陡坡河段变动回水区推移质运动特性的试验研究

基于物理模型试验,探讨典型河段变动回水区推移质的运动特性,分析在库水位消落及来流增大过程中,淤积体平面形态及淤积体推进轨迹变化等特性。试验结果表明,由于河段比降较大,水库回水尖灭点上下游呈现不同的流态,从急流变为缓流的过程中,输沙能力会陡然下降。在库水位消落过程中,保持上游来流不变,泥沙淤积体输移的距离大致与水库回水尖灭点前行的距离相当,且下游水位降至875 m时,淤积体在河道湾顶附近被水流切割分成上下两部分,两级淤积体间泥沙颗粒级配差异较为明显,反映出水流的分选作用。在来流增大过程中,当推移质来沙量不变时,保持下游库水位不变,增大上游来流量,推移质淤积体向下游推进的幅度相对较小,表明研究河段变动回水区内的推移质运动受下游回水作用影响较大。对于陡坡性变动回水区,在给定上游来沙总量的前提下,泥沙淤积体前沿的推进幅度主要受到库水位降低的影响,而受上游流量的影响相对较小。     

上游建库后三峡水库航道条件的优化

针对三峡水库入库水沙条件改变影响水库蓄水进而改变上、下游航道条件的趋势,提出了通过提前水库蓄水时间的方法对三峡水库航道条件进行优化,但提前蓄水也可能增加泥沙淤积从而加剧变动回水区浅滩碍航.采用一维水沙数学模型,结合三峡水库上游建库引起的来沙变化,首先分析了提前蓄水对三峡水库变动回水区浅滩航道条件的影响,结果表明,在上游建库之后,即使提前30 d蓄水,在三峡水库运行100年内都不会额外增加变动回水区浅滩碍航,在此基础上深入分析了提前蓄水对三峡水库上、下游航道条件的优化作用.     

库区交汇流河段泥沙淤积特性研究

库区交汇流河段的泥沙淤积是河流再造床过程的突出表现,也是影响水库正常运行的重要因素之一.为了研究其对水库正常运行的影响,在总结现有交汇区泥沙冲淤变化研究成果的基础上,以辽宁大凌河白石水库为研究对象,分析不同来沙量、交汇角、干支流洪水特征对不同位置的库区交汇流河段泥沙淤积特性的影响.研究表明,位于常年库区的交汇流河段,在来沙量、交汇角、干支流洪水遭遇几率相同的情况下,其淤积幅度远大于位于变动回水区的交汇流河段;白石水库常年库区的牤牛河交汇区淤积强度较大,交汇区干流纵向上形成凸起的沙坎;沙坎的淤积发展将会给水库的正常运用带来不利影响.     

三峡库区涪陵至铜锣峡航道炸礁工程及效果分析

三峡工程建成后,库区河段的航行条件将得到显著改善,为万吨级船队直达重庆港奠定了基础,对促进长江航运发展有着巨大的推动作用。但按照万吨级船队的通航标准,库区仍有部分河段不能满足航道畅通和航行安全的要求,需通过整治措施来消除存在的碍航问题。涪陵至铜锣峡河段航道炸礁工程是库区航道整治的重要内容之一,在工程中对14处河段内的30座碍航礁石进行了炸除。通过对各类礁石的碍航特征进行分析后,按照万吨级船队的通航标准提出炸礁工程的设计参数和炸礁整治方案,并对整治效果进行了分析预测。     

三峡工程变动回水区青岩子河段泥沙问题的研究

本文分析了长江三峡工程变动回水区青岩子河段边界条件、水流条件、河道冲淤基本规律和演变机理。论述了进行这类河段物理模型设计和试验所应(?)循的基本原则和技术关键。作者采用数学模型和物理模型相结合的研究方法,预报了三峡建库后青岩子河段的冲淤规律和航道条件,提出了解决航道淤积同题的有效途径。     

试验性蓄水期嘉陵江长江交汇河段的冲淤特性

变动回水区河段的侵蚀基准面在蓄水期抬升,在消落期和汛期逐渐恢复为天然状态,其冲淤调整特点不同于自然条件.以三峡库区嘉陵江与长江交汇河段为例,分析了175m试验性蓄水期前后交汇河段冲淤特性的变化.结果发现,175m试验性蓄水以前,交汇河段由于上游来沙持续减少出现了累积性冲刷,175m试验性蓄水以后,侵蚀基准面的抬升抑制了交汇河段的冲刷发展态势;其中支流嘉陵江来沙量减少的程度高于长江干流以及2008-2012年汛期汇流比大于2003-2007年,使得嘉陵江支流河段继续冲刷,而长江干流河段转为淤积.175m试验性蓄水前后交汇河段年内汛淤枯冲的基本规律未变,但主要走沙期由汛后推迟到了次年的水位消落期,走沙量减少.     

鹅头分汊河段航道整治工程适应性分析

对鹅头分汊河段进行了分析.鹅头分汊河段多汊并存,洲滩易变,航道条件较差.三峡工程蓄水前后,长江中下游鹅头分汊河道一般都实施了航道整治工程,整治原则以稳定洲滩、保持分汊为主.但由于鹅头分汊河段均处于周期性调整过程中,对于不同演变阶段,河段碍航特性存在差异,工程治理重点和效果也不同.演变初期的汊道,周期性调整动力较强,洲滩演变剧烈,整治思路以稳定分流格局为主,但整治工程往往不能立刻发挥效果,需要反复强化;处于演变中期和末期的汊道,整治工程更着重局部航道条件的改善,一般治理效果较好,但仍需重视河段周期性调整动力及三峡工程蓄水后河段河床冲淤特性,加强观测,及时采取措施,巩固工程效果.     

蓄水方案变化对三峡水库泥沙淤积及通航条件的影响

针对三峡水库入库水沙条件及实际运行方式的变化,计算分析了三峡水库蓄水方案变化对水库泥沙运动及变动回水区航运条件造成的影响.采用一维水沙数学模型,计算了不同蓄水方案对水库泥沙淤积情况的影响及各方案间的差别,进而对方案调整后变动回水区重点浅滩的水深变化进行了研究.结果表明,在新的水沙条件及考虑上游建库的影响下,蓄水方案调整带来的影响主要集中在6~11 a,并随水库运行时间的延长而缩小,不会对变动回水区浅滩河段通航条件产生不利影响.     

三峡工程运用后上荆江枯水河槽调整及其对航道的影响

三峡工程运用后,上荆江河段河床冲刷较为剧烈,枯水（5000 m3/s流量下）河槽形态相应发生调整,对航运产生了较大影响。本文通过一维水动力学模型确定了各固定断面的枯水河槽形态参数。由于不同断面的河槽形态沿程存在显著差异,故采用基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的河段平均方法,计算了2002-2015年上荆江河段尺度的枯水河槽形态参数。计算结果表明：受大范围护岸及护滩工程的影响,研究时段内上荆江枯水河槽宽度仅有小幅度增加,而相应的水深和面积增加约0.68 m及870 m2,增幅分别达12%及15%,航道条件总体上有所改善;枯水河槽宽深比呈持续减小趋势,由2002年的5.73减小至2015年的5.17,故近期上荆江枯水河槽形态趋于窄深;但在火箭洲、沙市及公安弯道等局部河段,江心洲或凸岸边滩的剧烈冲刷导致河槽展宽,宽深比明显增加,引起局部水深不足、航槽不稳定等现象。此外通过分析河槽形态调整对前期水沙条件的滞后响应,建立了河段尺度的枯水河槽形态参数与前6年平均的汛期水流冲刷强度之间的经验关系。结果表明：受人类活动干扰,上荆江河段尺度的枯水河槽宽度与前期水沙条件的相关程度较低,故建立的枯水河槽宽度公式不能反映水沙条件变化对河宽调整的影响;而上荆江河段尺度的枯水河槽水深、面积、宽深比与前6年平均的汛期水流冲刷强度的相关程度分别为0.92、0.95及0.85,故这三个参数均可较好地对由于三峡工程运用引起的水沙条件改变做出快速响应。     

三峡水库蓄水后枝江—江口浅滩河段演变趋势

分析了三峡水库蓄水前后砂卵石河段末端枝江—江口河段河床冲刷及枯水位变化特点,同时根据河床勘测资料探讨了河段极限冲刷状态地形,并分析预测了极限冲刷状态水流条件的变化.研究认为,本河段河床抗冲性的差异导致沿程水位降幅不一;在未来河床冲刷和水位下降过程中,局部抗冲性强的河段将可能面临水深不足和坡陡流急的碍航局面.     

三峡蓄水后白沙～茅草街双向水流河段航道的变化

根据实测资料分析了白沙~茅草街双向水流河段水沙特性以及该河段碍航成因,得到蓄水前南咀输入该河段的沙量太大是导致枯水期碍航的主要原因.在此基础上,利用三口分流的最新研究成果,计算了蓄水20 a后进入该河段水沙的变化,得到了蓄水20 a后南咀站沙量减少将会导致该河段在枯期碍航的情况得到改善的结论.且水库调蓄作用导致白沙~茅草街河段在4、10、11月份水位下降,但仍满足通航要求,12月至次年3月份枯水期水位略有增加,且低于设计水位的天数有一定的减小,因此通航条件将会有一定的改善,5、6月份水位增加,也均满足通航条件.总之,蓄水20 a后白沙~茅草街河段通航条件将会得到改善.     

长江中游航道的临界归槽河宽

实测资料分析表明,汛后退水过程中,当水位退至82航行基面以上6m时,长江中游水道浅滩开始冲刷,与此对应的河宽称为归槽河宽.长江中游水道归槽河宽存在临界值,当实际归槽河宽大于临界归槽河宽时,水道可能碍航,而当实际归槽河宽小于临界归槽河宽时,航道条件较好.实测资料统计及理论分析表明,沙市—藕池口、藕池口—城陵矶、城陵矶—武汉、武汉—九江临界归槽河宽分别约为1 300～1 500m、900～1 100m、1 500～1 700m、1 800～1 900m,随设计水位及航道尺度不同而有所变化.三峡水库蓄水后,沙量减小,洲滩萎缩,归槽河宽增加,应及时对归槽河宽接近或大于临界归槽河宽水道中的关键洲滩进行守护,防止归槽河宽进一步增加导致航道条件恶化.     

三峡水库运用20a后对草尾河航道的影响

三峡水库运用后,从三口进入湖区的水沙将会在中枯水期发生一定的变化,对草尾河航道产生一定影响.利用三口分流以及城陵矶水位研究的最新成果,计算蓄水20 a后进入该河段水沙的变化,水库调蓄作用导致草尾河在10、11月份水位下降,河段比降、流速均增加,部分日期不能满足通航要求;12月至次年3月份枯水期水位略有增加,且低于设计水位的天数有一定减小,河段比降、流速减缓,因此通航条件将会有一定的改善;4月份水位下降,比降、流速略有增加,5、6月份水位增加,且河段比降、流速减缓,在该3个月期间均满足通航条件.     

三峡水库新蓄水方案对重庆河段航道的影响

运用重庆河段平面二维泥沙数学模型对三峡水库蓄水方案改变后重庆河段水流运动及泥沙冲淤进行模拟.文中给出了数学模型的计算条件、关键问题的处理方法及详细验证结果,并运用此模型计算分析了三峡水库采用新的蓄水方案后重庆河段在100年内的冲淤变化情况,结果表明:模型验证结果良好,具有较强实用性;新的蓄水方案情况下,重庆河段在三峡水库蓄水后淤积量逐年增长,泥沙淤积纵向分布主要集中宽阔的浅滩段,横向分布主要集中在汛期的回流区或边滩部位,部分浅滩河段随着三峡水库运用时间的增长出现碍航问题.     

潜堤对海堤口门区水流条件的削弱及应用

港口航道工程和围海工程都存在口门区水流问题,前者影响船舶的通航安全,后者影响工程的合龙施工安全,是重要的工程技术问题.为此,概化实际工程案例,建立局部小变率物理模型,研究口门区削流的潜堤工程措施,结果显示:①一定条件下,潜堤具有明显的削流作用,且工程量相对较小,可以作为口门区水流条件改善的一种工程措施;②本文的应用实例虽然是针对航道工程的,但是对于水力条件恶劣的围海工程,也具有一定的参考价值;③潜堤的削流效果和工程的布置、工程区的水文条件有关,需具体问题具体分析.     

基于LKL参数估计的三峡库区水上交通安全状态方程研究

长江干线三峡库区属于水上交通高风险水域,自2003年6月高程蓄水以来,通航环境发生了重大变化。依据动态系统状态方程构建原理,研究并建立了以年度事故死亡率为转移变量的状态方程。针对三峡成库时间较短、数据量少的特点,采用小样本的最小二乘-卡尔曼滤波-最小二乘(Least square method-Kalman filtering algorithm-Least squaremethod,LKL)参数估计方法,测算系统危险程度及安全控制力度值,得到了三峡库区水上交通安全状态方程,并进行系统分析与评价。     

三峡工程下引航道水沙运动数值模拟

本文在以往研究的基础上建立了能模拟三峡下引航道水沙运动规律的数学模型,探讨了三峡下引航道在连续五级和分散三级两类船闸布置方案下的水沙运动规律及如何削弱水位波动,减少泥沙淤积等问题,并比较了两类布置方案的优劣,所得结果可供工程设计参考。