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三眼灶滩段位于长江宜宾至重庆段的白沙水道,为潜碛分汊浅滩。滩段江心有一暗碛将河道分为左、右两槽,右槽内虽有码头,但航槽弯曲,除上行客轮外,枯水期不通航。左槽较顺直,为枯水主航道,但枯水水深时常不满足航深而出浅碍航。三眼灶为一典型的潜碛汊流浅滩,研究其水流特性、碍航成因和河床演变及其整治方法,对于提高滩段航道等级、发展长江航运及研究类似滩险的整治方法等均具有重要意义。本文通过收集资料分析,采用二维数值模拟等方法,分析了研究河段的河床演变规律、滩险成因和机理、碍航特性和整治措施。
本文的研究内容和研究成果主要有以下几个方面:
(1)长江上游三眼灶滩段河床演变规律分析:全面收集历年地形地质、水文泥沙资料,综合分析来水来沙、地形地质边界条件以及滩段水深等水流条件,总结河床演变规律及泥沙冲淤变化特性。三眼灶滩段岸线固定,洲滩、深槽与深弘纵、横位置稳定,断面形态基本保持不变,整体冲淤变化较小,三眼灶滩段年内呈现微弱的洪淤枯冲特点。
(2)三眼灶潜碛汊流浅滩水流特性及滩险成因分析:运用二维水流数学模型对研究河段进行多级流量的计算,详细分析了滩段的水流条件,滩险特性。指出三眼灶滩段出浅碍航的主因是受下游东海沱狭窄段和母猪碛江心洲的阻水作用,使得滩段水面平缓,输沙能力相对较弱,泥沙于河心落淤成为潜碛;加之主航槽位于主输沙带的弯道凸岸,弯道环流不利于凸岸的泥沙输移;同时洪水流速分布均匀,难以集中水流冲刷航槽。该滩属于潜碛汊流浅滩,也具有峡口浅滩的特性。
(3)三眼灶滩整治措施方案优化研究:在三眼灶滩段河床演变分析和工程前水流特性认识的基础上,提出了束水冲沙、塞支强干和开辟新槽3种整治思路,并基于每种思路优化出相对较优的方案。①通过束水冲沙的整治思路,于潜碛修筑梳齿坝,缩窄主航道断面,增大流速,提高水流挟沙能力,减少航槽回淤,保持航槽水深稳定,并优化出基于束水冲沙思路的较优方案。②通过塞支强干的整治思路,于弯槽(右槽)修筑潜坝以增加直槽(左槽)的分流比,继而加大直槽流速,增强输沙能力,以达到稳定主航槽航深的整治要求。应用数学模型对多种组合的坝体参数进行了优化运算,确定了合理可行的潜坝高程与长度。结果表明于弯槽修建潜坝对直槽水流特性无明显改变,整治效果较差。③通过调整航槽的整治思路,选用右侧弯槽为主航槽,疏浚挖槽上、下深槽之间的浅区,避开左槽航深不稳定、富裕水深不足的缺点,充分利用航深较富足的右槽。结果表明,新槽浅区流速相对于上游水深富裕地区较大,航槽内泥沙淤积程度较上游有所减小,同时新航槽的河床冲刷率较原设计航槽较大,泥沙淤积程度较浅,同时新航槽横流较弱,水面较平缓,可作为比选方案。
本文的研究内容和研究成果主要有以下几个方面:
(1)长江上游三眼灶滩段河床演变规律分析:全面收集历年地形地质、水文泥沙资料,综合分析来水来沙、地形地质边界条件以及滩段水深等水流条件,总结河床演变规律及泥沙冲淤变化特性。三眼灶滩段岸线固定,洲滩、深槽与深弘纵、横位置稳定,断面形态基本保持不变,整体冲淤变化较小,三眼灶滩段年内呈现微弱的洪淤枯冲特点。
(2)三眼灶潜碛汊流浅滩水流特性及滩险成因分析:运用二维水流数学模型对研究河段进行多级流量的计算,详细分析了滩段的水流条件,滩险特性。指出三眼灶滩段出浅碍航的主因是受下游东海沱狭窄段和母猪碛江心洲的阻水作用,使得滩段水面平缓,输沙能力相对较弱,泥沙于河心落淤成为潜碛;加之主航槽位于主输沙带的弯道凸岸,弯道环流不利于凸岸的泥沙输移;同时洪水流速分布均匀,难以集中水流冲刷航槽。该滩属于潜碛汊流浅滩,也具有峡口浅滩的特性。
(3)三眼灶滩整治措施方案优化研究:在三眼灶滩段河床演变分析和工程前水流特性认识的基础上,提出了束水冲沙、塞支强干和开辟新槽3种整治思路,并基于每种思路优化出相对较优的方案。①通过束水冲沙的整治思路,于潜碛修筑梳齿坝,缩窄主航道断面,增大流速,提高水流挟沙能力,减少航槽回淤,保持航槽水深稳定,并优化出基于束水冲沙思路的较优方案。②通过塞支强干的整治思路,于弯槽(右槽)修筑潜坝以增加直槽(左槽)的分流比,继而加大直槽流速,增强输沙能力,以达到稳定主航槽航深的整治要求。应用数学模型对多种组合的坝体参数进行了优化运算,确定了合理可行的潜坝高程与长度。结果表明于弯槽修建潜坝对直槽水流特性无明显改变,整治效果较差。③通过调整航槽的整治思路,选用右侧弯槽为主航槽,疏浚挖槽上、下深槽之间的浅区,避开左槽航深不稳定、富裕水深不足的缺点,充分利用航深较富足的右槽。结果表明,新槽浅区流速相对于上游水深富裕地区较大,航槽内泥沙淤积程度较上游有所减小,同时新航槽的河床冲刷率较原设计航槽较大,泥沙淤积程度较浅,同时新航槽横流较弱,水面较平缓,可作为比选方案。