了得網工業技術_長江中下遊河道演變與航道整治

內容簡介

《長江中下遊河道演變與航道整治》以長江中下遊河道演變與航道整治為研究對像，揭示了灘槽衝淤、崩岸、切灘等演變機理，提出了設計礙航淤積量的確定方法及河岸、灘槽演變模擬方法等，在此基礎上提出了長江中下遊枯水航槽塑造技術，並深入分析了理想航槽形態、工程平面布置、工程材料結構及穩定性等。這些研究成果發展和完善了河道演變、灘岸變形、淺灘演變模擬與預測及航道整治的理論與技術，對衝積河流的河道整治與航道治理具有重要的參考價值和指導意義。

《長江中下遊河道演變與航道整治》可供從事航道整治、河床演變、流域規劃與管理等方面的科技人員及高等院校有關專業的師生參考。

前言
第1章概論
1.1 長江中下遊河道特征
1.1.1 水沙特性
1.1.2 地質特征
1.2 洪水災害及防洪工程建設概況
1.2.1 洪水災害
1.2.2 防洪工程建設
1.3 長江中下遊航道建設概況
1.3.1 航道現狀
1.3.2 航道治理規劃
1.4 航道整治面臨的問題
1.5 河道演變與航道整治研究進展
1.5.1 河道演變研究進展前言
第1章概論
1.1 長江中下遊河道特征
1.1.1 水沙特性
1.1.2 地質特征
1.2 洪水災害及防洪工程建設概況
1.2.1 洪水災害
1.2.2 防洪工程建設
1.3 長江中下遊航道建設概況
1.3.1 航道現狀
1.3.2 航道治理規劃
1.4 航道整治面臨的問題
1.5 河道演變與航道整治研究進展
1.5.1 河道演變研究進展
1.5.2 岸灘變形模擬研究進展
1.5.3 航道整治研究進展
1.6 本書主要內容
參考文獻
第2章長江中下遊河道演變機理
2.1 歷史演變簡介
2.1.1 宜昌—城陵磯河段
2.1.2 城陵磯—武漢河段
2.1.3 武漢—湖口河段
2.2 近期演變特征
2.2.1 順直段演變特征
2.2.2 彎曲段演變特征
2.2.3 分汊段演變特征
2.3 河道演變機理
2.3.1 河道演變對流量過程的響應
2.3.2 河道演變對含沙量變化的響應
2.3.3 河道演變對上遊河勢調整的響應
2.4 崩岸切灘預測方法
2.4.1 崩岸預測方法
2.4.2 切灘預測方法
參考文獻
第3章淺灘設計礙航淤積量
3.1 淺灘演變特征
3.1.1 淺灘形成條件
3.1.2 淺灘演變特性
3.2 淺灘演變機理
3.2.1 淺灘演變對洲灘變形的響應
3.2.2 臨界枯水河寬
3.3 設計礙航淤積量確定方法
3.3.1 設計礙航淤積量定義
3.3.2 設計礙航淤積量分析
參考文獻
第4章航槽衝淤過程模擬
4.1 控制方程及其解法
4.1.1 移動坐標變換方法
4.1.2 移動坐標繫下的方程
4.1.3 離散方法
4.2 模型邊界條件
4.2.1 河床邊界條件
4.2.2 水沙邊界條件
4.3 主流擺動及崩岸模擬
4.3.1 主流擺動模擬
4.3.2 崩岸模擬
參考文獻
第5章航槽塑造關鍵技術
5.1 枯水航槽形態
5.1.1 航道整治基本途徑
5.1.2 理想航槽形態
5.1.3 理想航道尺度
5.2 整治建築物平面布置及結構
5.2.1 整治建築物平面布置
5.2.2 整治建築物結構
5.3 整治建築物穩定性
5.3.1 建築物失穩機理
5.3.2 增強建築物穩定性措施
參考文獻
第6章工程應用實例
6.1 典型水道選擇
6.1.1 典型淺灘基本特征
6.1.2 典型淺灘的選擇
6.2 河道演變分析
6.2.1 河道演變特征
6.2.2 河道演變機理
6.2.3 河道演變趨勢
6.3 礙航特征及整治工程布置
6.3.1 礙航特征
6.3.2 設計礙航淤積量
6.3.3 枯水航槽塑造
6.3.4 整治工程布置
6.4 整治工程效果數值模擬
6.4.1 數學模型建立及驗證
6.4.2 水沙條件選擇
6.4.3 航道變化趨勢
6.4.4 整治工程效果
6.5 工程結構設計
6.5.1 整治建築物結構形式
6.5.2 建築材料
6.5.3 建築物主要構件
6.5.4 建築物結構
6.5.5 建築物穩定分析
參考文獻

在線試讀

第1章概論
1.1 長江中下遊河道特征
長江發源於青藏高原唐古拉山脈主峰格拉丹東雪山的西南側，干流流經青海、西藏、四川、雲南、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海等11個省（自治區、直轄市），在黃海與東海的交彙處入海，全長6300餘公裡，為我國、世界第三大河，僅次於非洲的尼羅河和南美洲的亞馬遜河。長江流域總面積約180餘萬平方公裡，約占我國總面積的1/5。
長江干流宜昌以上為上遊，宜昌—鄱陽湖口為中遊，全長約955km，湖口以下為下遊，全長約938km。其中湖北枝城至湖南省城陵磯河段又稱荊江河段，全長約340km，以藕池口為界，分為上、下荊江。
長江中下遊兩岸支流、湖泊眾多，江湖關繫復雜。枝城以上清江自右岸彙入，荊江右岸有松滋、太平、藕池、調弦四口（調弦已於1959年封堵，故又稱三口）分荊江水沙入洞庭湖，洞庭湖區西南有湘、資、沅、澧四水，三口和四水水沙經洞庭湖調蓄後，於城陵磯彙入長江。城陵磯至湖口左岸主要有漢江入彙，鄱陽湖水繫的贛、撫、信、修、饒五河經鄱陽湖調蓄後從右岸湖口彙入；下遊左岸主要支流有皖河、滁河和巢湖水繫彙入，右岸有青弋江、水陽江和太湖等水繫彙入。
1.1.1 水沙特性
1.多年平均水沙輸移量
長江中下遊干流主要控制站點有宜昌、枝城、沙市、監利、螺山、漢口和大通站；宜昌站控制上遊川江來水來沙，枝城、沙市、監利站分別為荊江河段清江入彙、松滋和太平口分流、藕池口分流後的水沙控制站；螺山站控制著荊江和洞庭湖交彙後的水沙；漢口站為長江接納漢水後的控制站；大通站位於長江下遊，為長江接納鄱陽湖水繫及下遊大部分區域水沙的控制站。
統計長江中下遊干流河道主要水文站多年平均徑流量和輸沙量，見表1.1.1，從表中可以看出，1950～2002年宜昌站多年平均徑流量為4368億m3，受三口分流影響，荊江河段徑流量沿程遞減，由於沿程支流入彙，螺山徑流量增加至
6460億m3，漢口徑流量增加至7111億m3，大通徑流量為9052億m3。2003年三峽水庫蓄水後，受流域降水偏少的影響，長江中下遊徑流量減小，但沿程變化規律與1950～2002年一致。進一步分析可以看出，宜昌、四水、漢江年徑流量占大通的比例分別為50%、20%、10%左右，而漢口以下眾多支流的徑流量約占大通的20%，即宜昌及宜昌以下支流總徑流量各占大通的50%左右。這表明，由於沿程支流入彙水量較大，上遊梯級水庫運用對宜昌流量過程的調節將沿程得到一定程度的衰減。第1章概論
1.1 長江中下遊河道特征
長江發源於青藏高原唐古拉山脈主峰格拉丹東雪山的西南側，干流流經青海、西藏、四川、雲南、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海等11個省（自治區、直轄市），在黃海與東海的交彙處入海，全長6300餘公裡，為我國、世界第三大河，僅次於非洲的尼羅河和南美洲的亞馬遜河。長江流域總面積約180餘萬平方公裡，約占我國總面積的1/5。
長江干流宜昌以上為上遊，宜昌—鄱陽湖口為中遊，全長約955km，湖口以下為下遊，全長約938km。其中湖北枝城至湖南省城陵磯河段又稱荊江河段，全長約340km，以藕池口為界，分為上、下荊江。
長江中下遊兩岸支流、湖泊眾多，江湖關繫復雜。枝城以上清江自右岸彙入，荊江右岸有松滋、太平、藕池、調弦四口（調弦已於1959年封堵，故又稱三口）分荊江水沙入洞庭湖，洞庭湖區西南有湘、資、沅、澧四水，三口和四水水沙經洞庭湖調蓄後，於城陵磯彙入長江。城陵磯至湖口左岸主要有漢江入彙，鄱陽湖水繫的贛、撫、信、修、饒五河經鄱陽湖調蓄後從右岸湖口彙入；下遊左岸主要支流有皖河、滁河和巢湖水繫彙入，右岸有青弋江、水陽江和太湖等水繫彙入。
1.1.1 水沙特性
1.多年平均水沙輸移量
長江中下遊干流主要控制站點有宜昌、枝城、沙市、監利、螺山、漢口和大通站；宜昌站控制上遊川江來水來沙，枝城、沙市、監利站分別為荊江河段清江入彙、松滋和太平口分流、藕池口分流後的水沙控制站；螺山站控制著荊江和洞庭湖交彙後的水沙；漢口站為長江接納漢水後的控制站；大通站位於長江下遊，為長江接納鄱陽湖水繫及下遊大部分區域水沙的控制站。
統計長江中下遊干流河道主要水文站多年平均徑流量和輸沙量，見表1.1.1，從表中可以看出，1950～2002年宜昌站多年平均徑流量為4368億m3，受三口分流影響，荊江河段徑流量沿程遞減，由於沿程支流入彙，螺山徑流量增加至
6460億m3，漢口徑流量增加至7111億m3，大通徑流量為9052億m3。2003年三峽水庫蓄水後，受流域降水偏少的影響，長江中下遊徑流量減小，但沿程變化規律與1950～2002年一致。進一步分析可以看出，宜昌、四水、漢江年徑流量占大通的比例分別為50%、20%、10%左右，而漢口以下眾多支流的徑流量約占大通的20%，即宜昌及宜昌以下支流總徑流量各占大通的50%左右。這表明，由於沿程支流入彙水量較大，上遊梯級水庫運用對宜昌流量過程的調節將沿程得到一定程度的衰減。
表1.1.1 長江中下遊干流河道主要水文站多年平均徑流量和輸沙量項目統計年份宜昌枝城沙市監利螺山漢口大通
從表1.1.1還可以看出，1950～2002年宜昌站平均輸沙量為4.92億t，為大通站同期輸沙量的1.15倍，若考慮荊江三口同期平均分沙量為1.34億t，在洞庭湖沉積率約為74%［1］，則長江上遊來沙扣除洞庭湖內淤積部分，仍有3.93億t進入螺山以下河道，約占大通站的92%，即長江上遊來沙占大通站泥沙輸移量的90%以上，其他來源總共不足10%。2003～2009年宜昌站平均輸沙量為0.57億t，占同期大通站的39%，同期四水、漢江平均輸沙量分別為0.11億t、0.22億t，漢口以下眾多支流輸沙量可取1950～2002年的0.29億t（表1.1.1），則2003～2009年支流平均輸沙量總共為0.54億t（四水在洞庭湖區沉積率按74%計），占大通沙量的36%左右。進而推算，2003～2009年，床沙補給懸沙的數量平均為0.37億t，占大通輸沙量的25%左右。可見2003年之後，宜昌下洩沙量占大通輸沙量的比例明顯減少，而區間來沙、河床補給的泥沙所占比例明顯增加，由2003年之前的不足10%增加至2003～2009年的61%左右。
綜上所述，長江中下遊干流沿程各站平均徑流量及其來源並沒有因三峽水庫蓄水而發生明顯變化；干流沿程各站平均輸沙量受三峽水庫蓄水影響而明顯減少，泥沙主要來源也因三峽水庫蓄水而明顯調整，2003年之前，長江上遊來沙占大通站輸沙量的90%以上，2003～2009年，宜昌下洩沙量占大通輸沙量的比例不足40%，而區間來沙、河床補給泥沙所占比例分別約為36%、25%。
第1章概論·3·
2.歷年水沙輸移量
統計長江中下遊宜昌、沙市、監利、螺山、漢口、大通等主要站點歷年徑流量變化，如圖1.1.1和圖1.1.2所示。從圖中可以看出，宜昌站徑流量多年變化不大，而沙市、監利站年徑流量在20世紀50～90年代呈明顯增加趨勢，20世紀90年代以後卻基本不變，螺山、漢口、大通站歷年徑流量變化均不大。出現這種現像的根本原因在於，20世紀50～90年代三口分流比明顯減少（圖1.1.3），使得原本分入洞庭湖的水沙直趨荊江而下，致使荊江徑流量增加明顯［1，2］，20世紀90年代以後，三口分流比變化不大，荊江徑流量也因此保持穩定。
圖1.1.1 宜昌、沙市和監利站歷年徑流量變化
圖1.1.2 螺山、漢口和大通站歷年徑流量變化
圖1.1.4和圖1.1.5為長江中下遊河道主要站點歷年輸沙量變化，從圖中可以看出，長江中下遊河道輸沙量變化大致可分為三個階段：個階段為20世紀50～90年代，在此期間宜昌年輸沙量變化不大，受三口分沙減小影響，沙市、監利及螺山站輸沙量明顯增加，漢口站受丹江口水庫蓄水影響，70～90年代
圖1.1.3 三口分流比和分沙比歷年變化
圖1.1.4 宜昌、沙市和監利站歷年輸沙量變化
圖1.1.5 螺山、漢口和大通站歷年輸沙量變化
輸沙量有所減小，大通站90年代之前輸沙量變化不大；第二個階段為1990～2002年，在此期間宜昌輸沙量有所減少，較1950～1990年減小約20%，受其影
響，沙市、監利、螺山、漢口、大通各站輸沙量均有所減小；第三個階段為2003年以後，受三峽水庫攔截泥沙影響，長江中下遊各站輸沙量均大幅度減小。
綜上所述，近幾十年以來，宜昌、螺山、漢口、大通等站年徑流量變化不大，而20世紀50～90年代受三口分流劇烈減小影響，荊江河段年徑流量明顯增加，90年代以來，三口分流比變化不大，荊江河段歷年徑流量基本穩定；20世紀50～90年代，受三口分沙減小影響，沙市、監利、螺山等站年輸沙量大幅度增加，其他站點變化不大，90年代之後，受宜昌輸沙量減小影響，沿程各站輸沙量均有所減小，2003年以來，受三峽水庫攔截泥沙影響，各站輸沙量銳減。
3.水沙輸移量年內分配
統計1950～2002年和2003～2010年宜昌站月均流量變化，如圖1.1.6所示。從圖中可以看出，三峽水庫蓄水前汛期流量均占全年流量的大部分，2003年三峽水庫蓄水後，宜昌流量過程略有調整，主要表現為10月份流量銳減，減小了約6000m3/s，枯期流量略有增加。需要說明的是，2003～2010年7～9月平均流量較1950～2002年的有所減少，這主要是由於2003年之後來流偏枯，尤其是2006年為特枯年，若不統計2006年，則兩者差別明顯縮小。

圖1.1.6 宜昌站各月均流量
統計1950～2002年和2003～2010年宜昌站月均輸沙量變化，如圖1.1.7所示。從圖中可以看出，三峽水庫蓄水前後宜昌站汛期輸沙量均占全年輸沙量的絕大部分，但是受三峽水庫蓄水影響，2003～2010年各月輸沙量較1950～2002年均有所減小，汛期尤為明顯。
綜上所述，1950年以來，宜昌站汛期流量及輸沙量均占全年的大部分，但受三峽水庫蓄水影響，2003～2010年與1950～2002年相比，10月平均流量明顯減小，枯期流量略有增加，各月輸沙量也大幅度減少。

圖1.1.7 宜昌站各月均輸沙量
4.懸移質級配
2003年之前，粒徑小於0.125mm的泥沙是長江中下遊懸沙的主要組成部分，該粒徑組的泥沙占全部懸沙重量的87%以上；2003年之後，受三峽水庫攔截泥沙、下洩沙量減小、床沙補給懸沙等影響，中下遊干流河道懸沙級配有所調整，枝城—漢口河段粒徑小於0.125mm泥沙占全部懸沙重量的百分比下降至65%～80%，而大通站約為94%（表1.1.2）。
注：宜昌、監利站多年平均統計年份為1986～2002年，枝城站多年平均統計年份為1992～2002年，沙市站多年平均統計年份為1991～2002年，螺山、漢口、大通站多年平均統計年份為1987～2002年。
荊江河段造床質和衝瀉質的分界粒徑大約為0.125mm（表1.1.2），統計1986～2002年及2003～2009年宜昌—監利各站d≥0.125mm泥沙輸移量，如圖1.1.8所示。從圖中可以看出，盡管受三峽水庫攔截泥沙影響，2003～2009年宜昌站造床質輸移量明顯減少，但由於沿程床沙補給懸沙，到監利站造床質輸移量基本恢復至1986～2002年的多年平均水平。
圖1.1.8 1986～2009年宜昌—監利河段各站d≥0.125mm泥沙輸移量
1.1.2 地質特征
1.河床地質特征
長江出三峽後逐漸向下遊過渡進入中下遊衝積平原，其中宜昌—陳家灣為砂卵石河床，陳家灣以下為沙質河床。表1.1.3為2003年之前長江中下遊河段床沙級配，從表中可以看出，宜昌—陳家灣河段床沙相對較粗，大於0.25mm泥沙占床沙的比例約為50%，大於0.5mm泥沙所占比例約為30%，而陳家灣以下河段床沙明顯較細，大於0.25mm泥沙所占比例一般不足15%，大於0.5mm泥沙所占比例一般不足5%。
表1.1.3 2003年之前長江中下遊河段床沙級配［4］（單位：%）

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