两坝间喜滩长直窄深型急滩治理方法研究

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1、两坝间喜滩长直窄深型急滩治理方法研究第一章绪论1.1研究背景及意义随着国民经济的快速发展，党中央、国务院以及地方政府已高度重视长江黄金水道的建设，近些年来已陆续开展了一系列的航道整治工程，长江干线的航道等级以及通航条件得到逐步提高和改善。特别是2007年12月14日，温家宝总理专门作出了长江航道建设要加强的重要批示，长江黄金水道建设进入了整体加快推进和系统整治的新阶段。长江干线两坝间河段上起三斗坪，下至葛洲坝水利枢纽，长约38km。该段航道位于川江航运的咽喉地段，并穿行于高山峡谷之中，蜿蜒曲折，

2、谷壁陡峭，河槽窄深，是长江上游中洪水期航行条件最困难的区段之一。三峡工程于2003年6月蓄水运行后，两坝间河段中、枯水期受三峡大坝调节和葛洲坝反调节的影响，水流较平缓，流速、比降较小；但在汛期大坝泄洪期，由于受该河段谷壁陡峭，河槽窄深等特殊地形地貌影响，导致水流湍急，流态紊乱，泡漩、回流等现象随处可见，且滩险集中在两坝间中段莲沱至偏脑河段，在15km长的河段中，有水田角、喜滩、石牌、天花板、偏脑等急流滩段，其中水田角、喜滩、石牌两滩一湾船舶航行最为困难。喜滩位于宜昌上游27.8～28.8km，南

3、北两岸高山峡谷，河面狭窄，河床窄深，过水断面多呈V形。南岸岩咀，石盘断续分布，北岸芭蕉溪下段至沙坝子一带乱石堆积，两岸岸线极不规则。洪水河宽仅约400m，滩段河面束窄，最窄处仅250m左右，滩下游逐渐放宽到550m，喜滩石咀与脚踏铺石对峙，水流紧束，为典型的长直窄深型急滩。模型试验成果表明[1]：葛洲坝坝前水位控制63m，流量25000m3/s时，整个滩主流流速均在2m/s以上，最大流速为2.77m/s，上水航线上最大流速2.5m/s，相应比降1.77‰，己超过万吨级船队允许的流速

4、、比降搭配，船队不能自航过滩[2]。1.2国内外研究现状航道整治应符合河床演变的规律和河流动力学的原理，统筹兼顾，科学规划。航道整治的原则跟河型及滩险的性质相关，故而应根据不同滩险的碍航性质，分清主次，针对性地选择整治措施，优化方案，必要时可调整险滩段的河床形态，改善流速与流态。条件许可时，可开辟缓流区，以避开危险区域[3]。整治顺序一般是先险后浅的原则，险急滩对船舶航行安全威胁较大，是最容易发生海事的河段，应首先进行整治。同时，要全段规划，避免引起上游河段滩险的恶化[4]。首先，应统筹兼顾，照

5、顾综合利用的效益，治理后不得危及防洪堤岸的安全，不影响排涝、引水工程等设施的正常运行，保持河势的稳定；其次，应顺从自然特性遵循滩险河床的演变规律，因势利导；再者，模仿优良河段的断面尺寸形态，借鉴整治成功经验；最终，合理的利用疏浚与导治相结合的方法进行治理。山区河流多受原生地形的影响，表现出不同于平原河流的碍航特性，其中急流滩就是山区河流主要的碍航滩险。在统计的石质滩险中，急流滩约为50%[5]。..第二章数学模型的建立及验证2.1二维水流数学模型的建立浅水方程离散包括空间离散及时间离散。空间离散

6、采用有限单元法，时间离散采用差分法：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Ne，计算河段共19601个单元，40158个节点。重点治理区域喜滩段位于三条沟以下1.2km的河段，该段洪水河宽可达400m左右，滩段河面束窄，最窄处仅250m左右。计算河段的网格间距为25m。由于喜滩段的两岸为高山峡谷，河床窄深，两岸岸线极不规则，因此对重点治理区域的网格进行了加密处理，加密处网格间距为10m，其网格布置见图2.2。原型实测水位资料中位于计算河段的共有六把水尺，根据水尺的布置情况将

7、计算河段划分为七段，图2.3为计算河段的分段示意图，SC3和SC4两段为重点治理区域。基于原型的实测水面线资料，率定出了不同流量下各段的综合糙率，如表2.2所示。计算研究河段共有六把水尺，其中左岸3把，右岸3把。经数值模拟计算得到各水尺位置的水位，将其与原型实测资料相比较，结果见表2.3。从表中我们可清楚的看出，六把水尺的计算水位与原型水位的偏差均小于±0.1m，即所建数学模型的水位验证满足《内河航道与港口水流泥沙模拟技术规程》（JTJ-T232-98）规定的误差要求。.第三章滩险

8、水流特性及滩险成因分析........243.1研究河段基本情况......243.2计算工况......263.3规划航线......26.4滩段水流特性分析.....263.4.1上行航线水位........273.4.2上行航线流速........273.5综合上滩指标........283.6滩险碍航特点及成滩原因分析.....323.7本章小结......33第四章扩大泄水断面治理方法研究.......344.1滩段治理原理........344.2扩大泄水断面法方案K1......3