长江航道整治建筑物服役状态时空分析与预测

为了能够优化航道基础设施有限的维护经费分配,为整治建筑物维修预算的制定提供科学依据,对2017—2021年长江干线航道整治建筑物的技术状况分类进行全面统计,分别通过求期望和二次回归的方式对各管辖区域未来一年需要维修的建筑物数量进行预测。得到干线航道整治建筑物的服役状态时空分布特点,并提出以辖区为单元的建筑物未来服役状态预测方法。结果表明:整治建筑物技术状况类别占比的时间分布相对比较稳定,逐年变化不大,而空间分布受不同河段特定环境影响较大;在长江上游河段的二和三类占比突出,中、下游河段一类占比突出;求期望法的预测精度受时序样本的波动程度影响较大,而二次回归法受影响相对较小。

长江上游航道整治建筑物不同流量下的生态效果

航道整治建筑物在长江上游广泛存在,其在改变局部河段的水动力和水体理化特征的同时也会对浮游生物群落产生重要的影响。于寸滩站11 000 m^(3)/s流量下开展顺坝和丁坝2座航道整治建筑物的水动力、水质及浮游生物生物量现场监测,利用MIKE21软件建立流场,进一步模拟不同流量下坝体前后水动力、水质、生物量的变化趋势。监测结果表明,相较于坝前,两坝体坝后流速减小,溶解氧浓度、浮游植物密度、生物量增加,其中顺坝和丁坝浮游植物密度分别增加69.39%和62.18%,生物量分别增加77.42%和56.41%。基于现场监测数据建立模型得出,4 500、11 000、39 200 m^(3)/s流量下航道整治建筑物前后水动力、水质及生物量差异性逐渐降低,4 500 m^(3)/s流量下整治建筑物生态效果最好。研究成果可为航道整治工程区生物的保护和生态航道的建设提供理论依据。

长江干线航道整治建筑物技术状况时空特征分析

随长江干线航道基础设施体系的逐步完善,航道整治建筑物养护问题受到广泛关注。以长江干线航道养护数据为基础,通过泰尔指数、莫兰指数、标准距离等计算分析,研究航道整治建筑物技术状况时空特征。结果表明:航道整治建筑物数量及技术状况总体上逐年提升,2019年是泰尔指数转折发生年份;丁坝和护滩带等整治建筑物的养护需要重点关注;长江干线航道整治建筑物技术状况分布呈现显著的集聚效应,上游航道整治建筑物技术状况分布相较中、下游更集中。

抛石坝内部侵蚀的三维电阻率成像试验研究

内部侵蚀是抛石坝的重要隐患之一,严重时会造成坝体坍塌。为了有效精准地探测侵蚀通道在抛石坝内部的分布情况,制作了内含侵蚀隐患的抛石坝模型,应用三维电阻率层析成像探测系统对抛石坝进行探测,采用连续线性估计算法进行反演分析存在侵蚀隐患抛石坝的成像特点。结果表明:在抛石坝预设侵蚀隐患处的电阻率图像会出现高电阻率异常的情况;采用结合连续线性估计算法作为反演算法的三维电阻率层析成像技术对抛石坝内部侵蚀进行探测,可实现内部侵蚀尺寸识别精度小于20 cm,侵蚀位置识别精度小于10 cm。连续线性估计算法作为三维电阻率层析成像的反演算法具有可行性和可靠性,对于推动航道整治建筑物的病险诊断具有重要的现实意义。

导流屏布置参数优化研究

建立了三维k-ε紊流数学模型,对导流屏布置参数进行研究。通过定量分析导流屏之间水流流速以及流向来确定参数的优化取值范围,为导流屏的应用提供支撑。结果表明,导流屏与水流方向夹角较小时,导流屏之间水流偏转角度较小,当夹角较大时,导流屏间水流流速减小,且在出口位置发生涡旋回流。导流屏之间间距较大时,导流屏之间水流不再发生偏转。导流屏高度越高,表层流场变化越大。不同导流屏宽度计算结果相近,因此导流屏宽度变化未对水流产生明显影响。根据模拟结果提出了导流屏布置参数的优化范围,为航道治理提供参考。

扭双工字型透水框架防冲机理试验研究

透水框架因具有消能减速进而保护岸滩免受水流冲刷的功能，在河道治理、航道整治中得到广泛应用。最近提出了一种新型透水框架——扭双工字型透水框架，经动床试验表明具有显著的护滩效果，利用Vectrino三维流速仪在变坡水槽上精细测量了新型透水框架附近的水流结构。试验分析表明，扭双工字型透水框架抛投于床面后底层流速骤减（减速率达0．79～0．95）、表层流速增大、过渡层流速梯度加大，垂向流速不再服从对数分布；垂向最大紊动强度出现在框架群顶部附近，水流进入框架群后紊动强度逐渐加强，出框架群后达到极值，底表层紊动强度极值的位置发生偏离，表层位置较底层偏下游内侧；框架群内近底层水体能量大幅消减（消能率达0．93—0．99），下游水体能量恢复距离为38～56m，利于滩面防护，而侧向边缘水体能量加强，易造成侧沿岸滩局部冲刷。研究成果对扭双工字型透水框架的设计、应用具有一定参考价值。

游荡型河道透水整治建筑物研究综述

从游荡型河道透水整治建筑物的角度 ,总结和探讨了以往河道整治中取得的成功经验。研究表明 :透水整治建筑物具有适应不同标准洪水、不与河流争空间、少抢险或不抢险、保护生态等优点。这些优点与当前洪水管理思想相适应 ,并对内陆河游荡型河道整治具有良好的借鉴意义。

山区河流散抛石坝水毁原因分析

山区河流坡降大、流速急、分布不均,散抛石坝水毁严重。根据块石粒径与起动流速的关系,指出块石稳定重量与起动流速的高次方程成正比,流速增长50%可能导致块石稳定重量接近40倍的变化。因此,在山区河流等一些流速较大的地区,仅仅试图通过增加单个块石的重量来提高坝体稳定性的作法,效果甚微,还需要采取其它措施。

航道整治建筑物及防护结构模拟技术研究

航道整治建筑物及防护结构的模型试验中,往往采取一些简化方式进行模拟,由此对试验结果的影响目前尚无定论,试验规程也无相应的技术要求指导试验中防护结构物的模拟。基于相似理论提出了整治建筑物及防护结构模型的相似条件与设计方法。在可调密度易成型复合材料研发的基础上,提出了小比尺防护结构的模拟技术。通过水槽试验研究了软体排联接方式与几何相似偏离对软体排模拟的影响。结果表明小比尺的软体排与框架宜采用密度可调、形状可重塑的复合材料进行模拟;D型软体排的压载块与排布系结简化为粘结方式时,对排体的稳定性与变形特征没有影响;混凝土联锁块软体排采用粘结方式对排体的稳定性无影响,对变形相似初期有一定影响,后期无明显影响;在保证压载块质量相似而放弃几何相似时,将影响排体的临界失稳底流速与失稳模式。研究结果可为防护结构的模拟提供技术参考,也为相关试验规程的修订提供技术支撑。

洪水作用下丁坝可靠度分析及剩余寿命预测

针对在航道整治工程中整治建筑物可靠度设计分析方法相对落后的现状,通过原型观测和水槽试验分析,将丁坝水毁近似看作由不同洪峰流量的洪水交替作用产生的结果,提出了三参数威布尔丁坝水毁可靠度分析模型,并在水毁体积等效的基础上,推导出受年际洪水交替作用后丁坝剩余寿命计算式.经过实测资料验证,该式具有较高的精度,能够计算出在遭受一定的洪水冲击作用后丁坝的剩余使用寿命,为整治工程设计和维护提供参考依据.

鱼嘴工程的研究及其在航道整治中的应用

鱼嘴工程是水利、水运工程建设中应用较广的整治建筑物形式之一。分析介绍了鱼嘴工程在航道整治中的作用、主要布置形式,总结了鱼嘴对航道水流、泥沙影响的研究成果,分析了鱼嘴水毁的原因及特征,提出了有待进一步研究的问题。

通航河流桥梁主动防船撞措施探讨

文章从影响通航条件的主要因素,即建桥对通航条件的影响入手,从桥梁选址、桥跨及墩位布设以及通航净空尺度等角度,全面分析了预防船撞桥事故发生的相关措施和技术要求,提出了从桥梁设计角度如何实现桥梁主动防船撞的方法,其成果可为桥梁设计借鉴参考。

长洲枢纽双线船闸堵船原因分析及对策

文章阐述了长洲双线船闸运行3 a来的堵船滞航现象,对其主要原因进行了分析。同时提出了具体措施,包括航道整治及相关配套工程建设,扩建三线四线船闸,建立高效的协调机制,联合调度枢纽水库,协调发电、调水和压咸补淡调水等各方利益。

长江南京以下12.5 m深水航道工程的技术难点与建设特点分析

为顺利推进国家重点水运工程“长江南京以下12.5m深水航道工程”的建设,需要分析工程的技术难点与建设特点,为工程航道整治设计与施工提供技术支撑。在工程河段的水沙运动特征及碍航特性分析的基础上,结合潮汐分汊河段复杂的自然环境与保护要求,剖析了工程设计面临的技术难点:潮汐分汊河段水沙运动和滩槽演变规律的进一步把握、航道整治参数的确定、通航汊道选择及洲滩控制工程布置、利益相关方相互制约,以及新型航道整治建筑物结构的研发等;分析了工程建设的主要特点:工程里程长、施工点多面广、工程量大、施工强度高带来的管理难度大,施工与通航的矛盾突出,水下恶劣条件下施工精度控制与质量检测难度大,生态环境保护要求高等。成果为工程建设的技术攻关和管理创新提供指导,可作为类似工程前期论证、立项管理的技术参考。

山区河流散抛石坝稳定性分析研究

山区河流坡降大、流速急、分布不均,散抛石坝水毁严重.文中根据块石粒径与起动流速的关系,指出块石稳定重量与起动流速的高次方程成正比,流速50%的增长可能导致块石稳定重量接近40倍的变化.因此,在山区河流等一些流速较大的地区,仅仅试图通过增加单个块石的重量来提高坝体稳定性的作法,其效果甚微,需要另辟蹊径,采取其它措施来提高坝体的稳定性.

三峡蓄水后新水沙条件下荆江河段整治建筑物损毁原因分析

荆江自古以来边界条件复杂,水患频发,是长江黄金水道重点整治河段之一。在三峡水库蓄水后,该河段受清水下泄影响,河床将发生更为敏感的冲淤变化,给航道整治带来了新的问题,使治理难度增大。围绕长江黄金水道建设,在全面调查分析三峡水库蓄水运行前后荆江河段水沙条件的变化情况,以及荆江河段各主要航道已建整治工程的损毁、运行情况的基础上,总结出新水沙条件下,荆江河段不同类型整治建筑物的损毁影响因素及其损毁原因。为进一步研究新水沙条件下荆江河段航道整治建筑物的稳定性与整治效果提供参考依据,为保障长江干线航道的通航水深、改善航行条件奠定理论基础。

航道整治建筑物对河道行洪影响的试验研究

利用水槽试验和理论分析相结合,在定床方面,讨论了丁坝挑角对壅水的影响;在动床方面,提出了补偿流量的概念,并结合定床壅水公式,给出动床淹没群坝壅水计算方法,计算结果与水槽实测资料相符。在此基础之上,进一步讨论了航道整治建筑物对河道行洪能力的影响。

勾头长度对非淹没丁坝周围水流特性的影响

采用RNG k-ε紊流模型,数值模拟了丁坝周围水流的三维流动过程,分析不同长度勾头对丁坝周围水流结构和流速场的影响。计算结果表明,在勾头的影响下,勾头段出现横轴漩涡,远离坝头区域纵向流速减小,大流速向坝头集中,坝轴后方横流减弱,上下游最大水位差减小,影响效果随勾头长度的增加而增大。为深入探讨利用勾头改善丁坝周围通航水流条件奠定了基础。

基于改进CRITIC法的整治建筑物服役状态综合评价

航道整治建筑物的综合评价是航道安全维护管理的重要组成部分,早期确定评价指标的权重多采用主观赋权法,因主观因素过多而影响评价结果的准确性和决策可靠性。文章针对整治建筑物的综合评价问题引入改进CRITIC的客观赋权法,以长江上游航道为例,建立了改进CRITIC法整治建筑物服役状态综合评价模型,利用建筑物样本资料本身的数据信息对评价指标的客观权重进行确定,计算出服役状态综合指标Z,并对整治建筑物的服役状态进行了综合评价。研究结果表明,改进CRITIC法对整治建筑物服役状态评价模型的指标权重赋值合理,综合评价结果与工程实际情况相符,模型的适用性良好,综合量化计算结果能够为管理部门提供参考,可以将该模型应用到航道整治建筑物的综合评价中。

多级丁坝影响下弯道水流运动三维数值模拟研究

多级丁坝在航道整治工程中应用广泛,为了研究其水流结构,在U形弯道内布设多级丁坝进行系列水槽试验,采用粒子图像测速(PIV)仪和超声波水位计测量了多级丁坝附近的流速及水位,同时利用商用软件Fluent,基于有限体积法,采用RNG k-ε湍流模型,对丁坝附近水流的流态进行三维数值模拟,并将水槽试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。结果表明,两者吻合较好。模拟结果表明:相同过流面积下,丁坝级数增加,丁坝下游回流范围增大,坝头处高流速区流速值减小;在水流近底处和中截面处,紊动能k最大值随着丁坝级数的增加逐渐减小,在自由水面处则先增大后减小。