瓯江中游跨河桥梁通航论证的初步探讨

【摘 要】针对瓯江中游河段的特点，在桥梁通航论证中遇到的通航环境、设计最高通航水位、通航净空尺度等重点关注方面进行了探讨并提出了一些建议，为今后相关研究工作者提供参考。

【关键词】瓯江；通航水位；流速；净空尺度

1 引言

瓯江发源于浙江龙泉与庆元的交界，横贯浙南山地丘陵区，于温州湾注入东海，是浙江省第二大河。瓯江中下游共规划了五级梯级，目前开潭、五里亭、外雄枢纽已经建成，三溪口及青田枢纽还在建设过程中，故随着瓯江中下游梯级开发的逐步实施，航道的通航条件得到极大改善，航运开发条件已基本具备。因此，有必要就该河段的桥梁通航论证中的相关问题展开讨论。

2 通航环境

瓯江中游河段属山区河道，河床断面形态多为V形或U形，河床多为基岩或沙卵石，河势及河床相对较为稳定，且河道两岸对水流的约束作用大、但山区河流河道水位、流量变幅大，河道相对狭窄、水流湍急、滩险较多，这给船舶航行带来了一定的困难，在桥梁选址对通航安全的影响方面要加以注意，特别是在一些港区河段，在港停泊、作业的船舶由于占据了一定的河道水域，将使过往船舶的通行难度进一步增加。所以应注意避开港区弯道、滩险和控制河段等，如遇特殊情况无法避开时，应充分论证后提出采取必要的工程措施来满足通航条件，在特殊的河段还应在船舶安全航行管理方面提出要求，以增加桥区通航的安全性。

3 桥梁的设计最高通航水位

桥梁设计最高通航水位直接影响跨河桥梁的通航净宽和净高，进而影响到桥梁的墩台布置、桥跨设计和桥面标高等。合理确定设计最高通航水位是桥梁通航论证中的一大问题。根据《内河通航标准》（GB 50139-2004）（以下简称《标准》）中的规定，天然河流不受潮汐影响和潮汐影响不明显的河段，设计最高通航水位应按洪水频率确定，不同等级的河流其设计最高通航水位的洪水重现期见表 1

由于瓯江中下游共规划了五级梯级，《标准》中也对枢纽上游河段与下游河段的设计最高通航水位确定分别作了规定。但在实际工作中很多桥梁是处于两枢纽之间河段，设计最高通航水位还要考虑上一级枢纽下泄流量以及下一级枢纽坝前水位的情况，根据规定的洪水重现期，分析选定设计流量，把下游坝前水位作为边界条件，通过水力学数值模拟计算来确定沿程的水位。可见在枢纽段河流上的桥梁设计最高通航水位的确定情况较为复杂，需要考虑水资源的综合利用，协调水利建设和航运开发建设，通常需要作进一步的水位研究。

4 流速与设计最高通航水位

流速对于设计最高通航水位确定有直接影响，瓯江中游段其航道及水流特点是，水位陡涨陡落，洪水过程线呈尖瘦型，当以历时很短的峰值高水位作为设计最高通航水位，此时最大流速很可能过大，不能满足船舶安全航行的需要，该航段已处于禁航状态，那么按规定洪水频率确定的设计最高通航水位也就失去了意义。为此，《标准》也作了一定注明，对出现高于设计最高通航水位历时很短的山区性河流，Ⅳ级和Ⅴ级航道洪水重现期可降为5～3年，Ⅵ级和Ⅶ级航道洪水重现期可降为3～2年。可见《标准》针对山区河流的水文特征，对最高通航水位的设计洪水标准已有所下降，但就瓯江中游的现状来看，在降低洪水频率标准的情况下，部分河段流速还是过大，难以满足通航需要。例如，瓯江中游段丽水石浦大桥的通航水位确定，当采用5年一遇洪水频率时，桥位处断面平均流速约为3.34m/s；当采用3年一遇洪水频率时，其平均流速约为3.05m/s。根据浙江省内河航运船舶的现状以及内河航运安全监管的实际情况，在大于2m/s的流速下很难保证船舶安全航行的需要，过大的流速下的峰值高水位作为设计最高通航水位没有意义。

有相关研究提出，采用高水通航历时保证率法结合禁航水位来确定通航建筑物设计最高通航水位，是更切合实际更易贴近山区河流的通航实际情况。再拿石浦大桥的例子，设计最高通航水位的确定，还是作了深入的研究，最终是考虑了上游枢纽的实际运行调度情况，结合采用98%保证率的日均流量，通过水力学数值模拟计算，研究得出桥位处的设计最高通航水位，此时桥位处的流速才能满足安全通航的需要。所以在确定设计最高通航水位时要充分考虑流速的影响。

5 通航净空尺度

桥梁的通航净空尺度和通航孔的布设直接影响通航能力和航行安全。净空尺度的控制将对瓯江航道的发展和船舶的航行带来深远的影响。在《标准》中对不同等级航道上的桥梁通航净空尺度最小数值进行了列表规定。在通航净高确定方面，还应参照《长?江?三?角?洲?高?等?级?航?道?网?建?设?有?关?技?术?问?题?的?暂?行?规?定》中的相关要求执行。关于通航净宽，《标准》中还规定，当桥轴线法线方向与水流流向的夹角大于5°，且横向流速大于0.3 m/s时，通航净宽在规定数值的基础上加大，具体的计算公式也有给出：

单向航宽：

双向航宽：

式中： 为单孔单向通航净宽；为单孔双向通航净宽；为船舶或船队航迹带宽度，；为船舶或船队与两侧桥墩间的富裕宽度；为下行船舶或船队偏航距；为上行船舶或船队偏航距；为上下行船舶或船队会船时的安全距离；为船舶或船队宽度；为船舶或船队航行漂角； 为设计船队长度。

在航道等级、设计船（型）队、航行漂角一定的情况下，即可计算桥梁水域单向、双向通航净宽要求值。这里要注意的是，公式计算所得的单、双向通航净宽值仅是为满足桥区河道单、双向通航所需的最小航宽值，实际通航宽度应该是通航孔所覆盖的可供船舶通航的有效水域宽度。由于瓯江在不同水位期河道水势多变，有时大桥通航孔所覆盖的部分水域由于通航水流条件较差（流速、比降过大或流态较差等）；不适宜船舶航行，在计算其实际通航净宽时，该水域宽度应予以扣除。

《标准》中还提到当桥梁的墩柱附近可能出现碍航紊流时，其通航孔的净宽应在规定的通航净宽基础上加大。桥墩紊流是由于桥墩阻水作用而在墩周形成的影响船舶通航的水流流态。瓯江部分流速大的河段，还是要对桥墩紊流宽度加以考虑，不过《标准》没有给出紊流宽度适用的指标和计算方法，好在紊流宽度方面也有不少相关的研究，提出了计算公式：

对于圆柱墩和片状墩：，；

对于圆头墩：，；

对于尖头墩：，；

对于方头墩： ，；为桥轴线与水流夹角。

在确定通航净宽时，也可利用该公式进行桥墩紊流宽度的计算和理论分析，还可以通过模拟试验来作进一步的研究。6 结语

随着瓯江航运的开发的推进，桥梁通航论证工作也将逐步展开，其所提供的论证成果是桥梁设计的基础资料和设计依据，所以要科学严谨的对待。要在桥区河段通航环境，河床演变，通航条件、港口条件、水流条件的分析，进出港航道、港口的船型分析，过桥运量分析和预测，设计最高、最低通航水位，通航净空尺度，桥跨布置方案以及通航安全影响分析方面进行深入研究论证，使公路运输与水路运输相互促进、协调发展。

参考文献：

[1]GB 50139-2004，内河通航标准[S].

[2]闵朝斌.关于内河设计最高通航水位的标准和计算方法的研究[J].水运工程，2004（7）.

[3]杨斌，陈明栋.山区通航河流中桥梁选址和设计应注意的问题及通航影响评价[J].中国港湾建设，2007（4）.