2021 年 3 月
第3期总第580期
水运工程Port & Waterway Engineering
Mar. 2021
No. 3 Serial No. 580
何 熙，张有林，李顺超，谢玉杰
（四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都610017）
摘要：航道整治中整治线宽度的确定是整治成败的关键因素之一。在考虑山区河流挖槽稳定性以及船舶上滩能力基础 上对整治线宽度计算公式进行改进，提出适合山区河流沙卵石浅滩整治线宽度的计算公式。并通过工程实例借助数学模型
对计算的整治线宽度进行验证并提出优化。整治线宽度的确定是一个系统性工作，传统的整治线宽度计算公式与该公式的 计算值仅可作为参考值。为达到良好的整治效果，需要通过数学模型以及河工物理模型试验对整治线宽度进一步修正。
关键词 ： 航道整治 ； 沙卵石浅滩； 整治线宽度； 数学模型中图分类号：TV 147; U 617
文献标志码：A
文章编号：1002-4972（2021）03-0107-05
Determination of regulation width of sand-pebble shoal of mountainous river
HE Xi, ZHANG You-lin, LI Shun-chao, XIE Yu-jie
(Sichuan Communication Surveying & Design Institute Co., Ltd., Chengdu 610017, China)
Abstract ： The determination of the width of the regulation line in the channel regulation is one of the key
factors for the success or failure of regulation. In this paper, the calculation formula of the regulation width is improved on the basis of considering the stability of the navigation channel and the capacity of ships ascending
rapids. Also, a formula for calculating the regulation width of the sand-pebble shoal in mountainous rivers is put forward. A mathematical model is established to verify and optimize the regulation width calculated by the formula in this paper through an engineering example. The calculation of regulation width is systematic work, the
regulation widths calculated by the traditional formula, and the formula in this paper can only be used as reference values. To achieve a good regulation effect, the regulation width needs to be further modified by the mathematical
model and physical model experiment.
Keywords ： waterway regulation; sand-pebble shoal; regulation width; mathematical model
航道整治中整治线宽度的确定是整治成败的
关键因素之一。整治线过宽，水流无法集中冲刷 航槽以至挖槽区难以维持稳定，从而导致航道维
护工作量加大；整治线过窄，一方面水流收缩厉
害，造成河床冲刷剧烈，可能导致推移质输移至
下游航槽而淤浅，另一方面航槽内流速过大，可
能造成船舶上滩困难。整治线宽度的计算公式较
多，大体可分为：基于优良河段河相关系的经验
方法、基于联立水流连续方程和运动方程求解的 水力学法、基于输沙平衡观点的河流动力学法等,
其中JTS 181—2016（航道工程设计规范》推荐的一
般河流整治线宽度计算公式基于水力学法。除此 之外，整治线宽度的确定并不是孤立的，应配合
整治高度综合考虑，目前难以单纯从公式上直接 到整治线宽度和整治高度的最优组合。本文选
取山区河流航道整治中第二造床流量对应的水位 作为整治水位， 在此整治高度的基础上通过改进 的整治线宽度计算公式推求其参考范围，具体整
治线宽度的确定往往需要借助数学模型或河工物
理模型对该计算结果进行验证以及优化。
收稿日期 ： 2020-05-29
作者简介：何熙（1989—），男，硕士，工程师，
从事港口航道工程设计与研究工作
・108・水运工程2021 年
1整治线宽度公式推导采用经验方法、水力学法以及河流动力学法
计算整治线宽度时，均可由式（1）表达［1］:
Q ______________
14K ” (p s -p 、g/p ( nT + a 、7/6d'a
2实例分析2.1滩险概况
老君磧滩位于宜宾市叙州区境月波场下游3 km，距拟建龙溪口枢纽坝址下游约11 km 。该滩
位于岷江下游航道龙溪口和白甲滩两个弯道之间
的顺直微弯河段，两岸滩地平均高出枯水位约
5 mo 滩段上下深槽发育，尖潭深长。上、下深槽
之间为碍航浅区，为改善航行条件，历史上曾进 行过4次整治。另外该滩右岸历史上建有一座顺
坝，目前该滩右岸顺坝存在一定水毁，左岸边滩 因挖砂采石影响，破坏较为严重，形成深凼，最
深处可达7.5 m，河心处沙卵石石梗为残留的原边 滩滩缘，其顶面高程高出设计水位约1m 。现状条
件下，枯水期形成左右两汊，滩段内水面展宽,
水流挟沙能力减弱，航槽内因周期性落淤而出浅, 最小水深仅1.3 m 。
2.2 整治线宽度计算
分别选用流量比降公式、水力学公式冈、
JTS 181—2016《航道工程设计规范》规范中一般河
流整治线宽度计算公式这3种目前常用的计算公
盼的阳
⑴
其中： 足=H'+a
（2）
=y T
（3）式中：Q 、禺分别为整治前后河宽；比、日2分别为
整治前后断面平均水深；Y 为指数；H'为设计水位 下断面平均水深；a 为整治水位较设计水位的超高
值；n 为水深修正系数，根据我国山区河流统计分 析，一般相对航宽在3~8之间时，n = 0.7〜0.8； T 为设计水位下航道边缘水深，对于研究河段有
足够资料也可采用河相关系的方法进行求得。
山区河流沙卵石浅滩整治后不仅要考虑航道
的回淤情况，也要考虑整治线是否太窄而导致整
治后航槽内冲刷剧烈以及滩段内出现急流段。即 整治后既要满足航槽内表面流速U s 小于等于成滩
流速U,，同时为使挖槽稳定，一般要求整治流量
时挖槽内流速U 为（1.1〜1.3） U , U 为推移质
起动流速，结合长江上游沙卵石河床推移质起动
流速的经验公式，本文选取沙莫夫公式计算推移 质起动流速［2］，由于作用泥沙的近底流速在实际
工作中不易确定，因此为方便使用，沙莫夫公式
采用垂线平均流速来表达起动条件［3］。
U =
2 B 2H 2
(4)U =k s U 2 V U (
(5)U 2 >K …U C
(6)lps~P H 2 丫
匕=1-14 p g d (d j
(7)U t +0J =E 且 E W E 。
(8)
式中：Q 为整治流量；禺、〃2、H 分别为整治线
宽度、 整治后断面平均流速、 整治后断面平均水
深；E 为消滩判数；E c 为临界消滩判数；Ps 、P 分
别为沙卵石和水的密度；d 为研究滩段沙卵石中值
粒径；0为消滩水力指标公式中的参数，对于不同 航道拟定的消滩水力指标不同时，该数值可能不
相同；J 为水面比降。对于式（5），参数K s 的取
值较为复杂，K s 为表面流速与断面平均流速的关
系，河道中的水流较为复杂，因此本文将其简化
为二元明渠均匀流，其垂向流速分布满足公式“=
gJ （Hy -［"为流速，g 为重力加速度，H 为水v 2丿
深，y 为流速计算位置离河底的距离，v 为运动黏 度，沿垂向积分后可得断面平均流速U = g J H 2,
表面流速U = g J H 2，即满足表面流速为断面流速
2v 1.5倍［4］ 5
，故取K = 1.5。根据整治流量时航槽内 流速为推移质起动流速的1.1〜1.3倍关系，讨论
整治线宽度最大值时，取K = 1.1。
整理公式（4）〜（8）可得：“黑T +、v
（E °-0J 、（ nT +a 、 B 2 v
1.
第3期
何熙，等：山区河流沙卵石浅滩整治线宽度确定• 109 •
式，以及结合本文推导的整治线宽度计算公式对
研究滩段整治线宽度进行计算。对于本文公式中
n 的取值，选取研究滩段上下游附近的优良河段, 采用河相关系求得n 二0.76，见图1o
8.0「7.06.05.0
4.03.0
2.0
1.0
HH6T左岸右岸
后0.92
0.0---------------------------------------------------------------------------------2 3 4 5 6 7 8
设计水位下航槽边缘水深77m
图1研究滩段上下游优良河段河相关系
研究滩段实测枯水期水面比降为0.89%°，岷 江下游为内河m-(3)级航道，设计最小航深
2.4 m ，临界消滩水力指标仗二4. 04，参数0二 0. 267 1o 需要注意的是，采用上述计算公式时,
一方面研究滩段断面选取极为重要，沙脊断面为必
选断面［6］；另一方面对于非正常过渡段浅滩，应注
意存在倒套和尖潭等情况⑺，采用上述几种整治线 宽度计算公式的计算结果见表1o
表1几种常见的整治线宽度计算公式以及
_________________本文公式的计算成果
计算公式流量比降公式水力学公式规范公式 本文公式
计算值/m
B 2 = 193 B 2 = 255 B 2 = 261 267 <B 2 <285
2.3方案概况
根据该滩碍航特性，滩上段和滩中段沿左右
两侧边滩外缘及右岸现有顺坝为节点规划整治
线，至滩下口以右岸基岩岸坡为节点规划整治 线，航槽自上而下顺接上下游深槽。考虑到左岸
边滩受挖沙采石破坏，布置3座护滩带，起到促 淤固滩加速原有边滩的修复，同时束窄航道，增
强挖槽区稳定性。修复原右岸水毁顺坝，护滩带
及顺坝整治高度均为设计水位以上1.5 m，同时
对规划航槽内浅区部分实施浚深，其设计底高程
为设计水位以下2.4 m，对河心沙卵石石梗实施
部分清除，清除底高程为设计水位下0.5 m 。 对左岸深凼布置两处疏浚土处置区，回填至不 高于设计水位以下2.0 m 。老君磧滩方案布置
见图 2。
W0卿
.I .I U .I M MI
山
老君
苦竹湾
干溪地
阳平村
铁炉嘴
毛家•坝
二阳「公溪
0 100 200 m T
二^ 命
-•-航槽中线一-航槽边线 g 疏浚坝 =生态修复区
水深/m
2.4〜v55 〜V1010〜V1515 〜V20
0〜V2.4
图2老君磧滩方案布置
结合整治线宽度计算结果，研究滩段分别选 取整治线宽度250、275、300 m 共3种方案加以
研究，其中老君磧滩原左岸边滩至右岸顺坝间
宽度距离约250 m，故选取整治线宽度250 m 为方案I，选择接近规范计算的整治线宽度以
及本文公式计算的整治线宽度范围的中间值 275 m 为方案II ，选取大于本文公式计算的整
治线宽度300 m 为方案川
。
•110•水运工程2021年
2.4模型建立
本文采用平面二维水流数学模型对研究滩段不同整治线宽度的合理性加以研究，由于老君磧滩上游龙溪口滩以及下游白甲滩实施后会对上游滩险造成一定影响，因此将龙溪口滩以及白甲滩方案纳入本次研究对象，本文建立拟建龙溪口枢纽至泥溪基本水尺16km河段平面二维水流数学模型，采用实测枯水流量Q=1020m3/s、中水流 量Q=3764m3/s与洪水流量Q=10800m3/s时的沿程9个水位测点开展水位验证。采用实测枯水流量下4个测流断面、中水流量下4个测流断面以及洪水流量下2个测流断面开展断面流速分布验证。验证结果表明：水位、断面流速分布以及分流比精度均符合JTJ/T231-4—2018《内河航道与港口水流泥沙模拟规程》的要求。
2.5方案比选
3种方案实施后，研究滩段水流条件均改善明显，左岸3座护滩带实施后，来流小于整治流量时，水流全部进入规划通航汉道。设计流量Q= 900m3/s时，3种方案下规划航槽内均满足设计最小航深2.4m的要求，
且各方案实施后航槽内流速均有所增加。方案I航槽内流速在0.82〜2.53m/s，单倍代表船型船长范围内比降在0.13%。〜3.51%；方案n航槽内流速在0.85〜2.41m/s，单倍代表船型船长范围内比降在0.15%。〜3.46%°；方案n航槽内流速在0.89〜2.19m/s，单倍代表船型船长范围内比降在0.16%°〜3.25%o整治流量Q=2250m3/s 时，方案I航槽内流速在2.62〜3.67m/s，单倍代表船型船长范围内比降在0.22% 4.01%，最大流速发生在右岸顺坝坝头位置，该方案航槽内可能出现过度冲刷，同时第2座护滩带至第3座护滩带之间5倍代表船型船长范围内最大流速比降组合为3.67m/sx4.01%°，因此无法满足自航上滩的要求；方案U航槽内流速在2.53〜3.28m/s，单倍代表船型船长范围内比降在0.26%〜2.57%，最大流速发生的位置和方案I基本一致，航槽内流速基本在推移质临界起动流速的1.1〜1.3倍，同时最大流速比降组合为3.28m/sx2.57%，满足船舶自航上滩的要求；方案川实施后能满足船舶自航上滩的要求，航槽内流速在2.18〜2.80m/s，单倍代表船型船长范围内比降在0.31%。〜2.29%，最大流速发生位置和方案I基本一致，但挖槽区下半部分流速在2.18-2.40m/s，不满足推移质起动的条件，极可能挖槽区上段的推移质被冲刷后挟带至下游航槽内而淤浅。综合上述，方案n所选取的整治线宽度较为合理。各方案实施后航槽内流速及消滩水力指标见图3，方案n实施前后老君磧滩流场对比见图4o
7S
.U
I)
險
垢
幻
協
叵
O
M
耙
僵
暴i
無
10.610.811.011.211.411.611.812.012.2
航道里程/km
b）消滩判数
图3
老君磧滩各方案航槽内平均流速及上滩水力指标对比
第3期何 熙 ， 等： 山区河流沙卵石浅滩整治线宽度确定• 111 •
阳公溪
少平村
毛家坝
施家村
铁炉嘴
0 100 200 m
N
给#法、击 工程前3 m/s 参考流速：—*” 工程后3 m/s
干溪划
-
--航槽中线---航槽边线 8=3疏浚 ---筑坝生态修复区---2.4 m 等深线
图4老君磧滩方案H 实施前后流场对比
对于山区河流不仅要关注中枯水期的通航问 题，对于中洪水条件下，航道选线以及整治方案
是否对水流条件造成恶化也要一并考虑。一般来 说，山区河流顺直微弯航道一般利用河心处的自 然水深布置枯水航线，但对于中洪水以上流量,
河心处往往流速过大，上行船舶避开主流选择航
深满足要求且宽度适宜的缓流区上行，通过对常
年航行于该段航道上有经验的船长以及当地航道 部门调查，中洪水期上行船舶的习惯航路为循左
岸缓流区上行，一般流量越大，傍左岸越紧。通
过对该滩段的水流条件分析， 流量小于 4 000 m 3 /s
时，船舶均可通过规划航槽上行；流量在4 000〜 17 400 m 3/s 时，可借助现规划航槽和左岸护滩带
之间的缓流区上行；流量在17 400 m 3/s 至最大通 航流量30 600 m 3/s 时，船舶可循铁炉嘴边滩至阳
公溪位置处的缓流区上行。方案n 中洪水期流量 下船舶上滩水力指标见图5o
-<^2M000m 3/s ^^2=8 000m 3/s 0=11 600 m 3/s
*17 400 m 3/s -^0=30 600 m 3/s —— 消滩判数
图5老君磧滩中洪水期上滩水力指标
3结论
1） 在考虑推移质临界起动条件及船舶自航上
滩基础上提出适合山区河流沙卵石浅滩整治线宽 度的计算公式，但本文公式须首先明确研究滩段 的推移质临界启动条件以及消滩水力指标。
2） 常见的整治线宽度计算公式以及本文公式
的计算值可作为山区河流沙卵石浅滩整治线宽度
选取的参考值，但须借助数学模型以及河工物理
模型试验对整治线宽度进行进一步验证及优化。
3） 老君磧滩方案I 整治线宽度采用250 m，即
该宽度为成滩前左岸边滩滩缘位置。但需要注意
的是：岷江上游近年来兴建紫坪铺以及瀑布沟等
大型水利枢纽。其高坝大库兴建运行后，枯水期
调节能力增强，例如原岷江下游航道保证率95% 的流量为 662 m 3 /s ， 近年来通过水文统计该数据 增至1 020 m 3/s，即类比可得该段航道整治流量也 有所增加。老君磧滩原良好的滩槽格局的整治线
宽度对应较小整治流量， 目前整治流量有所增大，
若采用增大后的整治流量所对应的的整治高度,
则整治线宽度应适当加宽。
参考文献：
[1]贡炳生•卵石浅滩整治线宽度及整治水位的确定[J].水
运工程,1978（2）: 15-18.
（下转第144页）
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