3.2 重庆主城区港口与航道泥沙冲淤规律
3.2.1 重庆河段输沙特征
结合重庆河段不同时期水沙资料,将输沙特性分析划分为蓄水运用前(2002—2003年)、蓄水初期(2003—2008年)和试验性蓄水期(2008年以后)三个时段,进行输沙能力变化分析,如图3.2-1所示。
3.2.1.1 三峡水库蓄水运用前重庆河段输沙特性
三峡水库蓄水运用前也即重庆河段处于天然状态下,重庆河段不同年代输沙率与流量关系呈现为良好的指数关系(相关系数均在0.9以上),即Qs=KQα。根据重庆河段蓄水运用前20世纪60年代、20世纪80年代和2002—2003年的统计资料,可发现北碚站同流量输沙率随年代递减变化较为明显外,朱沱站和寸滩站同流量输沙率递减变化不大。其主要原因为重庆河段的来沙量随年代逐渐减小,致使同流量的输沙率减少。
图3.2-1 长江重庆河段主要水文站输沙率与流量的关系
3.2.1.2 蓄水初期重庆河段输沙特性
蓄水初期指三峡水库围堰发电期和初期运行期。重庆河段蓄水初期和蓄水前各站输沙率点群基本上是重合的,没有明显的变化,尤其是围堰发明期与蓄水前几乎一致,而初期运行期的输沙能力较蓄水前略有减小,但仍在蓄水前水文站输沙率点群范围之内。这说明蓄水初期和蓄水前典型水文站的输沙规律并没有明显地受到三峡水库蓄水的影响。鉴于朱沱站和北碚站位于库区以上河段,距三峡水库蓄水初期回水末端较远,其输沙率减小的现象应该是上游来沙量不断减小造成的,而寸滩站位于蓄水初期回水区上部,其输沙率减小主要是由于上游来沙量减小造成的,但也可能会受到三峡水库蓄水的影响。
3.2.1.3 试验性蓄水期重庆河段输沙变化
试验性蓄水期典型水文站输沙率与流量的关系仍然遵循幂函数关系。鉴于朱沱站和北碚站位于变动回水末端上游,三峡水库蓄水对其影响较小,因此试验性蓄水期河段输沙率点群几乎与蓄水运用前点群重合,朱沱站和北碚站断面的输沙能力在蓄水运用前后变化不大,从输沙率公式中的系数和指数变化不大也能看出这一点。
寸滩水文站位于变动回水区范围内,三峡水库蓄水对寸滩水文站断面输沙能力具有一定的影响。与天然情况相比,试验性蓄水期输沙率点群偏低,表明相应的输沙能力偏小。在输沙率公式中,与天然情况比较,试验性蓄水期寸滩站输沙率公式中的系数增大,而指数减小,表明试验性蓄水期寸滩站输沙能力有所减小。
3.2.2 重庆河段冲淤和走沙规律
3.2.2.1 三峡水库蓄水运用前重庆河段冲淤特征
图3.2-2为三峡水库蓄水运用前重庆河段泥沙淤积比与汇流比的关系及嘉陵江汇流比的概率分布情况,由图可以看出三峡水库蓄水运用前重庆河段年内汛前、汛期和汛后不同时期的冲淤特点:
(1)重庆河段淤积比与来流量和汇流比关系密切,在汛前,汇流比小于0.25时,淤积比随着流量的增大而增大;当汇流比大于0.25时,河段淤积比随着流量的增大而减小。在汛期或汛后,河段淤积比与流量的关系基本一致,淤积比关系曲线随着流量的增大向上平移,说明河段淤积比随流量的增大而增大;而且汛期流量大于20000m3/s或汛后流量大于40000m3/s时,河段淤积比大于0,河道一直处于淤积状态。
(2)同流量下,河道淤积比随着汇流比的增大而减小,在较小汇流比时河道由淤积转为冲刷,汇流比增大到一定程度(如0.25左右),河段淤积比达到最小淤积比后,淤积比随汇流比的增加而逐渐增大,河道由冲刷逐渐转为淤积。也就是说,同流量下嘉陵江汇流比很小(如小于0.1)或者很大(如大于0.4),河道基本上是淤积;当汇流比适中(如在0.1~0.4之间)时,河道基本上是冲刷。
(3)在经常发生的流量和汇流比范围之内,汛前河道有冲有淤,以冲刷为主;汛期河道有冲有淤,以淤积为主,当流量大于20000m3/s时,河道恒为淤积;汛后河道有冲有淤,以冲刷为主,即河道处于冲刷走沙状态。
图3.2-2 三峡水库蓄水运用前重庆河段淤积比与汇流比关系和汇流比概率分布
天然情况下,重庆主城区河段年内演变规律一般表现为“洪淤枯冲”,具体可概括为三个阶段:年初至汛初的冲刷阶段、汛期的淤积阶段、汛末及汛后的冲刷阶段,具有明显的周期性。天然情况下,重庆主城区河段处于长期冲淤平衡状态。重庆主城区河段冲淤特点与上述重庆河段是一致的。但是,由于近期长江上游来沙量大幅度减少,以及重庆主城区河道采砂活动日益频繁,对河道冲淤带来明显的影响,使得1980年以来河道处于冲刷下切的状态(表3.2-1)。由表可见,1980年2月—2003年5月重庆主城区河段冲刷量为1247.2万m3,其中1980年2月—1996年12月间河段冲刷量为312.1万m3,1996年12月—2002年12月河段冲刷量为416.2万m3,2002年12月—2003年5月冲刷量为518.9万m3。
表3.2-1 天然情况下重庆主城区河段冲淤量 单位:万m3
3.2.2.2 三峡水库蓄水初期重庆河段冲淤变化
这里蓄水初期指三峡水库围堰发电期和初期运行期,在此期间重庆主城区河段尚未受三峡水库壅水影响,属自然条件下的冲淤演变。表3.2-2为三峡水库蓄水初期重庆主城区河段泥沙冲淤量统计表,三峡水库蓄水初期阶段重庆主城区河段泥沙冲刷量为80.7万m3,其中三峡水库围堰蓄水期(2003年5月—2006年9月)泥沙冲刷量为447.5万m3,三峡水库初期蓄水期(2006年9月—2008年9月)泥沙淤积量为366.8万m3。
表3.2-2 三峡水库蓄水初期重庆主城区河段冲淤量 单位:万m3
三峡水库蓄水初期阶段,重庆主城区河段汛前(12月至次年5月)有冲有淤,以冲刷为主,年平均冲刷量为103万m3;汛期(5—9月)有冲有淤,以淤积为主,年平均淤积量为322万m3;汛后(9—12月)同样有冲有淤,以冲刷为主,年平均冲刷量为300万m3。具有汛期河道淤积、非汛期河道冲刷的特点,与自然情况的河道冲淤一致,而且也与上述重庆河段的冲淤分析成果相同。进一步表明三峡水库初期蓄水对重庆主城区河段冲淤特点没有明显的影响。
3.2.2.3 三峡水库试验性蓄水期河段冲淤变化
三峡水库试验性蓄水后,重庆主城区河段的冲淤变化不仅受长江干流和嘉陵江的来水来沙及其组合的影响,还与三峡水库的运行水位密切相关。为了反映水库水位变化对河道冲淤的影响,根据试验性蓄水后重庆主城区河段地形测量资料和水库运行特点,把每个水文年分为汛期、蓄水期、消落期三个时期,分别给出各时期的冲淤量,见表3.2-3。
试验性蓄水以来(2008年10月—2013年12月),重庆主城区河段实测累积冲刷量为874.7万m3,其中滩、槽泥沙冲刷量分别为181.5万m3和693.2万m3;长江干流朝天门以上河段、以下河段以及嘉陵江河段全部表现为冲刷,泥沙冲刷量分别为660.5万m3、99.0万m3和115.2万m3。由于受到上游来沙量减少、河道采砂严重及水库蓄水运用的综合影响,河道除2009年淤积外,其他年份河段处于冲刷状态。
需要特别指出的是,近年来重庆主城区河道采砂活动频繁,统计的冲刷量中包括了河道采砂影响。据调查,2008—2013年重庆主城区河段年采砂量在200万~400万t,与2008年9月试验性蓄水以来至2013年的年平均实测冲刷量接近。
表3.2-3 三峡水库试验性蓄水期重庆主城区河段冲淤量统计表 单位:万m3
河道上修建水库后,推移质因其颗粒较粗,容易在库尾沉积,发生“翘尾巴”现象。重庆主城区河段位于变动回水区范围内的上段,推移质淤积状况,特别是是否存在累积性淤积对三峡水库是否发生“翘尾巴”淤积十分重要。库尾淤积不仅与水流条件有关,而且与来水来沙条件有关。勘测设计单位根据对川江大量卵石推移质的测验、调查、试验和研究成果,表明川江砾卵石推移质的数量并不大。论证阶段朱沱和寸滩站实测年平均砾卵石推移质输沙量分别为32.8万t和27.7万t,自20世纪90年代以来,进入三峡水库的沙质推移质和砾卵石推移质泥沙数量总体都呈下降趋势。如寸滩站1991—2002年沙质推移质和卵石推移质的年平均输沙量分别为25.83万t和15.4万t,三峡水库蓄水运用后的2003—2013年年平均沙质推移质和砾卵石推移质输沙量仅分别为1.47万t和4.36万t,比1991—2002年减少了94%和72%。三峡入库推移质输沙量大幅减小,主要与上游水库拦沙、水土保持及河道采砂增多等因素有关。重庆主城区推移质输沙量的大幅度减少(而且在今后相当长的时间内维持较低的水平),再加上河道采砂的影响,致使重庆主城区河段的推移质淤积较少,甚至呈现河段冲刷的现象。
3.2.2.4 重庆主城区河段走沙变化
长江上游一般坡陡流急,河床主要由卵石或卵石挟沙构成。朱沱站仅搜集到天然状况下的卵石资料,寸滩床沙资料较多,北碚站没有搜集到床沙资料,可采用寸滩站资料。据有关实测资料可以看出,朱沱站和寸滩站推移质泥沙粒径范围大约在4.0~200mm之间,床沙主要集中在15~150mm和20~100mm之间,对应的中值粒径分别为35mm和55mm;蓄水初期和试验性蓄水期寸滩站河床泥沙粒径均集中在10~100mm之间,中值粒径约为35mm。
采用床沙级配划分床沙质和冲泻质的方法,寸滩水文站5%床沙的细颗粒泥沙粒径为14mm,也就是说粒径小于14mm的悬移质泥沙为冲泻质,不参与河床造床,粒径大于14mm的悬移质泥沙参与造床。从实测来沙的悬移质泥沙级配可知,在悬移质泥沙中没有粒径大于14mm的泥沙,表明悬移质泥沙不参与寸滩水文站河段的造床。在现有的床沙资料条件下,朱沱站和北碚站不同时期的起动流量变化范围虽然有所变化,但变化不大,也就是说朱沱站和北碚站泥沙起动流量没有受到水库蓄水的影响;蓄水初期各站起动流量与天然情况床沙起动流量相差不大,试验性蓄水期寸滩站床沙粒径小于100mm的泥沙较蓄水运用前更加难以起动,粒径小于50~90mm的泥沙较蓄水初期难以起动。
关于三峡水库蓄水运用前重庆主城区河段走沙规律,有关部门开展了大量的水文观测,特别是对九龙坡、猪儿碛、金沙碛和寸滩等重点河段的冲淤进行了较为详细的测量,蓄水运用前走沙具有如下特点:
(1)2001—2003年实测资料表明,九龙坡、猪儿碛、金沙碛和寸滩四个河段总体情况为:9月中旬至9月30日的平均冲刷量约占9月中旬至12月中旬平均冲刷量的32.9%;9月中旬至10月15日的平均冲刷量约占9月中旬至12月中旬平均冲刷量的70.1%。
(2)1961年实测成果表明,猪儿碛河段9月12日—9月30日的冲刷量占汛后总冲刷量的73%,9月12日—10月15日的冲刷量占汛后总冲刷量93%;金沙碛河段9月13日—9月30日的冲刷量占汛后总冲刷量的58%,9月13日—10月15日的冲刷量占汛后总冲刷量的82%。
(3)由1992年及1994年至2002年10月中旬以后重点河段冲淤成果,得到10年汛后平均走沙量九龙坡为16.5万m3,猪儿碛为2.7万m3,金沙碛为2.8万m3,寸滩河段为9.8万m3,表明四个重点河段10月中旬以后平均走沙量不大。
(4)四个河段走沙量较大的部位主要分布于浅滩和边滩滩唇部位,深槽部位走沙量很少,与山区性河道冲淤规律基本一致。
综上所述,三峡水库蓄水运用前重庆主城区河段汛后9月中旬至10月中旬是主要走沙期,汛期淤积泥沙大部分被冲走,冲刷量一般可达50万~190万m3左右,占汛末及汛后冲刷总量的76%~91%,其中9月中旬至9月底的走沙量约占当年汛后走沙量的50%;10月中旬至12月下旬为次要走沙期,冲刷量不大。河段走沙量较大的部位主要分布于浅滩和边滩滩唇部位,深槽部位走沙量很少。
重庆主城区河段冲刷走沙主要是由汛后退水期水流归槽和输沙不饱和引起的,走沙期主要集中在每年9月中旬至10月中旬。三峡水库蓄水运用前,通过资料分析可初步求得重庆主城区河段的走沙条件:当寸滩站流量为25000~12000m3/s时,重庆主城区河段发生明显冲刷走沙;当寸滩站流量退至12000~5000m3/s时,河床有冲有淤,总趋势为冲刷,但走沙量相对不大;当寸滩站流量小于4000m3/s时,走沙过程基本结束。这一走沙条件与寸滩站断面不同河槽特征流量是一致的,也都在寸滩站断面床沙起动流量范围之内。
三峡水库蓄水初期,重庆主城区河段各年汛后走沙总量见表3.2-4。
表3.2-4 长江重庆主城区河段三峡水库蓄水初期各年汛后走沙总量 单位:万m3
由表3.2-4可见:
(1)三峡水库围堰蓄水期重庆河段走沙过程与天然情况基本一致,汛期淤积量越大,走沙量也越大。重庆河段2003年、2004年和2005年汛末流量回落前的淤积量分别为390.6万m3、481.7万m3和979.7万m3,走沙量分别达到260.7万m3、397.4万m3和580.8万m3。
(2)在三峡水库初期蓄水期,重庆河段2006年和2007年寸滩站汛期流量较小,淤积量较小,走沙过程不明显,甚至该河段在走沙期发生淤积。
三峡水库蓄水初期河道冲淤特点、走沙过程与天然情况基本一致,其走沙条件与天然情况也是相当的。当寸滩站汛末流量退至25000~15000m3/s时,河段走沙明显,为主要走沙期;寸滩站流量退至15000~7000m3/s时,走沙过程不明显,为次要走沙期;当寸滩站流量退至7000~5000m3/s时,重庆河段走沙过程结束,河段还可能发生淤积。
表3.2-5和表3.2-6分别为试验性蓄水期重庆主城区河段蓄水期和消落期走沙统计,试验性蓄水期走沙具有如下特点:
(1)三峡水库试验性蓄水期,年内洪水期(6—9月)水库基本处于畅泄状态,与天然状态冲淤特性一致,重庆主城区河段有冲有淤,总体仍处于淤积状态,多年平均淤积量为30.5万m3,是主城区河段河床淤积期。
(2)重庆主城区河段在汛后蓄水期(9—12月)的初期为冲刷走沙状态,中后期为淤积状态,总体处于淤积状态,多年平均淤积量约为17.0万m3;汛末(9月中旬至10月中旬)水库虽然处于蓄水状态,但蓄水对重庆主城区河段的影响较小,河段仍处于走沙状态,随着蓄水位的抬高,蓄水对主城区河段的影响逐渐显现,河段由水库蓄水运用前和蓄水初期的走沙状态转化为淤积状态,使得9—12月的蓄水期总体处于淤积状态,走沙期较蓄水运用前和蓄水初期明显缩短。2008年和2009年主要走沙期集中在9月中旬至10月中旬,分别为30天和27天,而2010年和2011年主要走沙期则集中在9月下旬的13天内;2008—2011年蓄水期间重庆主城区河段冲淤量分别为冲刷128.8万m3、冲刷77.7万m3、淤积45.7万m3和淤积26.6万m3。
(3)重庆主城区河段在消落期(12月至次年6月)的初期和中期一般处于淤积状态,后期河段处于冲刷走沙状态,总体处于冲刷走沙状态,多年平均冲刷量约为168.1万m3。三峡水库蓄水至175m高程后,初期和中期水位消落速度较慢,水库蓄水对重庆主城区具有壅水作用,河段处于淤积状态;在消落期末,水位消落速率加大,水面比降和水流流速增加,河段处于冲刷走沙状态;整个消落期河段总体上处于冲刷状态。除2010年汛前因前期淤积较少、汛前冲刷不明显外,2009年、2011—2013年汛前泥沙冲刷量分别为125.4万m3、264.3万m3、302.1万m3和329.6万m3,见表3.2-6。
表3.2-5 长江重庆主城区河段三峡水库试验性蓄水期各年汛后走沙量 单位:万m3
表3.2-6 长江重庆主城区河段三峡水库试验性蓄水期各年消落期走沙量 单位:万m3
(4)试验性蓄水期,重庆主城区河段汛期处于淤积状态,汛后蓄水期初期仍然为走沙阶段,蓄水期的中后期为淤积阶段,汛前消落期初期和中期河段处于淤积状态,末期处于冲刷走沙阶段。与蓄水运用前和蓄水初期相比,重庆主城区河段走沙期明显缩短,走沙规律发生变化,走沙期为汛末和汛初时段。但是,由于来沙量大幅度减少和河段采砂的影响,实测走沙量明显增加,全年重庆主城区河段冲刷下切。
三峡水库试验性蓄水期,重庆主城区河段走沙过程受蓄水回水的影响,较天然情况和蓄水初期发生很大的变化,各年走沙情况和条件分析如下:
(1)试验性蓄水开始年为2008年,汛末为主要走沙期(9月中旬至10月中旬),三峡水库试验性蓄水对重庆河段的影响尚未显现,与天然情况基本一致,当寸滩流量减小至25000~15000m3/s时,河道走沙量及走沙强度较大,河道内汛期的淤积物被冲刷;其后的次要走沙期(10月中旬以后),受三峡水库试验性蓄水回水的影响,河段发生淤积。
(2)2009年,重庆主城区河段汛期淤积较少,汛后寸滩流量降至25000m3/s以下后,主要走沙期和次要走沙期均有一定走沙能力,汛期淤积得到全面冲刷。
(3)2010年和2011年,重庆主城区河段汛后走沙时间进一步缩短,主要发生在9月下旬,寸滩流量减小至25000~15000m3/s时,冲刷量分别为153万m3和43.7万m3,其后受水库蓄水的影响,走沙明显减弱,甚至发生淤积。
(4)2012年和2013年,从全年的冲淤综合情况来看,汛末或汛后寸滩站流量下降至25000m3/s时,河段发生冲刷;从其后的蓄水期及下一年汛前消落期综合情况来看,河段总体发生冲刷。
3.2.3 重庆主城区河段的航运条件与调控措施
重庆主城区河段两岸有众多港口码头,主要有新港作业区、九龙坡作业区、朝天门中心作业区以及寸滩作业区,对重庆市的发展起着不可替代的作用。重庆主城区河段即为川江著名的弯窄浅险河段,分布众多碍航浅滩。
3.2.3.1 重庆主城区河段的航运条件变化
三峡水库蓄水运用以来,特别是试验性蓄水后,水库回水变动区的航道尺度提高,航运条件大幅度改善。三峡水库175m试验性蓄水后,变动回水区上段(重庆以上河段)蓄水期航道条件有一定的改善,1—5月消落期部分区段航道条件比较紧张,5—10月中旬航道条件与天然航道基本一致;中洪水期最小维护水深得到显著提升,但消落期(1—5月)最小维护水深仍停留在2.7m,并未得到有效提升,分月维护水深见表3.2-7。
表3.2-7 三峡水库变动回水区江津—重庆河段航道各月维护水深
三峡水库自蓄水运用以来,特别是试验性蓄水以来,变动回水区上段(江津—重庆河段)航道条件发生一定的变化。重庆主城区河段位于回水变动区的上段,河段内航运发达,港口码头和船只密布,河段泥沙冲淤变化及其对航运的影响已成为试验性蓄水期众所关注的敏感问题。三峡水库蓄水运用后,变动回水区上段的航道冲淤变化特点如下:
(1)变动回水区河段航道年内冲淤过程主要表现为:汛期与天然情况冲淤规律一致,卵砾石运动明显,汛期会发生一定的卵石淤积;汛后9月中旬至10月中旬,未受蓄水影响,洪水期退水冲刷作用明显,汛期淤积泥沙得到冲刷,10月中旬后,逐渐受三峡水库蓄水影响,水动力条件减弱,卵砾石、细沙逐渐淤积在河段内,蓄水期航道基本稳定;消落期(1—5月)航道自上而下逐渐进入天然状态,水动力条件逐渐加强,泥沙逐渐开始冲刷下移,航道主要表现为冲刷,此时长江上游正值枯水期,主流集中在主槽,泥沙输移主要集中在主航槽。
(2)试验性蓄水以来,河段大规模细沙累积性淤积表现不明显,与来沙量大幅度减少和河道采砂有关,河段主航道河床组成以卵砾石为主。
(3)泥沙淤积主要体现在消落期卵砾石不完全冲刷及消落初期卵砾石在主航道内集中输移引起的微小淤积。由于消落期航道富余水深不大,但虽然泥沙淤积量不大,但对航道条件影响较大。碍航较为明显的区域主要集中在重庆主城区河段的胡家滩、三角碛、猪儿碛。
(4)变动回水区上段从天然河段过渡至库尾段,航道条件较差,消落期常发生事故。从数量上看,试验性蓄水后的第一个消落期(2009年汛前)事故比较多。发生这类事故的原因是多方面的,从客观上说,主要是前期泥沙淤积导致航槽移位或淤高的河床未及时冲刷,而此时流量又较小,因而航深不足;同时试验性蓄水后部分河段的冲淤规律有所变化,出现了一些人们不熟悉的新情况,如推移质的积聚和游移等。
(5)在消落期,重点航道不仅存在累积性淤积,而且航道流态不稳定。根据消落期典型航道流速、流向及河中心比降测量结果表明,当坝前水位为163.91m、上游来流量为3630m3/s时,九龙滩港区流速在2.5m/s以上,最大达到3.37m/s,比降为0.2‰左右,最大达到2‰;三角碛主航道流速为1.7~2.43m/s,比降为-1.2‰~1.3‰。当坝前水位为153.8m、上游来流量为4100m3/s时,九龙滩港区流速在2.67m/s以上,最大达到3.82m/s,比降在0.4‰以上;三角碛主航道流速为0.75~2.44m/s,比降为-1.0‰~0.8‰。可见消落期重庆主城区河段仍有较大流速,对航道泥沙进行冲刷,航道流态较差。
作为敏感和重要的航道,三峡水库试验性蓄水后,重庆主城区河段航道条件发生变化,每年壅水状态和天然状态交替,冲淤变化频繁。当坝前水位175m时,寸滩水位抬高范围为7~17m,重庆主城区航道约有半年时间得到较大的改善。据观测资料显示,重庆主城区河段年内汛期淤积的细颗粒泥沙在消落期基本能够得以冲刷,对航道条件影响较大的仍然以粗颗粒泥沙和卵砾石为主。当坝前水位消落到165m及其以下时,河段自上而下恢复天然情况,此时一般处于每年的2—5月,流量较小,汛期淤积的细沙和卵砾石往往难以全部冲刷掉,这些累积淤积泥沙会对航道产生影响。也就是说,重庆主城区河段的碍航机理是:卵砾石不完全冲刷及消落初期集中输移引起的淤积,因消落中后期流量较小,难以把前期淤积的卵砾石和细沙全部冲刷,枯水河槽内卵砾石局部淤积引起碍航,而且碍航浅滩位置较为固定。
3.2.3.2 碍航事故及成因分析
在三峡水库消落期,重庆主城区河段水位下降,比降、流速加大,引起航道条件变化。2009年4月底、2010年2月底、2011年4月中旬、2012年5月上旬和2013年5月初降到坝前水位160m,重庆主城区河段处于天然状态,河床地形若没有恢复到前期状态,特别是在一些重点河段,就会出现碍航事故。从重庆几个轮船公司收集的资料来看,2009—2013年重庆主城区河段出现了48起船舶搁浅现象和事故,其中2009年、2010年、2011年、2012年和2013年出现的船舶搁浅事故分别为7次、25次、4次、8次和4次。2009年出现事故主要集中在3—5月,2010年主要发生在1—6月,2011年主要发生在3—5月,2012年主要出现在5—6月,2013年则主要出现在1—3月。显然,河段事故主要集中在消落期(1—5月),该时段航道恢复为天然状态,入库流量较小,水位较低,容易发生搁浅事故。从事故数量上看,试验性蓄水后的第一个消落期(2009年汛前)和第二个消落期(2010年汛前)事故比较多。
结合重庆主城区重点河段发生碍航事故的特点,通过调研及资料分析,回水变动区重点河段发生海损事故的原因主要有以下几个:
(1)航运标准和航道要求的变化。随着重庆市航运发展的要求,船舶吨位与航运量都有较大幅度的增加,重庆主城区河段的航运标准与航道要求也将相应提高,当新的航运标准和航道要求没有得到满足时,船舶将可能会出现碍航事故。
(2)航道泥沙淤积。汛期与天然情况冲淤规律一致,卵砾石运动明显,汛期会发生一定的卵石淤积;10月中旬后,水库蓄水造成河道卵砾石、细沙逐渐淤积在河段内,消落期泥沙逐渐开始冲刷下移,若不能把前期淤积泥沙完全冲走,特别是粗颗粒泥沙,将会存在碍航可能。
(3)水流条件变化。三峡水库试验性蓄水后,消落期水库调度:①消落初期,水位降落缓慢,库水位维持较高,对于改善变动回水区航道条件较为有利,从变动回水区上段的三角碛事故情况可以看出,2010年、2011年三角碛事故均为6起,主要发生在1月至4月初,2012—2014年事故有所减少,2012年、2014年仅有2起,除与水库水位较高影响外,航道部门提前疏浚也有一定关系,但总体而言消落初期航道条件有所改善;②消落期末,坝前水位快速消落,日平均降幅0.4m左右,甚至达到0.5m,水位快速消落,回水末端附近水流条件恶化造成碍航,2014年铜锣峡至长寿段2014年5月19日至6月5日(16天)共发生事故15起,其中5月20日一天就发生4起事故。
(4)上游来水情况。从事故数据看出,消落期来水丰则事故少(如2012年),来水枯则事故多(如2010年、2013年和2014年),特别是4月中旬至5月底,如果上游来流偏枯,此时库水位快速消落,变动回水区航道条件有所恶化,事故增多。
(5)库水位快速消落期间水流条件变化。船舶行船主要根据当地水流条件确定船舶航路和航法,船员基本有一定的操作规程或经验,由于坝前水位快速消落,造成滩险附近水流条件较天然河段有较大变化,特别是在水库与天然河段交界区域,水流特性出现明显变化,对行船人员造成较大的误导作用,也造成事故增加。
3.2.3.3 重庆主城区河段碍航调控措施
三峡水库蓄水运用后,库区航运条件发生大幅度改善,但是在变动回水区范围内,特别是在变动回水区中上段(江津—长寿河段)仍然会发生局部碍航问题。为了应对三峡水库试验性蓄水后泥沙淤积对航道条件的影响,除了开展一些航道整治与建设的工程措施外,还可以采用挖沙疏浚的措施,在重庆主城区河段开展了试验性、维护性、应急性疏浚工程,缓解泥沙淤积造成的影响,同时进行水库调度和开展船舶运营管理,减少碍航事故的发生。就目前的航道情况和水库运行技术水平而言,挖沙疏浚仍然是维护航运条件最有效的措施。
三峡水库航道条件的改善,除了充分利用三峡水库蓄水予以改善外,航道部门还针对不同蓄水阶段的航道特点,在135~139m蓄水期、144~156m蓄水期和175m试验性蓄水期三个时期进行了一系列的航道建设,特别是试验性蓄水以来,变动回水区开展了多项航道建设工程,包括铜娄段炸礁工程、木娄段航标设施完善建设工程、变动回水区碍航礁石炸除一期工程。
另外,三峡库区航运效益的提升,也极大地促进了长江上游的航运发展。交通运输部于2005—2009年对重庆—宜宾河段航道进行了整治,使航道等级提升至Ⅲ级,改善了该河段航道条件,主要包括泸渝(泸州纳溪—重庆蒌溪沟)河段航道建设工程和叙泸(宜宾—泸州)河段航道建设工程。
三峡水库175m试验性蓄水后,库区回水上延至江津,交通运输部根据三峡后续工作规划安排,2010—2014年逐年对重点碍航水道实施维护性疏浚,保证了重庆主城区河段航运通畅。通过近几年的积极探索,已经形成了较为完整的应急清淤机制,为保障消落期变动回水区航道畅通提供有力支撑。
发生碍航事故的原因是多方面的,从客观上说,主要是前期泥沙淤积导致航槽移位或淤高的河床未及冲刷,而此时流量又较小,因而航深不足;同时试验性蓄水后部分河段的冲淤规律有所变化,出现了一些人们不熟悉的新情况,如推移质的积聚和游移等。回水变动区的泥沙淤积问题,除采用航道整治、挖泥疏浚等措施处理外,还可以通过水库调度措施来改变回水变动区的水流条件,减少泥沙淤积,特别是推移质泥沙的淤积,加大航道水深。
在消落期,当坝前水位消落在165m及以下时,河段自上而下恢复天然情况,此时一般处于每年的2—5月,流量较小,汛期淤积的细沙和卵砾石往往难以全部冲刷掉,这些累积淤积泥沙会对航道产生影响,特别是当坝前水位快速消落时,回水末端附近的水流条件变化造成碍航的几率大大提高,因此,三峡水库坝前水位降落不宜过快。
在主观上,则是在新的条件下管理、运行方面需要有一个适应和摸索的过程,需要提高船舶运营管理水平。例如,针对航深紧张、部分船舶吃水超标的现象,重庆海事部门要求在整个消落期主城区河段的船舶减载,将吃水深度控制在2.4m(船舶载重不超过1000t),结果事故明显减少。胡家滩河段右槽淤积较多而两岸码头众多、江面船舶密集、船舶尺度巨大,水位消落出浅时,挖泥船布设钢缆对过往船舶影响较大,施工与通航的矛盾特别突出,航道部门提前安排在2010年12月高水位时对此河段进行预先疏浚,这对保障该河段下一个消落期的航行安全十分有利。当然,这种方法要求对河段内的淤积发展趋势有明确的预测,做到有的放矢。
在近期,当淤积量不是很大的情况下,通过不断总结经验,加强和改进管理,提前、及时进行疏浚,加上适当调度库水位,便有可能将本河段冲淤变化对航运的影响大大减少,避免船舶搁浅等事故的发生,近几年发生事故的次数已明显减少。