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原文传递松花江吉林市段碍航特性及航道整治方案数学模型研究

论文题名：	松花江吉林市段碍航特性及航道整治方案数学模型研究
关键词：	航道整治;碍航特性;二维水流数学模型;松花江吉林段
摘要：	松花江航道是贯穿吉林省的内河水运通道，也是沟通松花江干流、嫩江的重要水道。松花江吉林市段航道养护条件差，断航和碍航问题突出，未能全线通航，严重阻碍了松花江水上交通的发展，为进一步加快吉林市内河航运发展，拟对松花江吉林市段航道进行整治，实现全线Ⅳ级航道复航的目标。　　本文通过收集松花江吉林段的水文、地形、泥沙等资料，对松花江吉林市段的航道现状及河床演变规律进行了简要分析，并基于MIKE21构建和验证了松花江吉林市段的平面二维水流数学模型，分析了不同工况下的航道条件和重点滩段的碍航特性及成因。提出了三个整治方案，从航道尺度、河心比降、主槽流速、消滩水力指标、重点滩段流态、整治工程对城市引水和灌区取水影响、整治工程对河道景观的影响对方案进行综合比选分析，最终提出推荐方案。本文为松花江吉林市段航道整治工程提供了技术支持。本文主要研究成果为：　　（1）结合2017和2021年的地形资料，从整体冲淤变化、典型横断面变化、深泓线纵向变化、深泓线平面变化、滩槽变化多个方面进行河床演变分析，得到了研究河段的河床演变的特性及趋势：上游丰满大坝和永庆枢纽拦沙造成清水下泄，松花江吉林市段在纵向上主要呈现为下切，哨口拦江坝库区内有一定的淤积，淤积幅度不大；平面上河势基本稳定，未出现较大的演变。未来河势将更趋于稳定，纵向上还会有一定的下切趋势。　　（2）基于MIKE21构建和验证了松花江吉林段平面二维水流数学模型，分析了不同工况下的航道条件和重点滩段的碍航特性及成因。松花江吉林市段枯水期不满足1.6m的河段长约4.8km，1.6m等深线未贯穿航道，且局部河段陡比降达到4.38‰；中洪水期航深增加，安达村、牤牛哨滩和航道码头处水深不足1.6m，不满足Ⅳ级航道建设标准。在各个流量下，松花江吉林段在各个代表流量下水面线均呈现出“阶梯式”形状，坡陡流急，伴有不良流态。分析了重点滩段的碍航特性：九站铁路桥河段为典型的急流滩，密集桥墩和施工建筑物挤占了大部分河道过水面积，导致水流出现明显收缩；牤牛哨滩水浅槽窄、滩口流急并有横流等碍航水流，浅滩挤占河道，水流流向趋左，导致横流明显；安达村体现为水浅、弯窄和局部水流急、流态坏，原因是右侧边滩发育严重挤占河道，局部有深坑；航道码头主要体现为水浅碍航，受放宽河势影响，水流减缓，泥沙易淤积，导致散乱浅包出露；九站灌区段主要是水浅碍航，伴有横流碍航，江中卵石堆和拦水丁坝对水流有明显的挑流作用。　　（3）分析了松花江吉林市段的通航限制因素，并提出了三个整治方案，从航道尺度、河心比降、主槽流速、消滩水力指标、重点滩段流态、航道整治对城市引水和灌区取水影响、整治工程对河道景观的影响对整治方案进行综合比选分析，结果表明：单一航槽疏浚（方案一），不能有效改善工程河段的急流和提升航道尺度，还存在陡比降和跌水，枯水期九站铁路桥河段处比降3.34‰，桥区水面落差0.73m，较方案前有所改善，桥区清障和整治区疏浚开挖导致上游水面线跌落明显，局部河道航道两侧存在浅滩裸露，将破坏城市河道景观；复式断面整治（方案二）可以削弱重点碍航滩段的陡比降，九站铁路桥河段、航道码头处的比降均有所减小，但九站铁路桥河段处比降仍然较大，九站灌区河段至九站铁路桥河段水深不足1.6m。复式断面开挖可重新调整和边滩水深的分布，浅滩裸露面积明显减小，但疏浚清障导致上游河段明显的水位跌落，对河道内的取水引水工程的正常运行造成不利影响；复式断面整治和渠化工程相结合（方案三）整治后，各处航道尺度达到Ⅳ级航道标准，不良流态消除，河道内水流整体平顺，对取水口和灌区影响较小，浅滩裸露面积明显减小，对城市河道景观影响也较小。总体而言，方案三兼顾通航水流条件、城市取水与灌区引水和河道景观，选为推荐方案。
作者：	黄振祥
专业：	水利工程
导师：	杨胜发
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023