长江宜宾至重庆段航道治理关键技术研究.docx
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长江宜宾至重庆段航道治理关键技术研究
长江宜宾至重庆段航道治理关键技术研究
报告简本
1概述
1.1研讨的总体目的
〔1〕针对叙渝段航道的典型卵石滩险,本项目的研讨效果将提出较好的工程管理方案,从而处置依托工程中复杂卵石滩险的管理效果,到达预定的整治目的,为叙渝段384km的Ⅲ级航道全线贯串发明条件。
〔2〕提高依托工程设计质量,增强依托工程整治效果,并经过本项目的研讨,制定叙渝段航道在整治后临时坚持整治效果的措施,从而降低工程维护本钱20%以上。
〔3〕加快叙渝段航道进一步开发应用的进度,延长前期任务周期30%左右。
〔4〕总结叙渝段复杂卵石滩险的卵石运动规律、河床演化趋向、碍航成因、整治原那么、整治方法等,对以前的研讨效果停止较好的补充,山区河流同类滩险整治提供良好的技术参考。
〔5〕为卵石河床演化与整管实际开展提供新阅历,推进科研效果转化为理想消费力,推进航道管理技术创新和技术提高,发明良好的社会效益。
〔6〕本项目的研讨效果总体上到达国际抢先水平,关键技术局部到达国际先进水平。
1.2研讨的主要内容
本项目主要经过调研剖析、数学模型计算、物理模型实验、船模实验和实船实验等手腕,在下游金沙江建库的条件下,研讨长江宜宾至重庆段复杂卵石浅险滩、枯水卵石急滩的卵石运动规律,提出技术可行、经济合理的管理方案。
1.2.1专题一研讨的主要内容
专题一以铜鼓滩为典型滩险,经过数学模型和物理模型相结合的方法研讨叙渝段卵石浅险滩整治技术。
铜鼓滩是长江叙渝段主要浅险滩之一,也是依托工程——叙泸段航道树立工程的重点整治滩险之一。
铜鼓滩处于两反向河弯间的过渡段,上浅下险,航道弯曲狭窄,1993年曾经过疏浚和炸礁拓宽加深了枯水航槽,但近年来上口的铜鼓子浅区淤积严重,水深缺乏而碍航。
1.2.2专题二研讨的主要内容
专题二以斗笠子滩为典型滩险,经过物理模型实验、船模研讨相结合的方法研讨叙渝段卵石急滩整治技术。
斗笠子滩是长江叙渝段著名枯水急滩,也是依托工程——泸渝段航道树立工程的重点整治滩险之一。
斗笠子在历史上虽然停止过屡次整治,但效果均不理想,往往整治后2至3年滩势重新好转,本专题在已有研讨效果基础上,结合工程实施状况和整治效果进一步归结和总结斗笠子滩的整治思绪、整治原那么、整治方法等关键技术。
1.2.3专题三研讨的主要内容
本专题的主要研讨内容如下:
金沙江建库对叙渝段航道水流、泥沙运动的影响研讨,金沙江建库对叙渝段航道的总体影响研讨,金沙江对叙渝段典型滩险的航道条件影响研讨。
2长江叙渝段典型卵石浅险滩的整治技术研讨
卵石浅险滩是长江叙渝段的主要碍航滩险。
铜鼓滩、神背嘴、风簸碛等卵石浅险滩均为枯水期重点碍航浅险滩,水沙运动条件复杂、航道尺度缺乏、飞行水流条件较差。
各滩险在1987~1996年间停止过整治,但由于各种缘由,没有到达良好的整治效果。
为此,进一步总结川江卵石浅险滩的航道整治阅历,研讨卵石浅险滩的河床演化规律和整治技术,为项目依托工程――铜鼓滩的航道管理提供技术支撑和迷信依据具有重要的意义。
2.1山区急弯放宽河段的水力特性实验研讨
山区河流急弯放宽河段大多构成分汊河型,其碍航特征表现为弯、浅、险,是山区河流整治中最为复杂的河型之一,其成滩机理复杂,整治难度较大。
要彻底整治好这类滩险,必需深化研讨碍航滩险的水流运动特性、卵石运动规律、河型变化和构成机理、河床演化趋向,才干制定出经济合理的整治方案。
因此,采用概化的物理模型对这类急弯放宽河段的水力特性停止专门实验研讨是十分必要的。
经过对实验结果的剖析,得出山区急弯放宽河段的水力特性如下:
2.1.1弯道水面的横比降
〔1〕横比降最大值出现的位置
普通在河道是等宽的时分,即放宽率
=1时,横比降由弯道出口沿程逐渐增大,抵达弯顶左近,横比降到达最大值,再向下游又逐渐减小。
当
较大时,最大横比降的位置普通出如今弯道出口至弯顶段,也就是说当下游河道放宽后,会使横比降的最大值的位置向弯道上段移动。
横比降的最大值出现的位置还随着水流强度的变化而有所不同,在同一个弯道中,当弗汝德数
较大的时分,横比降的最大值出如今弯道中间稍向上偏的位置,但是当
减小到很小时,其最大值出现的位置会在弯道的出口。
2.1.2弯道水面的纵比降
水面的纵比降和流速是工程运用中最关心的两个水力要素,关于山区通航河流来说,普通都会规则航道内流速和局部纵向比降不能过大。
由于水面横比降的影响,水面纵比降沿横向的散布是不平均的,同一断面上,凸岸和凹岸之间的纵比降差异很大,方向也往往是不同的;纵比降沿纵向的散布往往也是正负相间的,最大比降出现的位置,是与横向环流的充沛开展、使最大流速区由凸岸移向凹岸,从而发生的局部减速区有关。
凸岸纵比降的最大值
在
较大时,均出如今弯道出口段,当
减小的时分,
会向下游转移,出如今弯顶段。
而凹岸纵比降的最大值
,普通都出如今弯道出口段,但是当弯道出口左近水流惯性很大,弯道中心半径也很大时,弯道出流顺畅,在凹岸沿程都没有负比降的发作,这种状况下
就有能够出如今弯道出口处。
2.1.3水流的分别区
当水流沿弯曲的管道或明渠活动时,有时水流会脱离固体边界,在主流和固体边界之间构成漩涡,这个区域称为水流分别区。
2.1.4推移质的淤积带
推移质的淤积和水流在横断面上的流速散布关系很大,流速假设大于起动流速,推移质会继续运动而不会落淤,假设某区域流速过小,推移质也无法进入到该区域,那么该区域也就没有推移质的淤积。
外形上,淤积区的外边界的线形和回流区的边界外形在弯道段很相似,基本接近弯道的外形。
出了弯道以后,回流区的边界会向内收缩,而淤积区的外边界会向外分散。
总的来说,淤积区至内岸的最大距离的变化规律基本上和回流区的宽度变化是分歧的,都是随着
的减小而增大的。
推移质在淤积的进程中,其颗粒的大小在横向的散布,从河心到凸岸出现出由大到小的散布规律。
2.2铜鼓滩管理措施研讨
表2-1左、右槽整治方案技术、经济比拟表
实验方案
工程内容
整治效果
工程量
〔m3〕
综合评价
左槽
修正
7方案
①疏浚航槽3.5m×80m。
②筑3#江心顺坝,长600m,坝高设计水位上2m,坝头段长120m为缓变坡3%~2.5%,坝头嵌入河床。
③筑齿坝:
4#、5#、6#齿坝区分长55m、46m、40m,坝高设计水位上2m,坝头坡1∶5。
1、上、下深槽平顺衔接,航槽规顺,水流颠簸,流速、比降满足飞行要求,挖槽动摇,航道条件基本改善。
2、挖槽设计合理,断面系数大于9,飞行阻力较小,契合规范要求。
3、下游水位将降低0.01m,整治工程对相邻浅滩影响甚微。
4、整治效果良好,顺应航运开展要求。
5、工程量及投资较右槽方案大。
挖槽:
211200
筑坝:
37080
整治效果良好,航道条件基本改善,建议作为该滩的整治方案,供设计参考。
右槽
修正
2方案
①疏浚铜鼓子浅区和碛翅边缘,疏浚底高程为设计水位下3.2m。
②董碛坝尾筑丁坝群:
右槽1#、2#、3#丁坝区分长128m、66m、40m,坝高设计水位上2m。
③下深槽筑4#丁潜坝,丁坝长33m,坝高设计水位上2m;潜坝长55m,坝顶水深设计水位下6m。
1、右槽出口铜鼓子浅区挖槽动摇,该滩〝上浅〞效果基本处置,但中、下段碛翅边缘疏浚区仍有泥沙回淤,该滩〝中弯、下险〞状况改善有限。
2、受河势、滩情限制,该方案难于基本改善该滩的航道条件,对航运开展要求的顺应性较差。
3、相关于左槽方案而言,具有工程量及投资较小的优势。
挖槽:
63200
筑坝:
23400
工程量较小,但整治效果不及左槽方案,可作为该滩整治工程设计的比选方案。
2.3卵石浅险滩整治技术总结
2.3.1整治原那么
〔1〕依据弯曲分汊卵石浅滩的滩势〔浅、险〕及碍航性质,分清主次抓住病根,有针对性地按制定整治措施;
〔2〕长江叙渝段弯曲汊道浅滩枯水航槽弯浅、通航水流条件较差,在飞行条件难以彻底改善时,可开拓顺直碛槽通航;
〔3〕新开顺直碛槽宜采取窄深型航槽疏浚与筑坝相结合的枯水整治方法,以维护挖槽动摇。
2.3.2通航整治汊道的选择
卵石浅滩弯曲汊道在整治前的枯水航槽,存在浅、弯、险等效果;碛槽较为顺直、枯水宽浅,年内冲淤变化不大。
〔1〕受河势条件的制约,弯曲汊道的航道弯曲半径较小,流态紊乱,经过整治航道条件有所改善,但航道尺度难以清楚提高;弯曲汊道浅区疏浚后挖槽动摇性较差,整治后又逐渐回淤而出浅。
〔2〕碛槽枯水宽浅,航深不满足要求,但较为顺直,与上下游主槽平顺衔接,河床组成相对较粗,年内冲淤变化不大。
整治的主要目的是研讨新停航槽的动摇性,优化工程整治措施。
〔3〕充沛论证各汊道整治方案的优缺陷,选择适宜的通航汊道。
弯曲汊道弯浅、通航水流条件较差,在难以彻底改善飞行条件下,思索航运开展要求,在停止充沛论证的基础上,宜开拓碛槽通航,构成衔接上、下深槽的平顺航道。
2.3.3新开顺直碛槽的整治技术
〔1〕采取基建性疏浚与整治修建物相结合的整治方法
沙卵石河床宜以修筑整治修建物与疏浚相结合的方法。
碛槽较为顺直,与上下游河槽平顺衔接,但枯水宽浅,航深不满足要求,且河床组成相对较粗,仅经过增大流速难以完成增大航深的目的,故需停止基建性挖槽,开拓新的航槽。
同时,应应用整治修建物调整水流结构,增强河段的输沙才干,将多余的泥沙保送出去或改动泥沙的输移方向〔如变纵向为横向运动〕,使其淤至航道以外,或使泥沙淤积到深槽中,以取得动摇航道。
〔2〕以枯水整治为主
卵石浅滩段虽然在中洪水流量下往往还存在急、险等碍航现象,但主要碍航成因是浅,整治时应以枯水整治为主。
采用丁坝、顺坝束水导流整治,在洪水下降的最后阶段,提高冲刷才干,到达最低通航水位时的保证航深。
整治修建物高程在设计水位上1.8~2.5m。
〔3〕采取工程措施添加顺直碛槽分流比,以增强顺直碛槽的输沙才干
①修建洲头顺坝可以调整左右两槽分流比,添加挖槽动摇性。
②修建洲头顺坝可以添加碛槽流量,但应思索对推移质运动、坝体动摇性的影响。
③可在弯曲汊道内修建整治修建物以添加直槽流量。
〔4〕碛槽内筑坝束水攻沙以维护挖槽动摇
2.3.4新停航槽设计
〔1〕挖槽平面布置
挖槽定线的基本原那么:
①挖槽的方向与主流方向分歧,并位于主流线上,与主流向交角不应超越15°。
②挖槽在平面上常设计成直线,挖槽不可防止出现折线时,其转弯半径应满足要求,并适当加宽。
③挖槽应选择最短线路。
〔2〕挖槽横断面设计
挖槽断面设计的内容包括挖槽宽度和深度。
在满足航道尺度的条件下,挖槽概化模型水流条件实验研讨说明,在挖槽断面面积一定时,在B/H=17.8时,近底纵向底流速、摩阻流速逐渐最大,输沙强度值最大。
因此,窄深型挖槽断面挖槽动摇性优于宽浅型,为了添加汛后冲刷,在整治流量时在B/H=21.5时即可完成较为清楚的效果。
2.3.5挖槽动摇性要求
〔1〕挖槽动摇性的普通要求
挖槽的主要效果是汛后推移质回淤效果。
为满足挖槽动摇,应使挖槽内的流速大于开挖前挖槽区的流速;应使挖槽河段开挖后的断面平均流速不小于挖槽下游段的断面平均流速;应使挖槽内的流速沿程相等或有所添加。
〔2〕弯曲分汊新开碛槽挖槽内流速控制目的
在满足挖槽动摇性的普通要求的同时,挖槽后的流速应到达一个多大的数值,是在停止模型实验添加挖槽流量、束窄河床增大流速时的控制条件。
为满足挖槽动摇,普通要求整治流量时挖槽内流速约为卵石的起动流速的1.1~1.3倍。
3长江叙渝段典型卵石急滩的整治技术研讨
3.1卵石边坡冲刷动摇实验
经过边滩冲刷动摇性水槽实验,主要研讨卵砾石边坡的冲刷进程及机理;边滩坡脚卵石的起动;卵石边滩冲刷动摇时的平面形状及水流特性;局部紧缩水流时,边滩冲刷状况以及水流条件的变化。
研讨说明:
卵石边滩的起动和冲刷与坡脚处的流速和水深有关;在卵石边滩冲刷动摇时,卵石边滩的岸线基本与固定边界的岸线平行,且水流的比降比拟平均,流态较好;局部紧缩水流时,滩口处比降变化较大,固定边界紧缩宽度大于卵石边滩冲刷动摇时前进的宽度。
3.2规范船型自航上滩水流目的研讨
依据交通部最新发布的川江船型规范,结合叙渝段典型卵石急滩——斗笠子滩实践状况,采用川江急滩水流目的实际计算和概化水槽船模实验等方法,研讨叙渝段卵石急滩段的水流流速、比降对船舶的阻力以及代表船的型动力状况,提出泸渝段卵石急滩的水力目的。
叙渝段为Ⅲ级航道规范,规范船队为881kW推轮顶2艘500t或1艘1000t驳组成的1000t级船队,其卵石急滩自航上滩水流目的如下表:
表3-1急滩自航上滩水流目的
流速〔‰〕
1.00
2.0
3.0
比降〔m/s〕
3.9
3.5
3.1
3.3斗笠子管理措施研讨
表3-2斗笠子滩整治方案一缆表
实验方案
工程内容
工程量
整治效果
综合评价
方案一
〔庙角碛疏浚+支汊疏浚〕
1.庙角碛疏浚:
A(581480.68,3206884.78)、B(581780.72,3207015.73)、C(582147.76,3207063.34)、(582253.78,3207106.03)
2.支汊疏浚:
A(581305.20,3206529.72〕、B(81802.22,3206510.03)、C(581351.58,3206622.98)、D(581806.41,3206580.18)
(挖槽深度设计水位下2m)。
挖槽:
78500m3
有利于改善斗笠子滩的飞行水流条件,但庙角碛挖槽区易于回淤,并且支汊疏浚区域也易于回淤。
整治效果较好,但挖槽区易于回淤
方案二
〔庙角碛疏浚+丁坝分沙〕
1.庙角碛疏浚同方案一;
2.丁坝分沙:
A(581344.84,3206809.84〕、B(581484.29,3206889.80)、C(581509.65,3206848.14)
坝顶高程199.5m。
挖槽:
40500m3
丁坝:
4800m3
未到达分沙效果,庙角碛的回淤未失掉基本性的改善。
基本不可行方案
方案三
〔移顺坝+滩口炸礁+滩口下游180m处炸礁〕
1.坝1/3旋转7°,坝头左移25m。
移坝后河床高程为设计水位下4m水深。
筑坝长度200m,坝顶宽度为3m,两侧放坡1:
1.5
2.在滩口处炸礁,炸礁高程为设计水位下5m。
3.以滩口下游180为中心炸礁,炸礁高程为设计水位下4m。
拆坝:
18000m3
筑坝:
18000m3
炸礁:
15870m3
改善斗笠子滩的水流条件较好,从船模实验和水流最不利比降、流速组合来看,船舶自航上滩才干普通。
在庙角碛碛翅和碛尾左近有大批的泥沙淤积。
工程量最小。
效果普通
续表3-2斗笠子滩整治方案一缆表
实验方案
工程内容
工程量
整治效果
综合评价
方案四
〔移顺坝+滩口炸礁+滩口下游180m处炸礁+岛尾坝〕
在方案三的基础上,再在庙角碛尾新建一条岛尾坝:
坝高程198.5m〔平坡〕,筑坝长度100m,顶宽度为3m,两侧放坡1:
1.5
拆坝:
18000m3
筑坝:
25200m3
炸礁:
15870m3
改善斗笠子滩的水流条件好,从船模实验和水流最不利比降流速组合来看,船舶自航上滩才干较好。
在庙角碛碛翅和碛尾左近仍有大批的泥沙淤积。
可作为引荐方案
方案五
〔移顺坝+滩口炸礁+滩口下游180m处炸礁+岛尾坝+分沙坝〕
在方案四的基础上,再在庙角碛碛首新建两条分沙坝:
坝顶高程200.0m〔平坡〕,坝顶宽度3m,两侧1:
1.5放坡。
第一条坝长度165m,第二条坝长度150m。
拆坝:
18000m3
筑坝:
29400m3
炸礁:
15870m3
枯水期冲刷庙角碛碛翅处冲刷泥沙才干与方案四相差不大。
布置分沙坝后,只是改动庙角碛碛翅局部的淤积量,工程河段泥沙洪水期主要输移路途以及庙角碛碛翅的淤积并没有失掉实质性的改动。
中洪水期,分沙坝对船舶下行有一定影响。
工程量最大。
分沙坝减淤效果不清楚,且对中洪水船舶下行有一定影响,建议不采用。
3.4卵石急滩整治技术总结
依据斗笠子滩和筲箕背滩历年整治状况,结合两滩现有整治方案,对叙渝段卵石急滩的卵石运动规律、水力目的、整治原那么、整治方法停止总结。
3.4.1卵石急滩卵石运动规律
①不论洪水期还是中枯水期,推移质输移路途关于斗笠子滩主航槽和筲箕背滩练家槽来说,都是异岸输移。
②洪水期推移质输移路途经过主航槽,并发生一定淤积;枯水期水流归槽冲刷洪水期淤积的推移质。
③洪水期和枯水期的推移质输移路途方向不一样。
斗笠子滩、筲箕背滩洪枯期卵石推移质输移方向的夹角区分为40°、30°左右。
④斗笠子滩和筲箕背滩的卵石运动剧烈,均出现三维卵石沙波。
斗笠子滩的卵石沙波出如今主航槽以下的斗笠子滩,筲箕背滩出如今练家槽以上的筲箕背滩脊。
⑤卵石运动与年来水量关系较大。
1990年,筲箕背汛期和汛后的地形变化很小,2003年,斗笠子滩汛期和汛后主航槽地形变化也很小。
剖析其缘由,主要是这两年的洪水流量较小形成的。
1990年、2006年朱沱站年最大洪水流量区分为30000m3/s、27800m3/s,小于1990~2005年的年最大洪水平均流量32800m3/s,更小于5年一遇洪水流量为45100m3/s。
3.4.2整治原那么
〔1〕卵石急滩以调理急滩比降为主
在方案布置时,主要以减小比降为主,最大局部比降能调整到2.0‰左右。
从整治效果来看,降低了卵石急滩的比降,流速并未降低多少,船舶自航上滩的才干大大提高。
〔2〕布置整治方案时既要思索规范船队自航上滩,又要思索航槽动摇。
3.4.3整治方法
〔1〕炸除河底礁石等方法停止扩展过水断面,既能满足船舶自航上滩,又能坚持航槽动摇。
扩展过水断面是急滩整治的基本方法之一。
经过扩展滩口过水断面,水流相对平顺,急流段的比降相对较小,流速减缓,使调整后的水流条件,能满足船舶自航上滩。
〔2〕采取局部炸礁方法,减小底部环流,改善流态。
由于河床康庄小道,河床高差较大,底部环流失掉充沛开展。
水位越枯,底部环流强度越大,故在设计水位时,虽从外表流速和比降组合来看能满足船舶自航上滩,但较强的底部环流使船舶不能自航上滩。
〔3〕修建岛尾坝能局部壅水,到达减小庙角碛碛尾横比降,拓宽缓流区的目的,以便船舶自航上滩。
〝上疏下抬〞是急滩整治的方法之一,〝下抬〞的普通方法是在滩下深槽断面修筑潜坝,筑坝壅水,减缓滩口的比降、流速,改善流态,使船舶能自航上滩。
4金沙江建库对叙渝段航道的影响研讨
金沙江建库惹起的水流、泥沙条件的改动,将使叙渝段河床演化规律发作相应变化,直接影响一些重点滩险的水流、泥沙、河床变化规律,从而形成卵石滩险的河床下切,基岩河床滩险的水流流速、比降加大,这些变化都将影响航道的通航条件。
采用一维数学模型,重点研讨建库后长河段水流、泥沙运动规律和水位变化趋向,并经过局部河段平面二维水沙数学模型模拟计算,研讨典型重点浅滩河段的河床演化、水流条件、航道尺度的变化状况及开展趋向。
4.1重点滩险二维数学模型计算
平面二维数学模型计算的主要目的是,剖析向家坝水电站修建后,在电站日调理下泄非恒定流状况下,对叙渝段重点滩险平面二维水流流速、流态、水深、河床冲淤变化的影响。
区分选取铜鼓滩和风簸碛作为重点研讨对象。
为讨论下游金沙江建库后,经水库调理下泄非恒定流进程对长江叙渝段航运条件的影响,树立了非恒定流数学模型。
选取重点河段〔铜鼓滩、风簸碛河段〕,计算了河道中水流为非恒定流时流速及水深散布,确定河道中水流流态及水位变化;并对沿程各断面位置处水流运动参数的变化进程停止了研讨,着重对流速、水位随时间的变率做了剖析,反映流速及水位随时间的变化强度。
①依据水文资料统计剖析,向家坝水库在下泄最小流量为1200m3/s时,长江叙渝段〔李庄站〕年均1.6天流量小于设计流量1950m3/s。
②溪洛渡、向家坝建库后将阻拦金沙江大局部悬沙和简直全部推移质。
长江叙渝段推移质泥沙由自然的年均226.4万t增加到年均44.4万t。
③当叙渝段河道基流最小时,向家坝停止日调理时为非恒定流状况下叙渝段河道通航条件最不利工况。
④非恒定传达播沿流程存在洪峰坦化现象,相应沿程流量、水深、流速变幅逐渐减小。
⑤不同日调理工况比拟发现,最小下泄流量添加,沿程各点水力参数变幅减小。
⑥向家坝日调理流量进程经长距离河道调蓄作用后,至铜鼓滩、风簸碛河段最小流量较自然枯水流量增大,航道水深添加。
⑦上、下游河段水力参数变率剖析显示,沿程水力参数变率减小,非恒定流惹起的河道水流动摇沿程衰减。
⑧长时段日调理对河道变形影响因河床组成和边界条件的差异而不同,对比而言,铜鼓滩段河床变形较风簸碛段清楚。
⑨河床变形后,可通航宽度添加,但同时能够随同有航深的减小,非恒定传达播添加水深的效果有所反弹,河段航深与自然来流时相当。
4.2金沙江建库后对叙渝段航道的影响
下游金沙江建库后,叙渝段的来水来沙条件将发作较大的变化,从而招致本段航道水流条件和泥沙运动规律发作改动,这些改动将惹起河床演化规律的改动。
研讨说明:
〔1〕虽然电站日调理流量对叙渝段下泄非恒定流存在洪峰坦化现象,相应沿程流量、水深、流速逐渐减小,但宜宾至太安长140km的河段,水位日变幅都在0.7m以上。
越接近坝址,水位日变幅越大,李庄以下水位变幅近2m。
这将对船舶的靠泊和飞行平安带来一定影响。
〔2〕长时段清水冲刷对河道变形影响:
因河床组成和边界条件的差异而不同,在少数中央由于河床冲刷下切惹起水位下降,而在由严密的大粒径沙卵石或礁石组成的滩脊,由于抗冲性强,水位下降后将惹起水深减小。
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