第一篇：長(zhǎng)江航道整治邊灘守護(hù)及護(hù)底工程關(guān)鍵技術(shù)研究.

長(zhǎng)江航道整治邊灘守護(hù)及護(hù)底工程關(guān)鍵技術(shù)研究

報(bào) 告 簡(jiǎn) 本 概述

長(zhǎng)江作為我國(guó)第一大河流，是全國(guó)內(nèi)河航運(yùn)最重要的水運(yùn)主通道，水運(yùn)條件十分優(yōu)越。長(zhǎng)江干線航運(yùn)是連接我國(guó)東、中、西部地區(qū)的重要紐帶，是實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的重要依托，也是長(zhǎng)江沿江經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展的重要支撐。

為保障長(zhǎng)江干流航道的暢通，從根本上解決淺灘礙航問(wèn)題，特別是三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用后，上游來(lái)沙量逐漸減少，受其影響，長(zhǎng)江中下游河道內(nèi)的洲、灘受到不同程度的沖刷，水流特性更加復(fù)雜，從而對(duì)護(hù)灘建筑物的穩(wěn)定性提出了更高、更新的技術(shù)要求。在新的形勢(shì)下，要求積極探索新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的研究思路，確保整治工程效果以及全壽命成本最低。因此，為適應(yīng)長(zhǎng)江中下游不同類型灘體的沖刷變形特點(diǎn)，保證整治工程的質(zhì)量和整治效果，不僅需要對(duì)已有護(hù)邊灘（底）建筑物的平面布置、結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行總結(jié)、優(yōu)化，更需要對(duì)不同種類的新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的創(chuàng)新和提高。本項(xiàng)目針對(duì)長(zhǎng)江航道整治邊灘護(hù)灘（底）工程關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)展以下三個(gè)專題研究：

專題一“邊灘水沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及護(hù)灘（底）建筑物破壞機(jī)理研究”； 專題二“長(zhǎng)江航道整治護(hù)灘（底）建筑物模擬技術(shù)研究”； 專題三“邊灘護(hù)灘（底）建筑物布置與結(jié)構(gòu)研究”。主要研究?jī)?nèi)容及成果

2.1 主要研究?jī)?nèi)容

2.1.1專題一

（1）在專題二對(duì)長(zhǎng)江中下游各類邊灘形態(tài)、演變特征、護(hù)灘建筑物損毀類別、特征及原因等分析的基礎(chǔ)上，選擇具有代表性的一種邊灘形態(tài)進(jìn)行水槽概化模型設(shè)計(jì)、制作及驗(yàn)證；

（2）通過(guò)水槽概化模型的定、動(dòng)床試驗(yàn)，研究無(wú)護(hù)灘建筑物條件時(shí)邊灘上的水流結(jié)構(gòu)與泥沙運(yùn)動(dòng)特性；

（3）通過(guò)水槽概化模型的定、動(dòng)床試驗(yàn)，研究有護(hù)灘建筑物條件下的邊灘上水流結(jié)構(gòu)、泥沙運(yùn)動(dòng)特性及灘面受力特點(diǎn)；

（4）護(hù)灘建筑物的沖刷變形及破壞過(guò)程與水力要素、灘體形態(tài)、組成的相互關(guān)系；（5）進(jìn)行護(hù)灘建筑物保沙護(hù)灘及損毀機(jī)理研究。2.1.2 專題二

（1）分析長(zhǎng)江中下游各類邊灘的成因、河床組成和水流分布特性等，研究灘體和護(hù)灘建筑物的分類特點(diǎn)；

（2）通過(guò)收集整理長(zhǎng)江中下游航道整治護(hù)灘工程河段的基本資料，分析護(hù)灘建筑物的破壞情況及影響護(hù)灘建筑物穩(wěn)定性的主要因素；

（3）研究護(hù)灘建筑物概化模型的模擬技術(shù)，包括：護(hù)灘建筑物模擬的相似條件、模擬材料的選擇與特性、模型沙的選擇以及模型操作控制技術(shù)等方面。2.1.3 專題三

（1）收集國(guó)內(nèi)外，特別是長(zhǎng)江中下游已有邊灘護(hù)灘（底）建筑物的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究成果；

（2）結(jié)合工程運(yùn)行后的實(shí)際情況，通過(guò)典型案例對(duì)散拋塊體、壩體、軟體排等護(hù)灘（底）建筑物的適用條件、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析；

（3）通過(guò)水槽試驗(yàn)，進(jìn)行軟體排和四面六邊透水框架護(hù)灘效果研究；（4）結(jié)合專題一研究成果，從護(hù)灘（底）建筑物結(jié)構(gòu)和功能破壞兩方面進(jìn)行護(hù)灘（底）工程總體效果判別標(biāo)準(zhǔn)探討；

（5）根據(jù)專題一、二研究成果確定護(hù)灘帶守護(hù)部位、重點(diǎn)，采用水槽概化模型試驗(yàn)手段，研究護(hù)灘（底）帶的平面布置；

（6）采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、水槽概化模型試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段，對(duì)四面六邊透水框架、SX型排和三維植被網(wǎng)草皮護(hù)灘結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，提出加強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的措施。

2.2 項(xiàng)目研究取得的主要成果

2.2.1專題一主要成果

（1）根據(jù)邊灘的形態(tài)特征進(jìn)行水槽概化，灘體形態(tài)采用邊灘壓縮比20%、30%、45%，長(zhǎng)寬比5:

1、6:

1、8:1，灘頂高15cm；采用正態(tài)模型比尺1:60，河床質(zhì)泥沙采用d50=0.14mm和rs?1.15t/m3的木屑進(jìn)行模擬，選用專題二研制的護(hù)灘帶、四面透水框架，基本滿足各項(xiàng)相似性要求。

（2）試驗(yàn)結(jié)果揭示了邊灘水沙運(yùn)動(dòng)具有以下主要特點(diǎn)：

①一般灘體側(cè)的縱比降較大，流速越大、或者灘體壓縮比越大，縱比降越大；隨著水深的增加，或者灘體長(zhǎng)寬比增大時(shí)，縱比降趨緩。非淹沒(méi)時(shí)邊灘上下游的橫向比降方向相反；淹沒(méi)時(shí)，在壓縮比較大才出現(xiàn)上下游橫比降相反方向；邊灘附近的橫比降隨水深增加、壓縮比增加、或者長(zhǎng)寬比增大而減小；流速越大，橫比降越大，各因素引起的比降變化也越明顯。

②灘體上游流速較小、水流行近灘體時(shí)，受灘體擠壓影響使得流速沿程快速增加，灘腳附近橫向流速梯度達(dá)到最大，在灘體的中下游灘唇處縱向流速達(dá)到峰值，而后逐漸減小，最終在離開(kāi)灘體下游一定距離趨于平穩(wěn)。淹沒(méi)時(shí)灘體下游出現(xiàn)回流，灘體頂部為灘面流速峰值區(qū)，非淹沒(méi)時(shí)灘體下游、邊灘順直段灘唇附近出現(xiàn)回流，灘體迎流面與順直段交界處為灘面流速峰值區(qū)。流速高值區(qū)一般對(duì)應(yīng)水位低值區(qū)。灘體壓縮比、或者長(zhǎng)寬比越大，灘唇流速越大；水深越大，流速峰值位置靠向?yàn)w中心；流速越大、水深越小，流速變化愈明顯。

③上游泥沙向下輸移接近灘體時(shí)，泥沙繞灘體側(cè)緣呈帶狀下行。灘體的上、下游部位有泥沙淤積。水深越大，泥沙輸移帶趨直、靠近灘體更高部位而下，灘體附近泥沙輸移愈分散。

④邊灘在無(wú)防護(hù)狀態(tài)下，灘體變化以灘槽的重新塑造為主，灘體上、下游端均出現(xiàn)淤積，灘體沖淤部位及沖淤量與水流條件、灘型等有關(guān)，灘體總體向下游移動(dòng)。非淹沒(méi)情況時(shí)灘體迎流面與順直段交界處為主要沖刷部位，灘腳附近形成深而陡的沖刷坑，灘體瘦長(zhǎng)、高大；淹沒(méi)時(shí)水流漫灘，灘體頂部遭受沖刷，灘體寬長(zhǎng)、低矮。流速

較大時(shí)，灘槽變化較明顯，灘體上、下游端淤積程度也較明顯；流速越大、或者水深越大、或者灘體長(zhǎng)寬比越大，灘體沖刷量越大。

（3）根據(jù)大量已建護(hù)灘建筑物的效果觀測(cè)資料分析，認(rèn)為：

①護(hù)灘帶護(hù)灘后，灘體沖刷量大部分得到控制。四面透水框架護(hù)灘后灘體沖刷量明顯減小，護(hù)灘效果較護(hù)灘帶好。

②影響護(hù)灘帶破壞的主要因素包括水流條件、河床組成、護(hù)灘帶平面布置、自身結(jié)構(gòu)及施工工藝等。流速大小是護(hù)灘帶破壞的動(dòng)力因素，局部沖刷坑的形成是護(hù)灘帶破壞的誘發(fā)原因，編織布、系結(jié)條、及接縫部位的抗拉強(qiáng)度不夠是護(hù)灘帶破壞的直接原因。

③邊灘在有防護(hù)狀態(tài)下，灘體下移速度減緩，受護(hù)灘面難以沖刷，而未護(hù)灘面受水流作用逐漸沖刷下切，護(hù)灘帶邊緣蟄陷，凸起部位的周邊水流局部紊動(dòng)強(qiáng)烈，加速護(hù)灘帶邊緣沖刷坑的形成，隨著沖刷坑的發(fā)展，因護(hù)灘帶具有一定延展性而逐漸下降覆蓋沖刷坑，護(hù)灘帶邊緣出現(xiàn)“懸掛、架空”現(xiàn)象。護(hù)灘帶與灘面間出現(xiàn)空隙，水流從護(hù)灘帶下部穿過(guò)，直接作用于受護(hù)灘面；此外，護(hù)灘帶表面不同部位的流速差造成護(hù)灘帶底下不同位置的壓力差，使得護(hù)灘帶底下泥沙發(fā)生運(yùn)動(dòng)，促使護(hù)灘帶出現(xiàn)鼓包或者塌陷現(xiàn)象。

（4）護(hù)灘建筑物受力試驗(yàn)表明：沖刷初始階段，塊體間脈動(dòng)拉力迅速增大，沖刷至某一階段達(dá)到最大值，之后沖刷坑逐漸達(dá)到?jīng)_刷平衡，脈動(dòng)拉力逐漸趨于穩(wěn)定；流速越大、或者水深越小，脈動(dòng)拉力就越大。

（5）經(jīng)試驗(yàn)研究，護(hù)灘帶的破壞機(jī)理為：水流沖刷未護(hù)灘面后，護(hù)灘帶邊緣沖刷坑形成，水流紊動(dòng)加劇，護(hù)塊與護(hù)塊之間的脈動(dòng)力迅速增加，排體下降貼合受沖灘面繼續(xù)護(hù)灘，當(dāng)坡度較陡時(shí)，系結(jié)條可能出現(xiàn)緊繃或撕斷，塊體移動(dòng)或脫落，護(hù)灘效果減弱；隨著沖刷坑的發(fā)展，邊緣排墊出現(xiàn)“懸掛、架空”等變形，原受護(hù)灘面受水流淘刷，當(dāng)沖刷坑發(fā)展到一定階段，變形的護(hù)灘帶受力達(dá)到一定值或排體脈動(dòng)壓力瞬時(shí)增大，護(hù)灘帶變形一側(cè)或兩側(cè)的排墊受力大于其抗拉強(qiáng)度，排墊撕裂，系結(jié)條斷裂、塊體脫落，護(hù)灘帶破壞，撕裂處灘面失去保護(hù)，直接受水流沖刷，沖刷坑向護(hù)灘帶內(nèi)

部發(fā)展。

2.2.2 專題二主要成果

（1）通過(guò)收集整理長(zhǎng)江中下游邊灘灘體沖刷破壞的實(shí)例等基本資料結(jié)合理論分析，給出影響灘體破壞的主要因素為河段特性、水流特性、泥沙特性、沖刷時(shí)間和有無(wú)護(hù)灘建筑物等。

（2）研究解決了護(hù)灘建筑物概化模型試驗(yàn)?zāi)M關(guān)鍵技術(shù)，包括模型沙選擇、邊灘附近的水流結(jié)構(gòu)模擬、護(hù)灘建筑物變形及破壞模擬、護(hù)灘建筑物受力模擬等。這些模擬技術(shù)能較好的應(yīng)用于整治建筑物破壞機(jī)理研究和整治方案的物理模型試驗(yàn)研究。

①選定X型系砼塊軟體排(簡(jiǎn)稱X型排)作為進(jìn)行模擬的護(hù)灘建筑物，選取兩種比尺（1:60和1:10），從幾何相似、重力相似、平面布置相似以及變形相似等方面進(jìn)行相似模擬，解決了護(hù)灘建筑物概化模型相似性設(shè)計(jì)技術(shù)。

②系統(tǒng)模擬了灘體周圍有無(wú)護(hù)灘建筑物守護(hù)時(shí)灘體沖刷破壞情況。無(wú)護(hù)灘建筑物守護(hù)的沖刷主要表現(xiàn)為灘面沖刷，而且灘面沖刷幅度有隨流量的增大而加大的趨勢(shì)；有護(hù)灘建筑物守護(hù)的左岸灘面基本不動(dòng)，灘槽交界處受到嚴(yán)重沖刷，而且沖刷力度和沖刷坑的深度隨流量的增大而加大，隨水深的增加而減弱。

③較好地模擬出軟體排型護(hù)灘帶邊緣塌陷、排中部鼓包、排中部塌陷及邊緣排體懸掛等主要破壞形式，基本反映了原型河床與護(hù)灘帶的變形特征，進(jìn)一步證明本文提出的護(hù)灘建筑物的模擬和試驗(yàn)控制技術(shù)，能夠用于試驗(yàn)解決護(hù)灘建筑物的破壞機(jī)理和實(shí)體模擬技術(shù)問(wèn)題。

原型護(hù)灘帶邊緣塌陷照片 模型護(hù)灘帶邊緣塌陷照片

原型護(hù)灘帶中部鼓包照片 模型護(hù)灘帶中部塌陷照片

原型護(hù)灘帶中部塌陷照片 模型護(hù)灘帶中部塌陷照片

原型護(hù)灘帶邊緣排體懸掛照片 模型護(hù)灘帶邊緣排體懸掛照片

（3）通過(guò)定床試驗(yàn)和清水沖刷試驗(yàn)，分析研究了邊灘附近的水流結(jié)構(gòu)及水流紊動(dòng)規(guī)律，建立了邊灘附近水流紊動(dòng)及壓力脈動(dòng)頻率、能量、流速與沖刷之間的關(guān)系。脈動(dòng)動(dòng)能的變化趨勢(shì)為：靠近左岸的灘面處脈動(dòng)動(dòng)能較小，灘槽交界處的脈動(dòng)動(dòng)能變化很大，深槽處脈動(dòng)動(dòng)能較小變化也比較平穩(wěn)。脈動(dòng)動(dòng)能較強(qiáng)的地方位于灘頭和灘尾

處，隨著流量的增加，灘尾紊動(dòng)區(qū)的分布范圍越來(lái)越廣泛，其值也越來(lái)越大，隨著水深的增大，邊灘頭部和灘尾處的水流紊動(dòng)動(dòng)能逐漸變小。

（4）通過(guò)試驗(yàn)研究分析了邊灘護(hù)灘帶頭部沖刷坑深度的主要影響因素，提出了沖刷坑范圍的確定方法和沖刷坑深度的計(jì)算公式。2.2.3 專題三主要成果

（1）根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外主要河流上已建護(hù)灘建筑物的調(diào)研分析，將護(hù)灘建筑物分為實(shí)體建筑物和透水建筑物結(jié)構(gòu)兩類。實(shí)體建筑物結(jié)構(gòu)不允許水流透過(guò)壩體，導(dǎo)流能力強(qiáng)，建筑物前沖刷坑深，多用于重型永久性工程。透水結(jié)構(gòu)允許水流穿越壩體，導(dǎo)流能力較實(shí)體建筑物小，建筑物前沖刷坑淺，有緩流落淤作用。

（2）提出了四種護(hù)灘（底）結(jié)構(gòu)的使用條件：①適用于水深大，流速大惡劣條件的散拋塊體或袋裝沙；②適用于水深較小的壩體護(hù)底結(jié)構(gòu)；③適用于河床岸坡較緩的軟體排；④施工前不需要進(jìn)行地基處理、不易下沉、適用于任何地形的新型四面六邊透水框架結(jié)構(gòu)。

（3）提出四面六邊透水框架是一種值得大力推廣的新型護(hù)灘結(jié)構(gòu)。

①水槽試驗(yàn)結(jié)果表明：四面六邊透水框架防護(hù)后，減速促淤作用十分明顯。與傳統(tǒng)護(hù)灘工程相比，四面六邊透水框架具有能有效地避免實(shí)體護(hù)岸工程基礎(chǔ)容易被淘刷而影響自身穩(wěn)定問(wèn)題，且適應(yīng)河床地形變化能力強(qiáng)，不需要地基處理，不易下沉，自身穩(wěn)定，施工簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。

軟體排結(jié)合框架群護(hù)灘效果圖

②結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，透水框架群用于預(yù)留變形區(qū)護(hù)灘（底）、軟體排接縫處理及邊緣預(yù)埋中效果較好。

東流水道透水框架現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2個(gè)水文年后效果

（4）通過(guò)水槽試驗(yàn)，從功能和結(jié)構(gòu)兩方面探討了護(hù)灘（底）工程總體效果判別標(biāo)準(zhǔn)。

（5）提出三維植被網(wǎng)護(hù)灘新技術(shù)。根據(jù)植被保持水土的原理，以三維土工網(wǎng)墊作為加筋材料，利用三維植被網(wǎng)墊護(hù)灘具有固土性能優(yōu)良、網(wǎng)絡(luò)加筋作用突出、消能作用明顯及保溫功能良好的特點(diǎn)，能很好地應(yīng)用于長(zhǎng)江航道系統(tǒng)整治工程建設(shè)中。

3依托工程

隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和長(zhǎng)江航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，長(zhǎng)江航道建設(shè)步伐開(kāi)始加快。根據(jù)長(zhǎng)江干流航道治理總體規(guī)劃，到2020年，長(zhǎng)江中下游自中游宜都到河口白茆沙等一大批淺灘水道將進(jìn)行重點(diǎn)治理?！笆濉逼陂g，長(zhǎng)江中游陸續(xù)實(shí)施了長(zhǎng)江航道清淤應(yīng)急工程、碾子灣水道、陸溪口水道、嘉魚(yú)—燕窩水道、羅湖洲水道、張家洲南港下淺區(qū)、東流水道等航道整治工程；“十一五”期間，長(zhǎng)江中游瓦口子水道、馬家咀水道、周天河段等航道整治工程率先實(shí)施，另有一批灘險(xiǎn)如窯監(jiān)、戴家洲、牯牛沙、張家洲南港上淺區(qū)、馬當(dāng)、安慶、土橋、口岸直等河段（水道）航道整治工程前期工作正在按計(jì)劃進(jìn)行。

本項(xiàng)目主要以長(zhǎng)江中游馬家咀水道航道整治一期工程，長(zhǎng)江中游周天河段航道整

治控導(dǎo)工程作為依托工程，采集相關(guān)數(shù)據(jù)資料，進(jìn)行試驗(yàn)分析研究。

4項(xiàng)目突破的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 專題一突破的關(guān)鍵技術(shù)

（1）通過(guò)數(shù)值計(jì)算與水槽概化試驗(yàn)，揭示了不同邊灘形態(tài)及不同來(lái)流條件下，邊灘河段的水位、流速及比降的變化規(guī)律，以及推移質(zhì)泥沙的輸移特性。

（2）首次系統(tǒng)研究了不同水流條件下，有、無(wú)護(hù)灘建筑物防護(hù)的不同邊灘形態(tài)的沖淤特性。

（3）通過(guò)對(duì)護(hù)灘帶破壞的影響因素分析、護(hù)灘帶脈動(dòng)拉力試驗(yàn)及受力分析，提出了護(hù)灘帶常見(jiàn)的邊緣塌陷、懸掛，排體中部“鼓包”、塌陷等破壞類型的破壞機(jī)理。

4.2 專題二突破的關(guān)鍵技術(shù)

（1）選定X型系砼塊軟體排(簡(jiǎn)稱X型排)作為進(jìn)行模擬的護(hù)灘建筑物，選取兩種比尺（1：60和1：10），從幾何相似、重力相似、平面布置相似以及變形相似等方面進(jìn)行相似模擬，解決了護(hù)灘建筑物概化模型相似性設(shè)計(jì)技術(shù)。

（2）研究解決了護(hù)灘建筑物概化模型試驗(yàn)?zāi)M關(guān)鍵技術(shù)，包括模型沙選擇、邊灘附近的水流結(jié)構(gòu)模擬，特別是首次研究了護(hù)灘建筑物變形及破壞模擬、護(hù)灘建筑物受力模擬等。

（3）通過(guò)定床試驗(yàn)和清水沖刷試驗(yàn)，分析研究了邊灘附近的水流結(jié)構(gòu)及水流紊動(dòng)規(guī)律，建立了邊灘附近水流紊動(dòng)及壓力脈動(dòng)頻率、能量、流速與沖刷之間的關(guān)系。

（4）通過(guò)試驗(yàn)較好地模擬出軟體排的主要破壞形式，給出了護(hù)灘帶邊緣沖刷坑范圍的確定方法和沖刷坑的計(jì)算公式。

4.3 專題三突破的關(guān)鍵技術(shù)

（1）總結(jié)了長(zhǎng)江航道護(hù)灘（底）建筑物多種結(jié)構(gòu)型式以及護(hù)灘帶平面布置主要型式（整體守護(hù)、集中守護(hù)和條狀間斷守護(hù)）及其適用條件。

（2）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將透水框架應(yīng)用于護(hù)底排邊緣防沖促淤，取得了較好的效果。

（3）結(jié)合依托工程對(duì)軟體排進(jìn)行了接縫處理、邊緣預(yù)埋等大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施。項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益及推廣應(yīng)用前景 5.1 經(jīng)濟(jì)效益

（1）為長(zhǎng)江航道系統(tǒng)整治工程中最為常見(jiàn)的護(hù)灘工程提供合理可行的平面布置形式，為整治工程立項(xiàng)和順利實(shí)施提供決策依據(jù)，這對(duì)于保證整治工程的質(zhì)量和效果具有十分重要的作用。

（2）項(xiàng)目研究成果推廣應(yīng)用到長(zhǎng)江航道系統(tǒng)治理工程中，有利于增強(qiáng)整治建筑物穩(wěn)定性，延長(zhǎng)整治建筑物壽命，減少日常維修量和大洪水水毀維修量，減少維修費(fèi)用約20%左右。

（3）為長(zhǎng)江中下游航道治理提供基礎(chǔ)資料和技術(shù)支持，加快前期工作進(jìn)度，提高設(shè)計(jì)工作效率和質(zhì)量，縮短約15%左右的設(shè)計(jì)周期。

（4）為河流模擬與航道整治理論發(fā)展提供新素材和新經(jīng)驗(yàn)，有利于科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，推動(dòng)航道治理技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步。

5.2 社會(huì)效益

長(zhǎng)江中游航道整治工程屬國(guó)民經(jīng)濟(jì)公用性的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，整治工程實(shí)施后將產(chǎn)生廣泛的社會(huì)效益。

（1）可以確保長(zhǎng)江中游航道暢通，避免出現(xiàn)阻礙航行的局面，確保工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常順利進(jìn)行，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠的物質(zhì)保證。

（2）長(zhǎng)江中游航道作為承東啟西和聯(lián)系上下游經(jīng)濟(jì)腹地的重要通道，隨著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展的國(guó)家對(duì)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略決策的實(shí)施，長(zhǎng)江運(yùn)輸量將有較大提高，工程實(shí)施后，能夠保證東西部物質(zhì)交流與經(jīng)濟(jì)交流，為西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供水上交通便利。

（3）工程實(shí)施后，能夠更好地發(fā)揮長(zhǎng)江三峽工程的航運(yùn)效益以及滿足日益發(fā)展的干支直達(dá)運(yùn)輸、江海運(yùn)輸和海輪進(jìn)江的需要。

（4）工程實(shí)施后，改善航道條件，同時(shí)也改善了港口航行條件可以擴(kuò)大港口吞吐能力，有助于沿江地區(qū)人民生活水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高。

（5）航道治理的經(jīng)驗(yàn)和方法不僅可以用于長(zhǎng)江航道，也可以用于其他河流、海岸工程；還可應(yīng)用于水利、堤防、水電、港口等眾多領(lǐng)域。社會(huì)效益顯著。

5.3 環(huán)境效益

長(zhǎng)江中游航道整治工程具有巨大的生態(tài)與環(huán)境效益。生態(tài)、環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展應(yīng)同步進(jìn)行，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)必須保護(hù)和改善環(huán)境。人類社會(huì)不能停滯不前。1972年6月在斯德哥爾摩召開(kāi)的聯(lián)合國(guó)會(huì)議，頒布了《斯德哥爾摩人類環(huán)境宣言》，會(huì)議提出的環(huán)境保護(hù)的概念，不是著眼于停止發(fā)展而是鼓勵(lì)發(fā)展，認(rèn)為不能因?yàn)榘l(fā)展帶來(lái)某些危害而停滯不前。長(zhǎng)江中游航道整治工程是綜合治理長(zhǎng)江的關(guān)鍵性工程，可以防治洪澇災(zāi)害，并為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有利的航運(yùn)條件。此外它還是一項(xiàng)巨大的生態(tài)工程，其改善生態(tài)與環(huán)境的效益是明顯的。因此，本項(xiàng)目研究可以為今后的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)巨大的環(huán)境效益。

5.4 推廣應(yīng)用情況及前景

5.4.1 成果應(yīng)用情況

隨著三峽工程的蓄水運(yùn)用，長(zhǎng)江中游河床將會(huì)出現(xiàn)一些新的變化，航道條件也將會(huì)產(chǎn)生一些不利的影響。為了減弱三峽工程對(duì)長(zhǎng)江中游航道帶來(lái)的不利變化，需要對(duì)目前較為有利的灘型進(jìn)行守護(hù)，因此，護(hù)灘帶這種新型航道整治建筑物必將得到大規(guī)模采用。

本項(xiàng)目研究成果已有部分在工程實(shí)際中得到應(yīng)用，另有部分成果在工程設(shè)計(jì)中采用，豐富了長(zhǎng)江中下游航道整治學(xué)科內(nèi)容，為“十一五、十二五”期大規(guī)模航道整治工程的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。主要研究成果應(yīng)用情況如下：

（1）本項(xiàng)目提出的四面六邊透水框架間隔守護(hù)措施，已在東流水道2006～2007、2007～2008屆枯季修復(fù)工程、周天河段航道整治控導(dǎo)工程、監(jiān)利河段航道整治一期工程等工程中廣泛采用，均取得了較好的效果。

（2）本項(xiàng)目研究的經(jīng)X型排改進(jìn)的SX型排已用于東流水道老虎灘2007～2008屆枯季修復(fù)工程中。

（3）本項(xiàng)目研究的經(jīng)X型排改進(jìn)的SX型排、邊緣預(yù)埋、四面六邊透水框架壓載即將用于中游窯監(jiān)河段航道整治一期工程當(dāng)中。5.4.2 推廣應(yīng)用前景

（1）目前對(duì)邊灘水沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的理論與試驗(yàn)研究較少，對(duì)護(hù)灘建筑物（護(hù)灘帶等）的破壞機(jī)理研究也不夠深入透徹，本項(xiàng)目主要研究了邊灘的水流結(jié)構(gòu)、輸沙特性，護(hù)灘前后灘槽的沖淤變化，以及護(hù)灘帶的破壞機(jī)理，研究成果不僅可以直接應(yīng)用于長(zhǎng)江中下游航道系統(tǒng)整治工程中，而且可推廣應(yīng)用到其它類似河段的航道整治工程中，還將豐富航道整治學(xué)科的內(nèi)容。

（2）國(guó)務(wù)院及交通部對(duì)長(zhǎng)江航道的建設(shè)十分重視，長(zhǎng)江航道大規(guī)模的系統(tǒng)整治勢(shì)在必行，本項(xiàng)目的研究成果將在系統(tǒng)整治工程中發(fā)揮重要的作用。

（3）根據(jù)本項(xiàng)目研究得出的護(hù)灘建筑物的適用性，結(jié)合不同守護(hù)河段的實(shí)際特點(diǎn)，選取最適宜的守護(hù)結(jié)構(gòu)。

（4）根據(jù)不同的水流、泥沙條件和灘型基本特征選取不同的護(hù)灘（底）建筑物平面布置型式，以確保護(hù)灘建筑物的損毀程度最小。

（5）根據(jù)本項(xiàng)目研究得出的加強(qiáng)護(hù)灘建筑物穩(wěn)定性的措施，可提高護(hù)灘建筑物的使用壽命。

（6）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了有效防止護(hù)灘建筑物破壞的方法，豐富了設(shè)計(jì)理念。（7）本項(xiàng)目提出的幾種結(jié)構(gòu)型式可以推廣應(yīng)用于長(zhǎng)江中下游航道的系統(tǒng)治理。（8）本項(xiàng)目研究成果可推廣于國(guó)內(nèi)其它河流的航道工程和水利及碼頭工程中。

第二篇：長(zhǎng)江宜賓至重慶段航道治理關(guān)鍵技術(shù)研究

長(zhǎng)江宜賓至重慶段航道治理關(guān)鍵技術(shù)研究

報(bào)告簡(jiǎn)本 1 概述

1.1 研究的總體目標(biāo)

(1)針對(duì)敘渝段航道的典型卵石灘險(xiǎn)，本項(xiàng)目的研究成果將提出較好的工程治理方案，從而解決依托工程中復(fù)雜卵石灘險(xiǎn)的治理問(wèn)題，達(dá)到預(yù)定的整治目標(biāo)，為敘渝段384km的?級(jí)航道全線貫通創(chuàng)造條件。

(2)提高依托工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，增強(qiáng)依托工程整治效果，并通過(guò)本項(xiàng)目的研究，制定敘渝段航道在整治后長(zhǎng)期保持整治效果的措施，從而降低工程維護(hù)成本20%以上。

(3)加快敘渝段航道進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用的進(jìn)度，縮短前期工作周期30%左右。(4)總結(jié)敘渝段復(fù)雜卵石灘險(xiǎn)的卵石運(yùn)動(dòng)規(guī)律、河床演變趨勢(shì)、礙航成因、整治原則、整治方法等，對(duì)以前的研究成果進(jìn)行較好的補(bǔ)充，山區(qū)河流同類灘險(xiǎn)整治提供良好的技術(shù)參考。

(5)為卵石河床演變與整治理論發(fā)展提供新經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，推動(dòng)航道治理技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，創(chuàng)造良好的社會(huì)效益。

(6)本項(xiàng)目的研究成果總體上達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，關(guān)鍵技術(shù)部分達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

1.2 研究的主要內(nèi)容

本項(xiàng)目主要通過(guò)調(diào)研分析、數(shù)學(xué)模型計(jì)算、物理模型試驗(yàn)、船模試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)等手段，在上游金沙江建庫(kù)的條件下，研究長(zhǎng)江宜賓至重慶段復(fù)雜卵石淺險(xiǎn)灘、枯水卵石急灘的卵石運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的治理方案。1.2.1 專題一研究的主要內(nèi)容

專題一以銅鼓灘為典型灘險(xiǎn)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型和物理模型相結(jié)合的方法研究敘渝段卵石淺險(xiǎn)灘整治技術(shù)。銅鼓灘是長(zhǎng)江敘渝段主要淺險(xiǎn)灘之一，也是依托工程——敘瀘段航道建設(shè)工程的重點(diǎn)整治灘險(xiǎn)之一。銅鼓灘處于兩反向河彎間的過(guò)渡段，上淺下險(xiǎn)，航道彎曲狹窄，1993年曾通過(guò)疏浚和炸礁拓寬加深了枯水航槽，但近年來(lái)上口的銅鼓子淺區(qū)淤積嚴(yán)重，水深不足而礙航。

1.2.2 專題二研究的主要內(nèi)容

專題二以斗笠子灘為典型灘險(xiǎn)，通過(guò)物理模型試驗(yàn)、船模研究相結(jié)合的方法研究敘渝段卵石急灘整治技術(shù)。斗笠子灘是長(zhǎng)江敘渝段著名枯水急灘，也是依托工程——瀘渝段航道建設(shè)工程的重點(diǎn)整治灘險(xiǎn)之一。斗笠子在歷史上雖然進(jìn)行過(guò)多次整治，但效果均不理想，往往整治后2至3年灘勢(shì)重新惡化，本專題在已有研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)施情況和整治效果進(jìn)一步歸納和總結(jié)斗笠子灘的整治思路、整治原則、整治方法等關(guān)鍵技術(shù)。

1.2.3 專題三研究的主要內(nèi)容

本專題的主要研究?jī)?nèi)容如下:金沙江建庫(kù)對(duì)敘渝段航道水流、泥沙運(yùn)動(dòng)的影響研究，金沙江建庫(kù)對(duì)敘渝段航道的總體影響研究，金沙江對(duì)敘渝段典型灘險(xiǎn)的航道條件影響研究。2 長(zhǎng)江敘渝段典型卵石淺險(xiǎn)灘的整治技術(shù)研究

卵石淺險(xiǎn)灘是長(zhǎng)江敘渝段的主要礙航灘險(xiǎn)。銅鼓灘、神背嘴、風(fēng)簸磧等卵石淺險(xiǎn)灘均為枯水期重點(diǎn)礙航淺險(xiǎn)灘，水沙運(yùn)動(dòng)條件復(fù)雜、航道尺度不足、航行水流條件較差。各灘險(xiǎn)在1987,1996年間進(jìn)行過(guò)整治，但由于各種原因，沒(méi)有達(dá)到良好的整治效果。為此，進(jìn)一步總結(jié)川江卵石淺險(xiǎn)灘的航道整治經(jīng)驗(yàn)，研究卵石淺險(xiǎn)灘的河床演變規(guī)律和整治技術(shù)，為項(xiàng)目依托工程――銅鼓灘的航道治理提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)具有重要的意義。

2.1 山區(qū)急彎放寬河段的水力特性試驗(yàn)研究

山區(qū)河流急彎放寬河段大多形成分汊河型，其礙航特征表現(xiàn)為彎、淺、險(xiǎn)，是山區(qū)河流整治中最為復(fù)雜的河型之一，其成灘機(jī)理復(fù)雜，整治難度較大。要徹底整治好這類灘險(xiǎn)，必須深入研究礙航灘險(xiǎn)的水流運(yùn)動(dòng)特性、卵石運(yùn)動(dòng)規(guī)律、河型變化和形成機(jī)理、河床演變趨勢(shì)，才能制定出經(jīng)濟(jì)合理的整治方案。

因此，采用概化的物理模型對(duì)這類急彎放寬河段的水力特性進(jìn)行專門(mén)試驗(yàn)研究是十分必要的。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，得出山區(qū)急彎放寬河段的水力特性如下: 2.1.1 彎道水面的橫比降

(1)橫比降最大值出現(xiàn)的位置 ,一般在河道是等寬的時(shí)候，即放寬率,1時(shí)，橫比降由彎道進(jìn)口沿程逐漸增大，,到達(dá)彎頂附近，橫比降達(dá)到最大值，再向下游又逐漸減小。當(dāng)較大時(shí)，最大橫比降的位置一般出現(xiàn)在彎道進(jìn)口至彎頂段，也就是說(shuō)當(dāng)下游河道放寬后，會(huì)使橫比降的最大值的位置向彎道上段移動(dòng)。

橫比降的最大值出現(xiàn)的位置還隨著水流強(qiáng)度的變化而有所不同，在同一個(gè)彎道中，F(xiàn)r當(dāng)弗汝德數(shù)較大的時(shí)候，橫比降的最大值出現(xiàn)在彎道中間稍向上偏的位置，但是當(dāng) Fr減小到很小時(shí)，其最大值出現(xiàn)的位置會(huì)在彎道的進(jìn)口。2.1.2 彎道水面的縱比降 水面的縱比降和流速是工程應(yīng)用中最關(guān)心的兩個(gè)水力要素，對(duì)于山區(qū)通航河流來(lái)說(shuō)，一般都會(huì)規(guī)定航道內(nèi)流速和局部縱向比降不能過(guò)大。

由于水面橫比降的影響，水面縱比降沿橫向的分布是不均勻的，同一斷面上，凸岸和凹岸之間的縱比降差別很大，方向也往往是不同的;縱比降沿縱向的分布往往也是正負(fù)相間的，最大比降出現(xiàn)的位置，是與橫向環(huán)流的充分發(fā)展、使最大流速區(qū)由凸岸移向凹岸，從而產(chǎn)生的局部加速區(qū)有關(guān)。

Jtu,maxFrFr凸岸縱比降的最大值在較大時(shí)，均出現(xiàn)在彎道進(jìn)口段，當(dāng)減小的時(shí)候，JJtu,maxao,max會(huì)向下游轉(zhuǎn)移，出現(xiàn)在彎頂段。而凹岸縱比降的最大值，一般都出現(xiàn)在彎道出口段，但是當(dāng)彎道進(jìn)口附近水流慣性很大，彎道中心半徑也很大時(shí)，彎道出流順暢，Jao,max在凹岸沿程都沒(méi)有負(fù)比降的發(fā)生，這種情況下就有可能出現(xiàn)在彎道進(jìn)口處。2.1.3 水流的分離區(qū)

當(dāng)水流沿彎曲的管道或明渠流動(dòng)時(shí)，有時(shí)水流會(huì)脫離固體邊界，在主流和固體邊界之間形成漩渦，這個(gè)區(qū)域稱為水流分離區(qū)。

2.1.4 推移質(zhì)的淤積帶

推移質(zhì)的淤積和水流在橫斷面上的流速分布關(guān)系很大，流速如果大于起動(dòng)流速，推移質(zhì)會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)而不會(huì)落淤，如果某區(qū)域流速過(guò)小，推移質(zhì)也無(wú)法進(jìn)入到該區(qū)域，則該區(qū)域也就沒(méi)有推移質(zhì)的淤積。外形上，淤積區(qū)的外邊界的線形和回流區(qū)的邊界形狀在彎道段很相似，基本接近彎道的外形。出了彎道以后，回流區(qū)的邊界會(huì)向內(nèi)收縮，而淤積區(qū)的外邊界會(huì)向外擴(kuò)散?？偟膩?lái)說(shuō)，淤積區(qū)至內(nèi)岸的最大距離的變化規(guī)律基本上和回流

R/Bc區(qū)的寬度變化是一致的，都是隨著的減小而增大的。

推移質(zhì)在淤積的過(guò)程中，其顆粒的大小在橫向的分布，從河心到凸岸呈現(xiàn)出由大到小的分布 4 規(guī)律。

2.2 銅鼓灘治理措施研究

表2-1 左、右槽整治方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較表

工程量 試驗(yàn)方案 工程內(nèi)容 整治效果 綜合評(píng)價(jià) 3(m)

1、上、下深槽平順銜接，航槽

?疏浚航槽3.5m×80m。規(guī)順，水流平穩(wěn)，流速、比降滿 ?筑3,江心順壩，長(zhǎng)足航行要求，挖槽穩(wěn)定，航道條整治效果良 600m，壩高設(shè)計(jì)水位上件根本改善。

好，航道條2m，壩頭段長(zhǎng)120m為緩變

2、挖槽設(shè)計(jì)合理，斷面系數(shù)大挖槽: 左槽 件根本改

坡3，2.5,，壩頭嵌入于9，航行阻力較小，符合規(guī)范211200 修改 善，建議作

河床。要求。筑壩: 7方案 為該灘的整?筑齒壩:4,、5,、63、上游水位將降低0.01m，整治37080 治方案，供 ,齒壩分別長(zhǎng)55m、46m、工程對(duì)相鄰淺灘影響甚微。設(shè)計(jì)參考。40m，壩高設(shè)計(jì)水位上2m，4、整治效果良好，適應(yīng)航運(yùn)發(fā) 壩頭坡1?5。展要求。

5、工程量及投資較右槽方案大。?疏浚銅鼓子淺區(qū)和磧翅

1、右槽進(jìn)口銅鼓子淺區(qū)挖槽穩(wěn)邊緣，疏浚底高程為設(shè)計(jì) 定，該灘“上淺”問(wèn)題基本解工程量較

水位下3.2m。決，但中、下段磧翅邊緣疏浚區(qū)小，但整治 ?董磧壩尾筑丁壩群:右

仍有泥沙回淤，該灘“中彎、下挖槽: 效果不及左右槽 槽1,、2,、3,丁壩分 險(xiǎn)”狀況改善有限。63200 槽方案，可修改 別長(zhǎng)128m、66m、40m，壩

2、受河勢(shì)、灘情限制，該方案筑壩: 作為該灘整2方案 高設(shè)計(jì)水位上2m。

難于根本改善該灘的航道條件，23400 治工程設(shè)計(jì)?下深槽筑4,丁潛壩，對(duì)航運(yùn)發(fā)展要求的適應(yīng)性較差。的比選方

丁壩長(zhǎng)33m，壩高設(shè)計(jì)水

3、相對(duì)于左槽方案而言，具有案。位上2m;潛壩長(zhǎng)55m，壩

工程量及投資較小的優(yōu)勢(shì)。頂水深設(shè)計(jì)水位下6m。2.3 卵石淺險(xiǎn)灘整治技術(shù)總結(jié) 2.3.1 整治原則

(1)根據(jù)彎曲分汊卵石淺灘的灘勢(shì)(淺、險(xiǎn))及礙航性質(zhì)，分清主次抓住病根，有 針對(duì)性地按制定整治措施;(2)長(zhǎng)江敘渝段彎曲汊道淺灘枯水航槽彎淺、通航水流條件較差，在航行條件難以徹底改善時(shí)，可開(kāi)辟順直磧槽通航;(3)新開(kāi)順直磧槽宜采取窄深型航槽疏浚與筑壩相結(jié)合的枯水整治方法，以維護(hù)挖槽穩(wěn)定。

2.3.2 通航整治汊道的選擇

卵石淺灘彎曲汊道在整治前的枯水航槽，存在淺、彎、險(xiǎn)等問(wèn)題;磧槽較為順直、枯水寬淺，年內(nèi)沖淤變化不大。(1)受河勢(shì)條件的制約，彎曲汊道的航道彎曲半徑較小，流態(tài)紊亂，通過(guò)整治航道條件有所改善，但航道尺度難以顯著提高;彎曲汊道淺區(qū)疏浚后挖槽穩(wěn)定性較差，整治后又逐漸回淤而出淺。

(2)磧槽枯水寬淺，航深不滿足要求，但較為順直，與上下游主槽平順銜接，河床組成相對(duì)較粗，年內(nèi)沖淤變化不大。整治的主要目的是研究新開(kāi)航槽的穩(wěn)定性，優(yōu)化工程整治措施。

(3)充分論證各汊道整治方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇適宜的通航汊道。彎曲汊道彎淺、通航水流條件較差，在難以徹底改善航行條件下，考慮航運(yùn)發(fā)展要求，在進(jìn)行充分論證的基礎(chǔ)上，宜開(kāi)辟磧槽通航，形成連接上、下深槽的平順航道。

2.3.3 新開(kāi)順直磧槽的整治技術(shù)

(1)采取基建性疏浚與整治建筑物相結(jié)合的整治方法

沙卵石河床宜以修筑整治建筑物與疏浚相結(jié)合的方法。磧槽較為順直，與上下游河槽平順銜接，但枯水寬淺，航深不滿足要求，且河床組成相對(duì)較粗，僅通過(guò)增大流速難以實(shí)現(xiàn)增大航深的目的，故需進(jìn)行基建性挖槽，開(kāi)辟新的航槽。

同時(shí)，應(yīng)利用整治建筑物調(diào)整水流結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)河段的輸沙能力，將多余的泥沙輸送出去或改變泥沙的輸移方向(如變縱向?yàn)闄M向運(yùn)動(dòng))，使其淤至航道以外，或使泥沙淤 積到深槽中，以獲得穩(wěn)定航道。(2)以枯水整治為主

卵石淺灘段雖然在中洪水流量下往往還存在急、險(xiǎn)等礙航現(xiàn)象，但主要礙航成因是淺，整治時(shí)應(yīng)以枯水整治為主。采用丁壩、順壩束水導(dǎo)流整治，在洪水降落的最后階段，提高沖刷能力，達(dá)到最低通航水位時(shí)的保證航深。整治建筑物高程在設(shè)計(jì)水位上1.8,2.5m。(3)采取工程措施增加順直磧槽分流比，以增強(qiáng)順直磧槽的輸沙能力 ?修建洲頭順壩可以調(diào)整左右兩槽分流比，增加挖槽穩(wěn)定性。

?修建洲頭順壩可以增加磧槽流量，但應(yīng)考慮對(duì)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)、壩體穩(wěn)定性的影響。

?可在彎曲汊道內(nèi)修建整治建筑物以增加直槽流量。(4)磧槽內(nèi)筑壩束水攻沙以維護(hù)挖槽穩(wěn)定 2.3.4 新開(kāi)航槽設(shè)計(jì)(1)挖槽平面布置 挖槽定線的基本原則: ?挖槽的方向與主流方向一致，并位于主流線上，與主流向交角不應(yīng)超過(guò)15?。?挖槽在平面上常設(shè)計(jì)成直線，挖槽不可避免出現(xiàn)折線時(shí)，其轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)滿足要求，并適當(dāng)加寬。

?挖槽應(yīng)選擇最短線路。(2)挖槽橫斷面設(shè)計(jì)

挖槽斷面設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括挖槽寬度和深度。在滿足航道尺度的條件下，挖槽概化模型水流條件試驗(yàn)研究表明，在挖槽斷面面積一定時(shí)，在B/H=17.8時(shí)，近底縱向底流速、摩阻流速逐漸最大，輸沙強(qiáng)度值最大。因此，窄深型挖槽斷面挖槽穩(wěn)定性優(yōu)于寬淺型，為了增加汛后沖刷，在整治流量時(shí)在B/H,21.5時(shí)即可實(shí)現(xiàn)較為明顯的效果。2.3.5 挖槽穩(wěn)定性要求(1)挖槽穩(wěn)定性的一般要求

挖槽的主要問(wèn)題是汛后推移質(zhì)回淤問(wèn)題。為滿足挖槽穩(wěn)定，應(yīng)使挖槽內(nèi)的流速大于開(kāi)挖前挖槽區(qū)的流速;應(yīng)使挖槽河段開(kāi)挖后的斷面平均流速不小于挖槽上游段的斷面平均流速;應(yīng)使挖槽內(nèi)的流速沿程相等或有所增加。(2)彎曲分汊新開(kāi)磧槽挖槽內(nèi)流速控制指標(biāo)

在滿足挖槽穩(wěn)定性的一般要求的同時(shí)，挖槽后的流速應(yīng)達(dá)到一個(gè)多大的數(shù)值，是在進(jìn)行模型試驗(yàn)增加挖槽流量、束窄河床增大流速時(shí)的控制條件。為滿足挖槽穩(wěn)定，一般要求整治流量時(shí)挖槽內(nèi)流速約為卵石的起動(dòng)流速的1.1,1.3倍。3 長(zhǎng)江敘渝段典型卵石急灘的整治技術(shù)研究 3.1 卵石邊坡沖刷穩(wěn)定試驗(yàn) 通過(guò)邊灘沖刷穩(wěn)定性水槽試驗(yàn)，主要研究卵礫石邊坡的沖刷過(guò)程及機(jī)理;邊灘坡腳卵石的起動(dòng);卵石邊灘沖刷穩(wěn)定時(shí)的平面形態(tài)及水流特性;局部壓縮水流時(shí)，邊灘沖刷情況以及水流條件的變化。

研究表明:卵石邊灘的起動(dòng)和沖刷與坡腳處的流速和水深有關(guān);在卵石邊灘沖刷穩(wěn)定時(shí)，卵石邊灘的岸線基本與固定邊界的岸線平行，且水流的比降比較均勻，流態(tài)較好;局部壓縮水流時(shí)，灘口處比降變化較大，固定邊界壓縮寬度大于卵石邊灘沖刷穩(wěn)定時(shí)后退的寬度。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)船型自航上灘水流指標(biāo)研究

根據(jù)交通部最新發(fā)布的川江船型標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合敘渝段典型卵石急灘——斗笠子灘實(shí)際情況，采用川江急灘水流指標(biāo)理論計(jì)算和概化水槽船模試驗(yàn)等方法，研究敘渝段卵石急灘段的水流流速、比降對(duì)船舶的阻力以及代表船的型動(dòng)力情況，提出瀘渝段卵石急灘的水力指標(biāo)。

敘渝段為?級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)船隊(duì)為881kW推輪頂2艘500t或1艘1000t駁組成的1000t級(jí)船隊(duì)，其卵石急灘自航上灘水流指標(biāo)如下表: 表3-1 急灘自航上灘水流指標(biāo) 2.0 流速(‰)1.00 3.0 3.5 比降(m/s)3.9 3.1 9 3.3 斗笠子治理措施研究

表3-2 斗笠子灘整治方案一纜表 試驗(yàn)方案 工程內(nèi)容 工程量 整治效果 綜合評(píng)價(jià)

1.廟角磧疏浚: A(581480.68,3206884.78)、B(581780.72,3207015.73)、有利于改善斗笠 C(582147.76,3207063.34)、方案一 子灘的航行水流整治效果(582253.78,3207106.03)(廟角磧挖槽:條件，但廟角磧挖較好，但

2.支汊疏浚: 3疏浚，支78500m 槽區(qū)易于回淤，并挖槽區(qū)易 A(581305.20,3206529.72)、汊疏浚)且支汊疏浚區(qū)域于回淤 B(81802.22,3206510.03)、也易于回淤。

C(581351.58,3206622.98)、D(581806.41,3206580.18)(挖槽深度設(shè)計(jì)水位下2m)。

1.廟角磧疏浚同方案一;方案二 挖槽: 未達(dá)到分沙效果，2.丁壩分沙:A(581344.84,3206809.84)、3(廟角磧40500m 廟角磧的回淤未基本不可B(581484.29,3206889.80)、疏浚，丁丁壩: 得到根本性的改行方案

C(581509.65,3206848.14)3壩分沙)4800m 善。壩頂高程199.5m。改善斗笠子灘的

水流條件較好，從1.壩1/3旋轉(zhuǎn)7?，壩頭左移25m。移壩后 方案三 拆壩: 船模試驗(yàn)和水流

河床高程為設(shè)計(jì)水位下4m水深。筑壩長(zhǎng)度3(移順壩18000m 最不利比降、流速

200m,壩頂寬度為3m，兩側(cè)放坡1:1.5，灘口炸筑壩: 組合來(lái)看，船舶自2.在灘口處炸礁，炸礁高程為設(shè)計(jì)水位下效果一般 3礁，灘口18000m 航上灘能力一般。

5m。下游180m炸礁: 在廟角磧磧翅和

3.以灘口下游180為中心炸礁，炸礁高程為3處炸礁)15870m 磧尾附近有少量設(shè)計(jì)水位下4m。的泥沙淤積。工程 量最小。10 續(xù)表3-2 斗笠子灘整治方案一纜表

試驗(yàn)方案 工程內(nèi)容 工程量 整治效果 綜合評(píng)價(jià) 改善斗笠子灘的方案四 水流條件好，從船 拆壩:(移順壩模試驗(yàn)和水流最318000m，灘口炸在方案三的基礎(chǔ)上，再在廟角磧尾新建一條不利比降流速組 筑壩: 可作為推礁，灘口島尾壩:壩高程198.5m(平坡)，筑壩長(zhǎng)度合來(lái)看，船舶自航325200m 薦方案 下游180m100m,頂寬度為3m，兩側(cè)放坡1:1.5 上灘能力較好。在炸礁: 處炸礁，廟角磧磧翅和磧315870m 島尾壩)尾附近仍有少量 的泥沙淤積。枯水期沖刷廟角 磧磧翅處沖刷泥 沙能力與方案四

相差不大。布置分方案五 分沙壩減沙壩后，只是改變(移順壩拆壩: 淤效果不 廟角磧磧翅局部3，灘口炸在方案四的基礎(chǔ)上，再在廟角磧磧首新建兩18000m 明顯，且 的淤積量，工程河

筑壩: 礁，灘口條分沙壩:壩頂高程200.0m(平坡),壩頂對(duì)中洪水段泥沙洪水期主3下游180m寬度3m，兩側(cè)1:1.5放坡。第一條壩長(zhǎng)度29400m 船舶上行

要輸移路線以及處炸礁，165m，第二條壩長(zhǎng)度150m。炸礁: 有一定影 廟角磧磧翅的淤3島尾壩，15870m 響，建議積并沒(méi)有得到實(shí)分沙壩)不采用。

質(zhì)性的改變。中洪 水期，分沙壩對(duì)船 舶上行有一定影

響。工程量最大。3.4 卵石急灘整治技術(shù)總結(jié)

根據(jù)斗笠子灘和筲箕背灘歷年整治情況，結(jié)合兩灘現(xiàn)有整治方案，對(duì)敘渝段卵石急灘的卵石運(yùn)動(dòng)規(guī)律、水力指標(biāo)、整治原則、整治方法進(jìn)行總結(jié)。

3.4.1 卵石急灘卵石運(yùn)動(dòng)規(guī)律

?不管洪水期還是中枯水期，推移質(zhì)輸移路線對(duì)于斗笠子灘主航槽和筲箕背灘練家槽來(lái)說(shuō)，都是異岸輸移。?洪水期推移質(zhì)輸移路線經(jīng)過(guò)主航槽，并產(chǎn)生一定淤積;枯水期水流歸槽沖刷洪水期淤積的推移質(zhì)。?洪水期和枯水期的推移質(zhì)輸移路線方向不一樣。斗笠子灘、筲箕背灘洪枯期卵石推移質(zhì)輸移方向的夾角分別為40?、30?左右。

?斗笠子灘和筲箕背灘的卵石運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，均出現(xiàn)三維卵石沙波。斗笠子灘的卵石沙波出現(xiàn)在主航槽以下的斗笠子灘，筲箕背灘出現(xiàn)在練家槽以上的筲箕背灘脊。

?卵石運(yùn)動(dòng)與年來(lái)水量關(guān)系較大。1990年，筲箕背汛期和汛后的地形變化很小，2003年，斗笠子灘汛期和汛后主航槽地形變化也很小。分析其原因，主要是這兩年的

3洪水流量較小造成的。1990年、2006年朱沱站年最大洪水流量分別為30000 m/s、27800 33m/s，小于1990,2005年的年最大洪水平均流量32800 m/s，更小于5年一遇洪水流量

3為45100 m/s。3.4.2 整治原則

(1)卵石急灘以調(diào)節(jié)急灘比降為主

在方案布置時(shí)，主要以減小比降為主，最大局部比降能調(diào)整到2.0‰左右。從整治效果來(lái)看，降低了卵石急灘的比降，流速并未降低多少，船舶自航上灘的能力大大提高。

(2)布置整治方案時(shí)既要考慮標(biāo)準(zhǔn)船隊(duì)自航上灘，又要考慮航槽穩(wěn)定。3.4.3 整治方法

(1)炸除河底礁石等方法進(jìn)行擴(kuò)大過(guò)水?dāng)嗝妫饶軡M足船舶自航上灘，又能保持航槽穩(wěn)定。

擴(kuò)大過(guò)水?dāng)嗝媸羌睘┱蔚幕痉椒ㄖ?。通過(guò)擴(kuò)大灘口過(guò)水?dāng)嗝妫飨鄬?duì)平順，急流段的比降相對(duì)較小，流速減緩，使調(diào)整后的水流條件，能滿足船舶自航上灘。

(2)采取局部炸礁方法，減小底部環(huán)流，改善流態(tài)。由于河床起伏不平，河床高差較大，底部環(huán)流得到充分發(fā)展。水位越枯，底部環(huán)流強(qiáng)度越大，故在設(shè)計(jì)水位時(shí)，雖從表面流速和比降組合來(lái)看能滿足船舶自航上灘，但較 強(qiáng)的底部環(huán)流使船舶不能自航上灘。

(3)修建島尾壩能局部壅水，達(dá)到減小廟角磧磧尾橫比降，拓寬緩流區(qū)的目的，以便船舶自航上灘。

“上疏下抬”是急灘整治的方法之一，“下抬”的一般方法是在灘下深槽斷面修筑潛壩，筑壩壅水，減緩灘口的比降、流速，改善流態(tài)，使船舶能自航上灘。4 金沙江建庫(kù)對(duì)敘渝段航道的影響研究

金沙江建庫(kù)引起的水流、泥沙條件的改變，將使敘渝段河床演變規(guī)律發(fā)生相應(yīng)變化，直接影響一些重點(diǎn)灘險(xiǎn)的水流、泥沙、河床變化規(guī)律，從而造成卵石灘險(xiǎn)的河床下切，基巖河床灘險(xiǎn)的水流流速、比降加大，這些變化都將影響航道的通航條件。

采用一維數(shù)學(xué)模型，重點(diǎn)研究建庫(kù)后長(zhǎng)河段水流、泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律和水位變化趨勢(shì)，并通過(guò)局部河段平面二維水沙數(shù)學(xué)模型模擬計(jì)算，研究典型重點(diǎn)淺灘河段的河床演變、水流條件、航道尺度的變化情況及發(fā)展趨勢(shì)。

4.1 重點(diǎn)灘險(xiǎn)二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算

平面二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算的主要目的是，分析向家壩水電站修建后，在電站日調(diào)節(jié)下泄非恒定流情況下，對(duì)敘渝段重點(diǎn)灘險(xiǎn)平面二維水流流速、流態(tài)、水深、河床沖淤變化的影響。分別選取銅鼓灘和風(fēng)簸磧作為重點(diǎn)研究對(duì)象。

為探討上游金沙江建庫(kù)后，經(jīng)水庫(kù)調(diào)節(jié)下泄非恒定流過(guò)程對(duì)長(zhǎng)江敘渝段航運(yùn)條件的影響，建立了非恒定流數(shù)學(xué)模型。選取重點(diǎn)河段(銅鼓灘、風(fēng)簸磧河段)，計(jì)算了河道中水流為非恒定流時(shí)流速及水深分布，確定河道中水流流態(tài)及水位變化;并對(duì)沿程各斷面位置處水流運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化過(guò)程進(jìn)行了研究，著重對(duì)流速、水位隨時(shí)間的變率做了分析，反映流速及水位隨時(shí)間的變化強(qiáng)度。

?根據(jù)水文資料統(tǒng)計(jì)分析，向家壩水庫(kù)在下泄最小流量為1200m3/s時(shí)，長(zhǎng)江敘渝段(李莊站)年均1.6天流量小于設(shè)計(jì)流量1950m3/s。

?溪洛渡、向家壩建庫(kù)后將攔截金沙江大部分懸沙和幾乎全部推移質(zhì)。長(zhǎng)江敘渝段推移質(zhì)泥沙由天然的年均226.4萬(wàn)t減少到年均44.4萬(wàn)t。

?當(dāng)敘渝段河道基流最小時(shí)，向家壩進(jìn)行日調(diào)節(jié)時(shí)為非恒定流情況下敘渝段河道通航條件最不利工況。

?非恒定流傳播沿流程存在洪峰坦化現(xiàn)象，相應(yīng)沿程流量、水深、流速變幅逐漸減 小。

?不同日調(diào)節(jié)工況比較發(fā)現(xiàn)，最小下泄流量增加，沿程各點(diǎn)水力參數(shù)變幅減小。

?向家壩日調(diào)節(jié)流量過(guò)程經(jīng)長(zhǎng)距離河道調(diào)蓄作用后，至銅鼓灘、風(fēng)簸磧河段最小流量較天然枯水流量增大，航道水深增加。

?上、下游河段水力參數(shù)變率分析顯示，沿程水力參數(shù)變率減小，非恒定流引起的河道水流波動(dòng)沿程衰減。

?長(zhǎng)時(shí)段日調(diào)節(jié)對(duì)河道變形影響因河床組成和邊界條件的差異而不同，對(duì)比而言，銅鼓灘段河床變形較風(fēng)簸磧段明顯。

?河床變形后，可通航寬度增加，但同時(shí)可能伴隨有航深的減小，非恒定流傳播增加水深的效果有所反彈，河段航深與天然來(lái)流時(shí)相當(dāng)。

4.2 金沙江建庫(kù)后對(duì)敘渝段航道的影響 上游金沙江建庫(kù)后，敘渝段的來(lái)水來(lái)沙條件將發(fā)生較大的變化，從而導(dǎo)致本段航道水流條件和泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生改變，這些改變將引起河床演變規(guī)律的改變。研究表明:(1)雖然電站日調(diào)節(jié)流量對(duì)敘渝段下泄非恒定流存在洪峰坦化現(xiàn)象，相應(yīng)沿程流量、水深、流速逐漸減小，但宜賓至太安長(zhǎng)140km的河段，水位日變幅都在0.7m以上。越靠近壩址，水位日變幅越大，李莊以上水位變幅近2m。這將對(duì)船舶的靠泊和航行安全帶來(lái)一定影響。

(2)長(zhǎng)時(shí)段清水沖刷對(duì)河道變形影響:因河床組成和邊界條件的差異而不同，在多數(shù)地方由于河床沖刷下切引起水位下降，而在由緊密的大粒徑沙卵石或礁石組成的灘脊，由于抗沖性強(qiáng)，水位下降后將引起水深減小。16