长江航道整治边滩守护及护底工程关键技术研究.

第一篇：长江航道整治边滩守护及护底工程关键技术研究.

长江航道整治边滩守护及护底工程关键技术研究

报 告 简 本 概述

长江作为我国第一大河流，是全国内河航运最重要的水运主通道，水运条件十分优越。长江干线航运是连接我国东、中、西部地区的重要纽带，是实施西部大开发战略的重要依托，也是长江沿江经济持续、快速发展的重要支撑。

为保障长江干流航道的畅通，从根本上解决浅滩碍航问题，特别是三峡水库蓄水运用后，上游来沙量逐渐减少，受其影响，长江中下游河道内的洲、滩受到不同程度的冲刷，水流特性更加复杂，从而对护滩建筑物的稳定性提出了更高、更新的技术要求。在新的形势下，要求积极探索新结构、新材料、新工艺的研究思路，确保整治工程效果以及全寿命成本最低。因此，为适应长江中下游不同类型滩体的冲刷变形特点，保证整治工程的质量和整治效果，不仅需要对已有护边滩（底）建筑物的平面布置、结构型式进行总结、优化，更需要对不同种类的新结构、新材料、新工艺的创新和提高。本项目针对长江航道整治边滩护滩（底）工程关键技术问题，开展以下三个专题研究：

专题一“边滩水沙运动特点及护滩（底）建筑物破坏机理研究”； 专题二“长江航道整治护滩（底）建筑物模拟技术研究”； 专题三“边滩护滩（底）建筑物布置与结构研究”。主要研究内容及成果

2.1 主要研究内容

2.1.1专题一

（1）在专题二对长江中下游各类边滩形态、演变特征、护滩建筑物损毁类别、特征及原因等分析的基础上，选择具有代表性的一种边滩形态进行水槽概化模型设计、制作及验证；

（2）通过水槽概化模型的定、动床试验，研究无护滩建筑物条件时边滩上的水流结构与泥沙运动特性；

（3）通过水槽概化模型的定、动床试验，研究有护滩建筑物条件下的边滩上水流结构、泥沙运动特性及滩面受力特点；

（4）护滩建筑物的冲刷变形及破坏过程与水力要素、滩体形态、组成的相互关系；（5）进行护滩建筑物保沙护滩及损毁机理研究。2.1.2 专题二

（1）分析长江中下游各类边滩的成因、河床组成和水流分布特性等，研究滩体和护滩建筑物的分类特点；

（2）通过收集整理长江中下游航道整治护滩工程河段的基本资料，分析护滩建筑物的破坏情况及影响护滩建筑物稳定性的主要因素；

（3）研究护滩建筑物概化模型的模拟技术，包括：护滩建筑物模拟的相似条件、模拟材料的选择与特性、模型沙的选择以及模型操作控制技术等方面。2.1.3 专题三

（1）收集国内外，特别是长江中下游已有边滩护滩（底）建筑物的应用现状及研究成果；

（2）结合工程运行后的实际情况，通过典型案例对散抛块体、坝体、软体排等护滩（底）建筑物的适用条件、优缺点进行分析；

（3）通过水槽试验，进行软体排和四面六边透水框架护滩效果研究；（4）结合专题一研究成果，从护滩（底）建筑物结构和功能破坏两方面进行护滩（底）工程总体效果判别标准探讨；

（5）根据专题一、二研究成果确定护滩带守护部位、重点，采用水槽概化模型试验手段，研究护滩（底）带的平面布置；

（6）采用现场调研、水槽概化模型试验、现场试验等手段，对四面六边透水框架、SX型排和三维植被网草皮护滩结构进行研究，提出加强结构稳定性的措施。

2.2 项目研究取得的主要成果

2.2.1专题一主要成果

（1）根据边滩的形态特征进行水槽概化，滩体形态采用边滩压缩比20%、30%、45%，长宽比5:

1、6:

1、8:1，滩顶高15cm；采用正态模型比尺1:60，河床质泥沙采用d50=0.14mm和rs1.15t/m3的木屑进行模拟，选用专题二研制的护滩带、四面透水框架，基本满足各项相似性要求。

（2）试验结果揭示了边滩水沙运动具有以下主要特点：

①一般滩体侧的纵比降较大，流速越大、或者滩体压缩比越大，纵比降越大；随着水深的增加，或者滩体长宽比增大时，纵比降趋缓。非淹没时边滩上下游的横向比降方向相反；淹没时，在压缩比较大才出现上下游横比降相反方向；边滩附近的横比降随水深增加、压缩比增加、或者长宽比增大而减小；流速越大，横比降越大，各因素引起的比降变化也越明显。

②滩体上游流速较小、水流行近滩体时，受滩体挤压影响使得流速沿程快速增加，滩脚附近横向流速梯度达到最大，在滩体的中下游滩唇处纵向流速达到峰值，而后逐渐减小，最终在离开滩体下游一定距离趋于平稳。淹没时滩体下游出现回流，滩体顶部为滩面流速峰值区，非淹没时滩体下游、边滩顺直段滩唇附近出现回流，滩体迎流面与顺直段交界处为滩面流速峰值区。流速高值区一般对应水位低值区。滩体压缩比、或者长宽比越大，滩唇流速越大；水深越大，流速峰值位置靠向滩体中心；流速越大、水深越小，流速变化愈明显。

③上游泥沙向下输移接近滩体时，泥沙绕滩体侧缘呈带状下行。滩体的上、下游部位有泥沙淤积。水深越大，泥沙输移带趋直、靠近滩体更高部位而下，滩体附近泥沙输移愈分散。

④边滩在无防护状态下，滩体变化以滩槽的重新塑造为主，滩体上、下游端均出现淤积，滩体冲淤部位及冲淤量与水流条件、滩型等有关，滩体总体向下游移动。非淹没情况时滩体迎流面与顺直段交界处为主要冲刷部位，滩脚附近形成深而陡的冲刷坑，滩体瘦长、高大；淹没时水流漫滩，滩体顶部遭受冲刷，滩体宽长、低矮。流速

较大时，滩槽变化较明显，滩体上、下游端淤积程度也较明显；流速越大、或者水深越大、或者滩体长宽比越大，滩体冲刷量越大。

（3）根据大量已建护滩建筑物的效果观测资料分析，认为：

①护滩带护滩后，滩体冲刷量大部分得到控制。四面透水框架护滩后滩体冲刷量明显减小，护滩效果较护滩带好。

②影响护滩带破坏的主要因素包括水流条件、河床组成、护滩带平面布置、自身结构及施工工艺等。流速大小是护滩带破坏的动力因素，局部冲刷坑的形成是护滩带破坏的诱发原因，编织布、系结条、及接缝部位的抗拉强度不够是护滩带破坏的直接原因。

③边滩在有防护状态下，滩体下移速度减缓，受护滩面难以冲刷，而未护滩面受水流作用逐渐冲刷下切，护滩带边缘蛰陷，凸起部位的周边水流局部紊动强烈，加速护滩带边缘冲刷坑的形成，随着冲刷坑的发展，因护滩带具有一定延展性而逐渐下降覆盖冲刷坑，护滩带边缘出现“悬挂、架空”现象。护滩带与滩面间出现空隙，水流从护滩带下部穿过，直接作用于受护滩面；此外，护滩带表面不同部位的流速差造成护滩带底下不同位置的压力差，使得护滩带底下泥沙发生运动，促使护滩带出现鼓包或者塌陷现象。

（4）护滩建筑物受力试验表明：冲刷初始阶段，块体间脉动拉力迅速增大，冲刷至某一阶段达到最大值，之后冲刷坑逐渐达到冲刷平衡，脉动拉力逐渐趋于稳定；流速越大、或者水深越小，脉动拉力就越大。

（5）经试验研究，护滩带的破坏机理为：水流冲刷未护滩面后，护滩带边缘冲刷坑形成，水流紊动加剧，护块与护块之间的脉动力迅速增加，排体下降贴合受冲滩面继续护滩，当坡度较陡时，系结条可能出现紧绷或撕断，块体移动或脱落，护滩效果减弱；随着冲刷坑的发展，边缘排垫出现“悬挂、架空”等变形，原受护滩面受水流淘刷，当冲刷坑发展到一定阶段，变形的护滩带受力达到一定值或排体脉动压力瞬时增大，护滩带变形一侧或两侧的排垫受力大于其抗拉强度，排垫撕裂，系结条断裂、块体脱落，护滩带破坏，撕裂处滩面失去保护，直接受水流冲刷，冲刷坑向护滩带内

部发展。

2.2.2 专题二主要成果

（1）通过收集整理长江中下游边滩滩体冲刷破坏的实例等基本资料结合理论分析，给出影响滩体破坏的主要因素为河段特性、水流特性、泥沙特性、冲刷时间和有无护滩建筑物等。

（2）研究解决了护滩建筑物概化模型试验模拟关键技术，包括模型沙选择、边滩附近的水流结构模拟、护滩建筑物变形及破坏模拟、护滩建筑物受力模拟等。这些模拟技术能较好的应用于整治建筑物破坏机理研究和整治方案的物理模型试验研究。

①选定X型系砼块软体排(简称X型排)作为进行模拟的护滩建筑物，选取两种比尺（1:60和1:10），从几何相似、重力相似、平面布置相似以及变形相似等方面进行相似模拟，解决了护滩建筑物概化模型相似性设计技术。

②系统模拟了滩体周围有无护滩建筑物守护时滩体冲刷破坏情况。无护滩建筑物守护的冲刷主要表现为滩面冲刷，而且滩面冲刷幅度有随流量的增大而加大的趋势；有护滩建筑物守护的左岸滩面基本不动，滩槽交界处受到严重冲刷，而且冲刷力度和冲刷坑的深度随流量的增大而加大，随水深的增加而减弱。

③较好地模拟出软体排型护滩带边缘塌陷、排中部鼓包、排中部塌陷及边缘排体悬挂等主要破坏形式，基本反映了原型河床与护滩带的变形特征，进一步证明本文提出的护滩建筑物的模拟和试验控制技术，能够用于试验解决护滩建筑物的破坏机理和实体模拟技术问题。

原型护滩带边缘塌陷照片 模型护滩带边缘塌陷照片

原型护滩带中部鼓包照片 模型护滩带中部塌陷照片

原型护滩带中部塌陷照片 模型护滩带中部塌陷照片

原型护滩带边缘排体悬挂照片 模型护滩带边缘排体悬挂照片

（3）通过定床试验和清水冲刷试验，分析研究了边滩附近的水流结构及水流紊动规律，建立了边滩附近水流紊动及压力脉动频率、能量、流速与冲刷之间的关系。脉动动能的变化趋势为：靠近左岸的滩面处脉动动能较小，滩槽交界处的脉动动能变化很大，深槽处脉动动能较小变化也比较平稳。脉动动能较强的地方位于滩头和滩尾

处，随着流量的增加，滩尾紊动区的分布范围越来越广泛，其值也越来越大，随着水深的增大，边滩头部和滩尾处的水流紊动动能逐渐变小。

（4）通过试验研究分析了边滩护滩带头部冲刷坑深度的主要影响因素，提出了冲刷坑范围的确定方法和冲刷坑深度的计算公式。2.2.3 专题三主要成果

（1）根据对国内外主要河流上已建护滩建筑物的调研分析，将护滩建筑物分为实体建筑物和透水建筑物结构两类。实体建筑物结构不允许水流透过坝体，导流能力强，建筑物前冲刷坑深，多用于重型永久性工程。透水结构允许水流穿越坝体，导流能力较实体建筑物小，建筑物前冲刷坑浅，有缓流落淤作用。

（2）提出了四种护滩（底）结构的使用条件：①适用于水深大，流速大恶劣条件的散抛块体或袋装沙；②适用于水深较小的坝体护底结构；③适用于河床岸坡较缓的软体排；④施工前不需要进行地基处理、不易下沉、适用于任何地形的新型四面六边透水框架结构。

（3）提出四面六边透水框架是一种值得大力推广的新型护滩结构。

①水槽试验结果表明：四面六边透水框架防护后，减速促淤作用十分明显。与传统护滩工程相比，四面六边透水框架具有能有效地避免实体护岸工程基础容易被淘刷而影响自身稳定问题，且适应河床地形变化能力强，不需要地基处理，不易下沉，自身稳定，施工简单，成本低等优点。

软体排结合框架群护滩效果图

②结合现场试验，透水框架群用于预留变形区护滩（底）、软体排接缝处理及边缘预埋中效果较好。

东流水道透水框架现场试验2个水文年后效果

（4）通过水槽试验，从功能和结构两方面探讨了护滩（底）工程总体效果判别标准。

（5）提出三维植被网护滩新技术。根据植被保持水土的原理，以三维土工网垫作为加筋材料，利用三维植被网垫护滩具有固土性能优良、网络加筋作用突出、消能作用明显及保温功能良好的特点，能很好地应用于长江航道系统整治工程建设中。

3依托工程

随着西部大开发战略的实施和长江航运事业的发展，长江航道建设步伐开始加快。根据长江干流航道治理总体规划，到2020年，长江中下游自中游宜都到河口白茆沙等一大批浅滩水道将进行重点治理。“十五”期间，长江中游陆续实施了长江航道清淤应急工程、碾子湾水道、陆溪口水道、嘉鱼—燕窝水道、罗湖洲水道、张家洲南港下浅区、东流水道等航道整治工程；“十一五”期间，长江中游瓦口子水道、马家咀水道、周天河段等航道整治工程率先实施，另有一批滩险如窑监、戴家洲、牯牛沙、张家洲南港上浅区、马当、安庆、土桥、口岸直等河段（水道）航道整治工程前期工作正在按计划进行。

本项目主要以长江中游马家咀水道航道整治一期工程，长江中游周天河段航道整

治控导工程作为依托工程，采集相关数据资料，进行试验分析研究。

4项目突破的关键技术

4.1 专题一突破的关键技术

（1）通过数值计算与水槽概化试验，揭示了不同边滩形态及不同来流条件下，边滩河段的水位、流速及比降的变化规律，以及推移质泥沙的输移特性。

（2）首次系统研究了不同水流条件下，有、无护滩建筑物防护的不同边滩形态的冲淤特性。

（3）通过对护滩带破坏的影响因素分析、护滩带脉动拉力试验及受力分析，提出了护滩带常见的边缘塌陷、悬挂，排体中部“鼓包”、塌陷等破坏类型的破坏机理。

4.2 专题二突破的关键技术

（1）选定X型系砼块软体排(简称X型排)作为进行模拟的护滩建筑物，选取两种比尺（1：60和1：10），从几何相似、重力相似、平面布置相似以及变形相似等方面进行相似模拟，解决了护滩建筑物概化模型相似性设计技术。

（2）研究解决了护滩建筑物概化模型试验模拟关键技术，包括模型沙选择、边滩附近的水流结构模拟，特别是首次研究了护滩建筑物变形及破坏模拟、护滩建筑物受力模拟等。

（3）通过定床试验和清水冲刷试验，分析研究了边滩附近的水流结构及水流紊动规律，建立了边滩附近水流紊动及压力脉动频率、能量、流速与冲刷之间的关系。

（4）通过试验较好地模拟出软体排的主要破坏形式，给出了护滩带边缘冲刷坑范围的确定方法和冲刷坑的计算公式。

4.3 专题三突破的关键技术

（1）总结了长江航道护滩（底）建筑物多种结构型式以及护滩带平面布置主要型式（整体守护、集中守护和条状间断守护）及其适用条件。

（2）通过现场试验，将透水框架应用于护底排边缘防冲促淤，取得了较好的效果。

（3）结合依托工程对软体排进行了接缝处理、边缘预埋等大量的现场试验，提出了结构优化措施。项目的经济、社会、环境效益及推广应用前景 5.1 经济效益

（1）为长江航道系统整治工程中最为常见的护滩工程提供合理可行的平面布置形式，为整治工程立项和顺利实施提供决策依据，这对于保证整治工程的质量和效果具有十分重要的作用。

（2）项目研究成果推广应用到长江航道系统治理工程中，有利于增强整治建筑物稳定性，延长整治建筑物寿命，减少日常维修量和大洪水水毁维修量，减少维修费用约20%左右。

（3）为长江中下游航道治理提供基础资料和技术支持，加快前期工作进度，提高设计工作效率和质量，缩短约15%左右的设计周期。

（4）为河流模拟与航道整治理论发展提供新素材和新经验，有利于科研成果及时转化为现实生产力，推动航道治理技术创新和技术进步。

5.2 社会效益

长江中游航道整治工程属国民经济公用性的基础设施项目，整治工程实施后将产生广泛的社会效益。

（1）可以确保长江中游航道畅通，避免出现阻碍航行的局面，确保工农业生产的正常顺利进行，为经济发展提供可靠的物质保证。

（2）长江中游航道作为承东启西和联系上下游经济腹地的重要通道，随着长江经济带的发展的国家对西部大开发战略决策的实施，长江运输量将有较大提高，工程实施后，能够保证东西部物质交流与经济交流，为西部经济发展提供水上交通便利。

（3）工程实施后，能够更好地发挥长江三峡工程的航运效益以及满足日益发展的干支直达运输、江海运输和海轮进江的需要。

（4）工程实施后，改善航道条件，同时也改善了港口航行条件可以扩大港口吞吐能力，有助于沿江地区人民生活水平和经济发展水平的提高。

（5）航道治理的经验和方法不仅可以用于长江航道，也可以用于其他河流、海岸工程；还可应用于水利、堤防、水电、港口等众多领域。社会效益显著。

5.3 环境效益

长江中游航道整治工程具有巨大的生态与环境效益。生态、环境保护与经济发展应同步进行，在经济发展的同时必须保护和改善环境。人类社会不能停滞不前。1972年6月在斯德哥尔摩召开的联合国会议，颁布了《斯德哥尔摩人类环境宣言》，会议提出的环境保护的概念，不是着眼于停止发展而是鼓励发展，认为不能因为发展带来某些危害而停滞不前。长江中游航道整治工程是综合治理长江的关键性工程，可以防治洪涝灾害，并为国民经济发展提供有利的航运条件。此外它还是一项巨大的生态工程，其改善生态与环境的效益是明显的。因此，本项目研究可以为今后的国民经济发展带来巨大的环境效益。

5.4 推广应用情况及前景

5.4.1 成果应用情况

随着三峡工程的蓄水运用，长江中游河床将会出现一些新的变化，航道条件也将会产生一些不利的影响。为了减弱三峡工程对长江中游航道带来的不利变化，需要对目前较为有利的滩型进行守护，因此，护滩带这种新型航道整治建筑物必将得到大规模采用。

本项目研究成果已有部分在工程实际中得到应用，另有部分成果在工程设计中采用，丰富了长江中下游航道整治学科内容，为“十一五、十二五”期大规模航道整治工程的实施奠定了坚实的基础。主要研究成果应用情况如下：

（1）本项目提出的四面六边透水框架间隔守护措施，已在东流水道2006～2007、2007～2008届枯季修复工程、周天河段航道整治控导工程、监利河段航道整治一期工程等工程中广泛采用，均取得了较好的效果。

（2）本项目研究的经X型排改进的SX型排已用于东流水道老虎滩2007～2008届枯季修复工程中。

（3）本项目研究的经X型排改进的SX型排、边缘预埋、四面六边透水框架压载即将用于中游窑监河段航道整治一期工程当中。5.4.2 推广应用前景

（1）目前对边滩水沙运动特点的理论与试验研究较少，对护滩建筑物（护滩带等）的破坏机理研究也不够深入透彻，本项目主要研究了边滩的水流结构、输沙特性，护滩前后滩槽的冲淤变化，以及护滩带的破坏机理，研究成果不仅可以直接应用于长江中下游航道系统整治工程中，而且可推广应用到其它类似河段的航道整治工程中，还将丰富航道整治学科的内容。

（2）国务院及交通部对长江航道的建设十分重视，长江航道大规模的系统整治势在必行，本项目的研究成果将在系统整治工程中发挥重要的作用。

（3）根据本项目研究得出的护滩建筑物的适用性，结合不同守护河段的实际特点，选取最适宜的守护结构。

（4）根据不同的水流、泥沙条件和滩型基本特征选取不同的护滩（底）建筑物平面布置型式，以确保护滩建筑物的损毁程度最小。

（5）根据本项目研究得出的加强护滩建筑物稳定性的措施，可提高护滩建筑物的使用寿命。

（6）结合现场试验验证了有效防止护滩建筑物破坏的方法，丰富了设计理念。（7）本项目提出的几种结构型式可以推广应用于长江中下游航道的系统治理。（8）本项目研究成果可推广于国内其它河流的航道工程和水利及码头工程中。

第二篇：长江宜宾至重庆段航道治理关键技术研究

长江宜宾至重庆段航道治理关键技术研究

报告简本 1 概述

1.1 研究的总体目标

(1)针对叙渝段航道的典型卵石滩险，本项目的研究成果将提出较好的工程治理方案，从而解决依托工程中复杂卵石滩险的治理问题，达到预定的整治目标，为叙渝段384km的?级航道全线贯通创造条件。

(2)提高依托工程设计质量，增强依托工程整治效果，并通过本项目的研究，制定叙渝段航道在整治后长期保持整治效果的措施，从而降低工程维护成本20%以上。

(3)加快叙渝段航道进一步开发利用的进度，缩短前期工作周期30%左右。(4)总结叙渝段复杂卵石滩险的卵石运动规律、河床演变趋势、碍航成因、整治原则、整治方法等，对以前的研究成果进行较好的补充，山区河流同类滩险整治提供良好的技术参考。

(5)为卵石河床演变与整治理论发展提供新经验，推动科研成果转化为现实生产力，推动航道治理技术创新和技术进步，创造良好的社会效益。

(6)本项目的研究成果总体上达到国内领先水平，关键技术部分达到国际先进水平。

1.2 研究的主要内容

本项目主要通过调研分析、数学模型计算、物理模型试验、船模试验和实船试验等手段，在上游金沙江建库的条件下，研究长江宜宾至重庆段复杂卵石浅险滩、枯水卵石急滩的卵石运动规律，提出技术可行、经济合理的治理方案。1.2.1 专题一研究的主要内容

专题一以铜鼓滩为典型滩险，通过数学模型和物理模型相结合的方法研究叙渝段卵石浅险滩整治技术。铜鼓滩是长江叙渝段主要浅险滩之一，也是依托工程——叙泸段航道建设工程的重点整治滩险之一。铜鼓滩处于两反向河弯间的过渡段，上浅下险，航道弯曲狭窄，1993年曾通过疏浚和炸礁拓宽加深了枯水航槽，但近年来上口的铜鼓子浅区淤积严重，水深不足而碍航。

1.2.2 专题二研究的主要内容

专题二以斗笠子滩为典型滩险，通过物理模型试验、船模研究相结合的方法研究叙渝段卵石急滩整治技术。斗笠子滩是长江叙渝段著名枯水急滩，也是依托工程——泸渝段航道建设工程的重点整治滩险之一。斗笠子在历史上虽然进行过多次整治，但效果均不理想，往往整治后2至3年滩势重新恶化，本专题在已有研究成果基础上，结合工程实施情况和整治效果进一步归纳和总结斗笠子滩的整治思路、整治原则、整治方法等关键技术。

1.2.3 专题三研究的主要内容

本专题的主要研究内容如下:金沙江建库对叙渝段航道水流、泥沙运动的影响研究，金沙江建库对叙渝段航道的总体影响研究，金沙江对叙渝段典型滩险的航道条件影响研究。2 长江叙渝段典型卵石浅险滩的整治技术研究

卵石浅险滩是长江叙渝段的主要碍航滩险。铜鼓滩、神背嘴、风簸碛等卵石浅险滩均为枯水期重点碍航浅险滩，水沙运动条件复杂、航道尺度不足、航行水流条件较差。各滩险在1987,1996年间进行过整治，但由于各种原因，没有达到良好的整治效果。为此，进一步总结川江卵石浅险滩的航道整治经验，研究卵石浅险滩的河床演变规律和整治技术，为项目依托工程――铜鼓滩的航道治理提供技术支撑和科学依据具有重要的意义。

2.1 山区急弯放宽河段的水力特性试验研究

山区河流急弯放宽河段大多形成分汊河型，其碍航特征表现为弯、浅、险，是山区河流整治中最为复杂的河型之一，其成滩机理复杂，整治难度较大。要彻底整治好这类滩险，必须深入研究碍航滩险的水流运动特性、卵石运动规律、河型变化和形成机理、河床演变趋势，才能制定出经济合理的整治方案。

因此，采用概化的物理模型对这类急弯放宽河段的水力特性进行专门试验研究是十分必要的。通过对试验结果的分析，得出山区急弯放宽河段的水力特性如下: 2.1.1 弯道水面的横比降

(1)横比降最大值出现的位置 ,一般在河道是等宽的时候，即放宽率,1时，横比降由弯道进口沿程逐渐增大，,到达弯顶附近，横比降达到最大值，再向下游又逐渐减小。当较大时，最大横比降的位置一般出现在弯道进口至弯顶段，也就是说当下游河道放宽后，会使横比降的最大值的位置向弯道上段移动。

横比降的最大值出现的位置还随着水流强度的变化而有所不同，在同一个弯道中，Fr当弗汝德数较大的时候，横比降的最大值出现在弯道中间稍向上偏的位置，但是当 Fr减小到很小时，其最大值出现的位置会在弯道的进口。2.1.2 弯道水面的纵比降 水面的纵比降和流速是工程应用中最关心的两个水力要素，对于山区通航河流来说，一般都会规定航道内流速和局部纵向比降不能过大。

由于水面横比降的影响，水面纵比降沿横向的分布是不均匀的，同一断面上，凸岸和凹岸之间的纵比降差别很大，方向也往往是不同的;纵比降沿纵向的分布往往也是正负相间的，最大比降出现的位置，是与横向环流的充分发展、使最大流速区由凸岸移向凹岸，从而产生的局部加速区有关。

Jtu,maxFrFr凸岸纵比降的最大值在较大时，均出现在弯道进口段，当减小的时候，JJtu,maxao,max会向下游转移，出现在弯顶段。而凹岸纵比降的最大值，一般都出现在弯道出口段，但是当弯道进口附近水流惯性很大，弯道中心半径也很大时，弯道出流顺畅，Jao,max在凹岸沿程都没有负比降的发生，这种情况下就有可能出现在弯道进口处。2.1.3 水流的分离区

当水流沿弯曲的管道或明渠流动时，有时水流会脱离固体边界，在主流和固体边界之间形成漩涡，这个区域称为水流分离区。

2.1.4 推移质的淤积带

推移质的淤积和水流在横断面上的流速分布关系很大，流速如果大于起动流速，推移质会继续运动而不会落淤，如果某区域流速过小，推移质也无法进入到该区域，则该区域也就没有推移质的淤积。外形上，淤积区的外边界的线形和回流区的边界形状在弯道段很相似，基本接近弯道的外形。出了弯道以后，回流区的边界会向内收缩，而淤积区的外边界会向外扩散。总的来说，淤积区至内岸的最大距离的变化规律基本上和回流

R/Bc区的宽度变化是一致的，都是随着的减小而增大的。

推移质在淤积的过程中，其颗粒的大小在横向的分布，从河心到凸岸呈现出由大到小的分布 4 规律。

2.2 铜鼓滩治理措施研究

表2-1 左、右槽整治方案技术、经济比较表

工程量 试验方案 工程内容 整治效果 综合评价 3(m)

1、上、下深槽平顺衔接，航槽

?疏浚航槽3.5m×80m。规顺，水流平稳，流速、比降满 ?筑3,江心顺坝，长足航行要求，挖槽稳定，航道条整治效果良 600m，坝高设计水位上件根本改善。

好，航道条2m，坝头段长120m为缓变

2、挖槽设计合理，断面系数大挖槽: 左槽 件根本改

坡3，2.5,，坝头嵌入于9，航行阻力较小，符合规范211200 修改 善，建议作

河床。要求。筑坝: 7方案 为该滩的整?筑齿坝:4,、5,、63、上游水位将降低0.01m，整治37080 治方案，供 ,齿坝分别长55m、46m、工程对相邻浅滩影响甚微。设计参考。40m，坝高设计水位上2m，4、整治效果良好，适应航运发 坝头坡1?5。展要求。

5、工程量及投资较右槽方案大。?疏浚铜鼓子浅区和碛翅

1、右槽进口铜鼓子浅区挖槽稳边缘，疏浚底高程为设计 定，该滩“上浅”问题基本解工程量较

水位下3.2m。决，但中、下段碛翅边缘疏浚区小，但整治 ?董碛坝尾筑丁坝群:右

仍有泥沙回淤，该滩“中弯、下挖槽: 效果不及左右槽 槽1,、2,、3,丁坝分 险”状况改善有限。63200 槽方案，可修改 别长128m、66m、40m，坝

2、受河势、滩情限制，该方案筑坝: 作为该滩整2方案 高设计水位上2m。

难于根本改善该滩的航道条件，23400 治工程设计?下深槽筑4,丁潜坝，对航运发展要求的适应性较差。的比选方

丁坝长33m，坝高设计水

3、相对于左槽方案而言，具有案。位上2m;潜坝长55m，坝

工程量及投资较小的优势。顶水深设计水位下6m。2.3 卵石浅险滩整治技术总结 2.3.1 整治原则

(1)根据弯曲分汊卵石浅滩的滩势(浅、险)及碍航性质，分清主次抓住病根，有 针对性地按制定整治措施;(2)长江叙渝段弯曲汊道浅滩枯水航槽弯浅、通航水流条件较差，在航行条件难以彻底改善时，可开辟顺直碛槽通航;(3)新开顺直碛槽宜采取窄深型航槽疏浚与筑坝相结合的枯水整治方法，以维护挖槽稳定。

2.3.2 通航整治汊道的选择

卵石浅滩弯曲汊道在整治前的枯水航槽，存在浅、弯、险等问题;碛槽较为顺直、枯水宽浅，年内冲淤变化不大。(1)受河势条件的制约，弯曲汊道的航道弯曲半径较小，流态紊乱，通过整治航道条件有所改善，但航道尺度难以显著提高;弯曲汊道浅区疏浚后挖槽稳定性较差，整治后又逐渐回淤而出浅。

(2)碛槽枯水宽浅，航深不满足要求，但较为顺直，与上下游主槽平顺衔接，河床组成相对较粗，年内冲淤变化不大。整治的主要目的是研究新开航槽的稳定性，优化工程整治措施。

(3)充分论证各汊道整治方案的优缺点，选择适宜的通航汊道。弯曲汊道弯浅、通航水流条件较差，在难以彻底改善航行条件下，考虑航运发展要求，在进行充分论证的基础上，宜开辟碛槽通航，形成连接上、下深槽的平顺航道。

2.3.3 新开顺直碛槽的整治技术

(1)采取基建性疏浚与整治建筑物相结合的整治方法

沙卵石河床宜以修筑整治建筑物与疏浚相结合的方法。碛槽较为顺直，与上下游河槽平顺衔接，但枯水宽浅，航深不满足要求，且河床组成相对较粗，仅通过增大流速难以实现增大航深的目的，故需进行基建性挖槽，开辟新的航槽。

同时，应利用整治建筑物调整水流结构，增强河段的输沙能力，将多余的泥沙输送出去或改变泥沙的输移方向(如变纵向为横向运动)，使其淤至航道以外，或使泥沙淤 积到深槽中，以获得稳定航道。(2)以枯水整治为主

卵石浅滩段虽然在中洪水流量下往往还存在急、险等碍航现象，但主要碍航成因是浅，整治时应以枯水整治为主。采用丁坝、顺坝束水导流整治，在洪水降落的最后阶段，提高冲刷能力，达到最低通航水位时的保证航深。整治建筑物高程在设计水位上1.8,2.5m。(3)采取工程措施增加顺直碛槽分流比，以增强顺直碛槽的输沙能力 ?修建洲头顺坝可以调整左右两槽分流比，增加挖槽稳定性。

?修建洲头顺坝可以增加碛槽流量，但应考虑对推移质运动、坝体稳定性的影响。

?可在弯曲汊道内修建整治建筑物以增加直槽流量。(4)碛槽内筑坝束水攻沙以维护挖槽稳定 2.3.4 新开航槽设计(1)挖槽平面布置 挖槽定线的基本原则: ?挖槽的方向与主流方向一致，并位于主流线上，与主流向交角不应超过15?。?挖槽在平面上常设计成直线，挖槽不可避免出现折线时，其转弯半径应满足要求，并适当加宽。

?挖槽应选择最短线路。(2)挖槽横断面设计

挖槽断面设计的内容包括挖槽宽度和深度。在满足航道尺度的条件下，挖槽概化模型水流条件试验研究表明，在挖槽断面面积一定时，在B/H=17.8时，近底纵向底流速、摩阻流速逐渐最大，输沙强度值最大。因此，窄深型挖槽断面挖槽稳定性优于宽浅型，为了增加汛后冲刷，在整治流量时在B/H,21.5时即可实现较为明显的效果。2.3.5 挖槽稳定性要求(1)挖槽稳定性的一般要求

挖槽的主要问题是汛后推移质回淤问题。为满足挖槽稳定，应使挖槽内的流速大于开挖前挖槽区的流速;应使挖槽河段开挖后的断面平均流速不小于挖槽上游段的断面平均流速;应使挖槽内的流速沿程相等或有所增加。(2)弯曲分汊新开碛槽挖槽内流速控制指标

在满足挖槽稳定性的一般要求的同时，挖槽后的流速应达到一个多大的数值，是在进行模型试验增加挖槽流量、束窄河床增大流速时的控制条件。为满足挖槽稳定，一般要求整治流量时挖槽内流速约为卵石的起动流速的1.1,1.3倍。3 长江叙渝段典型卵石急滩的整治技术研究 3.1 卵石边坡冲刷稳定试验 通过边滩冲刷稳定性水槽试验，主要研究卵砾石边坡的冲刷过程及机理;边滩坡脚卵石的起动;卵石边滩冲刷稳定时的平面形态及水流特性;局部压缩水流时，边滩冲刷情况以及水流条件的变化。

研究表明:卵石边滩的起动和冲刷与坡脚处的流速和水深有关;在卵石边滩冲刷稳定时，卵石边滩的岸线基本与固定边界的岸线平行，且水流的比降比较均匀，流态较好;局部压缩水流时，滩口处比降变化较大，固定边界压缩宽度大于卵石边滩冲刷稳定时后退的宽度。

3.2 标准船型自航上滩水流指标研究

根据交通部最新发布的川江船型标准，结合叙渝段典型卵石急滩——斗笠子滩实际情况，采用川江急滩水流指标理论计算和概化水槽船模试验等方法，研究叙渝段卵石急滩段的水流流速、比降对船舶的阻力以及代表船的型动力情况，提出泸渝段卵石急滩的水力指标。

叙渝段为?级航道标准，标准船队为881kW推轮顶2艘500t或1艘1000t驳组成的1000t级船队，其卵石急滩自航上滩水流指标如下表: 表3-1 急滩自航上滩水流指标 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 斗笠子滩整治方案一缆表 试验方案 工程内容 工程量 整治效果 综合评价

1.庙角碛疏浚: 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 子滩的航行水流整治效果(582253.78,3207106.03)(庙角碛挖槽:条件，但庙角碛挖较好，但

2.支汊疏浚: 3疏浚，支78500m 槽区易于回淤，并挖槽区易 A(581305.20,3206529.72)、汊疏浚)且支汊疏浚区域于回淤 B(81802.22,3206510.03)、也易于回淤。

C(581351.58,3206622.98)、D(581806.41,3206580.18)(挖槽深度设计水位下2m)。

1.庙角碛疏浚同方案一;方案二 挖槽: 未达到分沙效果，2.丁坝分沙:A(581344.84,3206809.84)、3(庙角碛40500m 庙角碛的回淤未基本不可B(581484.29,3206889.80)、疏浚，丁丁坝: 得到根本性的改行方案

C(581509.65,3206848.14)3坝分沙)4800m 善。坝顶高程199.5m。改善斗笠子滩的

水流条件较好，从1.坝1/3旋转7?，坝头左移25m。移坝后 方案三 拆坝: 船模试验和水流

河床高程为设计水位下4m水深。筑坝长度3(移顺坝18000m 最不利比降、流速

200m,坝顶宽度为3m，两侧放坡1:1.5，滩口炸筑坝: 组合来看，船舶自2.在滩口处炸礁，炸礁高程为设计水位下效果一般 3礁，滩口18000m 航上滩能力一般。

5m。下游180m炸礁: 在庙角碛碛翅和

3.以滩口下游180为中心炸礁，炸礁高程为3处炸礁)15870m 碛尾附近有少量设计水位下4m。的泥沙淤积。工程 量最小。10 续表3-2 斗笠子滩整治方案一缆表

试验方案 工程内容 工程量 整治效果 综合评价 改善斗笠子滩的方案四 水流条件好，从船 拆坝:(移顺坝模试验和水流最318000m，滩口炸在方案三的基础上，再在庙角碛尾新建一条不利比降流速组 筑坝: 可作为推礁，滩口岛尾坝:坝高程198.5m(平坡)，筑坝长度合来看，船舶自航325200m 荐方案 下游180m100m,顶宽度为3m，两侧放坡1:1.5 上滩能力较好。在炸礁: 处炸礁，庙角碛碛翅和碛315870m 岛尾坝)尾附近仍有少量 的泥沙淤积。枯水期冲刷庙角 碛碛翅处冲刷泥 沙能力与方案四

相差不大。布置分方案五 分沙坝减沙坝后，只是改变(移顺坝拆坝: 淤效果不 庙角碛碛翅局部3，滩口炸在方案四的基础上，再在庙角碛碛首新建两18000m 明显，且 的淤积量，工程河

筑坝: 礁，滩口条分沙坝:坝顶高程200.0m(平坡),坝顶对中洪水段泥沙洪水期主3下游180m宽度3m，两侧1:1.5放坡。第一条坝长度29400m 船舶上行

要输移路线以及处炸礁，165m，第二条坝长度150m。炸礁: 有一定影 庙角碛碛翅的淤3岛尾坝，15870m 响，建议积并没有得到实分沙坝)不采用。

质性的改变。中洪 水期，分沙坝对船 舶上行有一定影

响。工程量最大。3.4 卵石急滩整治技术总结

根据斗笠子滩和筲箕背滩历年整治情况，结合两滩现有整治方案，对叙渝段卵石急滩的卵石运动规律、水力指标、整治原则、整治方法进行总结。

3.4.1 卵石急滩卵石运动规律

?不管洪水期还是中枯水期，推移质输移路线对于斗笠子滩主航槽和筲箕背滩练家槽来说，都是异岸输移。?洪水期推移质输移路线经过主航槽，并产生一定淤积;枯水期水流归槽冲刷洪水期淤积的推移质。?洪水期和枯水期的推移质输移路线方向不一样。斗笠子滩、筲箕背滩洪枯期卵石推移质输移方向的夹角分别为40?、30?左右。

?斗笠子滩和筲箕背滩的卵石运动强烈，均出现三维卵石沙波。斗笠子滩的卵石沙波出现在主航槽以下的斗笠子滩，筲箕背滩出现在练家槽以上的筲箕背滩脊。

?卵石运动与年来水量关系较大。1990年，筲箕背汛期和汛后的地形变化很小，2003年，斗笠子滩汛期和汛后主航槽地形变化也很小。分析其原因，主要是这两年的

3洪水流量较小造成的。1990年、2006年朱沱站年最大洪水流量分别为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为45100 m/s。3.4.2 整治原则

(1)卵石急滩以调节急滩比降为主

在方案布置时，主要以减小比降为主，最大局部比降能调整到2.0‰左右。从整治效果来看，降低了卵石急滩的比降，流速并未降低多少，船舶自航上滩的能力大大提高。

(2)布置整治方案时既要考虑标准船队自航上滩，又要考虑航槽稳定。3.4.3 整治方法

(1)炸除河底礁石等方法进行扩大过水断面，既能满足船舶自航上滩，又能保持航槽稳定。

扩大过水断面是急滩整治的基本方法之一。通过扩大滩口过水断面，水流相对平顺，急流段的比降相对较小，流速减缓，使调整后的水流条件，能满足船舶自航上滩。

(2)采取局部炸礁方法，减小底部环流，改善流态。由于河床起伏不平，河床高差较大，底部环流得到充分发展。水位越枯，底部环流强度越大，故在设计水位时，虽从表面流速和比降组合来看能满足船舶自航上滩，但较 强的底部环流使船舶不能自航上滩。

(3)修建岛尾坝能局部壅水，达到减小庙角碛碛尾横比降，拓宽缓流区的目的，以便船舶自航上滩。

“上疏下抬”是急滩整治的方法之一，“下抬”的一般方法是在滩下深槽断面修筑潜坝，筑坝壅水，减缓滩口的比降、流速，改善流态，使船舶能自航上滩。4 金沙江建库对叙渝段航道的影响研究

金沙江建库引起的水流、泥沙条件的改变，将使叙渝段河床演变规律发生相应变化，直接影响一些重点滩险的水流、泥沙、河床变化规律，从而造成卵石滩险的河床下切，基岩河床滩险的水流流速、比降加大，这些变化都将影响航道的通航条件。

采用一维数学模型，重点研究建库后长河段水流、泥沙运动规律和水位变化趋势，并通过局部河段平面二维水沙数学模型模拟计算，研究典型重点浅滩河段的河床演变、水流条件、航道尺度的变化情况及发展趋势。

4.1 重点滩险二维数学模型计算

平面二维数学模型计算的主要目的是，分析向家坝水电站修建后，在电站日调节下泄非恒定流情况下，对叙渝段重点滩险平面二维水流流速、流态、水深、河床冲淤变化的影响。分别选取铜鼓滩和风簸碛作为重点研究对象。

为探讨上游金沙江建库后，经水库调节下泄非恒定流过程对长江叙渝段航运条件的影响，建立了非恒定流数学模型。选取重点河段(铜鼓滩、风簸碛河段)，计算了河道中水流为非恒定流时流速及水深分布，确定河道中水流流态及水位变化;并对沿程各断面位置处水流运动参数的变化过程进行了研究，着重对流速、水位随时间的变率做了分析，反映流速及水位随时间的变化强度。

?根据水文资料统计分析，向家坝水库在下泄最小流量为1200m3/s时，长江叙渝段(李庄站)年均1.6天流量小于设计流量1950m3/s。

?溪洛渡、向家坝建库后将拦截金沙江大部分悬沙和几乎全部推移质。长江叙渝段推移质泥沙由天然的年均226.4万t减少到年均44.4万t。

?当叙渝段河道基流最小时，向家坝进行日调节时为非恒定流情况下叙渝段河道通航条件最不利工况。

?非恒定流传播沿流程存在洪峰坦化现象，相应沿程流量、水深、流速变幅逐渐减 小。

?不同日调节工况比较发现，最小下泄流量增加，沿程各点水力参数变幅减小。

?向家坝日调节流量过程经长距离河道调蓄作用后，至铜鼓滩、风簸碛河段最小流量较天然枯水流量增大，航道水深增加。

?上、下游河段水力参数变率分析显示，沿程水力参数变率减小，非恒定流引起的河道水流波动沿程衰减。

?长时段日调节对河道变形影响因河床组成和边界条件的差异而不同，对比而言，铜鼓滩段河床变形较风簸碛段明显。

?河床变形后，可通航宽度增加，但同时可能伴随有航深的减小，非恒定流传播增加水深的效果有所反弹，河段航深与天然来流时相当。

4.2 金沙江建库后对叙渝段航道的影响 上游金沙江建库后，叙渝段的来水来沙条件将发生较大的变化，从而导致本段航道水流条件和泥沙运动规律发生改变，这些改变将引起河床演变规律的改变。研究表明:(1)虽然电站日调节流量对叙渝段下泄非恒定流存在洪峰坦化现象，相应沿程流量、水深、流速逐渐减小，但宜宾至太安长140km的河段，水位日变幅都在0.7m以上。越靠近坝址，水位日变幅越大，李庄以上水位变幅近2m。这将对船舶的靠泊和航行安全带来一定影响。

(2)长时段清水冲刷对河道变形影响:因河床组成和边界条件的差异而不同，在多数地方由于河床冲刷下切引起水位下降，而在由紧密的大粒径沙卵石或礁石组成的滩脊，由于抗冲性强，水位下降后将引起水深减小。16