京杭运河邵伯湖航道流速场测验成果在汛期航行管控中的运用.doc

1、京杭运河邵伯湖航道流速场测验成果在汛期航行管控中的运用摘要：京杭运河邵伯湖区航道受淮河入江水道影响，汛期水情复杂，横流较大，极易给航行船舶造成沉船死人等重大安全事故。通过对该段航道流速流量流向测量分析，研究横向流速特点，提出汛期通航管控措施，减少汛期船舶航行安全事故发生。 关键词：邵伯湖航道；横向流速；流量；流速；管控 中图分类号：U697.1 文献标识码：A 文章编号：10067973（2016）02-0063-03 京杭运河邵伯湖区段航道自邵伯船闸下游引航道出口至瓦窑铺，全长 10.5 公里，淮河入江水道穿湖而过，在梁家港处与运河航道汇合，后一路下行，分成六条归江河道：运盐河、金湾河、太平

2、河、凤凰河、新河、壁虎河流入长江，水情异常复杂。每年汛期都在航道内产生很大的横向流速，历史上发生过多起沉船死人等重大恶性事故，是苏北运河中对船舶航行影响较大的航段，被称为“老虎口” “鬼见愁”航道。 当淮河出现较大洪水时，金湾闸、太平闸、万福闸相继开启泄洪，受上述三闸控制的归江行洪河道除运盐河外均处于泄洪状态，其中万福闸控制的凤凰河、新河、壁虎河为泄洪的主要通道，占邵伯湖下泄洪水总量的 78.5%左右。因而在湖区航道中下段产生较大的横向流速，航经此段的船舶如经验或动力不足，极易引发安全事故。 本文通过对该段航道历次工程整治情况分析，并与扬州水文局多次合作开展流速场测验的结果比较分析，结合横向流

3、速分布的特点，提出具体汛期航行管控措施，以期更好地为船舶安全航行推荐航路。 1 湖区航道历次工程整治 邵伯湖的历史地位主要是由淮河决定的，直至今天，虽然建设了二河闸经淮沭新河、苏北灌溉总渠、洪泽湖入海水道等通道，但邵伯湖入江水道一直是淮河洪水下泄的主要通道，其承担的分洪量仍在 80%以上。因而对邵伯湖的整治工程大多始于兴修水利。 第一次工程。1954 年淮河特大洪水，引发了邵伯湖建国后的第一次工程整治。1955、1956 年先后两次组织凤凰河、六闸的切滩工程和白马湖格堤，其主要目的是扩大洪水下泄的过水断面，增加泄洪流量，同时也局部改善了航道通航条件。 第二次工程。1958 年京杭运河扩建工程施

4、工，从今汪家窑口西侧开一条新运河，直通今之六圩口。将汪家窑处河口开挖成三汊形，航道平面与湖水水流方向呈 400 交角（如图所示） 。在汛期不可避免地产生横流。最初的设计方案有减缓邵伯湖横向流速，改善邵伯湖航行条件的措施，后因三年自然灾害，仅对淤积土方进行了疏浚，而未能达到设计要求。 第三次工程。2004 年壁虎河口段整治工程，作为京杭运河徐扬段续建二期工程的先导段，整治航道 3.13 公里。工程包括向东岸拓宽原有河道断面 90m，新建直立式护岸 1734 米、斜坡式护岸 1494 米，开挖水上土方 94 万方，疏浚水下土方 51 万方。整治后，壁虎河口段的航道尺度超过二级航道标准，航道线型顺畅

5、，通航水域开阔，岸坡稳定。由于航道过水断面增加了一倍，行洪通道拓宽近 2 倍，在每年汛期邵伯湖泄洪季节船舶的航行安全得到了改善。 2 流速场测验方案与成果 在淮河入江水道行洪时，邵伯湖汪家窑段、梁家港段两处就成为大运河航运的危险点，特别是汪家窑段壁虎河入口处。2015 年 7 月，我们与扬州水文局水文水资源监测中心多次组织开展了邵伯湖汪家窑段、梁家港段的流速场跟踪定点测验工作。 2.1 测验准备 2.1.1 断面设置 本次流速场测验分梁家港和汪家窑两个小组，同步进行测量。其中，梁家港段设 3 个断面，分别为 L11-L12（梁家港北断面） 、L21-L22（梁家港中断面） 、L31-L32（梁

6、家港南断面） ；汪家窑段设 4 个断面，分别为W01-W02（铁路桥北断面） 、W11-W12（铁路桥南侧断面） 、W21-W22（铁路桥南中断面） 、W31-W32（汪家窑断面） 。 2.1.2 测验导航 本次测验，梁家港段采用 Leica GNSS 单机导航、汪家窑采用Trimble Juno SB 系列高级手持 GPS 结合地物导航。 2.1.3 测验船只 本次测验，采用的测量船只为小型铁质挂桨机渔船。 2.1.4 ADCP 安装 测验前，测量人员对 ADCP 进行了测试和校准。 根据声学多普勒流量测验规范（SL337-2006）要求，将 ADCP 支架伸出船舷约 1.5m 左右，以避免

7、测量船只铁磁性对 AD？ CP 内置罗经影响，保证流向数据正确。 2.1.5 测验时间选择 由于潮流在落极时较大，故选择在低潮前 1h 开始测验。 2.2 测验成果 2.2.1 水位 7 月 29 日，邵伯湖水位代表站（六闸（三）站）水位观测成果见表1。 2.2.2 流量 测验期间，邵伯湖各断面实测流量分别为：梁家港 3300 m3/s，铁路桥北 1450 m3/s，铁路桥南 923 m3/s，汪家窑 905 m3/s。 2.2.3 流速 测验期间，各断面流速、最大流速分别为：梁家港北断面 0.55 m/s、1.100 m/s；梁家港中断面 0.64 m/s、1.267 m/s；梁家港南断面0

8、.60 m/s、 1.027 m/s；铁路桥北断面 0.76 m/s、1.421 m/ s；铁路桥中断面 0.84 m/s、1.393 m/s；铁路桥南断面 0.84 m/s、1.334 m/s；汪家窑断面 0.59 m/s、1.397 m/s。 需要说明的是，单单的流速数据与横向流毫无关系，真正的横向流是流速在垂直于航道中心线方向上的速度分量。以汪家窑的流速数据计算，其最大横向偏流为 0.87m/s，本次测验实得最大横向偏流平均为0.60m/s 左右。 2.2.3.1 梁家港 梁家港北、中、南断面流速分布情况见图 1（图中流速=长度*100） 。从图中可知，在邵伯船闸下游引航道口门处流速较小

9、，大致呈漩涡状；其他部分流速正常。由于本次测验时总流量较小，金湾闸、太平闸未开闸泄洪，L31-L32 断面右侧（东部）流向明显偏向主流方向，即向西南偏向京杭运河主航道方向。 2.2.3.2 铁路桥 2.2.3.2.1 铁路桥北断面 铁路桥北断面流速分布情况见图 2（图中流速=长度*20） 。从图中可知，西侧（京杭运河方向）为主流，流速矢量明显高于东侧（新河方向） 。2.2.3.2.2 铁路桥南侧断面 铁路桥南断面流速分布情况见图 3（图中流速=长度*20） 。从图中可知，其主流偏向西侧，与京杭运河深槽相一致。 2.2.3.2.3 铁路桥南中断面 铁路桥南中断面流速分布情况见图 4（图中流速=长

10、度* 20） 。从图中可知，其主流偏向西侧，与京杭运河深槽相一致（与铁路桥南侧断面相似） 。 2.2.3.3 汪家窑断面 汪家窑断面是京杭运河最著名的险段，测验期间，其流速分布情况见图 5（图中流速=长度*20） 。从图中可知，其西侧流速较小，有倒流，存在漩涡，其分水较小（按以往测量资料估计，不超过 50m3/s） ；其东侧为主流，2/3 以上流矢线偏向东南方向，九成以上的流量进入壁虎河。 3 测验数据处理与分析 邵伯湖流速场测量数据为此次测量的全部整编资料，包括断面、水位、流量和流速场摘录资料。其中，流速场摘录资料分梁家港、汪家窑两个工作表，表中的放大倍数选定后，可自动生成符合 CAD 批量

11、画矢量图的坐标系列（点 1-点 2-点 2-点 1） ，经简单转换后，可生成连续的坐标点，从而完成流速矢量图的绘制。 由上述资料，我们可以得出如下结论： 梁家港处，即邵伯湖入江水道进入京杭运河的起点，流量最大，而流速在本次测验中并不是最大，这与我们之前的观测数据和分析不谋而合。主要原因有以下三个方面：2013 年实施的苏皖治淮切滩工程将梁家港入口扩大了近 2 倍，其过水断面（1200m）已远远超过下游铁路桥处（470-480m）和壁虎河处（275m）的断面；梁家港处入口中心线与京杭运河行洪通道成 300 斜交，而我们布置的测验断面则与运河中心线基本垂直。近几年，扬州市交通运输发展，本段入江水道

12、上兴建了三座桥梁（扬溧高速公路桥、宁启复线 2 座） ，正在建设中的连淮扬镇高铁也从此处通过，水中增加了影响过水的大型桥墩 12 个，其阻水和壅水作用非常明显。 梁家港泄洪流量在 3500m3/s 时，其最大流速为 1.267m/s，铁路桥处为 1.421 m/s，壁虎河口处 1.397 m/s。在铁路桥上下游 200M 范围内，流速取得最大，但因其流向与主航道方向一致，只会改变船舶航行速度和操纵性能，一般不会迫使船舶偏离航线。而壁虎河口因其与运河航道成 300 左右的斜角，泄洪时产生横向流速，极易将船舶吸入壁虎河口。 2006 年壁虎河口段整治工程交工以后，近几年利用 ADCP 等技术对该处

13、航道水文数据进行定期监测，其泄洪期变化主要有以下几点：京杭运河与壁虎河的分流比，由工程前的 23.7%变化为 26.2%，增大 2.5 个百分点，其余几条归江通道分流略有减小；壁虎河口附近航道轴线与水流的夹角由工程前的 40左右调整为 32，在同样流量时，横向流速有所减小。 4 航行管控措施 该段航道的横向流速虽然有所减小，但流速减小的幅度还没有达到预计效果。当邵伯湖泄洪流量在 5000m3/s 左右时，横向流速在 0.7-1.0m/s 之间；当流量在 6000-7000m3/s，其横向流速可达 0.8-1.2m/s，对船舶的安全航行还是造成严重的安全影响。 根据历年邵伯湖泄洪期间水情特点和各

14、类船舶的操纵性能，结合邵伯湖航段汛期水上交通管制联动方案和笔者多年航道管理的经验，现提出如下管控措施： 当三河闸开始开闸放流，汪家窑流速在 0.7 m/s 以下时，由施桥和邵伯船闸分别在上下游远方调度站发放“汛期邵伯湖安全航行须知” ，必须由船长阅读后再签字确认，做好记录。通过湖区航道的船舶要开通通信设备，加强值守，保持 AIS、甚高频、喇叭处于开启可用状态，船长、轮机长必须亲自上岗当班。 当汪家窑横向流速为 0.7-1.0 m/s 时，对通航安全构成轻微影响时，应在施桥船闸、邵伯船闸远方调度站发布公告，通知船舶经过邵伯湖航段时沿主航道，贴右岸航行。海事、航道部门应加大现场巡航频次，梁家港、汪

15、家窑处横流标发光。 当汪家窑横向流达 1.0 -1.8m/s，对通航安全构成一般影响时，应立即发布“航行通告” ，设立邵伯湖航段水上交通管制区，参加管制人员24h 值守，组织船舶按序沿右岸通过，禁止追越、齐头并进。并控制航速，避开回流，储备足够的马力用于险段通过。各管控点现场通知船舶根据流速情况，与前船保持足够安全距离，防止前船失控后，后船无法控制。上行船队通过汪家窑口门险段后，尽可能沿东岸航行，应主动避让下行船。组织大马力拖轮和打捞船进场待命。 当汪家窑横向流速达 1.8 -2.2m/s，对通航安全构成较重影响时，管制区实行单向通行，夜间（18：00-6：00）禁止一切船舶盲目通过管制区。机

16、动船沿右岸按指令顺序通过，重载船队至少配 2 艘大马力拖轮，空载船队至少配一艘大马力拖轮护航通过。 当汪家窑横向流速2.2m/s，对通航安全构成严重影响时，邵伯湖管制区实行断航，禁止一切船舶通过。凡装运电厂用煤、防汛重点物资或单船马力 500 匹以上的船舶（队） ，经领导小组同意后，可以通过该航段。为确保安全，还必须符合以下条件：天气条件和能见度良好。上行船舶（队）每马力拖带（顶推）驳船载货量不超过 1.2 吨；下行船舶（队）拖带（顶推）驳船载货量每马力不超过 2.5 吨。动力不足时，应加配护航拖轮。 划定长江、扬州城区、邵伯船闸上游和高邮控制点各类船舶停泊区，海事、船闸和航道部门按联动方案要求加强停泊区秩序管理。鼓励船舶上游段从宝应、高邮运东和盐邵船闸，下游长江来船从泰州、口岸、引江河和芒稻船闸绕行。 宁启铁路复线桥两桥中心距仅 25 米，通航孔处系航道深槽，流速较大，加之桥梁主桥墩在整治后位于整个行洪通道的中间部位，对舶舶的安全航行构成威胁，因而船舶在通过铁路桥时，应提前摆正船位，加大马力，紧贴西侧主桥墩航行，以策安全。 参考文献： 1束方昆.江苏航运史M.北京：人民交通出版社，1989 2徐从法.京杭大运河史略M.扬州：广陵书社，2013