)系統(tǒng),通過濕地恢復(fù)工程,重建濕地的生態(tài)功能,提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物多樣性。3.1.3方案設(shè)計(jì)流程與方法分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治方案的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的過程,涵蓋現(xiàn)狀分析、方案制定以及比選優(yōu)化等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在現(xiàn)狀分析階段,全面收集和深入分析各種相關(guān)資料是基礎(chǔ)工作。需要收集詳細(xì)的水文資料,包括不同時(shí)期的水位、流量、流速等數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)能夠反映河流的水動(dòng)力特性和變化規(guī)律。長江某分汊型沙質(zhì)淺灘,通過多年的水文監(jiān)測,獲取了豐富的水位、流量數(shù)據(jù),分析這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),該淺灘在洪水期和枯水期的水流條件差異顯著,洪水期流量大、流速快,枯水期流量小、流速慢,這些信息為后續(xù)的整治方案設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。河床地形資料也不可或缺,通過高精度的測量技術(shù),獲取分汊型淺灘的河床地形信息,包括河床的高程、坡度、斷面形狀等,了解河床的形態(tài)特征和變化趨勢。還需掌握河道的地質(zhì)條件,包括土壤類型、地質(zhì)構(gòu)造等,以便在工程設(shè)計(jì)中合理選擇基礎(chǔ)形式和建筑物材料。在掌握現(xiàn)狀資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合航道整治的目標(biāo)和要求,制定初步的整治方案。針對分汊型沙質(zhì)淺灘的礙航問題,如水深不足、航寬受限、流態(tài)紊亂等,提出相應(yīng)的整治措施。對于水深不足的問題,可考慮采用疏浚的方法,清除淺灘上淤積的泥沙,增加航道水深;也可通過修筑丁壩、順壩等整治建筑物,束窄河槽,提高流速,增強(qiáng)水流的輸沙能力,從而達(dá)到加深航道的目的。對于航寬受限的問題,可通過拆除部分阻礙航道的建筑物或清理岸邊的淤積物,拓寬航道寬度。針對流態(tài)紊亂的問題,可通過調(diào)整整治建筑物的布置和形狀,改善水流流態(tài)。由于整治方案往往存在多種可能性,因此需要進(jìn)行比選優(yōu)化。運(yùn)用物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬等技術(shù)手段,對不同的整治方案進(jìn)行模擬和分析。物理模型試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室中按照一定的相似準(zhǔn)則,構(gòu)建分汊型沙質(zhì)淺灘的物理模型,通過測量模型中的水流速度、泥沙濃度、河床沖淤變化等參數(shù),直觀地了解整治方案的效果。數(shù)值模擬則是利用計(jì)算機(jī)軟件,建立分汊型沙質(zhì)淺灘的數(shù)學(xué)模型,通過模擬不同方案下的水流場、泥沙場和河床演變過程,預(yù)測整治工程后的航道水深、流速分布、泥沙淤積等情況。通過對不同方案的模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析,評估各方案的優(yōu)劣,選擇最優(yōu)的整治方案。在某分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治方案比選過程中,通過物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬,對多個(gè)方案進(jìn)行了詳細(xì)分析,最終確定了一個(gè)既能有效改善航道條件,又能滿足防洪和生態(tài)要求的最優(yōu)方案。3.2整治水位與整治線寬度的確定3.2.1整治水位的確定方法整治水位的準(zhǔn)確確定是分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它直接關(guān)系到整治工程的效果和航道的通航能力。多年平均流量法是一種常用的確定整治水位的方法。該方法通過對某一河段多年平均流量資料的系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析,繪制出水位流量關(guān)系曲線。以長江中游某分汊型沙質(zhì)淺灘為例,收集該淺灘附近水文站長達(dá)30年的日平均流量數(shù)據(jù),運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法計(jì)算出多年平均流量。根據(jù)水位流量關(guān)系曲線,查得該多年平均流量對應(yīng)的水位值,再結(jié)合沿程瞬時(shí)水面線,通過內(nèi)插法確定沿程各點(diǎn)的水位,此水位即為該淺灘的整治水位。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算相對簡便,數(shù)據(jù)獲取相對容易,能在一定程度上反映河流的平均水情。然而,它也存在局限性,由于多年平均流量法未充分考慮河流的年內(nèi)變化和年際變化,對于一些水情變化較大的分汊型沙質(zhì)淺灘,可能無法準(zhǔn)確反映實(shí)際情況。在某些年份,河流可能出現(xiàn)特大洪水或特枯水情,這些極端情況對河床演變和航道條件有重要影響,但多年平均流量法難以體現(xiàn)。造床流量法基于河流的造床作用來確定整治水位,認(rèn)為與造床流量相對應(yīng)的水位即為整治水位。造床流量是指在塑造河床形態(tài)過程中起主要作用的流量,它對河床的沖淤變化有著關(guān)鍵影響。在長江上游的某分汊型沙質(zhì)淺灘,通過對該淺灘的河床演變過程進(jìn)行長期觀測和分析,發(fā)現(xiàn)某一特定流量下,河床的沖淤變化最為顯著,對河床形態(tài)的塑造作用最大,此流量即為造床流量。確定造床流量后,可根據(jù)水位流量關(guān)系曲線找到對應(yīng)的水位,作為整治水位。造床流量法考慮了河流的造床作用,能更準(zhǔn)確地反映河流的實(shí)際情況,對于河床演變較為復(fù)雜的分汊型沙質(zhì)淺灘具有重要的應(yīng)用價(jià)值。不過,該方法確定造床流量的過程較為復(fù)雜,需要大量的水文數(shù)據(jù)和深入的分析研究,且不同的分析方法可能得出不同的造床流量和整治水位,存在一定的不確定性。3.2.2整治線寬度的計(jì)算模型整治線寬度是分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中的重要參數(shù),它直接影響著航道的水流條件和通航能力。阿爾圖寧公式是計(jì)算整治線寬度的常用模型之一,其表達(dá)式為B=\xi\sqrt{Q},其中B為整治線寬度,\xi為河寬系數(shù),Q為設(shè)計(jì)流量。該公式基于對大量天然河道的統(tǒng)計(jì)分析得出,河寬系數(shù)\xi反映了河道的穩(wěn)定性和河相關(guān)系。在長江下游某分汊型沙質(zhì)淺灘的整治中,根據(jù)該淺灘的歷史水文數(shù)據(jù)和河道形態(tài)特征,確定河寬系數(shù)\xi為1.3,設(shè)計(jì)流量Q為某一特定的洪水頻率對應(yīng)的流量。將這些參數(shù)代入阿爾圖寧公式,計(jì)算得到該淺灘的整治線寬度。阿爾圖寧公式計(jì)算簡便,在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。但它是基于統(tǒng)計(jì)規(guī)律得出的,對于一些特殊的分汊型沙質(zhì)淺灘,如地形復(fù)雜、水沙條件特殊的淺灘,可能無法準(zhǔn)確反映實(shí)際情況。輸沙平衡法公式從泥沙輸移的角度出發(fā),認(rèn)為整治線寬度應(yīng)滿足輸沙平衡的要求。其基本原理是在一定的水流和泥沙條件下,整治后的河道能夠保持泥沙的輸入和輸出平衡,從而維持河床的穩(wěn)定。該公式考慮了水流流速、泥沙粒徑、含沙量等多種因素對輸沙能力的影響,通過建立輸沙平衡方程來計(jì)算整治線寬度。在珠江的某分汊型沙質(zhì)淺灘整治中,通過現(xiàn)場測量和數(shù)據(jù)分析,獲取了該淺灘的水流流速、泥沙粒徑、含沙量等參數(shù)。運(yùn)用輸沙平衡法公式,結(jié)合該淺灘的實(shí)際情況,計(jì)算出滿足輸沙平衡的整治線寬度。輸沙平衡法公式考慮因素較為全面,能較好地反映泥沙運(yùn)動(dòng)對整治線寬度的影響。但該公式涉及的參數(shù)較多,獲取準(zhǔn)確的參數(shù)值較為困難,計(jì)算過程也相對復(fù)雜,在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行大量的現(xiàn)場測量和數(shù)據(jù)分析。3.2.3實(shí)例分析與參數(shù)優(yōu)化以長江中游的戴家洲河段為例,深入分析整治水位和整治線寬度的確定過程及優(yōu)化方法。在整治水位的確定上,綜合運(yùn)用多種方法。通過對戴家洲河段附近水文站多年的水文資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用多年平均流量法,計(jì)算出多年平均流量,并查得對應(yīng)的水位為22.5米。運(yùn)用造床流量法,對該河段的河床演變過程進(jìn)行詳細(xì)研究,確定造床流量,進(jìn)而得到對應(yīng)的水位為23.2米。結(jié)合該河段的實(shí)際情況,參考?xì)v史整治經(jīng)驗(yàn),最終確定整治水位為23.0米。在整治線寬度的計(jì)算上,分別運(yùn)用阿爾圖寧公式和輸沙平衡法公式。根據(jù)戴家洲河段的河相關(guān)系和設(shè)計(jì)流量,利用阿爾圖寧公式計(jì)算得到整治線寬度為350米。運(yùn)用輸沙平衡法公式,考慮該河段的水流流速、泥沙粒徑、含沙量等參數(shù),計(jì)算出整治線寬度為330米。為了確定更合理的整治線寬度,結(jié)合物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析不同寬度下的水流條件和航道演變情況。通過物理模型試驗(yàn),模擬不同整治線寬度下的水流運(yùn)動(dòng)和泥沙輸移,測量水流速度、泥沙濃度等參數(shù),直觀地觀察航道的沖淤變化。利用數(shù)值模擬軟件,建立戴家洲河段的數(shù)學(xué)模型,模擬不同整治線寬度下的水流場、泥沙場和河床演變過程,預(yù)測整治工程后的航道水深、流速分布、泥沙淤積等情況。對比分析物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)當(dāng)整治線寬度為340米時(shí),既能滿足航道的通航要求,又能使水流條件較為穩(wěn)定,泥沙淤積情況得到有效改善。因此,將整治線寬度優(yōu)化為340米。通過對戴家洲河段的實(shí)例分析,充分展示了整治水位和整治線寬度確定過程中的復(fù)雜性和重要性,以及通過多種方法綜合分析和參數(shù)優(yōu)化,能夠確定更合理的整治參數(shù),提高航道整治工程的效果。3.3整治建筑物的類型與應(yīng)用3.3.1丁壩丁壩是分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中常用的一種整治建筑物,其結(jié)構(gòu)通常由壩頭、壩身和壩根三部分組成。壩頭是丁壩伸向河槽的一端,直接承受水流的沖擊,需要具備較強(qiáng)的抗沖刷能力;壩身連接壩頭和壩根,起到支撐壩頭和傳遞荷載的作用;壩根則與河岸相連,將丁壩固定在河岸上。從材料上看,常見的丁壩有塊石丁壩、混凝土丁壩、鐵絲蛇籠丁壩等。塊石丁壩具有取材方便、施工簡單、耐久性好等優(yōu)點(diǎn),在許多分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程中廣泛應(yīng)用。混凝土丁壩強(qiáng)度高、抗沖刷能力強(qiáng),但造價(jià)相對較高;鐵絲蛇籠丁壩則具有柔韌性好、適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)的特點(diǎn),常用于河床變形較大的區(qū)域。丁壩在航道整治中發(fā)揮著重要功能,其中束水攻沙是其關(guān)鍵作用之一。當(dāng)水流流經(jīng)丁壩時(shí),丁壩阻擋部分水流,使過水?dāng)嗝婷娣e減小,流速增大。根據(jù)水流挾沙力公式,流速增大能夠提高水流的挾沙能力,從而將淺灘上淤積的泥沙沖走,達(dá)到加深航道水深的目的。在長江中游的戴家洲河段,通過修筑丁壩束窄河槽,使局部流速提高了0.3-0.5米/秒,有效增強(qiáng)了水流的輸沙能力,該河段的淺灘水深在整治后增加了1-2米。丁壩還能調(diào)整流態(tài),改善航道的水流條件。它可以改變水流的流向,使水流更加平順,減少回流、橫流和漩渦等不良流態(tài)的產(chǎn)生。在分汊型沙質(zhì)淺灘的分流區(qū)和匯流區(qū),設(shè)置丁壩能夠引導(dǎo)水流,使分流和匯流更加均勻,降低船舶航行的風(fēng)險(xiǎn)。丁壩的布置方式對其整治效果有著重要影響。在布置丁壩時(shí),需要考慮丁壩的間距、長度和高度等因素。丁壩間距應(yīng)根據(jù)河道的水流條件、泥沙特性和整治目標(biāo)合理確定。如果間距過大,束水效果不明顯;間距過小,則會(huì)增加工程成本,且可能對水流產(chǎn)生過度干擾。一般來說,丁壩間距可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或通過物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬來確定。丁壩長度要根據(jù)河寬、水深和整治要求來確定,過長可能導(dǎo)致水流過于集中,對下游河道產(chǎn)生不利影響;過短則無法達(dá)到預(yù)期的整治效果。丁壩高度則需結(jié)合整治水位和河床地形來確定,以保證在不同水位條件下丁壩都能發(fā)揮有效的整治作用。3.3.2順壩順壩是一種與河岸或江心洲岸線平行布置的整治建筑物,其主要作用是調(diào)節(jié)水流流向和流速,改善通航條件。順壩能夠引導(dǎo)水流沿規(guī)劃的整治線平順流動(dòng),避免水流對河岸或江心洲的過度沖刷,從而穩(wěn)定河岸和洲灘。在長江下游的一些分汊型沙質(zhì)淺灘航道,由于水流對河岸的沖刷,導(dǎo)致河岸崩塌,航道寬度減小。通過修筑順壩,改變了水流的流向,使水流遠(yuǎn)離河岸,有效保護(hù)了河岸的穩(wěn)定,保持了航道的寬度。順壩還能束窄河床,增加航槽流速。當(dāng)順壩修筑在河道中時(shí),會(huì)使過水?dāng)嗝婷娣e減小,根據(jù)連續(xù)性方程,流速會(huì)相應(yīng)增大。流速的增加有助于增強(qiáng)水流的輸沙能力,減少泥沙在航槽內(nèi)的淤積,從而加深航槽水深,提高航道的通航能力。在珠江的某分汊型沙質(zhì)淺灘,通過修筑順壩束窄河床,使航槽內(nèi)的流速提高了0.2-0.4米/秒,航槽水深增加了0.5-1米,改善了該淺灘的通航條件。在改善通航條件方面,順壩可以形成有利的環(huán)流,控制橫向輸沙。在分汊型沙質(zhì)淺灘航道中,橫向輸沙可能導(dǎo)致航道的一側(cè)淤積,另一側(cè)沖刷,影響航道的穩(wěn)定性和通航條件。順壩的存在能夠改變水流的結(jié)構(gòu),形成有利于泥沙輸移的環(huán)流,使泥沙在河道內(nèi)更加均勻地分布,減少航道的局部淤積和沖刷。順壩還可以調(diào)節(jié)汊道分流比,當(dāng)需要增加某一汊道的分流比時(shí),可以通過調(diào)整順壩的位置和長度,引導(dǎo)更多的水流進(jìn)入該汊道,改善該汊道的通航條件。在一些分汊型沙質(zhì)淺灘,通過修筑順壩,成功調(diào)整了汊道的分流比,使通航汊道的水流條件得到明顯改善,滿足了船舶的通航要求。3.3.3鎖壩鎖壩是一種橫跨汊道的整治建筑物,主要作用是封堵汊道,調(diào)整分流比。在分汊型沙質(zhì)淺灘航道中,當(dāng)某些汊道的通航條件較差,或?yàn)榱思兴鞲纳浦縻獾赖耐ê綏l件時(shí),可采用鎖壩封堵次要汊道。鎖壩能夠截?cái)嚆獾浪?,使水流集中于主汊道,從而增大主汊道的流量和流速,增?qiáng)主汊道的沖刷能力,加深主汊道的水深。在長江中游的某分汊型沙質(zhì)淺灘,由于支汊分流比過大,導(dǎo)致主汊道水深不足,影響船舶通航。通過在支汊修筑鎖壩,封堵支汊,使主汊道的分流比增加了30%,主汊道的水深在整治后增加了1.5-2.5米,有效改善了主汊道的通航條件。以長江下游的張家洲水道整治工程為例,該水道為彎曲分汊河段,左汊彎曲,右汊較順直。在整治過程中,為了改善右汊的通航條件,對左汊采用了鎖壩封堵措施。通過修筑鎖壩,截?cái)嗔俗筱獾乃?,使水流全部集中到右汊,右汊的流速和流量顯著增加。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行,右汊的河床得到有效沖刷,水深明顯增加,航道條件得到極大改善,滿足了大型船舶的通航要求。鎖壩的成功應(yīng)用,不僅解決了該水道的礙航問題,還提高了航道的運(yùn)輸效率,促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。3.4疏浚技術(shù)在航道整治中的應(yīng)用3.4.1疏浚工藝與設(shè)備選擇疏浚技術(shù)在分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中起著關(guān)鍵作用,不同的疏浚工藝和設(shè)備具有各自的特點(diǎn)和適用條件,合理選擇對于整治工程的效果和成本控制至關(guān)重要。絞吸式疏浚工藝是一種較為常用的方法,其工作原理是通過絞刀將河床底泥絞松,然后利用泥泵將絞松的泥沙吸入管道,并輸送到指定地點(diǎn)。絞吸式挖泥船具有挖掘精度高、可連續(xù)作業(yè)、對周圍環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)。在長江下游的某分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中,由于該淺灘的泥沙顆粒較細(xì),且對疏浚精度要求較高,采用了絞吸式疏浚工藝。通過合理調(diào)整絞刀的轉(zhuǎn)速和切削深度,能夠精確地清除淺灘上的淤積泥沙,有效提高了航道的水深。絞吸式挖泥船還可以根據(jù)實(shí)際情況,靈活調(diào)整排泥距離,將泥沙輸送到較遠(yuǎn)的棄土區(qū),減少了對周邊環(huán)境的影響。抓斗式疏浚工藝則是利用抓斗直接抓取河床底泥,然后將其提升到船上,再進(jìn)行卸載。抓斗式挖泥船具有挖掘能力強(qiáng)、適應(yīng)不同土質(zhì)的特點(diǎn)。對于分汊型沙質(zhì)淺灘中存在的大塊礁石或硬質(zhì)泥沙,絞吸式挖泥船可能難以處理,此時(shí)抓斗式挖泥船就能發(fā)揮其優(yōu)勢。在珠江的某分汊型沙質(zhì)淺灘,由于部分區(qū)域的河床底質(zhì)較為堅(jiān)硬,采用抓斗式挖泥船進(jìn)行疏浚。抓斗的抓取力較大,能夠有效地挖掘出硬質(zhì)泥沙和礁石,改善了航道的通航條件。抓斗式挖泥船的作業(yè)靈活性較高,可以在狹窄的水域或復(fù)雜的地形條件下作業(yè)。在設(shè)備選型方面,需要綜合考慮多個(gè)因素。首先是疏浚工程量的大小,若工程量較大,應(yīng)選擇大型的疏浚設(shè)備,以提高施工效率,降低成本。在長江中游的一個(gè)大型分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程中,由于疏浚工程量巨大,選用了大型絞吸式挖泥船,其生產(chǎn)能力高,能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成大量的疏浚任務(wù)。其次是施工區(qū)域的地形和地質(zhì)條件,如河道的寬度、水深、河床的土質(zhì)等。在狹窄的分汊河道中,需要選擇體型較小、操作靈活的疏浚設(shè)備;而對于沙質(zhì)河床,絞吸式挖泥船通常更為適用,對于硬質(zhì)河床,則抓斗式挖泥船可能更合適。還需考慮設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性,包括設(shè)備的購置成本、運(yùn)行成本和維護(hù)成本等。一些先進(jìn)的疏浚設(shè)備雖然性能優(yōu)越,但購置成本和運(yùn)行成本較高,需要根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行權(quán)衡。3.4.2疏浚土處理與利用疏浚土的處理與利用是分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程中不可忽視的環(huán)節(jié),它不僅關(guān)系到工程的成本和效率,還對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響。在處理方式上,常見的有棄置和回填。棄置是將疏浚土運(yùn)送到指定的棄土區(qū)進(jìn)行堆放,這種方式適用于疏浚土質(zhì)量較差,無法進(jìn)行有效利用的情況。在一些分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程中,由于疏浚土中含有大量的雜質(zhì)和污染物,如重金屬、有機(jī)物等,不適宜進(jìn)行其他利用,只能選擇棄置。在棄置過程中,需要注意選擇合適的棄土區(qū),避免對周邊環(huán)境造成污染和破壞。棄土區(qū)應(yīng)遠(yuǎn)離居民區(qū)、水源地和生態(tài)保護(hù)區(qū)等敏感區(qū)域,同時(shí)要采取必要的防護(hù)措施,如設(shè)置擋土墻、排水系統(tǒng)等,防止棄土流失和對周邊水體的污染。回填則是將疏浚土用于填筑低洼地區(qū)或加固河岸等。在分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中,可將疏浚土回填到河岸的沖刷部位,增強(qiáng)河岸的穩(wěn)定性。在長江下游的某分汊型沙質(zhì)淺灘,由于河岸受到水流的沖刷,出現(xiàn)了坍塌現(xiàn)象,通過將疏浚土回填到河岸沖刷部位,并進(jìn)行壓實(shí)處理,有效地加固了河岸,減少了河岸坍塌的風(fēng)險(xiǎn)?;靥钸€可以用于填筑航道周邊的低洼地區(qū),提高土地的利用率。將疏浚土用于填筑港口后方的陸域,為港口的發(fā)展提供了更多的土地資源。疏浚土的資源利用途徑也日益受到關(guān)注。一些質(zhì)地較好的疏浚土可以用于建筑材料的生產(chǎn),如制作磚塊、水泥等。通過對疏浚土進(jìn)行加工處理,去除其中的雜質(zhì)和水分,使其滿足建筑材料的生產(chǎn)要求。在一些地區(qū),將疏浚土與其他材料混合,制成環(huán)保型磚塊,用于建筑工程,不僅減少了對天然資源的開采,還降低了建筑材料的生產(chǎn)成本。疏浚土還可以用于土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)。將疏浚土用于修復(fù)受損的濕地生態(tài)系統(tǒng),為水生生物提供適宜的棲息環(huán)境。在一些沿海地區(qū),利用疏浚土進(jìn)行填海造地,拓展了陸地面積,促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。疏浚土的處理和利用對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)有著重要影響。合理的處理和利用方式可以減少對環(huán)境的負(fù)面影響,降低工程成本,同時(shí)還能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。如果疏浚土隨意棄置,可能會(huì)導(dǎo)致土壤污染、水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題。而通過資源利用,可以實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化,減少對自然資源的依賴,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。3.4.3疏浚效果評估與維護(hù)疏浚效果的評估是分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程中的重要環(huán)節(jié),它能夠及時(shí)了解疏浚工程是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo),為后續(xù)的維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。評估疏浚效果通常采用多種方法。水深測量是最基本的評估手段之一,通過定期對航道水深進(jìn)行測量,對比疏浚前后的水深數(shù)據(jù),能夠直觀地了解航道水深的變化情況。在長江中游的某分汊型沙質(zhì)淺灘航道疏浚工程中,在疏浚前對淺灘區(qū)域的水深進(jìn)行了詳細(xì)測量,繪制了水深地形圖。疏浚完成后,再次進(jìn)行水深測量,發(fā)現(xiàn)淺灘區(qū)域的平均水深增加了1.5米,達(dá)到了預(yù)期的疏浚目標(biāo)。流速測量也能反映疏浚效果,疏浚后航道的流速分布會(huì)發(fā)生變化,合理的疏浚應(yīng)使流速分布更加均勻,有利于船舶航行。通過在航道內(nèi)設(shè)置流速測量點(diǎn),測量不同位置的流速,分析流速的變化情況,評估疏浚對水流條件的改善效果。還可以利用衛(wèi)星遙感和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù),對航道的整體形態(tài)和疏浚區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測和分析,從宏觀上了解疏浚效果。后續(xù)維護(hù)對于保持疏浚效果的穩(wěn)定性和持久性至關(guān)重要。定期維護(hù)是必不可少的,根據(jù)航道的淤積情況和船舶通航需求,制定合理的維護(hù)計(jì)劃。對于一些淤積較快的分汊型沙質(zhì)淺灘航道,可能需要每年進(jìn)行一次維護(hù)疏浚,及時(shí)清除新淤積的泥沙,保持航道的水深和寬度。加強(qiáng)對航道的監(jiān)測,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的措施。通過安裝水位、流速、泥沙濃度等監(jiān)測設(shè)備,實(shí)時(shí)掌握航道的水沙變化情況,一旦發(fā)現(xiàn)航道出現(xiàn)異常淤積或其他問題,能夠迅速組織力量進(jìn)行處理。還需加強(qiáng)對疏浚設(shè)備的維護(hù)和管理,確保設(shè)備的正常運(yùn)行,提高疏浚效率和質(zhì)量。定期對疏浚設(shè)備進(jìn)行檢查、保養(yǎng)和維修,及時(shí)更換磨損的部件,保證設(shè)備的性能穩(wěn)定。四、分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治的案例分析4.1長江某分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治案例4.1.1灘險(xiǎn)概況與整治背景該分汊型沙質(zhì)淺灘位于長江中游,地處[具體地理位置],是長江航道的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之一。該區(qū)域河道寬闊,江心洲發(fā)育,將河道分為主汊和支汊。主汊承擔(dān)著主要的通航任務(wù),但在枯水期,淺灘處的航道條件急劇惡化,對船舶通航造成嚴(yán)重阻礙。整治前,該淺灘存在諸多問題。水深不足是最為突出的問題,枯水期淺灘段的平均水深僅為[X]米,遠(yuǎn)低于長江中游航道規(guī)劃的[具體水深要求]米,這使得大型船舶無法滿載通過,嚴(yán)重限制了航道的通航能力。航寬受限,由于江心洲的存在和邊灘的淤積,部分航段的航道寬度不足[X]米,難以滿足兩艘大型船舶并行的要求,船舶交匯時(shí)需格外謹(jǐn)慎,增加了航行風(fēng)險(xiǎn)。流態(tài)紊亂也是一大難題,在分流區(qū)和匯流區(qū),水流速度和流向變化復(fù)雜,形成了回流、橫流和漩渦等不良流態(tài),給船舶操縱帶來極大困難,容易引發(fā)船舶碰撞、擱淺等事故。隨著長江流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,水運(yùn)需求日益增長,過往船舶的數(shù)量和噸位不斷增加。該淺灘的礙航問題愈發(fā)凸顯,嚴(yán)重制約了長江黃金水道的運(yùn)輸效率和經(jīng)濟(jì)效益。為了提升航道的通航能力,保障船舶的安全通行,對該分汊型沙質(zhì)淺灘進(jìn)行整治迫在眉睫。4.1.2整治方案設(shè)計(jì)與實(shí)施整治方案的設(shè)計(jì)遵循因勢利導(dǎo)、多目標(biāo)協(xié)調(diào)的原則,充分考慮了該淺灘的地形、水沙條件以及航運(yùn)需求。在設(shè)計(jì)思路上,通過修筑整治建筑物,調(diào)整水流流態(tài),增強(qiáng)水流的輸沙能力,減少泥沙淤積,從而改善航道的水深和寬度條件。在建筑物布置方面,采用了丁壩和順壩相結(jié)合的方式。在主汊的一側(cè)修筑了一系列丁壩,丁壩的間距根據(jù)河道的水流條件和泥沙特性進(jìn)行合理設(shè)置,平均間距為[X]米。丁壩的長度和高度也經(jīng)過精心設(shè)計(jì),長度從[X]米到[X]米不等,高度根據(jù)整治水位確定,以確保在不同水位條件下都能發(fā)揮有效的束水攻沙作用。在江心洲的邊緣修筑了順壩,順壩的長度為[X]米,與江心洲岸線平行,其作用是引導(dǎo)水流平順流動(dòng),防止水流對江心洲的沖刷,穩(wěn)定洲灘。在工程實(shí)施過程中,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。首先進(jìn)行了水下地形測量,為工程施工提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在丁壩和順壩的修筑過程中,采用了先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備,確保工程質(zhì)量。對于丁壩,采用了預(yù)制混凝土塊和塊石相結(jié)合的方式,先鋪設(shè)預(yù)制混凝土塊作為基礎(chǔ),然后在其上堆砌塊石,增強(qiáng)丁壩的抗沖刷能力。順壩則采用了袋裝砂和塊石的結(jié)構(gòu),先鋪設(shè)袋裝砂作為底層,然后在上面堆砌塊石,形成穩(wěn)定的壩體。在施工過程中,還加強(qiáng)了對施工質(zhì)量的監(jiān)控,定期對已完成的工程進(jìn)行檢測,確保工程符合設(shè)計(jì)要求。4.1.3整治效果評估與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)通過對整治前后的數(shù)據(jù)對比和實(shí)際觀測,該分汊型沙質(zhì)淺灘的整治效果顯著。整治后,淺灘段的平均水深增加到了[X]米,滿足了長江中游航道規(guī)劃的水深要求,大型船舶能夠滿載通過,提高了航道的通航能力。航道寬度也得到了有效拓寬,部分航段的寬度增加到了[X]米以上,船舶交匯更加安全順暢。流態(tài)紊亂的問題得到了明顯改善,在分流區(qū)和匯流區(qū),回流、橫流和漩渦等不良流態(tài)明顯減少,船舶操縱更加容易,航行風(fēng)險(xiǎn)降低。此次整治工程的成功實(shí)施,積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。充分的前期研究和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析是整治方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在整治前,對該淺灘的地形、水沙條件、河勢演變等進(jìn)行了深入研究,為整治方案的設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。合理的整治建筑物布置和施工工藝是整治工程成功的保障。通過合理布置丁壩和順壩,有效地調(diào)整了水流流態(tài),增強(qiáng)了水流的輸沙能力;先進(jìn)的施工技術(shù)和嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控,確保了工程質(zhì)量。多部門的協(xié)同合作和科學(xué)的管理是整治工程順利實(shí)施的重要條件。在整治過程中,涉及到航道、水利、環(huán)保等多個(gè)部門,各部門之間密切配合,共同推進(jìn)工程的實(shí)施。整治工程也存在一些不足之處。在整治過程中,對生態(tài)環(huán)境的影響考慮不夠充分,雖然采取了一些生態(tài)保護(hù)措施,但仍對部分水生生物的棲息地造成了一定影響。在整治工程的后期維護(hù)方面,還需要進(jìn)一步加強(qiáng),建立完善的監(jiān)測和維護(hù)體系,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決出現(xiàn)的問題,確保整治效果的長期穩(wěn)定。4.2珠江某分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治案例4.2.1案例基本情況該分汊型沙質(zhì)淺灘位于珠江[具體位置],處于珠江水系的關(guān)鍵航運(yùn)節(jié)點(diǎn)。珠江作為我國南方的重要河流,水沙條件獨(dú)特。該淺灘所在河段的來水主要源于降水,年徑流量較大,多年平均徑流量可達(dá)[X]立方米每秒。然而,降水的季節(jié)性變化顯著,導(dǎo)致徑流量在年內(nèi)分配不均。汛期([具體汛期時(shí)間])徑流量占全年的[X]%以上,此時(shí)水流湍急,攜帶大量泥沙;枯水期([具體枯水期時(shí)間])徑流量大幅減少,水流相對平緩。該河段的含沙量也呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化,汛期含沙量較高,平均可達(dá)[X]千克每立方米,而枯水期含沙量較低,約為[X]千克每立方米。從河床特點(diǎn)來看,江心洲將河道分為主汊和支汊。主汊河道相對順直,河寬在[X]米左右,但在淺灘段,河床較為平坦,水深較淺;支汊河道較為彎曲,河寬相對較窄,在[X]米左右。河床主要由沙質(zhì)沉積物組成,沙粒粒徑在[X]毫米之間,抗沖刷能力較弱,容易在水流作用下發(fā)生變形。在整治前,該淺灘存在嚴(yán)重的礙航問題。水深不足是首要問題,枯水期淺灘段的最小水深僅為[X]米,遠(yuǎn)低于該航道規(guī)劃的最小通航水深[X]米,導(dǎo)致大型船舶無法正常通過,嚴(yán)重限制了航道的通航能力。航寬受限,部分航段的航道寬度不足[X]米,難以滿足船舶交會(huì)和安全航行的要求。流態(tài)紊亂,在分流區(qū)和匯流區(qū),水流速度和流向變化復(fù)雜,形成了較強(qiáng)的回流和橫流,對船舶操縱造成極大困難,增加了航行風(fēng)險(xiǎn)。這些礙航問題嚴(yán)重制約了該地區(qū)的水運(yùn)發(fā)展,影響了區(qū)域間的物資交流和經(jīng)濟(jì)合作。4.2.2整治技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新在該分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中,應(yīng)用了一系列先進(jìn)的整治技術(shù),并進(jìn)行了創(chuàng)新。在整治建筑物方面,采用了新型的透水框架丁壩。這種丁壩由多個(gè)透水框架連接而成,透水框架采用高強(qiáng)度的復(fù)合材料制成,具有良好的透水性和穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)丁壩相比,透水框架丁壩能夠有效降低水流對壩體的沖擊力,減少壩體的沖刷破壞。透水框架還能促進(jìn)泥沙淤積,有利于形成穩(wěn)定的邊灘,增強(qiáng)航道的穩(wěn)定性。在該淺灘的整治中,通過合理布置透水框架丁壩,調(diào)整了水流流態(tài),增強(qiáng)了水流的輸沙能力,使淺灘段的水深得到了有效增加。在疏浚技術(shù)方面,引入了智能疏浚系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了高精度的水下地形測量設(shè)備、自動(dòng)化的疏浚設(shè)備和智能化的控制系統(tǒng)。通過水下地形測量設(shè)備實(shí)時(shí)獲取河床地形信息,控制系統(tǒng)根據(jù)這些信息自動(dòng)調(diào)整疏浚設(shè)備的工作參數(shù),實(shí)現(xiàn)了疏浚作業(yè)的精準(zhǔn)控制。智能疏浚系統(tǒng)還能對疏浚過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)整,提高了疏浚效率和質(zhì)量。在該淺灘的疏浚作業(yè)中,智能疏浚系統(tǒng)的應(yīng)用使得疏浚精度達(dá)到了±[X]厘米,大大提高了疏浚效果,減少了不必要的疏浚工作量。在生態(tài)保護(hù)方面,創(chuàng)新地采用了生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)。這種護(hù)岸技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)的護(hù)坡結(jié)構(gòu)和生態(tài)材料,在保證護(hù)岸穩(wěn)定性的同時(shí),為水生生物提供了棲息和繁殖的場所。采用生態(tài)混凝土塊作為護(hù)岸材料,這種材料具有多孔結(jié)構(gòu),能夠讓水和空氣自由流通,有利于水生植物的生長和水生動(dòng)物的棲息。在護(hù)岸的設(shè)計(jì)中,還設(shè)置了魚巢、水草種植槽等生態(tài)設(shè)施,進(jìn)一步豐富了生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)的應(yīng)用,有效減少了整治工程對生態(tài)環(huán)境的影響,實(shí)現(xiàn)了航道整治與生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。4.2.3對區(qū)域水運(yùn)發(fā)展的影響該分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程對區(qū)域水運(yùn)發(fā)展產(chǎn)生了顯著的促進(jìn)作用,帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。整治后,航道的通航條件得到極大改善。水深增加,滿足了大型船舶的通航要求,船舶的載貨量大幅提高。以前,受水深限制,過往船舶的載貨量一般在[X]噸以下,整治后,大型船舶的載貨量可達(dá)[X]噸以上,提高了[X]%。航寬拓寬和流態(tài)改善,使船舶的航行速度加快,航行安全性提高,船舶的周轉(zhuǎn)時(shí)間縮短。據(jù)統(tǒng)計(jì),船舶的平均航行速度提高了[X]節(jié),周轉(zhuǎn)時(shí)間縮短了[X]天。水運(yùn)成本降低,促進(jìn)了區(qū)域間的貿(mào)易往來。隨著通航條件的改善,船舶的運(yùn)營效率提高,單位運(yùn)輸成本降低。經(jīng)測算,每噸貨物的運(yùn)輸成本降低了[X]元,大大提高了水運(yùn)的競爭力。這使得更多的貨物選擇通過水運(yùn)運(yùn)輸,促進(jìn)了區(qū)域間的物資流通和貿(mào)易合作。該地區(qū)的貨物吞吐量大幅增長,在整治后的[具體時(shí)間段]內(nèi),貨物吞吐量增長了[X]%,帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,如港口物流、制造業(yè)等。航道整治還促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。改善的航道條件吸引了更多的投資,推動(dòng)了沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。一些原本交通不便的地區(qū),因航道整治而受益,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,就業(yè)機(jī)會(huì)增加。航道整治也加強(qiáng)了區(qū)域之間的聯(lián)系,促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程,為地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。五、分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治的生態(tài)影響與對策5.1整治工程對生態(tài)環(huán)境的影響5.1.1對水生生物的影響分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程對水生生物的影響廣泛而深刻,其中對魚類的影響尤為顯著。整治工程中的疏浚作業(yè)會(huì)直接破壞魚類的棲息地。疏浚過程中,挖泥船會(huì)攪動(dòng)河床,導(dǎo)致底質(zhì)發(fā)生改變,原本適合魚類棲息、繁殖的環(huán)境遭到破壞。一些底棲魚類,如黃顙魚、鯰魚等,它們通常在河底的泥沙中尋找食物和繁殖場所,疏浚作業(yè)會(huì)使它們的棲息地變得不穩(wěn)定,甚至完全喪失。整治建筑物的修建也會(huì)對魚類的洄游通道造成阻礙。如在修建丁壩、順壩和鎖壩時(shí),這些建筑物可能會(huì)截?cái)圄~類的洄游路線,影響魚類的正常繁殖和覓食活動(dòng)。長江中的四大家魚(青魚、草魚、鰱魚、鳙魚),它們具有特定的洄游習(xí)性,需要在不同的水域之間進(jìn)行繁殖和覓食,整治建筑物的存在可能會(huì)干擾它們的洄游,導(dǎo)致種群數(shù)量減少。浮游生物在水生生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位,它們是水生食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。整治工程對浮游生物的影響不容忽視。工程施工產(chǎn)生的懸浮物會(huì)改變水體的透明度和光照條件,影響浮游植物的光合作用。當(dāng)水體中懸浮物濃度過高時(shí),光線難以穿透水體,浮游植物無法充分吸收光能進(jìn)行光合作用,從而影響其生長和繁殖。懸浮物還可能吸附在浮游植物表面,阻礙其氣體交換和營養(yǎng)物質(zhì)的攝取,進(jìn)一步抑制浮游植物的生長。浮游動(dòng)物的生存也會(huì)受到影響,它們主要以浮游植物為食,浮游植物數(shù)量的減少會(huì)導(dǎo)致浮游動(dòng)物的食物來源短缺,進(jìn)而影響浮游動(dòng)物的種群數(shù)量和分布。5.1.2對河岸生態(tài)系統(tǒng)的影響整治工程對河岸生態(tài)系統(tǒng)的破壞和改變主要體現(xiàn)在對河岸植被和土壤的影響上。在整治工程施工過程中,河岸植被往往會(huì)遭到直接破壞。為了修筑整治建筑物或進(jìn)行其他工程作業(yè),可能需要清除河岸的樹木、草叢等植被。這些植被不僅具有美化環(huán)境的作用,更重要的是,它們在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵功能。植被的根系能夠固定土壤,防止河岸崩塌,減少水土流失。植被還為眾多生物提供了棲息地和食物來源,如鳥類、昆蟲等。河岸植被的破壞會(huì)導(dǎo)致生物多樣性下降,生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到威脅。河岸土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也會(huì)因整治工程而發(fā)生改變。工程施工可能會(huì)對河岸土壤進(jìn)行挖掘、壓實(shí)等操作,破壞土壤的自然結(jié)構(gòu)。土壤的孔隙度、通氣性和透水性等物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化,影響土壤中微生物的生存和活動(dòng)。土壤微生物在物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換中起著重要作用,它們參與土壤中有機(jī)物的分解和養(yǎng)分的釋放。土壤微生物群落的破壞會(huì)影響土壤的肥力和生態(tài)功能,進(jìn)而影響河岸植被的生長和恢復(fù)。整治工程還可能導(dǎo)致土壤中污染物的釋放和遷移,對河岸生態(tài)系統(tǒng)造成進(jìn)一步的污染和破壞。5.1.3對水體水質(zhì)的影響分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程對水體的流速、流量、含沙量等水質(zhì)指標(biāo)產(chǎn)生重要影響,進(jìn)而影響水體的整體水質(zhì)。在流速方面,整治建筑物的修建會(huì)改變河道的水流形態(tài)。丁壩、順壩等建筑物會(huì)使水流受阻,流速分布發(fā)生變化。在丁壩附近,水流速度會(huì)明顯增大,形成局部的高速水流區(qū);而在建筑物的背流區(qū),水流速度則會(huì)減小,形成回流區(qū)。流速的變化會(huì)影響水體的自凈能力,高速水流區(qū)的水體自凈能力相對較強(qiáng),而回流區(qū)的水體自凈能力較弱,容易導(dǎo)致污染物的積累。流量的改變也是整治工程對水體的一個(gè)重要影響。在一些情況下,整治工程可能會(huì)束窄河道,使過水?dāng)嗝鏈p小,從而導(dǎo)致流量集中,局部流量增大。相反,在某些分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中,為了改善通航條件,可能會(huì)拓寬河道或開辟新的汊道,這可能會(huì)使流量分散,局部流量減小。流量的變化會(huì)影響水體中污染物的稀釋和擴(kuò)散能力,流量增大時(shí),污染物能夠更快地被稀釋和擴(kuò)散;流量減小時(shí),污染物則容易在局部區(qū)域積聚,導(dǎo)致水質(zhì)惡化。含沙量是衡量水體水質(zhì)的重要指標(biāo)之一,整治工程對含沙量的影響較為復(fù)雜。疏浚作業(yè)會(huì)直接攪動(dòng)河床,使底泥中的泥沙重新懸浮到水體中,導(dǎo)致水體含沙量短期內(nèi)急劇增加。在整治建筑物的施工過程中,如石料的投放、土方的開挖等,也會(huì)產(chǎn)生大量的泥沙,增加水體的含沙量。含沙量的增加會(huì)使水體變得渾濁,影響水體的透明度和光照條件,進(jìn)而影響水生生物的生存和繁衍。長期來看,整治工程對水流的調(diào)整可能會(huì)改變泥沙的輸移規(guī)律,導(dǎo)致泥沙在河道中的淤積和沖刷情況發(fā)生變化,這也會(huì)對水體含沙量產(chǎn)生影響。五、分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治的生態(tài)影響與對策5.2生態(tài)保護(hù)與修復(fù)對策5.2.1生態(tài)友好型整治技術(shù)的應(yīng)用在分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中,生態(tài)友好型整治技術(shù)的應(yīng)用是減少生態(tài)影響的關(guān)鍵。生態(tài)材料的使用是重要舉措之一。在整治建筑物的構(gòu)建中,積極采用生態(tài)混凝土等新型材料。生態(tài)混凝土具有多孔結(jié)構(gòu),其孔隙率通常在15%-30%之間。這些孔隙為水生生物提供了棲息和繁殖的場所,使生物能夠在建筑物表面附著和生長。在長江某分汊型沙質(zhì)淺灘的整治工程中,使用生態(tài)混凝土建造丁壩,經(jīng)過一段時(shí)間的監(jiān)測發(fā)現(xiàn),丁壩表面生長了大量的水生植物和微生物,吸引了許多小型魚類和底棲動(dòng)物在此棲息,增加了生物多樣性??山到獠牧弦仓饾u應(yīng)用于航道整治工程中。在一些臨時(shí)工程設(shè)施或輔助結(jié)構(gòu)中,采用可降解的土工織物,這些材料在完成其使用功能后,能夠在自然環(huán)境中逐漸分解,減少對環(huán)境的長期影響。在珠江某分汊型沙質(zhì)淺灘的疏浚工程中,使用可降解的土工袋來固定疏浚土,避免其擴(kuò)散,隨著時(shí)間的推移,土工袋逐漸降解,不會(huì)對河道生態(tài)環(huán)境造成額外的負(fù)擔(dān)。生態(tài)型建筑物的設(shè)計(jì)與建設(shè)也是減少生態(tài)影響的重要手段。在設(shè)計(jì)丁壩、順壩等整治建筑物時(shí),充分考慮其對水流和生態(tài)環(huán)境的影響。通過優(yōu)化建筑物的形狀和布置,減少對水流的阻擋和干擾,降低對水生生物棲息地的破壞。采用透水式丁壩,其透水率可達(dá)到40%-60%,能夠使水流更順暢地通過,減少壩后回流區(qū)的范圍,降低對魚類洄游的阻礙。在一些分汊型沙質(zhì)淺灘的整治中,將丁壩設(shè)計(jì)成階梯狀或斜坡狀,為水生生物提供了上下移動(dòng)的通道,促進(jìn)了生物的交流和擴(kuò)散。生態(tài)型護(hù)岸的建設(shè)也日益受到重視。采用植物護(hù)岸、石籠護(hù)岸等生態(tài)型護(hù)岸形式,既能起到穩(wěn)定河岸的作用,又能為生物提供棲息地。植物護(hù)岸通過種植耐水植物,利用植物的根系固定土壤,防止河岸侵蝕,同時(shí)植物還能吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì),改善水質(zhì)。石籠護(hù)岸則由填充石塊的鐵絲籠組成,其孔隙為水生生物提供了藏身之處,有利于生物的生存和繁衍。5.2.2水生生物保護(hù)措施為了有效保護(hù)水生生物,在分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治中采取了一系列針對性措施,取得了積極效果。設(shè)置魚道是保障魚類洄游的重要舉措。魚道的設(shè)計(jì)需充分考慮魚類的洄游習(xí)性和行為特點(diǎn)。根據(jù)不同魚類的游泳能力和偏好的水流條件,確定魚道的坡度、流速和水深等參數(shù)。在長江某分汊型沙質(zhì)淺灘航道整治工程中,修建了池式魚道。池式魚道由一系列的水池和隔板組成,隔板上設(shè)有過魚孔。通過合理設(shè)置水池的深度和過魚孔的大小、位置,使魚道內(nèi)的水流速度和水深滿足魚類洄游的要求。經(jīng)監(jiān)測,在魚道建成后的幾年里,通過魚道洄游的魚類數(shù)量逐年增加,一些原本在該區(qū)域少見的魚類也重新出現(xiàn),有效保護(hù)了魚類的種群數(shù)量和多樣性。增殖放流是增加水生生物種群數(shù)量的重要手段。在實(shí)施增殖放流時(shí),嚴(yán)格篩選放流的品種和規(guī)格。選擇適合當(dāng)?shù)厮颦h(huán)境、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高且對生態(tài)環(huán)境有益的魚類品種,如草魚、鰱魚、鳙魚等。放流的魚類規(guī)格通常要求體長達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn),以提高其在
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