论文部分内容阅读
摘 要：针对澜沧江曼厅大沙坝段航道左岸有浅滩凸入河心，枯水期航深、航宽不足，通航条件较恶劣的情况，先梳理了工程河段相关建设条件，根据工程河段规划等级对航道整治方案进行了详细设计，提出对无名洲进行炸礁、疏浚处理。然后借助Aquaveo.SMS软件对整治水位工况下，工程河段整治前后进行了数值模拟。模拟结果显示，整治后，工程河段过水断面增大，有效航宽显著增加，河段流速下降，整个河段水流结构分布更为平顺，水流流向与航道中心线夹角均值下降到7.4°，流态有所改善，整个河段均满足四级航道通航尺度，满足设计要求。
关键词：航道整治;整治水位;航道尺度;流场分布
中图分类号：U617 文献标识码：A
0 前言
澜沧江是我国西南地区的重要水运航道，同时也是国际航道，航运需求巨大。同时，由于澜沧江是典型的山区河流，以“窄、急、险”而著称，河流大多流经深山峡谷，河谷狭窄，水流湍急，滩险众多，航道自然条件较差，船舶通行困难。为有效改善澜沧江航运条件，促进西南地区航运发展，我国交通部水运局及云南省政府拟实施澜沧江四级航道整治工程，整治范围为秀山码头上2 km至中缅243 界碑，全长约387 km。
本文选择整治河段中典型的曼厅大沙坝无名洲段航道为实例研究对象，基于河段的实际情况对工程河段的整治方案进行详细设计，并借助数值模拟软件模拟整治效果。
1 河段建设条件
1.1 河道特征
工程河道弯曲，水流湍急，河床中礁石分布较多。两岸地形起伏较大，大部分基岩裸露，岸坡陡峭，多成悬崖，局部地段受构造运动的影响，河道变的较宽阔，两岸为第四系冲洪积层，坡度平缓。
1.2 水文特性
澜沧江径流以降雨补给为主，上游区有部分冰雪融水补给，中游区冰雪融水补给少，下游区全由降雨补给。
工程河段主要流量基本集中在每年6—10月的汛期，占全年來流量的75.0%～79.3%。
2 整治方案设计
2.1 整治水位与整治流量确定
工程河段位于景洪大沙坝下游0.5 km。根据景洪大沙坝历年下泄流量分析，可确定工程河段整治流量为822 m3/s。对曼厅大沙坝在822 m3/s工况下的水面线（见图1）进行计算分析，可知工程处的整治水位为518.5 m。
2.2 整治方案
采用炸礁、疏浚方式清无名洲南侧航道区域的礁石和淤泥，其中疏浚区域长约480 m，宽约50 m。疏浚区域底高程为515.0 m，疏浚区采用1：5的边坡与周围接坡。工程河段整治方案设计见图2。
3 整治效果数值模拟分析
结合工程河段实际情况以及相关软件适用范围，本文采用Aquaveo.SMS（地表水系统模拟软件）进行模拟计算。
3.1 模型边界条件与初始条件设定
在二维数模中，边界条件主要包括进、出口边界，岸边界以及动边界等，本模型采用了如下边界条件：
3.1.1 初始条件
对于给定的研究域，在时间 时有：
、、
（1）
其中：、、分别为初始时刻的水位和流量分量。
3.1.2 开边界
，， （2）
其中、分别为已知流量过程线，为已知水位过程线。
3.1.3 固壁边界
固壁边界即水与陆的边界，由壁面的不透水性，可令法向流速等于零，切向流速由曼宁-谢才公式确定。若法向流速与x轴夹角为，则和与和之转换关系为：
（3）
3.2 整治前后流场分布
根据数模计算结果，在整治水位下，整治前后流场分布见图3。分析可知：整治前，研究河段水流散乱，航槽内最大流速为3.35 m/s，平均流速为2.15 m/s，水流流向与航道中心线夹角均值为9.5°。
整治后疏浚区过水断面增大，有效航宽显著增加，河段流速下降（航槽内最大流速为3.22 m/s，平均流速为2.10 m/s），整个河段水流结构分布更为平顺，水流流向与航道中心线夹角均值下降到7.4°，流态有所改善。
3.3 河段航深分布
根据数模计算结果，在整治水位下，整治前后航深分布见图4。分析图4可知，整治后，整个河段航槽航深分布整体没有变化，均在3.1 m～4.25 m之间;变化区域主要集中在疏浚区域。河段航槽航深由3.1 m～3.65 m增大至3.1 m
～4.5 m，航宽由17.6 m～50 m增大至均不小于50 m。整治后工程河段均满足四级航道通航尺度，通航条件显著改善。
4 结论
本文针对澜沧江曼厅大沙坝河段的实际建设条件，按照四级航道标准进行了整治设计，并借助数模进行了整治效果分析，得到以下结论：
（1）经分析论证，拟采用炸礁、疏浚方式清除曼厅大沙坝无名洲南侧岩盘礁石，其中疏浚区域长约480 m，宽约50 m。疏浚区域底高程为515.0 m。
（2）整治前，研究河段流场散乱，航槽内水深浅、流速急，与航道中心线夹角均值达到9.5°;整治后，疏浚区过水断面增大，有效航宽显著增加，河段流速下降，整个河段水流结构分布更为平顺，水流流向与航道中心线夹角均值下降到7.4°，流态有所改善。
（3）整治后工程河段航宽、航深显著增加，整个河段均满足四级航道通航尺度，通航条件显著改善。工程整治方案设计合理，可满足设计要求。
参考文献：
[1]谢龙.三峡变动回水区末端段复合水动力条件分析及对泥沙输移的影响[D].重庆：重庆交通大学，2013.
[2]郭继明，陈子湘.三峡水库变动回水区铜锣峡河段演变研究[J].长江科学院院报，1998（3）：1-5.
关键词：航道整治;整治水位;航道尺度;流场分布
中图分类号：U617 文献标识码：A
0 前言
澜沧江是我国西南地区的重要水运航道，同时也是国际航道，航运需求巨大。同时，由于澜沧江是典型的山区河流，以“窄、急、险”而著称，河流大多流经深山峡谷，河谷狭窄，水流湍急，滩险众多，航道自然条件较差，船舶通行困难。为有效改善澜沧江航运条件，促进西南地区航运发展，我国交通部水运局及云南省政府拟实施澜沧江四级航道整治工程，整治范围为秀山码头上2 km至中缅243 界碑，全长约387 km。
本文选择整治河段中典型的曼厅大沙坝无名洲段航道为实例研究对象，基于河段的实际情况对工程河段的整治方案进行详细设计，并借助数值模拟软件模拟整治效果。
1 河段建设条件
1.1 河道特征
工程河道弯曲，水流湍急，河床中礁石分布较多。两岸地形起伏较大，大部分基岩裸露，岸坡陡峭，多成悬崖，局部地段受构造运动的影响，河道变的较宽阔，两岸为第四系冲洪积层，坡度平缓。
1.2 水文特性
澜沧江径流以降雨补给为主，上游区有部分冰雪融水补给，中游区冰雪融水补给少，下游区全由降雨补给。
工程河段主要流量基本集中在每年6—10月的汛期，占全年來流量的75.0%～79.3%。
2 整治方案设计
2.1 整治水位与整治流量确定
工程河段位于景洪大沙坝下游0.5 km。根据景洪大沙坝历年下泄流量分析，可确定工程河段整治流量为822 m3/s。对曼厅大沙坝在822 m3/s工况下的水面线（见图1）进行计算分析，可知工程处的整治水位为518.5 m。
2.2 整治方案
采用炸礁、疏浚方式清无名洲南侧航道区域的礁石和淤泥，其中疏浚区域长约480 m，宽约50 m。疏浚区域底高程为515.0 m，疏浚区采用1：5的边坡与周围接坡。工程河段整治方案设计见图2。
3 整治效果数值模拟分析
结合工程河段实际情况以及相关软件适用范围，本文采用Aquaveo.SMS（地表水系统模拟软件）进行模拟计算。
3.1 模型边界条件与初始条件设定
在二维数模中，边界条件主要包括进、出口边界，岸边界以及动边界等，本模型采用了如下边界条件：
3.1.1 初始条件
对于给定的研究域，在时间 时有：
、、
（1）
其中：、、分别为初始时刻的水位和流量分量。
3.1.2 开边界
，， （2）
其中、分别为已知流量过程线，为已知水位过程线。
3.1.3 固壁边界
固壁边界即水与陆的边界，由壁面的不透水性，可令法向流速等于零，切向流速由曼宁-谢才公式确定。若法向流速与x轴夹角为，则和与和之转换关系为：
（3）
3.2 整治前后流场分布
根据数模计算结果，在整治水位下，整治前后流场分布见图3。分析可知：整治前，研究河段水流散乱，航槽内最大流速为3.35 m/s，平均流速为2.15 m/s，水流流向与航道中心线夹角均值为9.5°。
整治后疏浚区过水断面增大，有效航宽显著增加，河段流速下降（航槽内最大流速为3.22 m/s，平均流速为2.10 m/s），整个河段水流结构分布更为平顺，水流流向与航道中心线夹角均值下降到7.4°，流态有所改善。
3.3 河段航深分布
根据数模计算结果，在整治水位下，整治前后航深分布见图4。分析图4可知，整治后，整个河段航槽航深分布整体没有变化，均在3.1 m～4.25 m之间;变化区域主要集中在疏浚区域。河段航槽航深由3.1 m～3.65 m增大至3.1 m
～4.5 m，航宽由17.6 m～50 m增大至均不小于50 m。整治后工程河段均满足四级航道通航尺度，通航条件显著改善。
4 结论
本文针对澜沧江曼厅大沙坝河段的实际建设条件，按照四级航道标准进行了整治设计，并借助数模进行了整治效果分析，得到以下结论：
（1）经分析论证，拟采用炸礁、疏浚方式清除曼厅大沙坝无名洲南侧岩盘礁石，其中疏浚区域长约480 m，宽约50 m。疏浚区域底高程为515.0 m。
（2）整治前，研究河段流场散乱，航槽内水深浅、流速急，与航道中心线夹角均值达到9.5°;整治后，疏浚区过水断面增大，有效航宽显著增加，河段流速下降，整个河段水流结构分布更为平顺，水流流向与航道中心线夹角均值下降到7.4°，流态有所改善。
（3）整治后工程河段航宽、航深显著增加，整个河段均满足四级航道通航尺度，通航条件显著改善。工程整治方案设计合理，可满足设计要求。
参考文献：
[1]谢龙.三峡变动回水区末端段复合水动力条件分析及对泥沙输移的影响[D].重庆：重庆交通大学，2013.
[2]郭继明，陈子湘.三峡水库变动回水区铜锣峡河段演变研究[J].长江科学院院报，1998（3）：1-5.