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的雙重影響，通航條件極其復雜，安全風險多，監管壓力大，通航管理要求高。本文采用平面二維水流數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，平面形態蜿蜒曲折，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段[1-3]。尤其是在三峽電站調峰和葛洲壩反調節過程中，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《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《三峽(正常運行期)—葛洲壩水利樞紐梯級調度規程》，葛洲壩水利樞紐正常運行水位66m，最低運行水位為63m。2012—2015年實測數據表明，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為：

　　(1)水田角：彎頂左右兩側均形成較大范圍的對口回流區，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。