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1、北江千吨级航道整治工程飞来峡枢纽坝下浅段水沙数值模拟分析摘 要：北江清远枢纽蓄水后，回水衔接至飞来峡枢纽坝下，河床演变规律发生变化。若进行千吨级航道整治则需新建二线船闸，船闸工程对所在河段产生一定的互相影响。本文通过建立二维水流泥沙数学模型，对研究河段在工程措施下河床冲淤趋势变化进行模拟研究，为工程方案研究提供支持。 关键词：飞来峡 航道整治 水流泥沙数学模型1.引言清远水利枢纽蓄水前，飞来峡枢纽坝下浅段属于枢纽坝下河段，是北江整治河道主要碍航浅滩之一。该浅滩范围从飞来峡船闸下引航道口门至飞来峡峡谷上口，长约10km。段内有十三坑、白鹤汛、饭店角、禾仓岗、眉坑口等9个浅段，河床质为沙质，泥沙容
2、易启动输移。清远水利枢纽正常蓄水后其回水衔接至飞来峡坝下，河道实现渠化后水流、泥沙条件可能发生较大变化，飞来峡枢纽坝下浅滩同时具有枢纽坝下河段和库尾河段的特性，受两个枢纽调度运行的影响，河床演变规律也将趋于复杂。这对该浅段航道整治工程的效果带来了不确定性因素，需对航槽稳定的问题进行深入研究。由于清远枢纽建成后，飞来峡枢纽坝下浅段同时受两个枢纽调度运行的影响，建立清远枢纽至飞来峡枢纽的一维数学模型，在历史水文条件下模拟清远枢纽和飞来峡枢纽调度运行，为二维水沙模型提供水文边界条件。2.二维水沙模型2.1算法为模拟复杂河道形态，二维数学模型采用正交曲线网格系统，以克服边界复杂和计算域尺度悬殊造成的困
3、难。贴体正交曲线坐标系下沿水深平均的方程组离散采用ADI法。2.2网格模型网格如图1所示，布置29562个网格，网格大小沿河长方向约37m，沿河宽方向约20m。2.3边界模型下游水位边界由清远水利枢纽库区一维数学模型提供，上游流量边界采用飞来峡水利枢纽出口流量和飞来峡水文站流量。2.4泥沙处理模型计算中采用4组级配进行模拟计算。2.5河床冲淤验证为了验证泥沙计算，以2001年10月地形为基础，计算20012003年河床变化情况。为对比，可知冲淤形态基本一致。实测冲淤总量-41万方，计算冲淤总量-45万方，差-4万方，误差在10%，可见冲淤量计算精度满足要求。3.模拟计算工况结合水文资料收集情况
4、，为研究该河段河床演变趋势，选取2005年1月2010年12月共计6年水文系列进行模拟计算，该系列基本涵盖水沙不同类型的典型年份。模型初始地形采用2012年实测水深地形图数据，根据飞来峡水利枢纽二线船闸平面布置左、右、中三个方案对局部河床面按设计开挖高程进行修正。4.模拟计算成果在无工程措施的情况下，经过6个水文年系列持续影响后，研究河段整体呈边滩淤积河槽冲刷趋势，原丁坝坝头冲刷坑出现回淤，原来河道中的冲刷坑也有明显回淤。原级航道整治所筑丁坝较高，仍发挥一定控制水流作用。在河槽中冲淤是交替分布的，深潭向下游移动。飞来峡坝下沙洲下游出现淤积，呈现沙洲下移态势。左岸方案相对无工程措施，河道冲淤变化
5、趋势与之基本保持一致，两者的变化差异出现在有工程措施影响的局部范围：引航道口门及其下游1.3km范围内，该区域在无工程措施的情况下出现淤积，采用左岸方案后，回淤仍对航道水深有影响。浅滩末端拆短丁坝区域，该区域有无工程措施均呈现冲刷状态，但采取拆坝措施后，原丁坝上游冲刷幅度减小，下游冲刷幅度增大。飞来峡坝下沙洲下游出现淤积，呈现沙洲下移态势，但变化缓慢不至于影响航槽。右岸方案相对左岸方案，河道冲淤变化最大的差异出现在右岸引航道口门附近。在左岸方案条件下，该区域冲淤变化与无工程措施条件下几乎完全相同，冲淤幅度变化在0.01m以内。而右岸方案对该区域采取了拆坝、挖槽等措施，因此由轻微冲刷状态变化为冲
6、淤幅度加剧，淤积范围扩大，而紧邻下游冲刷区域的冲刷幅度也有所增加。在导沙坝保护不到的开挖引航道段，出现沙洲侵入引航道，淤积量有5千方左右。而导沙坝外侧坝脚则出现冲刷，最深淘深2m。飞来峡坝沙洲下游出现淤积，呈现沙洲下移态势，变化较左岸方案明显，但变化缓慢不至于影响航槽。中线方案相对左岸方案，中线方案出现了较大的冲淤变化：中线引航道段，在导航墙末端，扩散水流带入的泥沙淤积下来，淤积体呈舌状，体积约9千方；同时飞来峡坝下沙洲在向下游移动，伸入左岸航道中，造成需要疏浚5千方。5.结束语本文建立了飞来峡坝下浅段的二维水深数学模型，模型验证表明其能较好的模拟河床演变情况。模拟结果表明，清远枢纽蓄水后，研究河段整体呈边滩淤积河槽冲刷趋势，原丁坝坝头冲刷坑出现回淤，原来河道中的冲刷坑也有明显回淤。整治工程的影响集中在工程区域附近。三个船闸方案的淤积情况不同，但是都在可接受的范围内。相对而言，中线方案影响最为不利，其次为右岸方案，影响最小为左岸方案。考虑船闸口门距离枢纽出水口近，水流三维流动流态复杂，建议进一步开展局部三维数值模拟或者物理模型模拟研究优化方案。参考文献：黄文辉，左利钦，陆永军.长江中游分汊型河道二维水沙数值模拟J.水运工程学报.2010（03）.
