长江航道环境基本特征系列一(航道和功能水域)

长江航道环境基本特征系列一(航道和功能水域) 长江海事局管辖长江干线水域范围自重庆界盘石至马鞍山慈湖河口,自西向东横跨重庆、湖北、湖南、江西、安徽四省一市,全长约2100千米,管辖水域内航道、水文、气象特点复杂多变,水域功能利用呈现较强的地域性特征。 图2.1-1 长江干线流域示意图 (一)航道 按照1998年交通部、水利部、国家经济贸易委员会《关于内河航道技术等级的批复》,长江干线航道技术等级划分如下:水富至宜宾为Ⅴ级航道;宜宾—重庆(羊角滩)为Ⅲ级航道,全长384千米;重庆(羊角滩)—城陵矶为Ⅱ级航道,全长1000千米;城陵矶—武汉为Ⅱ级航道,全长228.5千米,可常年通航3000吨级海船;武汉—铜陵为Ⅰ级航道,全长497.5千米,可常年通航5000吨级海轮;铜陵—南京为Ⅰ级航道,全长210千米,可常年通航10000吨级海轮;南京—石洞口为Ⅰ级航道,全长322.6千米,可常年通航50000吨级海轮;石洞口—吴淞口为Ⅰ级航道,全长14.4千米,可常年通航100000吨级海轮。 根据长江航道自然环境特点,长江干流航道习惯上分为上游、中游、下游三段。宜昌以上为上游航段,宜昌至武汉为中游航段,武汉以下为下游航段。 1、上游航段:自葛洲坝水利枢纽和三峡水利枢纽的相继修建后,长江上游航段通航状况发生重大变化。根据其通航特点,可分为自然河段、回水变动区、常年库区、两坝间河段等四段。 (1)川江自然河段:重庆至界石盘为川江自然河段。航道曲窄,岸线极不规则,河床纵剖面陡峻,河床起伏不平,纵向呈深潭与浅槽相间,地势坡度大,平均坡降为0.18‰,河床主要为岩石或卵石组成,间有少量淤沙河段,河道岸线均较稳定少变,但深度差异很大,该河段碍航滩险多,急、弯、浅、险并存,航行条件较差。枯水期该航段总体航宽大体在100米至200米之间,最窄处航宽仅60米。洪水期河道展宽段较多,一般河床为500—800米。枯水期航道维护水深2.7米,洪水期航道维护水深3.0米。 (2)回水变动区:据三峡水库调度运行方式初步显示,三峡工程建成后,将可能按175-156-145米水位运行,即每年5月末至6月初,水库水位降至防洪限制水位145米,汛期6-9月按145米运行;10月至11月蓄水至175米,11月至次年4月底,一般按较高水位运行,但当入库流量低于电站保证出力对流量的要求时,动用调节库容,库水位开始下降,但4月末以前库水位最低不低于155米。三峡水库175米蓄水后,长江干流20年一遇洪水回水末端达重庆市巴县弹子田,距大坝580千米,枯水期消落低水位为150米时,长寿以上的上下洛碛及王家滩等浅滩将在枯水期出露。三峡水库156米运行时,重庆铜锣峡以上河段处于天然状态,基本不受水库回水影响,175米运行时,重庆河段处在水库变动回水区末端。三峡库区的水位变动导致了河道的两大变化:库区消落带和变动回水区。库区消落带是因为三峡水库采取冬季高水位和夏季低水位运行方式形成的季节性水位涨落,而使水库周边被淹土地周期性出露于水面的一段特殊区域;它包括临时淹没回水区与经常回水的上层部分。与库区消落带不同,回水变动区主要分布在涪陵以上的重庆长江辖段,回水变动区的水流及航道受水位变化影响大。 图2.1-2 重庆海事局辖区图 (3)常年库区:三峡库区蓄水以来,库区航段航道条件得到极大改善,河面放宽,水流放缓,通航条件优良。峡谷河段除个别地段河面宽180—200米外,其余河面宽度为280-300米;宽谷河段河面宽约500-800米,部分河段达1000米以上,航道曲率半径最小为1200米。流量30000m3/s以下时,库区航道的平均表面流速约0.5m/s。库区航道维护水深提高至4米以上。 (4)两坝间河段:三峡-葛洲坝两坝间航段,上起坝河口重件码头,下至葛洲坝枢纽三江航道上游王家沟,长约38千米。葛洲坝水利枢纽建成后,该河段属常年回水区,上游来沙逐年在此河段内淤积。横断面多呈“U”字型或“V”字型。河段类型有峡谷河段和宽谷河段两种,其中鹰子咀水厂至乐天溪河段,河谷较宽阔,汛期河面最大宽度可达1000m左右,而乐天溪至南津关河段,河床断面多呈“V”或“U”字形,较为狭窄。两坝间水域一般宽度为400~500m,。最窄处为大沙坝河段及偏脑河段,水面宽度仅260米。葛洲坝枢纽运行以来实际情况 表明,辖区内枯水期水流流速减缓,航道条件有很大的改善,但由于河段内大部分位置横断面多呈“U”字型或“V”字型,中、洪水期过水断面面积增加有限,因此,在长江流量较大的中、洪水期(流量35000m3/s以上),两坝间尤其是重点河段石牌、喜滩、水田角等处的水流流速和比降仍很大,流态紊乱,泡漩水密布,呈现出天然河流的特性,对船舶上水航行形成不利影响。 3、长江中游河段:长江中游段自宜昌至武汉,全长约626千米。该航段河床浅、险、多变,主要由砾石和砂组成,多淤积变迁,呈现由山区河流向平原河流过渡的特点。根据其地质水文条件的差异,中游航段一般划分为四个区段。 (1)宜昌至枝城段为山区向平原过渡的丘陵河段,泥沙卵石河床,除局部河床汛后有一定的淤积变化外,大部分河床河势稳定,常年航道维护最小尺度为2.9mX80mX750m。葛洲坝冲沙和三峡电站流量调节水流含沙量减少导致坝下河段有下切趋势。枯水期江面一般宽约1000M,主要浅水道有宜都水道。 (2)枝城至藕池口段河槽宽,习称“上荆江”,为微弯分汊性河段。江面较宽,平均宽度1300M左右,并有松滋口、太平口、藕池口分汊入洞庭湖。河床底质以砾石、砂和泥组成,河床摆动较少,多江心洲。河道蜿蜒曲折,河床冲淤多变,极不稳定,芦家河、太平口、天星洲、藕池口等水道冲淤变化剧烈,枯水期航道狭窄水浅。洪水位和中水位交替的9-10月间,时常出现很大的吊坎水,船舶上坎时操作稍有不当,容易发生翻沉事故。荆州长江公路大桥坐落在三八洲脑上,航槽极不稳定,南北摆动频繁,枯水期航道狭窄、水浅,每年11月底至次年4月初,需要禁航疏浚施工才能满足基本通航要求。主要浅水道有芦家河水道、枝江水道、太平口水道、马家嘴水道、周公堤水道、天星洲水道等。近年来,太平口水道出浅频繁。 (3)藕池口至城陵矶段河道蜿蜒曲折,素有“九曲回肠”之称,河槽较窄,平均宽度为1000M左右。河床底质以沙为主,两岸地势低平,土质松软,洪水极易泛滥,出现大片漫坪。该航段受长江上游来水和洞庭湖水系水位涨落时间错开的影响,在荆河口附近出现顶拖和吊口水现象,对船舶航行影响较大。主要浅水道有藕池口水道、碾子湾水道、窑集老水道、监利水道、大马洲水道、铁铺水道、尺八口水道。近年来,窑监水道枯水期浅窄变迁,出浅频繁,2007年底,窑监水道出现严重浅情,导致大量船舶滞航待槽。 (4)城陵矶至武汉段习称“外荆江”,为顺直分汊性河段,有湘、资、沅、澧四大支流汇入,流量大增,河床底质较硬,稳定不易变迁,河道较宽,弯曲较少,江面较宽,平均宽度为1500M左右,航行条件优越。每年4、5月份时受洞庭湖涨水影响,该航段易形成短时的春汛,7、8月份受上游来水影响形成伏汛。9月份以后还会发生短时间的秋汛。该航段河床呈东北走向,若遇北到东北风4—5级及以上时,江面易形成大浪,对船舶航行威胁较大。主要浅水道有界牌水道、陆溪口水道、嘉鱼水道、武桥水道。 4、长江下游河段:慈湖河口至武汉为长江下游河段,全长658.7千米。河道宽窄相间,局部曲折,汊河、洲滩众多。窄段一般是一岸或两岸有山丘矶头控制,河道窄而深,河槽稳定,主槽明显,如田家镇附件,江宽仅600余米,但水深可达50余米,而牛头矶一带则深达百余米。宽阔河段则相反,两岸一般较为平缓,河槽经常变化,河道宽而浅,如黑沙洲、张家洲等处两岸之间宽度都在10千米以上。 由于江面宽,水流缓,江中发育形成许多洲滩,遂使河道形成两支或多支汊道。在这些分汊河道的上下口、放宽段、过渡段,在枯水期常形成碍航浅滩,其中主要有罗湖洲、沙洲、戴家洲、武穴、新洲、张家洲、马阻、东流、安庆、太子矶、贵池、土桥、黑沙洲等处。该段河道内礁石颇多,其中以太子矶为最,其次是搁排矶、戴家洲、巴河、张家洲、东流、乌江等水道。 长江下游不同河段的航道特点有着明显的差异。一般来讲,单一河道的航道,水流集中,航槽稳定,航行条件较好;两岸多山丘矶头控制的河道,水深流急,洪水期常产生回流、旋涡及花水;分汊河道的航道,水流分散,航槽多变,常形成两个以上的航道。安庆以下航道水深条件较好,其中安庆皖河口至芜湖大桥常年维护水深达5米以上,芜湖以下河段常年维护水深达6.5米以上。 (二)功能水域 1、港区: 港区是水上经济活动的枢纽,辖区范围有重庆、万州、宜昌、武汉、黄石、九江、安庆、芜湖等主要港口23个。据不完全统计,现有各类码头泊位3244个,随着长江黄金水道的开发,各地兴起了新一轮的建港热潮,码头泊位数量还将大幅增加。港区主要有以下一些特点: 一是码头、取水口等水上设施密集。港区水域一般紧连城市中心区,沿江两岸密布码头、趸船、渡口等设施。 二是船舶船舶航行、停泊、作业行为复杂。港区水域,船舶船舶进出频繁,渡船横江渡运密集,渡运量大,船舶横越、掉头频繁,与顺航道形势船舶航路交叉密集。 三是多数港区与桥区存在水域交叉,有些中心港口城市(如武汉市)修建有多座跨江桥梁,更增大了港区水域的通航环境的复杂程度。 2、桥区、坝区: 1957年10月,武汉长江大桥建成通车,开创了长江桥梁建设的新纪元。至2008年,全线共有桥梁66座,平均30千米1座大桥,数量众多,对通航影响大。按桥梁用途分为公路桥梁、铁路桥梁和公铁两用桥梁。铁路桥梁由于其自身承重能力要求高,一般桥墩较密集,桥墩防撞能力较强。公路桥梁大部分为斜拉索结构,桥墩防撞能力相对较弱。为弥补桥墩防撞能力不足,部分桥梁管理单位已着手建设桥墩防撞设施。如荆州长江大桥已建设桥墩防撞设施。桥梁大部分集中在武汉、重庆等大城市周边。部分支流河口也建有桥梁,随着三峡水库蓄水,水位抬高,支流河口桥梁通航净高普遍不足,给水上安全管理带来新的问题。桥梁对通航的影响主要体现在三个方面: 一是限制了船舶通航尺度。辖区桥梁绝大多数为多孔连续跨江桥梁,船舶通航高度和通航宽度受到较大缩小。由于历史原因,武汉长江大桥、枝城长江大桥等建桥时间比较早的桥梁,通航孔尺度相对较小,通航净空高度较低,制约了船舶大型化发展。 二是桥区水域通航环境复杂,船舶在操作上受到较大限制。桥梁等过河建筑物对船舶自由通航尺度产生限制,再加上受河道演变影响,多孔桥梁桥区水域水流条件受桥墩阻水影响易发生变化,桥区实际通航条件再受限制,增大了船舶操纵难度。如武汉长江大桥每年枯水期、洪水期均需调整通航桥孔,桥区水域自建桥以来已发生事故险情80余起。 三是有部分桥梁选址在航槽变迁、水势流态复杂航段,加大了船舶安全航行的风险。如荆州长江公路大桥坐落在三八洲脑上,航槽极不稳定,南北摆动频繁,枯水期航道狭窄、水浅,每年11月底至次年4月初,需要禁航疏浚施工才能满 足基本通航要求;黄石长江公路大桥选址在不宜建桥的河道急弯处,建桥之初险情频发。长江干线桥梁常见的桥型如下图: 图2.1-4 长江干线铁路大桥(多跨过江) 图2.1-5 长江干线公路大桥(多跨过江) 图2.1-6 长江干线公铁两用大桥 另外,长江海事局管辖水域内还有三峡大坝、葛洲坝两座大型水利枢纽。受水利枢纽运行和通航船闸尺度影响,坝区水势流态复杂,增加了船舶航行难度。同时,坝区上下水域常有大量船舶停泊待闸,对周围通航环境不可避免会产生较 大影响。 图2.1-7 葛洲坝水利枢纽 3、干支交汇区 长江干线由于乌江、嘉陵江、清江、汉江等众多通航支流汇集,及江心洲对河道的分割,形成众多的干支交汇水域(或分叉水域)。干支交汇水域(分叉水域)主要有以下一些特点: 一是水势流态复杂。干支交汇水域水流或合或分,受两股水流的相互作用,交汇水域水势流态复杂,尤其是在汛期涨水期间易形成雍水。 二是船舶交通流复杂。在可通航的支流河口水域,既有顺航道行驶的船舶流,也有干线进支流的船舶流,还有支流出干线的船舶流,船舶流相对密集,航路交叉,增加了船舶对驶相遇、交叉相遇概率,增加了船舶安全航行的困难。 三是船舶了望困难。由于河岸的遮挡,干支交汇水域船舶之间相互了望困难。 4、施工作业区 长江海事局辖区每年进行水上水下施工作业近1000件,施工作业天数累计24000天。水上水下施工作业种类多,包括修建码头、桥梁、闸坝,实施航道整治、水文测量,沉船沉物打捞,架设管线、采砂作业等。水上水下施工作业一般需要在航道内划定一定的水域作为施工作业专用区域,同时施工作业往往需实施交通管制措施,有的还需禁航施工,对过往船舶通航产生较大影响。 在长江中下游还规划采砂区28个,在采砂作业期间,采区水域运砂船众多,航路交叉,现场通航秩序复杂。再加上受利益驱使,非法碍航采砂行为屡禁不止,影响船舶正常航行和航道安全。 图2.1-8 为水上施工作业现场 5、锚泊区: 据统计,长江海事局辖区现有锚地、停泊区293处,已批准的正式锚地有46处。长江上游河段有锚地226处,已批准的锚地有11处;长江中游河段有锚 地、停泊区35处,其中危险品船舶停泊区3处;长江下游河段有锚地、停泊区32处,已批准的锚地有22处。辖区内有危险品锚地12处,联检锚地5处。 锚地、停泊区是船舶因待港、临时待航等需要而划定的船舶集中停泊区域,具有以下特征: 一是锚泊区内船舶密集停泊,船舶航行、停泊行为复杂。 二是受风、流等因素影响,锚泊船舶易发生走锚、漂移可能导致与其它锚泊船舶或航行船舶发生碰撞。 三是船舶进出锚地与顺航道行驶船舶航路交集,增大船舶交叉相遇机率。 四是锚地、停泊区一般会占用部分可航水域,减少了局部水域的有效航宽。 五是部分锚地、停泊区设置在港区,与港区内码头、设施和船舶产生相互影响。 图2.1-9 三峡坝上待闸锚地 6、渡运水域: 辖区共分布渡口(含习惯性渡船停靠点)991处,其中长江干线渡口728处。2007年,辖区全年渡运量7865万人次、655万车次。渡运呈时段性和季节性特点,年渡运高峰主要集中在春节、清明、五一、十一、中秋、冬至等节假日以及当地赶集日。 干线对江渡船在渡运过程中,不可避免与正常航行船舶存在航路交叉现象;还有些渡口的渡运距离过长;设置在主航道一侧的渡口还会对沿岸航行船舶造成影响。(摘自长江海事局辖区水上交通安全监管规律研究)