一、滩险概况
丹洲滩为分汊浅险滩，该滩位于麻石枢纽~浮石枢纽的不衔接段。丹洲为国家4A级旅游景区，洲上有民房建筑物，四周边修建拦水坝、格坝等防护堤以抵抗水流的冲刷及改变水流状态。滩头一带河道主要靠右岸，全滩总长约2.5km，河漫滩、心洲发育形成规模较大的丹洲分布于河中间，将江水分为两汊，致使水流分散。其中右汊为主河道，该汊段内航道较为顺直，稍有弯曲，水面宽度50~100m，水深浅窄，水流湍急，河道到处有人工采砂开挖形成的沟槽及无序堆积卵石堆积体。左汊淤塞相对严重，该汊段内航道弯曲呈圆弧状，水面宽度150~250m，水面宽，但进口段和出口段均水浅，出口段还水流较急，枯水季节船只难于通行。
二、碍航特性分析
根据规划和代表船型计算通航500t级船舶航道标准尺度为2.3m×40m×330m（双线）。从本河段河势图1可见，丹洲滩为分汊浅险滩。右汊为现有主河道，水深较浅，航道较窄，根据2014年9月最新测图，在汊道入口处最大流速2.15m/s，中部最大流速达2.9m/s，流速较大，水流湍急；而左汊浅区范围较大，40m航宽范围内下段浅区水深在设计水位下0.6m左右，枯水季节船只难于通行；左汊入口流速较大，最大达到2.31m/s，汊道中下部流速较小在1m/s左右。牛背滩附近淤积严重，存在一定范围的浅区，40m航宽内的大部分浅点均为设计水位下0~0.2m左右，左汊下段浅区水深最浅处为设计水位下1.7m。
三、二维水流数学模型
1．二维水流数学模型采用沿水深平均的封闭浅水方程组描述二维水流运动，基本控制方程见公式：浅水方程的离散包括时间离散和空间离散，时间的离散采用差分法，空间的离散采用有限单元法：运用伽辽金加权余量法把浅水方程离散成非线性代数方程，然后采用Newton-Raphson方法求解。2．二维数学模型的建立与验证根据研究内容和任务要求，为较好地反映水流运动特点，丹洲滩河段二维数学模型数值模型计算范围：思维河口上游至下白沙沟，计算范围上至滩段进口上游约3.0km处，下至滩段出口向下游约2.5km处，全长约8.2km。在该河段内共计布置89,996个网格节点，网格间距约为20m。其中对丹洲滩滩段区域进行网格加密，网格间距约为2~4m。对工程河段实测水文资料进行了验证，验证资料实测瞬时水面线及流速、流向资料（2014年9月施测，Q=580m3/s），示；经验证水位计算值与实测值误差在±10cm。断面流向基本一致，各测点流速的计算值与实测值之间的差值大多在±0.1m/s内，极个别误差较大的也不超过±0.20m/s，偏差均在±10％以内。模型水位和流速验证结果如图3、图4所示。
四、航道整治工程计算及效果分析
1．整治方案丹洲滩滩性集中了弯、浅、急等特征。右槽以浅、急为主；左槽主要表现为浅和弯。根据本滩碍航情况，要彻底解决丹洲滩碍航问题，宜采用疏浚和筑坝相结合的治理思路；要解决丹洲“浅”、“急”的问题，宜开通左汊，同时布置整治建筑物控制河势，增大左汊枯水流量，以保持挖槽稳定。针对丹洲滩的主要碍航特征及河床演变特点，提出丹洲滩初步治理方案。该滩共布置了二个治理方案，方案一：疏炸现有主航槽右汊，并在进口修建鱼嘴坝和碛头坝；方案二：疏炸左汊，并在进口修建鱼嘴坝和碛头坝，以调整分流比，使得左汊航道保持挖槽的稳定。本文主要介绍这两种方案的布置及整治效果分析。（1）整治方案一疏炸开挖右汊，开挖宽度约60m，开挖底高为设计最低通航水位下2.3m，（以疏浚区下游末端设计水位控制），长2,010m，开挖工程量约420,000m3。修建碛头坝1条。坝体顶宽均为3m，坝顶高程为设计水位上1.50m。为保持坝根稳定，采用护岸型式对坝根处岸坡进行守护，守护区长30m（坝轴线上游侧20m，下游侧30m），并对坝根上、下游三角形冲刷区域进行守护，筑坝工程量约46,000m3。（2）整治方案二疏炸开挖左汊，开挖宽度约60m，开挖底高为设计最低通航水位下2.4m，（以疏浚区下游末端设计水位控制），长1,626m，开挖工程量约74,000m3。修建碛头坝1条，长度1,073m。坝体顶宽均为3m，坝顶高程为设计水位上1.50m。为保持坝根稳定，采用护岸型式对坝根处岸坡进行守护，守护区长30m（坝轴线上游侧20m，下游侧30m），并对坝根上、下游三角形冲刷区域进行守护，筑坝工程量约27,000m3。表1、表2、表3统计了两个整治方案实施后航槽中心线附近水位、流速以及比降的变化值。（1）水位变化方案一实施后由于受河道开挖及布置整治建筑物增加流量双重影响，河道内水位有增有减。流量为设计流量时，水位最大降幅为0.25m，位于丹洲滩浅区及上游，浅区水深在2.08~2.10m之间，小于整治标准2.30m。；流量为700m3/s时，水位最大降落幅度为0.12m，位于丹洲浅区上段附近。方案二实施后由于分流比的增加设计流量时，水位最大增加幅度为0.07m，整治后水深在2.30~2.37之间，最小水深满足整治标准2.30m要求；流量为200m3/s时，水位最大降幅为0.04m；流量为700m3/s时，水位最大降幅度为0.03m。（2）比降变化方案一实施后流量为设计流量时，比降变化范围为-0.72‰~0.35‰，整治后最大比降为1.9‰，位于丹洲下段浅区附近；流量为700m3/s时，比降变化范围为-0.19‰~0.16‰，整治后最大比降为1.94‰。按方案一实施，比降变化幅度不大，整治后比降总体有所减小，但局部地方比降仍较大。方案二实施后流量为设计流量时，比降变化范围为-0.20‰~0.25‰，整治后浅区最大比降为1.55‰，位于丹洲上段浅区中部；流量为700m3/s时，比降变化范围为-0.14‰~0.30‰，整治后最大比降为1.35‰，位于丹洲滩中部。按方案二实施，比降变化幅度不大，整治后浅区最大比降为1.55‰，总体有所降低。（3）流速变化按方案一实施前后航槽中心线表面流速的变化。设计流量Q=83m3/s下，流速增加值范围为-0.12~1.16m/s，方案后浅区最大流速为1.93m/s；整治流量Q=700m3/s时，流速增加值范围为-0.76~0.58m/s，方案后浅区最大流速为2.99m/s。方案二实施前后航槽中心线表面流速的变化。在设计流量下，流速增加值范围为0~0.33m/s，方案后浅区最大流速为1.17m/s；流量为700m3/s时，流速增加值范围为-0.07~0.12m/s，方案后浅区最大流速为2.17m/s。另外，整治方案一整治右槽疏浚区疏浚至设计水位下2.3m，流量为设计流量时，浅区水深在2.08~2.10m之间，小于整治标准2.30m。不能满足整治标准的前提下，将疏浚区疏浚至设计水位下2.7m。流量为设计流量时，水位最大降幅为0.33m，位于丹洲滩浅区及上游，设计流量下浅区最小水深为2.32m满足整治标准2.3m的标准；流量为700m3/s时，水位最大降落幅度为0.18m，位于丹洲浅区上段附近。流量为设计流量时，比降变化范围为-0.90‰~0.55‰，整治后最大比降为2.02‰，位于丹洲下段浅区附近；流量为700m3/s时，比降变化范围为-0.31‰~0.16‰，整治后最大比降为1.94‰。在设计流量下，流速增加值范围为-0.13~1.07m/s，方案后浅区最大流速为1.89m/s；流量为700m3/s时，流速增加值范围为-0.78~0.62m/s，方案后浅区最大流速为2.93m/s。通过比选（见表4），方案二比方案一优，初步推荐方案二。
五、结论
总的来看，丹洲滩的两个整治方案对该河段枯水的航道条件都有明显改善，通过数学模型计算和分析主要得出以下结论：①方案一疏浚至设计水位下2.3m时水深不能满足要求，通过加大疏浚深度至设计水位2.7m时能满足通航500t级船舶标准，使该河段的航道尺度达到规划目标。②方案二通过整治建筑物结合复合式开挖的方式（即上游浅区开挖较多的部位按照疏浚至设计水位下2.4m的方式，下部疏浚区按照疏浚至设计水位下2.3m的方式进行开挖）。整治方案实施后能够满足通航500t级船舶的要求。③右槽相对左槽较为顺直，但从方案一整治效果来看不如方案二实施后效果明显，考虑到方案一工程量较方案二增加较多，且方案一整治难度要比方案二大；因而现阶段推荐以方案二作为丹洲滩河段的初步整治实施方案。
作者：张帅帅 解中柱 朱俊凤 单位：长江重庆航运工程勘察设计院
