摘 要

本文在分析2003年4月的水文资料的基础上，探讨了长江上游关刀碛河段河床演变特征及其碍航特性和滩险成因，提出了航道整治思路和方案。

由于关刀碛河段是宽浅式河道，适用于浅水模型，本文利用SolidWorks软件建立了关刀碛河段三维水下地形图的模型，并通过FLOW3D软件对整治前后设计水位和整治水位下的河段地形模型进行了水流流动模拟计算。根据模拟计算所得的水位，流速，水深和比降等数据结果可知，本文方案在河床底部进行的疏浚措施和在开挖区附近左岸采取的修筑3座丁坝的措施，削弱了冲向右岸的横流，避免了开挖区回淤的可能，冲刷了碛翅，抑制了其进一步发育增大，稳定了航槽，适宜作为关刀碛整治工程的推荐方案。

关键字：航道整治；浅水模型；FLOW3D；数值模拟

Abstract

Based on the analysis of the hydrological data in April 2003, this paper discusses the characteristics of riverbed evolution and its causality and the cause of beach risk in the Guandaoqi River located in the upper reaches of the Yangtze River, and puts forward the idea and scheme of channel regulation.

In this paper,since the Guandaoqi river that is a wide and shallow river is suitable for shallow water model, the model of three-dimensional underwater topographic map of Guandaoqi River was established by using SolidWorks software,and FLOW3D software was used to simulate the flow pattern of the river topography model under the design water level and the regulation stage before and after channel regulation.According to the data obtained from the simulated water level, velocity, water depth and ratio, we can see that the dredging measures at the bottom of the riverbed and the measures to build the three dams at the left bank near the excavation area weaken the cross flow to the right bank,avoided the possibility of siltation in the excavation area, washed the moraine wing, inhibited its further development and stabilized the sail, which is suitable as a recommended project of channel regulation in the Guandaoqi river.

Key Words:channel regulation；shallow water model；FLOW3D；numerical simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 航道整治研究现状 1

1.2.2 数值模拟现状 2

1.3 FLOW-3D软件简介 3

1.4 本文工作内容 3

第2章 关刀碛河道概况及其基本资料 5

2.1 滩险概况 5

2.2 滩险演变及碍航情况 5

2.3 基本资料 5

2.3.1 地形资料 5

2.3.2 水文泥沙资料 6

2.4 本章小结 6

第3章 航道整治设计参数的确定 7

3.1 整治标准 7

3.2 设计水位 7

3.3 整治水位 7

3.4 整治线宽度 7

3.5 本章小结 8

第4章 关刀碛河道模型的建立与验证 9

4.1 关刀碛三维水下地形图 9

4.2 关刀碛河道数学模型的建立 10

4.2.1 水流运动方程 10

4.2.2 VOF法 11

4.2.3 量纲的选择 11

4.2.4 模拟时间的设定 12

4.2.5 物理模型的设定 12

4.2.6 流体属性的设定 12

4.2.7 计算截面的选取划分及网格 12

4.2.8 边界条件处理 13

4.2.9 初始条件的设定 14

4.3 关刀碛河道模型的验证 14

4.3.1 验证所采用的资料 14

4.3.2 水位验证 14

4.4 本章小结 17

第5章 天然状况下水流模拟计算 18

5.1 天然状况下设计流量水流模拟计算 18

5.2 天然状况下整治流量水流模拟计算 20

5.3 本章小结 22

第6章 关刀碛整治方案水流模拟计算 23

6.1 整治方案 23

6.1.1 整治原则 23

6.1.2 整治思路 23

6.1.3 工程布置 23

6.1.4 丁坝区边界条件处理 25

6.2 整治方案水流模拟计算 26

6.2.1 关刀碛整治方案设计流量水流模拟计算 27

6.2.2 关刀碛整治方案整治流量水流模拟计算 29

6.3 水流模拟计算结果分析 31

6.4 疏浚开挖区泥沙冲淤趋势分析 32

6.5 与张琦同学整治方案对比 32

6.6 本章小结 33

第7章 总结与展望 33

参考文献 34

致谢 35

绪论

1.1 研究背景与意义

自古以来，在交通网络之中，航道运输对于人类社会的发展具有十分重要的意义。我国幅员辽阔，河流众多，其中，我国第一大河流-长江辐射了我国华东，中部，中南和西南等广大地区，蕴含相当丰富的可开发水能资源，具备非常好的建设航道的基础条件，并且是我国内河航运最重要的水运主通道。

然而，长江中多处通航河段还处在天然状态，从未进行过人工整治，其航道等级过低，并且通航能力较差，逐渐不能够满足船舶通行需求：部分河段水深不够，河道宽度严重不足，而且弯曲半径过小；在洪水期或枯水期，河流水位变化较大，部分河段本身深水航道比重较小且上游存在多处急流险滩，其通航能力受到严重影响；而有些河段中存在滩险，造成河道内水流流态险恶进而影响通航。

长期以来，在长江上游，泸州纳溪至重庆娄溪沟河段（以下全部简称为泸渝河段）位于川，滇，渝西南二省一市的结合部，是西南地区的水上交通枢纽。该河段水流自西向东穿越四川盆地东南边缘，逐渐从两岸为低山丘陵，山势平缓，无高山峡谷，变为山势起伏，有多个小的峡谷河段，是典型的山区性河流，其河床多为砂卵石覆盖，间有部分基岩，河岸稳定，边滩发育^[1]。虽然该河段洪水期和中水时期航行条件较好，仅有少量急滩和险滩，其碍航程度均不严重，但在枯水期，泸渝河段存在着多处浅滩和险滩（如金钟碛，斗笠子，神背嘴，莲石滩，瓦窑滩，苦竹滩和螃蟹碛等），造成航道狭窄，水流流态较坏，航道尺度太小，不能满足航运发展的需要。即使该航道曾于上世纪进行过几次系统整治，但工程实施后，由于经费问题，以及相关维护工作未能及时跟上，部分整治建筑物被毁，滩险航槽产生回淤，该航道又出现了多处碍航情况，为了保障船舶的安全航行，增强航道运输能力，该河段需要进行工程整治。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 航道整治研究现状