东溪口新开卵石航槽演变规律研究

摘要

东溪口是长江上游典型弯曲分汊卵石险滩，其卵石运动规律及碍航特征复杂，为提升其航道等级，在东溪口左汊开辟枯水航槽，但新开航槽位于卵石输移带，其上下游卵石运动剧烈，洪水期卵石输移路径横跨整个航槽，会对新开航槽的稳定性产生影响，给航道等级提升带来了较大的困难。本文基于理论分析，动床模型试验及二维推移质数学模型，开展卵石滩险整治线宽度确定方法，东溪口卵石输移规律与开槽方案，以及新开航槽稳定性等方面的研究。
　　本文提出了基于卵石河流稳定河槽控导与输沙率最大法确定稳定挖槽宽度的计算方法。根据最大输沙率法研究河宽的一般模型，分别用Einstein修正式、Ackers输沙率公式计算出最大输沙率所对应的稳定挖槽宽度范围;运用河相关系法计算卵砾石河流的稳定挖槽宽度。两种方法确定的挖槽宽度范围基本一致。通过数学模型优化挖槽水深，确定最佳挖槽宽深比。
　　通过天然沙小比尺动床模型试验，研究最不利水沙条件下新开航槽的卵石推移质输移特性及其对航槽滩险演变的影响。研究结果表明，大洪水条件下，新开航槽总体呈弱淤的态势，淤积体主要集中在航槽进口段，中下部航槽基本保持稳定。疏浚筑坝后，新开航槽分水、分沙作用明显，卵石推移质输移带在新开航槽进口段呈舌形分布。
　　在考虑二次环流的作用下，采用曲线坐标系下二维水动力学模块与推移质动力模块，模拟水流对新开航槽卵石推移质的长期作用，通过分析新开航槽卵石推移质输移特性及其与水动力条件的响应关系，得出新开航槽的冲淤特性及演变规律。结果表明整治后，新开航槽进口段、出口段呈累积性淤积态势，进口段稳定性较差，应增大备淤深度。
　　本文关于新开卵石航槽稳定性的研究方法对内河大型山区河流卵石险滩的整治具有重要的指导和借鉴意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 冲积河流航道疏浚挖槽稳定性研究

1．2．2 卵石推移质二维数学模型研究

1．3 主要研究内容与技术路线图

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究技术路线图

第二章 东溪口河道滩险演变分析与整治思路研究

2．1 滩险成因与碍航特征分析

2．1．1 东溪口水道滩险概况

2．1．2 东溪口滩碍航特征分析

2．1．3 滩险成因

2．2 河床演变分析

2．2．1 水文、泥沙特性

2．2．2 称杆碛滩河床组成

2．2．3 称杆碛平面变化

2．2．4 典型横断面变化分析

2．2．5 年内冲淤变化分析

2．2．6 河床演变趋势分析

2．3 整治思路研究

2．4 本章小结

第三章 新开卵石航槽挖槽确定方法与挖槽形式研究

3．1 挖槽尺寸计算一般方法

3．2 输沙率最大法确定挖槽宽度

3．1．1 河槽宽度计算步骤与公式

3．1．2 东溪口挖槽宽度计算

3．3 稳定河槽宽度法确定挖槽宽度

3．4 东溪口挖槽形式的确定

3．5 小结

第四章 模型的设计与验证

4．1 动床物理模型的建立与验证

4．1．1 动床模拟范围

4．1．2 模型比尺确定

4．1．3 动床模型水流验证

4．1．4 动床模型地形验证

4．2 数学模型的建立与验证

4．2．1 二维水动力推移质模型

4．2．2 水流模块验证

4．2．3 泥沙模块验证

4．2．4 冲淤部位及冲淤量验证

4．2．5 典型断面变形验证

4．3 小结

第五章 新开航槽的卵石输移规律及稳定性研究

5．1 试验水沙条件的确定

5．1．1 动床模型水沙条件的确定

5．1．2 数学模型水沙条件的确定

5．2 新开航槽的水流变化特性

5．2．1 分流比变化分析

5．2．2 整治前后流态变化

5．3．1 整治前称杆碛河段泥沙输移方式

5．3．2 整治后称杆碛河段泥沙输移方式

5．3．3 整治前后推移质输沙带分布特征

5．4 航槽卵石推移质输移与水动力特征的响应研究

5．4．1 进口段流速对卵石输移运动的影响

5．4．2 沿程流速对卵石输移的影响

5．4．3 枯水期左槽输沙强度变化

5．4．4 推移质输沙带和水流功率关系分析

5．5 新开卵石航槽的冲淤变化与稳定性研究

5．5．1 新开航槽大洪水过程冲淤变化

5．5．2 枯水冲刷地形变化

5．6 新开卵石航槽的长期演变趋势研究

5．6．1 冲淤总量统计

5．6．2 冲淤分布及断面变化

5．6．3 水道冲淤特性分析

5．6．4 方案实施后航槽内冲淤变化

5．6．5 演变规律分析及预测趋势

5．7 小结

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的科研成果