摘 要：兩壩間河段是長江中上游的咽喉河段，受兩岸高山峽谷制約，汛期水流流速大、比降大，呈洪水急流灘特性，再加上受三峽電站調峰和葛洲壩電站反調節(jié)的雙重影響，通航條件極其復雜，安全風險多，監(jiān)管壓力大，通航管理要求高。本文采用平面二維水流數(shù)學模型模擬分析了恒定流和非恒定流條件下重點灘段的水位、比降、流速等水流特性，研究成果可為兩壩間適航流量研究提供技術支撐，為兩壩間河段船舶航行和通航管理等提供參考。

　　關鍵詞：兩壩間河段;汛期;水流條件;非恒定流

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　　1 引言

　　三峽至葛洲壩兩壩間河段長約38km，其中，樂天溪至南津關26km河段處于峽谷區(qū)，平面形態(tài)蜿蜒曲折，河谷陡峭，河槽窄深，河道斷面多呈“U”型或“V”型斷面，河道縱剖面跌宕起伏。當汛期大流量時，由于河道狹窄，水流不暢，坡陡流急，流態(tài)紊亂，航行條件險惡，尤其是水田角、喜灘、大沙壩、偏腦等洪水急流險灘和彎度達到90°的石牌彎道等險灘情況最為突出，是川江航道中船舶航行最為困難的區(qū)段[1-3]。尤其是在三峽電站調峰和葛洲壩反調節(jié)過程中，兩壩間非恒定流產生的附加流速和附加比降會增加船舶航行阻力，加大船舶上行難度。為配合三峽—葛洲壩兩壩間航道船舶適航流量研究，采用平面二維水流數(shù)學模型模擬分析了恒定流和非恒定流條件下重點灘段的水位、比降、流速等水流特性，為兩壩間適航流量研究提供技術支撐，為兩壩間河段船舶航行和通航管理等提供參考。

　　2 汛期恒定流水流特性分析

　　根據(jù)《三峽—葛洲壩樞紐河段通航管理辦法》，兩壩間河段最大通航流量為45000m3/s，限制性通航流量為25000～45000m3/s。為詳細研究通航期大流量條件下兩壩間水力要素的變化規(guī)律，共計算了9種流量級，分別為25000m3/s、27500m3/s、30000m3/s、32500m3/s、35000m3/s、37500m3/s、40000m3/s、42500m3/s、45000m3/s。

　　根據(jù)《三峽(正常運行期)—葛洲壩水利樞紐梯級調度規(guī)程》，葛洲壩水利樞紐正常運行水位66m，最低運行水位為63m。2012—2015年實測數(shù)據(jù)表明，三峽下泄流量25000m3/s時，葛洲壩壩前水位一般為64.5～66.5m。因三峽下泄流量相同時，葛洲壩水位越高，兩壩間航道流速、比降趨于減小，航行條件相對變好;汛期兩壩間相同來流情況下，葛洲壩壩前最低運行水位63m，是兩壩間航道最不利工況條件。因此，在恒定流水流分析中，重點以葛洲壩壩前水位63m與三峽不同下泄流量組合情況下的工況開展，葛洲壩壩前水位65.5m作為對比，重點灘段水流條件主要以典型航線上的流速、比降進行分析。

　　2.1 重點灘段航線流速

　　對水田角、喜灘、大沙壩、石牌、偏腦等5個重點灘段的上行和下行航線(圖1)最大流速進行統(tǒng)計分析(表1～2)，并對葛洲壩水位65.5m與63m情況下各灘段航線最大流速的變化率進行了統(tǒng)計分析(表3)，結果表明：

　　(1)隨三峽下泄流量增大，各灘段的上行和下行航線最大流速均呈增大態(tài)勢，且航線最大流速一般是上行航線小于下行航線。

　　(2)相同條件下，各灘段上行航線最大流速中，喜灘與大沙壩較為接近，總體上以大沙壩最大。

　　(3)在葛洲壩水位65.5m時，各灘段的上行、下行航線流速有所減小，在分析灘段中，上行、下行航線流速變化一般小于0.3m/s，最大變化率一般小于8%，各灘段流速主要受河道流量控制，葛洲壩水位變化的影響相對較小。

　　2.2 重點灘段比降

　　計算水田角、喜灘、大沙壩、石牌、偏腦等5個重點灘段平均水面比降(葛洲壩水位63m)，并以200m間距(約為2倍船長)對各灘段的上行航線局部最大水面比降進行統(tǒng)計和變化率分析(葛洲壩水位63m、65.5m，表4～6)，結果表明：

　　(1)隨三峽下泄流量增大，各灘段的平均水面比降與上行航線局部最大水面比降均呈增加趨勢。

　　(2)在葛洲壩水位63m時，相同流量級下，各灘段平均水面比降以喜灘為最大，其次為水田角、偏腦、大沙壩，南津關河段最小;各灘段上行航線局部最大水面比降以水田角為最大，其次為喜灘、偏腦、大沙壩，南津關河段最小。

　　(3)在葛洲壩水位63m時，從各灘段的平均水面比降來看，在流量45000m3/s時，一般小于0.3‰，但以各灘段上行航線局部最大比降來看，各灘段的比降顯著增加，且存在局部大比降現(xiàn)象。

　　(4)在葛洲壩水位由63m增加至65.5m時，各灘段的上行航線局部比降主要呈減小態(tài)勢，在分析流量級下，水田角、喜灘、大沙壩、石牌、偏腦、南津關等灘段的比降最大變化率分別為15.7%、12.%、4.6%、21.4%、9.2%、10.9%，除石牌上行航線局部最大比降變化率超過16%外，其余灘段上行航線局部最大比降變化率均小于16%，總體來看，葛洲壩水位在63m～65.5m變化時，各灘段上行航線局部最大比降也主要受河道流量控制，葛洲壩水位變化的影響也不大。

　　2.3 重點灘段流場

　　各典型灘段均存在不同程度的回流現(xiàn)象，回流流速隨著河道流量的增大而增大，各重點灘段具體表現(xiàn)為：

　　(1)水田角：彎頂左右兩側均形成較大范圍的對口回流區(qū)，彎頂處流向基本保持一致。水田角河段回流對主河道寬度影響最大，隨著三峽下泄流量的增加，回流長度逐漸增加，回流區(qū)的存在較大程度地減小了斷面有效過水面積，使得斷面主流流速大大增加。

　　(2)喜灘：河面狹窄，河床窄深，河勢順直，出口段下游連接彎曲河段，主流靠近左岸，流速左緩右急。受兩岸地形控制，在白馬沱附近形成對口回流，三條溝上游形成錯口回流。