李德華

摘 要：根據(jù)重慶主城河段航道條件和水動力條件變化規(guī)律，結(jié)合航道整治原則及整治目標，對胡家灘提出的整治方案進行二維水流數(shù)值模擬計算。通過對航槽沖淤變化及各斷面輸沙強度變化分析，航槽回淤量甚微，不易出現(xiàn)新的卵石灘險，整治效果比較穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：彎曲河流 二維數(shù)學模型 航道整治

胡家灘水道位于長江上游重慶市巴南區(qū)河段，航道里程從675km至681km。該河段內(nèi)航槽流態(tài)較為紊亂，多處出現(xiàn)泡漩水，水動力軸線與航槽中軸線偏角達到20°，邊灘由于復雜的平面形態(tài)多處有回流、亂流現(xiàn)象，航道條件十分惡劣。根據(jù)《長江干線航道總體規(guī)劃綱要》，到2020年，該河段航道等級為Ⅰ級，航道尺度3.5m×150m×1000m，目前該河段維持2.7m×50m×560m的Ⅲ級航道標準都困難，因此該河段的航道整治工程十分必要。為反映航道整治工程實施前后，水流條件改善效果，應(yīng)用二維數(shù)學模型進行驗算，為整治方案提供一定的理論依據(jù)。

數(shù)學模型建立

1、控制方程

采用沿水深平均的封閉淺水方程組描述二維水流運動，基本控制方程為

2、邊界條件

2.1初始條件

2.2開邊界

3、控制斷面選取與模型驗證

胡家灘下游0.85公里處有落中子水位站，上游12公里左右為釣二嘴水位站，選取這兩個水位站，作為二維數(shù)學模型進出口的控制條件。計算水位與實測水位基本一致，大多數(shù)驗證水尺的水位誤差都小于0.1m，從沿程水位線的坡降分布來看，計算值也與實測值較為吻合，達到了相似要求。計算流速與實測值變化趨勢基本一致。

整治方案布置

1、整治基本原則

針對整治河段的灘險特性，提出如下整治原則：① 因勢利導，充分利用河道有利條件，綜合考慮河勢、河床特征及水沙運動規(guī)律，確定投資省、效果好的航道整治方案。②筑壩和炸礁相結(jié)合，合理布置疏浚挖槽和整治建筑物，充分發(fā)揮整治建筑物在三峽水庫蓄水前和消落期束水導流和改善泥沙分布的作用。③綜合考慮整治工程對上下游河段的影響，避免灘險整治后，其上、下游河段又出現(xiàn)新的礙航灘險。

2、整治平面布置

在胡家灘灘頭外側(cè)筑洲頭壩（見圖1），為適應(yīng)左岸主槽走勢，壩體分為兩段，上段長420m，下段長385m，兩段壩體均基本與疏浚挖槽右邊界平行，夾角約10°，壩頂高程為設(shè)計水位以上4.0m（高程170.60m）。疏浚范圍由洲頭壩壩頭的牛草溝至胡家灘灘尾，平面形態(tài)為不規(guī)則多邊形，疏浚面積89000m2。

右岸布置1、2、3號丁順壩，其中1號丁順壩，順壩部分L1長100m，勾頭部分L2長140m，夾角約141°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約25°。2號丁順壩，順壩部分L1長120m，勾頭部分L2長160m，夾角約132°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約23°。3號丁順壩，順壩部分L1長140m，勾頭部分L2長65m，夾角約141°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約25°。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計

壩體為拋石結(jié)構(gòu)，壩頂寬3m，高程170.60m，平坡，兩側(cè)邊坡均為1：2，壩頭坡為1：4，壩尾坡為1：3。挖槽設(shè)計水深3.7m（挖槽后河床底高程162.90m），挖槽邊坡1：3。壩體為拋石結(jié)構(gòu)，壩頭頂部高程為設(shè)計水位以上3.0m（1、2、3號丁順壩高程分別為169.60m、169.50m、169.40m），寬10m，壩頂縱坡為1：140，兩側(cè)邊坡為1：1.5，壩頭坡為1：1.5，壩尾坡為1：1.5。

結(jié)果分析

1、整治水位下航道條件變化

1.1流場變化

整治前，胡家灘河段航槽水淺、流速大，航槽右側(cè)水流散亂流向右岸的倒鉤磧，整治后，該河段右岸水流受丁壩引導，流向線向主流方向偏轉(zhuǎn)，趨向航槽流動，1、2、3號丁壩附近水流流速下降，壩后水流明顯減小，邊灘水流歸槽，航槽內(nèi)水深增加，流速放緩，整個河段內(nèi)水流結(jié)構(gòu)分布更為平順，流態(tài)有所改善。

1.2最大局部比降和最大流速組合

從上表可知，整治后斷面因丁壩引導、大量水流匯入主槽引起最大流速升高，斷面最大局部水面比降、最大流速、都呈下降趨勢，可見整治后水流流態(tài)更加平順，航道條件有所改善。

2、整治效果穩(wěn)定性分析

2.1航槽沖淤變化

輸沙帶的分布與流速分布密切相關(guān)，且斷面局部位置輸沙強度的大小取決于其流速大小。

由圖2可知，在整治流量下，整治后，斷面流速分布與整治前基本一致，因此可認為在上游來流量相同的情況下，整治后主城河段的輸沙帶分布與整治前大致相同，不會發(fā)生較大變化，航槽內(nèi)不會因為輸沙帶分布的變動而產(chǎn)生大量淤積。同時，由于重慶主城河段航槽基本位于輸沙帶，因此如果航槽內(nèi)地形邊界、水流條件的變化較大將迫使水流結(jié)構(gòu)調(diào)整，導致新的沖淤平衡。

整治區(qū)域航槽底部因疏浚高程降低，水深增加，流速下降，而航槽外側(cè)的丁壩束窄河段，減小過水面積，加大流速，兩者綜合作用后航槽內(nèi)的流速較整治前略有減?。ū?），導致航槽內(nèi)水流輸沙強度略有下降，但航槽流速、輸沙強度下降幅度不大，不會導致大量泥沙落淤。

2.2各斷面輸沙強度變化

在同一級流量下，斷面的輸沙能力與斷面平均水深及平均流速的乘積值成正比，將整治流量下整治方案前后胡家灘斷面的值變化列于表3。

表3 整治流量下整治前后值變化

從表3可看出，在整治流量下，整治后斷面的水深略有增加，變化幅度非常小，加上重慶主城河段河床大都由堅硬的基巖組成，巖性穩(wěn)定，不易沖刷變形，因此可認為主城河段采用該整治方案后，各斷面輸沙強度變化不大，不容易出現(xiàn)某些斷面因輸沙強度變化較大而引起河床形態(tài)重大調(diào)整，導致新的礙航灘險。

結(jié)論

整治后，各灘險航槽內(nèi)水位上升、流速下降、水面比降放緩，船舶的自行上灘通航水力指標下降，航道尺度均達到Ⅰ級航道標準（3.5m×150m×1000m）。航道條件大有改善，整治效果良好。

通過分析整治前后水動力條件變化，認為整治后輸沙帶分布不會發(fā)生變化，航槽內(nèi)的流速、水面比降、輸沙強度均略有減小，但下降幅度不大，不會引起航槽內(nèi)大量落淤，各斷面輸沙強度有增有減，均為小幅變動，不容易引起河床重大變化，從而出現(xiàn)新的卵石灘險。因此可認為整治效果比較穩(wěn)定。

（作者單位：重慶交通大學河海學院）

摘 要：根據(jù)重慶主城河段航道條件和水動力條件變化規(guī)律，結(jié)合航道整治原則及整治目標，對胡家灘提出的整治方案進行二維水流數(shù)值模擬計算。通過對航槽沖淤變化及各斷面輸沙強度變化分析，航槽回淤量甚微，不易出現(xiàn)新的卵石灘險，整治效果比較穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：彎曲河流 二維數(shù)學模型 航道整治

胡家灘水道位于長江上游重慶市巴南區(qū)河段，航道里程從675km至681km。該河段內(nèi)航槽流態(tài)較為紊亂，多處出現(xiàn)泡漩水，水動力軸線與航槽中軸線偏角達到20°，邊灘由于復雜的平面形態(tài)多處有回流、亂流現(xiàn)象，航道條件十分惡劣。根據(jù)《長江干線航道總體規(guī)劃綱要》，到2020年，該河段航道等級為Ⅰ級，航道尺度3.5m×150m×1000m，目前該河段維持2.7m×50m×560m的Ⅲ級航道標準都困難，因此該河段的航道整治工程十分必要。為反映航道整治工程實施前后，水流條件改善效果，應(yīng)用二維數(shù)學模型進行驗算，為整治方案提供一定的理論依據(jù)。

數(shù)學模型建立

1、控制方程

采用沿水深平均的封閉淺水方程組描述二維水流運動，基本控制方程為

2、邊界條件

2.1初始條件

2.2開邊界

3、控制斷面選取與模型驗證

胡家灘下游0.85公里處有落中子水位站，上游12公里左右為釣二嘴水位站，選取這兩個水位站，作為二維數(shù)學模型進出口的控制條件。計算水位與實測水位基本一致，大多數(shù)驗證水尺的水位誤差都小于0.1m，從沿程水位線的坡降分布來看，計算值也與實測值較為吻合，達到了相似要求。計算流速與實測值變化趨勢基本一致。

整治方案布置

1、整治基本原則

針對整治河段的灘險特性，提出如下整治原則：① 因勢利導，充分利用河道有利條件，綜合考慮河勢、河床特征及水沙運動規(guī)律，確定投資省、效果好的航道整治方案。②筑壩和炸礁相結(jié)合，合理布置疏浚挖槽和整治建筑物，充分發(fā)揮整治建筑物在三峽水庫蓄水前和消落期束水導流和改善泥沙分布的作用。③綜合考慮整治工程對上下游河段的影響，避免灘險整治后，其上、下游河段又出現(xiàn)新的礙航灘險。

2、整治平面布置

在胡家灘灘頭外側(cè)筑洲頭壩（見圖1），為適應(yīng)左岸主槽走勢，壩體分為兩段，上段長420m，下段長385m，兩段壩體均基本與疏浚挖槽右邊界平行，夾角約10°，壩頂高程為設(shè)計水位以上4.0m（高程170.60m）。疏浚范圍由洲頭壩壩頭的牛草溝至胡家灘灘尾，平面形態(tài)為不規(guī)則多邊形，疏浚面積89000m2。

右岸布置1、2、3號丁順壩，其中1號丁順壩，順壩部分L1長100m，勾頭部分L2長140m，夾角約141°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約25°。2號丁順壩，順壩部分L1長120m，勾頭部分L2長160m，夾角約132°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約23°。3號丁順壩，順壩部分L1長140m，勾頭部分L2長65m，夾角約141°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約25°。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計

壩體為拋石結(jié)構(gòu)，壩頂寬3m，高程170.60m，平坡，兩側(cè)邊坡均為1：2，壩頭坡為1：4，壩尾坡為1：3。挖槽設(shè)計水深3.7m（挖槽后河床底高程162.90m），挖槽邊坡1：3。壩體為拋石結(jié)構(gòu)，壩頭頂部高程為設(shè)計水位以上3.0m（1、2、3號丁順壩高程分別為169.60m、169.50m、169.40m），寬10m，壩頂縱坡為1：140，兩側(cè)邊坡為1：1.5，壩頭坡為1：1.5，壩尾坡為1：1.5。

結(jié)果分析

1、整治水位下航道條件變化

1.1流場變化

整治前，胡家灘河段航槽水淺、流速大，航槽右側(cè)水流散亂流向右岸的倒鉤磧，整治后，該河段右岸水流受丁壩引導，流向線向主流方向偏轉(zhuǎn)，趨向航槽流動，1、2、3號丁壩附近水流流速下降，壩后水流明顯減小，邊灘水流歸槽，航槽內(nèi)水深增加，流速放緩，整個河段內(nèi)水流結(jié)構(gòu)分布更為平順，流態(tài)有所改善。

1.2最大局部比降和最大流速組合

從上表可知，整治后斷面因丁壩引導、大量水流匯入主槽引起最大流速升高，斷面最大局部水面比降、最大流速、都呈下降趨勢，可見整治后水流流態(tài)更加平順，航道條件有所改善。

2、整治效果穩(wěn)定性分析

2.1航槽沖淤變化

輸沙帶的分布與流速分布密切相關(guān)，且斷面局部位置輸沙強度的大小取決于其流速大小。

由圖2可知，在整治流量下，整治后，斷面流速分布與整治前基本一致，因此可認為在上游來流量相同的情況下，整治后主城河段的輸沙帶分布與整治前大致相同，不會發(fā)生較大變化，航槽內(nèi)不會因為輸沙帶分布的變動而產(chǎn)生大量淤積。同時，由于重慶主城河段航槽基本位于輸沙帶，因此如果航槽內(nèi)地形邊界、水流條件的變化較大將迫使水流結(jié)構(gòu)調(diào)整，導致新的沖淤平衡。

整治區(qū)域航槽底部因疏浚高程降低，水深增加，流速下降，而航槽外側(cè)的丁壩束窄河段，減小過水面積，加大流速，兩者綜合作用后航槽內(nèi)的流速較整治前略有減小（表2），導致航槽內(nèi)水流輸沙強度略有下降，但航槽流速、輸沙強度下降幅度不大，不會導致大量泥沙落淤。

2.2各斷面輸沙強度變化

在同一級流量下，斷面的輸沙能力與斷面平均水深及平均流速的乘積值成正比，將整治流量下整治方案前后胡家灘斷面的值變化列于表3。

表3 整治流量下整治前后值變化

從表3可看出，在整治流量下，整治后斷面的水深略有增加，變化幅度非常小，加上重慶主城河段河床大都由堅硬的基巖組成，巖性穩(wěn)定，不易沖刷變形，因此可認為主城河段采用該整治方案后，各斷面輸沙強度變化不大，不容易出現(xiàn)某些斷面因輸沙強度變化較大而引起河床形態(tài)重大調(diào)整，導致新的礙航灘險。

結(jié)論

整治后，各灘險航槽內(nèi)水位上升、流速下降、水面比降放緩，船舶的自行上灘通航水力指標下降，航道尺度均達到Ⅰ級航道標準（3.5m×150m×1000m）。航道條件大有改善，整治效果良好。

通過分析整治前后水動力條件變化，認為整治后輸沙帶分布不會發(fā)生變化，航槽內(nèi)的流速、水面比降、輸沙強度均略有減小，但下降幅度不大，不會引起航槽內(nèi)大量落淤，各斷面輸沙強度有增有減，均為小幅變動，不容易引起河床重大變化，從而出現(xiàn)新的卵石灘險。因此可認為整治效果比較穩(wěn)定。

（作者單位：重慶交通大學河海學院）

摘 要：根據(jù)重慶主城河段航道條件和水動力條件變化規(guī)律，結(jié)合航道整治原則及整治目標，對胡家灘提出的整治方案進行二維水流數(shù)值模擬計算。通過對航槽沖淤變化及各斷面輸沙強度變化分析，航槽回淤量甚微，不易出現(xiàn)新的卵石灘險，整治效果比較穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：彎曲河流 二維數(shù)學模型 航道整治

胡家灘水道位于長江上游重慶市巴南區(qū)河段，航道里程從675km至681km。該河段內(nèi)航槽流態(tài)較為紊亂，多處出現(xiàn)泡漩水，水動力軸線與航槽中軸線偏角達到20°，邊灘由于復雜的平面形態(tài)多處有回流、亂流現(xiàn)象，航道條件十分惡劣。根據(jù)《長江干線航道總體規(guī)劃綱要》，到2020年，該河段航道等級為Ⅰ級，航道尺度3.5m×150m×1000m，目前該河段維持2.7m×50m×560m的Ⅲ級航道標準都困難，因此該河段的航道整治工程十分必要。為反映航道整治工程實施前后，水流條件改善效果，應(yīng)用二維數(shù)學模型進行驗算，為整治方案提供一定的理論依據(jù)。

數(shù)學模型建立

1、控制方程

采用沿水深平均的封閉淺水方程組描述二維水流運動，基本控制方程為

2、邊界條件

2.1初始條件

2.2開邊界

3、控制斷面選取與模型驗證

胡家灘下游0.85公里處有落中子水位站，上游12公里左右為釣二嘴水位站，選取這兩個水位站，作為二維數(shù)學模型進出口的控制條件。計算水位與實測水位基本一致，大多數(shù)驗證水尺的水位誤差都小于0.1m，從沿程水位線的坡降分布來看，計算值也與實測值較為吻合，達到了相似要求。計算流速與實測值變化趨勢基本一致。

整治方案布置

1、整治基本原則

針對整治河段的灘險特性，提出如下整治原則：① 因勢利導，充分利用河道有利條件，綜合考慮河勢、河床特征及水沙運動規(guī)律，確定投資省、效果好的航道整治方案。②筑壩和炸礁相結(jié)合，合理布置疏浚挖槽和整治建筑物，充分發(fā)揮整治建筑物在三峽水庫蓄水前和消落期束水導流和改善泥沙分布的作用。③綜合考慮整治工程對上下游河段的影響，避免灘險整治后，其上、下游河段又出現(xiàn)新的礙航灘險。

2、整治平面布置

在胡家灘灘頭外側(cè)筑洲頭壩（見圖1），為適應(yīng)左岸主槽走勢，壩體分為兩段，上段長420m，下段長385m，兩段壩體均基本與疏浚挖槽右邊界平行，夾角約10°，壩頂高程為設(shè)計水位以上4.0m（高程170.60m）。疏浚范圍由洲頭壩壩頭的牛草溝至胡家灘灘尾，平面形態(tài)為不規(guī)則多邊形，疏浚面積89000m2。

右岸布置1、2、3號丁順壩，其中1號丁順壩，順壩部分L1長100m，勾頭部分L2長140m，夾角約141°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約25°。2號丁順壩，順壩部分L1長120m，勾頭部分L2長160m，夾角約132°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約23°。3號丁順壩，順壩部分L1長140m，勾頭部分L2長65m，夾角約141°，順壩部分軸線與航槽軸線夾角約25°。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計

壩體為拋石結(jié)構(gòu)，壩頂寬3m，高程170.60m，平坡，兩側(cè)邊坡均為1：2，壩頭坡為1：4，壩尾坡為1：3。挖槽設(shè)計水深3.7m（挖槽后河床底高程162.90m），挖槽邊坡1：3。壩體為拋石結(jié)構(gòu)，壩頭頂部高程為設(shè)計水位以上3.0m（1、2、3號丁順壩高程分別為169.60m、169.50m、169.40m），寬10m，壩頂縱坡為1：140，兩側(cè)邊坡為1：1.5，壩頭坡為1：1.5，壩尾坡為1：1.5。

結(jié)果分析

1、整治水位下航道條件變化

1.1流場變化

整治前，胡家灘河段航槽水淺、流速大，航槽右側(cè)水流散亂流向右岸的倒鉤磧，整治后，該河段右岸水流受丁壩引導，流向線向主流方向偏轉(zhuǎn)，趨向航槽流動，1、2、3號丁壩附近水流流速下降，壩后水流明顯減小，邊灘水流歸槽，航槽內(nèi)水深增加，流速放緩，整個河段內(nèi)水流結(jié)構(gòu)分布更為平順，流態(tài)有所改善。

1.2最大局部比降和最大流速組合

從上表可知，整治后斷面因丁壩引導、大量水流匯入主槽引起最大流速升高，斷面最大局部水面比降、最大流速、都呈下降趨勢，可見整治后水流流態(tài)更加平順，航道條件有所改善。

2、整治效果穩(wěn)定性分析

2.1航槽沖淤變化

輸沙帶的分布與流速分布密切相關(guān)，且斷面局部位置輸沙強度的大小取決于其流速大小。

由圖2可知，在整治流量下，整治后，斷面流速分布與整治前基本一致，因此可認為在上游來流量相同的情況下，整治后主城河段的輸沙帶分布與整治前大致相同，不會發(fā)生較大變化，航槽內(nèi)不會因為輸沙帶分布的變動而產(chǎn)生大量淤積。同時，由于重慶主城河段航槽基本位于輸沙帶，因此如果航槽內(nèi)地形邊界、水流條件的變化較大將迫使水流結(jié)構(gòu)調(diào)整，導致新的沖淤平衡。

整治區(qū)域航槽底部因疏浚高程降低，水深增加，流速下降，而航槽外側(cè)的丁壩束窄河段，減小過水面積，加大流速，兩者綜合作用后航槽內(nèi)的流速較整治前略有減?。ū?），導致航槽內(nèi)水流輸沙強度略有下降，但航槽流速、輸沙強度下降幅度不大，不會導致大量泥沙落淤。

2.2各斷面輸沙強度變化

在同一級流量下，斷面的輸沙能力與斷面平均水深及平均流速的乘積值成正比，將整治流量下整治方案前后胡家灘斷面的值變化列于表3。

表3 整治流量下整治前后值變化

從表3可看出，在整治流量下，整治后斷面的水深略有增加，變化幅度非常小，加上重慶主城河段河床大都由堅硬的基巖組成，巖性穩(wěn)定，不易沖刷變形，因此可認為主城河段采用該整治方案后，各斷面輸沙強度變化不大，不容易出現(xiàn)某些斷面因輸沙強度變化較大而引起河床形態(tài)重大調(diào)整，導致新的礙航灘險。

結(jié)論

整治后，各灘險航槽內(nèi)水位上升、流速下降、水面比降放緩，船舶的自行上灘通航水力指標下降，航道尺度均達到Ⅰ級航道標準（3.5m×150m×1000m）。航道條件大有改善，整治效果良好。

通過分析整治前后水動力條件變化，認為整治后輸沙帶分布不會發(fā)生變化，航槽內(nèi)的流速、水面比降、輸沙強度均略有減小，但下降幅度不大，不會引起航槽內(nèi)大量落淤，各斷面輸沙強度有增有減，均為小幅變動，不容易引起河床重大變化，從而出現(xiàn)新的卵石灘險。因此可認為整治效果比較穩(wěn)定。

（作者單位：重慶交通大學河海學院）