长江上游叙泸段非恒定流特性及对航道要素的影响研究

摘要

金沙江、岷江水电枢纽调峰发电引起非恒定流下泄，致使叙泸段河道流量和水位相较于天然情况具有变化快、变幅大的特点，给航道通航、管理维护带来新的困难。本文采用实测资料分析和非恒定流数学模型作为研究手段，针对叙泸段河道非恒定流传播特性及其对航道要素的影响展开研究，包括非恒定流波高衰减、传播速度、流量和水位变化及与恒定流条件时的差异等，讨论河道不同平面形态对非恒定流传播影响，研究日调节非恒定流对航道尺度、流速和比降等水力要素的影响。取得主要结论如下:
　　(1)宜宾常见非恒定流波高为0.8～1.5m，自水位波峰起向下传播至观音背历时约12～14h，波高衰减约为宜宾初始波高的1/2;非恒定流流量基值越大时，波的衰减坦化效果越不明显;沿程最低水位仅受流量基值影响，而与流量峰值大小无关;随传播距离增加，沿程水位最大日变幅整体呈减小趋势;
　　(2)典型非恒定流传播周期约26h，波长约217.4km，平均传播速度为8.4km/h，且半个波长内波速沿程减小。非恒定流条件下沿程流量变幅大小仅与初始流量波幅以及周期有关，而与初始流量峰值、基值绝对大小无关。周期越短，衰减速率越快，衰减幅度越大。随着传播距离增加，流量变幅衰减趋势减缓，半个波长后衰减为初始流量变幅的54.2％～64.5％，水位波峰沿程下降、波谷沿程抬升，变化幅度逐步减小，但总的周期保持不变;
　　(3)相较于恒定流条件，自宜宾流量波峰起沿程流量逐步减小，自波谷起沿程流量逐步增加，随着距离的增加，沿程流量变幅缩小，向平均值靠拢;水位变化与流量变化规律相似，非恒定流与恒定流时观音背水位差达2m左右;
　　(4)顺直河道自上而下非恒定流波高逐步减小，波高坦化率逐渐增大，波的衰减速度加快。放宽型河道非恒定流波高快速下降，促进波的衰减坦化;束窄型河道水位沿程下降、波高衰减速率沿程减小，抑制波形坦化。在弯曲河道非恒定流波高变化与具体滩性及弯曲半径有关;
　　(5)流量上涨水面比降跟峰增加，流量下降比降随谷减小;非恒定流产生的附加比降最大值出现上涨或下降段期间。流速与流量成正比，同一流量涨水阶段流速大于降水相应流速，沿程流速分布还与其断面形态有关。非恒定流作用产生附加比降时同时存在附加流速，通常上涨段其值为正，下降段其值为负。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 明渠非匿定流理论

1．2．2 明渠非恒定流数值模拟

1．2．3 长江上游河段非恒定流研究进展

1．2．4 存在问题

1．3 研究内容及技术路线

第二章 叙泸段航道概况

2．1 叙泸段航道现状与滩险分布情况

2．2 水文特性及河道演变情况

2．1．1 年际径流特征

2．1．2 河道演变情况

2．3 上游枢纽的影响

2．4 宜宾非恒定流的主要特征

2．5 小结

第三章 叙泸段非恒定流数学模型建立及验证

3．1 二维非恒定流数值计算方法

3．1．1 控制方程

3．1．2 数值求解

3．1．3 边界条件

3．2 叙泸段二维非恒定流数学模型建立

3．2．1 计算域及网格划分

3．2．2 定解条件

3．2．3 糙率分布

3．3 叙泸段二维非恒定流数学模型验证

3．3．1 计算工况

3．3．2 验证结果与分析

3．4 小结

第四章 叙泸段非恒定流传播特性研究

4．1 沿程水面涨落分析

4．1．1 波高变化

4．1．2 最高水位与最低水位

4．1．3 水位最大日变幅

4．2 典型非恒定流传播过程分析

4．2．1 传播速度及波长分析

4．2．2 沿程流量变化

4．2．3 水位变化

4．2．4 水位与流量关系

4．2．5 非恒定流与恒定流过程对比分析

4．3 河道平面形态对非恒定流传播影响

4．3．1 顺直型河道

4．3．2 放宽、束窄型河道

4．3．3 弯曲型河道

4．4 小结

第五章 日调节非恒定流对叙泸段航道要素的影响

5．1 内河航道要素分类

5．1．1 航道尺度

5．1．2 通航水力指标

5．2 典型工况下叙泸段航道条件判断

5．2．1 航道水深

5．2．2 满足航道维护水深的宽度

5．2．3 流速与比降

5．3 非恒定流作用对典型滩险航道要素影响分析

5．3．1 非恒定流对拴疆碛航道要素影响

5．3．2 非恒定流对筲箕背-香炉滩航道要素影响

5．4 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文及取得的学术成果