1、 牯牛沙水道整治設計書專業(yè)：港口航道與海岸工程Xxx1003010434指導老師：xxx河海大學2013年9月一 自然條件(一) 水道基本特征及航道維護現狀牯牛沙水道上連黃石水道，下接蘄春水道。黃石水道處于彎曲河段，兩端窄中間寬，左岸有散花洲凸岸邊灘，右岸為黃石市及其港區(qū)，彎頂位于黃石大橋下游的貓兒磯（右岸），其彎道特征明顯。牯牛沙水道以高家灣為界，分為上下兩段，上段為雙節(jié)點控制的限制性彎道，下段為順直段。兩岸自上而下分布有眾多的低山丘陵，左岸有茅山、九邊磯、暖水磯等磯頭，右岸有西塞山、下葦山等。進口西塞山處河寬僅700m，形成卡口，對河勢的控制作用很強，西塞山以下，河道放寬，風波港處河寬約為

2、2500m，出口下棋盤洲河寬約為1200m。水道左岸側有團林岸邊灘，右岸側有牯牛沙邊灘和牯牛沙洲。由于受地質和邊界條件控制，整體河勢較穩(wěn)定，西塞山以下，河道逐漸放寬，過絲茅徑后主流向左岸過渡，頂沖茅山港一帶岸線，然后貼左岸深槽（下深槽）而下。1998年大洪水后，團林岸至茅山港一帶出現較大的邊灘，即團林岸邊灘。主航道中、洪水期靠左岸側，枯水期改走河心槽。多年來，牯牛沙水道最小航道維護尺度為4.5m×100m×1050m（水深×航寬×彎曲半徑，下同），保證率98，通航代表船隊為2000噸駁船組成的23萬噸級船隊。本水道分月維護水深見表2-1，航寬100m，彎

3、曲半徑1050m。表1-1 分月航道維護水深 單位：m1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月4.04.04.04.55.06.06.06.06.05.04.54.0（二） 氣象、水文與泥沙1氣象牯牛沙水道地處長江中游，屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，根據工程河段附近黃石市氣象站資料統(tǒng)計分析，黃石主要氣象特征值如下（19542000年）：（a）風況歷年平均風速：2.2m/s；日最大風速：22.0m/s（1956年3月17日）；春夏秋季多為東南風，冬季多為西北風。常風向東南風，頻率11%。（b）氣溫多年平均氣溫： 17.1；極端最高氣溫： 40.3（1961年7月23日）；極端最低氣溫：

4、-11（1969年1月31日）；最熱月平均氣溫：21.3 7月；最冷月平均氣溫：4.2 1月；年平均最高氣溫：21.3；年平均最低氣溫：13.7。（c）降水年平均降水量：1420.2mm；年最大降水量：2222.2mm（1998年）；年最小降水量：929.6mm（1985年）；最大月降雨量：842.9mm（1998年7月）：最大日降雨量：360.4mm（1998年7月22日）：年平均降雨天數：130天左右。（d）降雪年平均降雪天數：8天左右；最大積雪厚度：32cm（2008年元月下旬）。（e）霧年平均霧日7.6天。（f）冰況本河段無封凍史。2. 水文、泥沙本水道上游黃石水道內設有黃石港水位站，

5、離上游最近的是漢口水文站，該站資料系列長，觀測項目齊全、精度高。本水道與漢口水文站區(qū)間來流量多年平均值不足漢口站的2，故黃石港水位站的水位特征值基本上可以反映本河段水位變化特性，漢口站的來水來沙特征值基本上能夠反映本河段的來水來沙特性。（a）水位根據黃石港水位站統(tǒng)計，歷年最高水位為24.45m（1954年8月19日，黃海高程，下同），歷年最低水位為6.74m（1961年2月4日），多年平均水位為14.27m。最高水位一般出現在78月份，最低水位一般出現在12月份。1998、1999年長江流域連續(xù)兩年發(fā)生特大洪水，1998年黃石站最高水位為24.38m（1998年8月10日），1999年黃石站最

6、高水位為23.98m（1999年7月24日）。多年月平均水位統(tǒng)計見表2-2。表1-2 黃石站多年月平均水位統(tǒng)計表 水位：m (黃海高程）月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月水位9.099.1010.4112.8815.5617.1019.58 18.4017.7216.0413.3310.51備 注：表中統(tǒng)計年份19512004（b）來水來沙統(tǒng)計漢口站水文泥沙特征值，見表2-3。同時，考慮到三峽水庫蓄水對下游河段水沙的影響，分19542002年和20032006年兩個時段統(tǒng)計漢口站水沙資料，見表2-4。由表2-3、表2-4可知，漢口站多年平均流量為22500m3/s，歷年

7、最大流量為76100m3/s（1954年8月14日），多年平均徑流量為7109億m3。全年徑流量主要集中在汛期，汛期510月份多年平均徑流量占全年徑流量的73.2%（三峽工程蓄水前）。三峽工程蓄水后現階段徑流量年內分配變化不大，汛期徑流量占全年的比例為73.1，基本與蓄水前持平。表1-3 漢口站水文泥沙特征值統(tǒng)計表（分為三峽蓄水前后）項 目 最大值最小值平均值統(tǒng)計年份數值時間數值時間流量(m3/s)761001954.8.1448301963.2. 7225001952-2006年徑流量(億m3)1013019545341200671091952-2006年輸沙量(億t)5.7919640.5

8、7620063.781954-2006含沙量(kg/m3)4.421975.8.140.0292006.11.100.5371954-2006中值粒徑（mm）0.0110.01919600.007199119872005漢口站多年平均輸沙量為3.78億噸，歷年最大輸沙量5.79億噸（1964年），歷年最小輸沙量0.576億噸（2006年），多年平均含沙量為0.537kg/m3。輸沙量主要集中于汛期。汛期510月份多年平均輸沙量占全年沙量的87.8%（三峽工程蓄水前）。20032006年漢口站汛期輸沙量占全年的比例為89.1，較三峽工程蓄水前略有增加。表1-4 漢口站年月平均流量、輸沙率及年內分

9、配統(tǒng)計表月份123456789101112年統(tǒng)計年份流量(m3/s)82608430108001660024900306004320037700343002700017400108002260019542002徑流量占全年（%）3.13.14.06.19.211.316.014.012.710.06.44.0流量(m3/s)93601080012800145002360032100411003550037600249001540010800224002003.62006.12徑流量占全年（%）3.53.74.85.39.011.815.613.513.89.45.64.1輸沙率（t/s）1.3

10、41.252.135.1910.115.834.830.125.715.46.292.4612.519542002輸沙量占全年（%）0.90.81.43.46.810.323.420.316.710.34.11.7輸沙率（t/s）0.6021.2761.101.193.394.8812.611.315.65.041.620.714.932003.62006.12輸沙量占全年（%）1.02.01.92.05.88.121.519.325.88.62.71.2漢口水文站來水來沙統(tǒng)計特征見表2-5。從表中可以看出，1991年以后，漢口站來水量變化不大，而來沙量明顯減小，特別是2003年三峽水庫蓄水運

11、用后，漢口水文站懸移質輸沙量急劇減少，20032006年平均輸沙量1.33億噸，比蓄水前多年均值（3.98億噸）減少66.6，年均含沙量也減小至0.192kg/m3，比蓄水前均值（0.565 kg/m3）減小66.0表1-5 漢口站歷年來水來沙統(tǒng)計表年份年徑流量(億m3)懸移質輸沙量(億t)水沙特征1970年75403.95中水中沙1971年62424.09中水中沙1972年56703.74小水小沙1973年76963.86大水小沙1974年70944.62中水大沙1975年74534.80中水大沙1976年66693.65中水小沙1977年71004.23中水中沙1978年57103.93小

12、水中沙1979年61704.33小水中沙1980年78403.98大水中沙1981年69104.89中水大沙1982年77304.32大水中沙1983年86604.56大水大沙1984年71505.01中水大沙1985年68504.11中水中沙1986年59003.25小水小沙1987年68504.18中水中沙1988年66533.50中水小沙1989年78633.98大水中沙1990年73243.87中水中沙1991年73814.32中水中沙1992年58962.94小水小沙1993年75013.43中水中沙1994年64792.33中水小沙1995年73473.30中水中沙1996年732

13、92.91中水小沙1997年62723.04小水小沙1998年90683.64大水中沙1999年76272.82大水小沙2000年74203.36中水中沙2001年65532.85小水小沙2002年76872.39大水小沙2003年73801.65中水小沙2004年67731.36中水小沙2005年74431.74中水小沙2006年53410.58小水小沙平均70423.50/長江中下游干流河道的來沙，主要以懸移質泥沙為主，推移質所占比重甚小。根據19601961年觀測成果，長江中下游漢口和大通站沙質推移質年輸沙量分別為215萬噸和42萬噸，僅占懸移質年輸沙量的0.8%和0.2%。漢口站床沙級

14、配變化不大，組成較均勻， 基本上全為中細沙，粒徑d=0.10.5mm沙重約占90%左右，中值粒徑d50 為0.181mm左右。根據長江航道測量中心2006年2月、6月、9月和11月對牯牛沙水道實測資料(見表2-6)分析，枯水期懸移質泥沙中值粒徑d50在0.034570.03753mm之間、中水期在0.037180.05232mm之間，右汊懸移質泥沙中值粒徑較小，汛期約為0.01447mm。懸移質泥沙中小于0.1mm的沙重約占70%左右。表1-6 牯牛沙水道實測斷面河床質d50表 （單位：mm）測量時間流量(m3/s)#1#2#3北#3南2006.2.2099250.1810.17810.131

15、62006.6.11232180.18590.15880.16150.05342006.9.7153440.17670.16260.15652006.11117830.18320.18550.1722007.020.16310.18150.163(三)地質、地貌1.地質構造黃石地區(qū)處于淮陽山字型弧頂西翼部位。本河段的大地構造單元屬揚子準地臺的范圍，地層的褶皺和斷裂運動又形成二、三級的構造單元，表現為隆起或凹陷。河道走向受南淮陽深斷裂的影響，該斷裂為西北東南向，自襄樊附近經團風黃石到廣濟，對河道發(fā)育起明顯的控制作用。本河段的地貌特征，屬丘陵階地湖泊區(qū)，兩岸均有山體丘陵繼續(xù)分布，河道只能在兩岸山丘

16、之間擺動，在山體與江岸之間，有階地和少量河漫灘，其中左岸回風磯與中段右岸的西塞山是突出江岸的山體基巖，對水流有很強的控導作用，是本河段控制河勢作用最強的兩個節(jié)點。從黃石港至西塞山有多處山磯，呈弧形分布，使黃石河道成為一個良好的穩(wěn)定彎道，西塞山至蘄州段的河勢由兩岸山體石磯控制，限制了長江河道的活動范圍，順水流應山體走向，河勢平順微彎變化較小。2.地貌形態(tài)從回風磯至西塞山，有貓兒磯、海觀山等石磯為石質河岸，其余皆為各種渣料與砂壤土上互層河岸；外灘極其狹窄或缺失。西塞山下游都是砂壤土質河岸，該段除道士袱、風波港至坎上堤外無灘外，其余皆有080m外灘，灘面標高2321m。河床基巖頂板高程為-40-62

17、m以下，覆蓋層厚2774m。河床最低處在西塞山上游，高程為13-20m。西塞山前沖坑在高程為-47.5-61m范圍內變化。3.河岸、河床組成及工程地質河岸組成：上層為粘土、亞粘土或亞砂土，下層為粉砂層的二元結構，在左岸的茅山港至嵐頭磯之間，分布有晚更新世的棕黃色亞粘土。河床組成：本河段的河床由現代河床沖積物組成，河床質主要是由細砂，其次是中砂，再其次是極細砂、粗粉沙、粗沙等組成。河床質粒徑的年內變化顯示為放寬段枯粗汛細、縮窄段枯細汛粗的現象。根據2006年2月、6月實測資料分析，河床表層床沙粒徑大部分在0.050.5mm之間，枯期中值粒徑在0.13160.181mm之間，其中進口段、中段床沙中

18、值粒徑d50 = 0.18mm左右，出口段床沙中值粒徑略細，為0.1316mm；汛期中值粒徑在0.15880.1859mm之間，其中進口段床沙中值粒徑d50 = 0.18mm左右，中段和出口段床沙中值粒徑略細，為0.16mm左右。年內進口、出口縮窄段表現為枯細洪粗，中部放寬段表現為枯粗洪細。從斷面垂線d50分布來看，自岸邊向深泓的床沙分布從細到粗，最深處床沙中值粒徑為垂線最大值二研究背景（一）河道形態(tài)特點圖2-1 牯牛沙水道整體概化圖牯牛沙水道上游的黃石水道為右向轉彎，兩端窄中間寬，彎頂位于黃石大橋下游的貓兒磯（右岸），其彎道特征明顯，水深條件較好。下游蘄春水道為微彎型河道，在李家洲以下江面逐

19、漸展寬，李家洲下邊灘延伸至鄢家崗，長達約8500m，與江心洲相連，主流沿左岸蘄春灣而下。牯牛沙水道以高家灣為界，分為上下兩段，上段為雙節(jié)點控制的限制性彎道（左岸回風磯與中段右岸的西塞山是突出江岸的山體基巖，對水流有很強的控導作用，是本河段控制河勢作用最強的兩個節(jié)點），下段為順直段，見圖21。本水道平面形態(tài)為兩頭窄、中間寬（進口段河寬約700m，中間段河寬約2500m,出口段河寬約800m）。進口受周家灣和西塞山左、右雙節(jié)點控制，河道較窄，在西塞山附近產生較為巨大的局部沖刷坑，沖刷坑的最大寬度幾乎覆蓋整個卡口斷面并向下延伸，同時在西塞山下緣形成較大的深水回流區(qū)。西塞山至茅山港，河道逐漸放寬，茅山

20、港以下，河道逐漸變窄，水流受到左岸群磯限制，形成與黃石彎道方向相反的左向彎道。牯牛沙水道上深槽位于河心偏右岸側，下深槽位于左岸側；在花家屯至茅山港河道放寬，為上下深槽交錯段，相比而言，上深槽較寬，下深槽較窄，下深槽過牯牛沙洲后偏向河心，居中而下。水道左岸有狹長的團林岸邊灘，過茅山港后，左岸側基本為穩(wěn)定的山磯構成，依次有九邊磯、暖水磯、合磯等，河勢較為穩(wěn)定。水道右岸存在較大的邊灘，即牯牛沙邊灘，灘尾直達下游葦源河出口處，長約12.5km，邊灘中下段高程較高，年際間沖淤變化較小。在牯牛沙邊灘下段右邊靠岸側存在一竄溝，枯季不過流。水道進口斷面一般呈“U”型，床面平均高程約為航行基面下25m左右；中間

21、段放寬，多成復式斷面，床面平均高程約為航行基面下5m左右；出口斷面一般為偏“V”型，床面平均高程約為航行基面下15m左右。多年來，牯牛沙水道最小航道維護尺度為4.5m×100m×1050m(水深×航寬×彎曲半徑，下同），保證率為98%，通航代表船隊為2000噸駁船組成的23萬噸級船隊。(二)淺區(qū)形態(tài)本水道淺區(qū)屬于過渡段淺區(qū)，在演變中一般呈現兩種形態(tài)：正常型和交錯型。正常型淺區(qū)：2003年以前，上深槽偏靠左岸，右側為灘面較高的牯牛沙邊灘，主流頂沖茅山港以上，上、下深槽對應，平面位置比較穩(wěn)定，一般汛后退水過程中淺區(qū)均能自行沖開，航道條件較好；交錯型淺區(qū)：20

22、03年以后，牯牛沙邊灘受沖后退，上深槽右偏，上、下深槽交錯，同時下深槽淤積后退，兩深槽間形成過渡段淺埂，淺區(qū)類型由正常型轉化為交錯型。汛后退水期，淺埂不能自行沖開，并與左岸牯牛沙邊灘連為一體，形成礙航淺區(qū)。（三）礙航特性主要是：過渡段存在規(guī)模較大的礙航淺埂，水深緊張，航寬和彎曲半徑不足，航道通而不暢。與一般淺灘礙航所不同的是，受過渡段淺梗存在的影響，為充分利用航道資源并保證航道暢通，近些年枯水期航槽不得不避開過渡段淺梗較高處而通過附近水深相對較大處，偏離正常情況下的航槽走向，由此造成航槽過于彎曲或航寬過窄，形成礙航，給船舶安全航行帶來隱患。 （四）河道演變分析結論第1、 受河床邊界條件限制和護

23、岸工程控制，牯牛沙水道總體河勢格局一直保持穩(wěn)定，今后仍將繼續(xù)維持這種穩(wěn)定狀態(tài)。第2、 上游水道演變與本河道演變相互之間基本無影響；本水道演變不會對下游蘄春水道產生不利影響。第3、 本水道曾長期呈現正常淺灘型式，航道條件優(yōu)良。近些年來，由于牯牛沙邊灘受沖后退，過渡段枯水河寬增大，出現規(guī)模較大的淺梗，水深緊張，航寬和彎曲半徑不足，航道通而不暢，發(fā)生礙航現象。第4、 造成牯牛沙邊灘受沖后退的影響因素包括上游來水來沙條件的變化、大量采砂、退水過程縮短等，其中上游來水來沙條件的變化是主要影響因素。第五、若不采取措施，牯牛沙水道航道條件將會出現更為不利的局面。三設計內容（一）設計水位推求設計低水位的推求采

24、用保證率頻率法。水位資料采用1982年至2001年間黃石站日平均水位。首先將水位資料進行排序，再根據三級航道98%保證率要求獲取各年對應的水位。然后把每年的保證率水位由大到小依次排列后，求出每一個水位對應的累積頻率，繪制水位累積頻率曲線（見下圖3-1）。其中各年98%保證率對應水位見附表，設計低水位推求見下文。圖3-1 設計水位累積頻率曲線三級航道，取重現期為5年，對應的累積頻率為80%，由上圖得到相應水位值為9.99m 。由于黃石水文站資料采用的是吳淞凍結基面，需要換算到黃?；妫潢P系為：吳淞凍結基面-1.931=黃海基面，換到黃?；娴命S石站水位高程為9.99-1.931=8.059m

25、。現行的航行基面設計水位是6.95m（黃海高程）；本水道上游約15km處設有黃石水位站，黃石站與牯牛沙水道枯水期的平均比降為萬分之0.147。因此牯沙水道設計低水位高程（黃海基面）為8.059-15000*0.147*10-4 =7.84m。所以牯牛沙水道設計低水位高程為7.84 m。（二）整治水位推求整治水位的推求采用造床流量法，按流量比降頻率乘積方法推求。具體做法如下：1將流量分成相應的流量級，2000m3/s為一級。2確定多年各級流量的頻率P，即對應流量出現的天數占統(tǒng)計天數的百分數。3確定各級流量時的平均比降J。根據牯牛沙水道縱比降變化表確定各級流量所對應的比降，見表3-2表3-2 造床

26、流量法推算整治水位計算過程表流量分級流量均值頻率值(P)比降JPJQ24000-600050000.0307692312.80292E-0521.560960346000-800070000.1308996092.52351E-05161.85992028000-1000090000.0994784882.33314E-05187.998808610000-12000110000.0581486312.1915E-05154.1935472120000516297262.08017E-05181.503413714000-16000150000.046544981.9

27、8931E-05208.3326219160000374185141.9131E-05206.881310518000-20000190000.0441981751.84783E-05294.830581220000-22000210000.0452411991.791E-05357.328823722000-24000230000.0396349411.74086E-05365.004841824000-26000250000.0393741851.69614E-05417.401985926000-28000270000.046544981.65589E-0556

28、1.864691328000-30000290000.0435462841.61937E-05593.051863430000-32000310000.0405475881.58601E-05618.008458832000-34000330000.0370273791.55536E-05627.166202534000-36000350000.0362451111.52706E-05678.019017436000-38000370000.0393741851.5008E-05808.982748538000-40000390000.0325945241.47635E-05731.91826

29、6940000-42000410000.024641461.45348E-05602.066278642000-44000430000.0222946541.43204E-05590.32631644000-46000450000.0162972621.41186E-05465.942196246000-48000470000.0087353321.39283E-05268.765428648000-50000490000.0073011731.37483E-05241.009753150000-52000510000.0066492831.35777E-05234.82401252000-5

30、4000530000.0063885271.34157E-05240.74980754000-56000550000.0036505871.32615E-05146.447122356000-58000570000.0018252931.31145E-0577.7738918758000-60000590000.0015645371.29741E-0570.6589181860000-62000610000.0011734031.28398E-0556.0615841262000-64000630000.0002607561.27112E-0513.155323634 計算Q2JP的乘積，見表3-2 ；繪制Q-Q2JP關系曲線，見圖3-3。圖3-3 Q-PJQ2曲線圖5從曲線中找出第二造床流量即為所求的整治流量。由上圖中得整治流量為9000m3/s。再由淺灘上的水位流量關系找出淺灘上的整治水位。通過查詢漢口站水位流量關系表得其相應的水位是14.12 m。則黃石站整治水位=1.0049*漢口站水位2.9672=11