文献综述(或调研报告):
- 前言
长江是我国的第一大河,也是水上运输的黄金水道,横跨我国东西部,通航条件优越。随着上海国际航运中心的建设、长江口航道的整治、三峡工程的建设、西部大开发战略的实施,长江上游和下游的航运建设正如火如荼地展开;而长江中下游航道作为西部地区通江达海的水上主通道,起着承东启西和联系上、下游经济腹地的重要作用,其航道条件的好坏,将直接影响到长江黄金水道作用的发挥,影响中西部地区经济的快速发展,因此长江中下游长河段多水道航道整治已成为长江航运开发的重要课题。
戴家洲河段位于长江中游湖北境内,为长江中下游重点治理河段,也是长江中游重点浅水道之一。该河段先后实施了一期工程、戴家洲右缘下段守护工程及二期工程,工程实施后基本实现了该河段“十二五”规划目标,河段航道尺度基本达到4.5mtimes;200mtimes;1050m,保证率为98%,目前戴家洲航道水深不满足6.0mtimes;200mtimes;1050m的要求,成为武汉至安庆段提高至6.0m的瓶颈河段之一。因此,研究戴家洲河段航道整治思路对实现长江航道建设的2020年目标,推动以技术创新为前提的长江水运发展具有十分重要的意义。
- 国内外研究现状
航道整治工程历史悠久,世界各国在这方面进行了许多研究工作,建造了不少工程,取得了显著的成果。美国密西西比河下游,德国莱茵河中、下游,荷兰三角洲及俄罗斯伏尔加河等的整治工程都很著名,我国的河道整治也很早,17世纪潘季驯提出来的束水攻沙等治河原则就很合符科学规律。1949以后,随着水运事业的发展,河道整治也有了很大发展。在长江上游、湘江、赣江、松花江、北江、西江和珠江的部分三角洲航道以及瓯江、甬江、闽江的河口段等河流上都进行了规模不等的航道整治工程,取得了显著的成效。
国外航道整治工程实施较早,也积累了丰富的经验。荷兰境内莱茵河航道整治最早可追溯至16世纪,早在19世纪末期美国就已经开始对密西西比河航道进行整治。莱茵河和密西西比河均通过修筑丁坝、闸堰、护岸工程等以渠化河道、缩窄河宽来逐步提高航深,据统计1928~1973年密西西比河两岸修筑了800余座丁坝,将河宽由19世纪80年代的760m缩窄至约460m。Nicola Surian在河床下切问题进行了深入的研究,并通过实地调查 ltaly 境内河流普遍存在的河床狭窄和下切现象,对河床下切问题有着自己独特的见解; Kondolf 通过对人工采砂和水库拦沙引发的河型转化、河床下切等问题进行分析讨论;Shields 主要研究对象是横向摆动机理研究,他对水库下游河道的进行分析论证,并对美国密苏里河河流下游建水库前后的水道变化状况进行了定量研究分析,他的研究表明:在一般情况下,有调节能力的高坝水库建成运行后,大坝下游河道处出现长距离的冲淤变化现象是普遍存在的,使原来的河段某些浅滩得不到应有的改善,甚至变得不如以前,水深变得更浅,部分区域还会变为陡坡急流段。莱茵坝下河道的下切现象非常严重(清水下泄和采砂引起),为制止河床下切和水位下降,采取了整治深槽的措施,即在深槽部位人工充填沙石,将坝上泥沙转移到坝下河道,通过模型试验,选择合理的抛放地点进行抛泥,此措施可以调整横断面形态,为防止继续冲刷,在充填层上层用较大的块石护面,不但调整了局部河段的比降,也改善了深槽段航宰水急的通航条件。
张为等(2008)以沙市典型分汊浅滩河段为例,利用数学模型预测了该河段的汊道和洲滩发展趋势。研究表明:所建模型具有较好的预测功能,能够准确地模拟该河段的水沙输移特性及洲滩的演变规律。Yang 等(2009)对西江中游的四个碍航浅滩进行了治理研究,通过研究水文、泥沙及河床地形,采用数学模型和物理模型详细研究了西江河床演变规律,特别是在非定常流动释放与下游潮汐力作用条件下的情况,为西江下游治理提供了参考。罗梁等(2012)对长江宜宾—重庆航道浅滩整治措施进行了分析,提出了疏浚、丁坝、护底结合治理港区河段浅滩的方法。Zhao 等(2012)基于二维数学模型以及物理模型对长江上游型分汊卵石浅滩的水流泥沙运动特性、碍航机理进行研究,结果得出填石袋坝体、不规则的混凝土石块在疏浚工程中取得了较好的效果,对汛期在相似浅滩的疏浚具有一定的参考价值。杜德军等(2013)以前期数学模型研究为基础,在已有长江河口段模型中,对通州沙水道和白茆沙水道深水航道整治一期工程进行定、动床物理模型试验研究。试验研究认为,各方案实施后规划航道 12.5m 航道均贯通,稍加疏浚,可满足 500mtimes;12.5m 的深水航道要求。Xu 等(2015)对长江口上游深水航道的重点碍航滩险白茆沙浅滩进行整治,提出了整治稳定河道的整治思路。除此之外,在航道治理和浅滩整治方面国内外还有很多学者都进行了较为深入的研究,也取得了显著的成就。
戴家洲河段,上起鄂州市,下止廻风矶间,全长约34km,长江宜昌至安庆段提高航道标准治理工程规划在该河段加高,上延一期工程脊坝、新建刺坝和布置护滩、潜丁坝、护底带等工程。国内对于戴家洲河段航道整治工程研究起于2006年,且以河段演变规律及碍航特点为重点,提出4.5m航深航道整治原则。在此基础上,开展了工程方案的研究,并分别提出了总体治理方案、一期工程治理方案及戴家洲右缘下段守护方案。期间,刘万利、李旺生等对戴家洲河段天然水流特性、崩岸特性及护岸措施进行了研究。蔡大富分析了戴家洲河段河床演变及碍航特性,研究了戴家洲右缘护岸工程方案。张慧、李会云等对鄂黄河段河道演变及治理对策进行了探讨,但研究仅限于保障4.5m航深的航道安全。
- 整治建筑物的发展现状及趋势
长江中下游航道整治工程中,整治和守护相结合,根据河段情况不同各有侧重。整治工程的目的在于,稳定各级流量主流平面位置、增大枯水流速、塑造良好的航槽形态,使航道向更稳定的趋势发展。主要整治建筑物结构形式有以下几种:
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