长江上游峡江段崩滑灾害体碍航特征与模式研究

摘要

长江上游干支流航道崩滑灾害多发，航运安全受到严重威胁。本文从涌浪、水流特性、航道尺度三方面讨论崩滑灾害体对航道的影响。在巫山江段选取覆盖了小、中、大、巨型13个典型滑体，采用理论分析数值模拟等方法对崩滑灾害体入江后，从涌浪、水流特性的改变、航道尺度三方面对航道的影响进行分析。主要结论如下:
　　1.滑坡涌浪对航道的影响
　　通过13个滑坡体的涌浪高度、传播、爬高计算，涌浪高度最大为50.90m，最小为4.20m，大概确定巫山境内滑坡激起的涌浪高度的范围为4.20m～50.90m，对过往船只产生巨大影响，严重时甚至导致船舶倾覆。涌浪最远传播距离为25km，最小传播距离为5km，再根据船舶航行的极限波高，求得船舶航行限制距离，确定了涌浪威胁区域。根据涌浪的传播，计算出涌浪在崩滑灾害发生处爬高最大达到88.15m，爬高影响区域最大可达到24km，此处的爬高仍有2.46m，建议尽可能避免在存在有滑坡体附近建立水工建筑物，在威胁区域内沿程的水工建筑物，有考虑涌浪威胁的必要。
　　2.崩滑灾害体对水流特性的改变
　　(1)由于崩滑灾害体的存在，水流会有壅高现象。在崩滑堆积体上游区域，崩滑堆积体一岸水位高于对岸;在崩滑堆积体下游区域，崩滑堆积体一岸水位低于对岸。崩滑堆积体规模越大时，此现象越明显。
　　(2)崩滑堆积体上游区由于壅水的作用，水流流速较小;在水流越过崩滑堆积体时由于水流下跌作用，此时流速最大，然后在崩滑堆积体下游区流速逐渐趋缓，但此时水流流速仍比上游流速大。
　　(3)崩滑堆积体淹没程度较大的情况水流形态较为平稳;淹没程度较小的情况下，水流形态较为复杂，在崩滑堆积体下游区存在着回流区，同时还伴随着旋涡，不利于船舶通行，航道部门应当限制通航。
　　(4)崩滑堆积体淹没程度较大的情况，水流流速变化小，且流速小于3m/s，可以安全通航;淹没程度较小的情况，崩滑堆积体水下游主流区流流速变化较大，流速超过3m/s，超过一般船舶安全通航最高允许流速，为安全考虑，此时航道部门应当限制通航。
　　(5)在淹没程度非常小的情况，由于崩滑堆积体的挡水作用非常明显，会导致上下游水位落差非常大，船舶无法上、下行，这种情况下，航道部门应当断航。
　　3.崩滑灾害体侵入航道对航道尺度的影响
　　(1)通过计算，再结合水流特性的变化，巫山段崩滑堆积体侵入长江后，堆积体由于粒径过大，大部分粒径大于起动粒径18.74mm，因此大部分将残存在航道。
　　(2)在145m水位，3/4规模堵江情况下，剧烈改变了航道尺度，导致航道无法通行以致断航;其他情况对航道尺度改变有限。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 崩塌体滑坡涌浪研究

1．2．2 碍航水流特性研究

1．2．3 河槽演变

1．3 本文的主要研究内容

1．3．1 崩滑灾害体涌浪特征及其对航道的影响研究

1．3．2 崩滑堆积体碍航流态的研究

1．3．3 崩滑堆积体对航道尺度的影响

第二章 涌浪特征及其碍航作用

2．1 研究区滑坡分布与特征

2．1．1 地形地貌

2．1．2 地质灾害发育现状

2．1．3 滑坡的分布及特征

2．2 滑坡涌浪波高预测

2．3 滑坡涌浪传播

2．3．1 滑坡涌浪传播计算

2．3．2 涌浪威胁区域的确定

2．4 涌浪爬坡高度

2．4．1 涌浪爬高的估算方法

2．4．2 涌浪爬高的估算

2．5 本章小结

第三章 崩滑堆积体水流特性的分析

3．1 FLOW3D的软件简介

3．1．1 CFD水动力学计算原理

3．1．2 紊流基本控制方程

3．1．3 控制方程的离散及其求解

3．1．4 边界条件

3．1．5 自由水面的VOF模拟

3．2 模型的建立

3．2．1 模型的设计依据

3．2．2 网格划分及边界设置

3．3 水面线变化特性

3．3．1 纵向水面线

3．3．2 横向水面线

3．4 流速分布特性

3．4．1 表面流速分布

3．4．2 垂线流速分布

3．5 流场分布特性

3．5．1 表层平面流场

3．5．2 纵剖面流场

3．5．3 横剖面流场

3．6 本章小结

第四章 崩滑堆积体对航道尺度的影响

4．1 泥沙起动粒径计算

4．2 航道尺度

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果