论文总字数：26181字

摘 要

马当河段属弯曲分汊河型，该河段滩槽演变的趋势使得通航条件向不利方向发展，马当南水道左槽冲刷发展、右槽淤积萎缩的现象仍将继续，马当阻塞线水道的主流可能会左摆至未经打捞的沉船区，东流直水道进口段航槽受瓜子号洲尾滩体影响可能出现淤浅。为保证该河段安全畅通，应当实施整治工程。

本文针对马当河道演变特性，在分析其相关水文站的基本资料的基础上，确定了河段的设计水位、整治水位和整治线的宽度，并进行平面规划和设计。根据通航要求，提出了本河段航道整治工程设计方案，给出了整治建筑物结构设计，对丁坝工程量进行了简单的计算，并进行了相关的工程后水力计算。

本文还运用Matlab语言编写的相关程序，实现了水面线计算，断面要素计算等算法，一定程度上解决了工程设计中数据处理量大及算法繁琐的问题。

关键词： 长江中下游；马当；浅滩；河床演变；航道整治

Abstract

Madang reach genus bending braided river pattern, the trend of the evolution of Shoal River navigable condition makes the adverse direction, Madang south waterway scour the left channel and right channel siltation shrinking phenomenon will continue, Madang blocking line mainstream waterway might swing left to salvage the wreck area without import segment east straight waterway navigation channel by seeds No. Chau Mei shoal shallow silt effects may occur. In order to ensure the safe and smooth river, we should implement remediation projects.

Aiming at Madang river channel evolution characteristics, based on the analysis of the basic information on their associated hydrological station on the river to determine the design water level, water remediation and remediation line width, and flat planning and design. According to the navigation requirements proposed in this river channel regulation engineering design, structural design gives the renovation of buildings, groins quantities of a simple calculation, and calculated the associated hydraulic engineering.

This article also using Matlab language-related programs, to achieve a surface line calculation, section element calculation algorithm, to some extent, solve the engineering design of a large amount of data processing and algorithm complicated problem.

Keywords：middle reaches of the Yangtze River;madang; shoal; bed evolution; channel regulation

目录

摘要 2

Abstract 3

第一章 综述 6

1.1设计依据 6

1.2工程概况及建设目的 6

1.3设计主要内容 7

第二章 自然条件 8

2.1气象条件 8

2.2水文条件 9

2.2.1径流特征 9

2.2.2水文流量关系 11

2.2.3洪枯水 12

2.3泥沙条件 13

第三章 河床演变及碍航特性 14

3.1河道概况 14

3.2河床演变机理 15

3.3横断面冲淤演变 16

3.4马当阻塞线水道与东流直水道的近期演变 17

第四章 整治设计 20

4.1整治原则 20

4.2航道设计标准 20

4.3设计水位 21

4.4整治水位 24

4.5整治线宽度 25

4.6整治线规划、工程布置 29

4.6.1整治线布置原则 29

4.6.2整治线布置 29

第五章 航道整治工程 32

5.1 整治原则 32

5.2丁坝对河道水流和泥沙的影响 32

5.2.1非淹没丁坝的水流泥沙现象 32

5.2.2淹没丁坝的水流泥沙现象 33

5.3丁坝群的布置和作用 33

5.4丁坝间距 34

5.5顺坝作用与布置 35

5.5.1顺坝的作用 35

5.6 丁坝工程布置 35

5.7 丁坝工程量计算 37

第六章 水力计算 40

6.1 水面线计算基本方程式 40

6.2 编程计算原理 41

6.3 丁坝群非淹没条件下壅水计算 42

第七章 结论 43

谢辞 44

参考文献 45

附录 46

第一章 综述

1.1设计依据

1.1.1《内河通航标准》（GB50130--2004）

1.1.2《航道整治工程技术规范》（JTJ312--2003）

1.1.3《疏浚工程技术规范》（JTJ219--99）

1.1.4《内河航道与港口水流泥沙模拟技术规程》（JTJ/T232--98）

1.1.5《航道整治水力计算》

1.2工程概况及建设目的

马当河段位于长江下游九江与安庆之间，上起小孤山，下至华阳河口，全长约30km，属弯曲分汊型河段；该河段滩槽演变的趋势使得通航条件向不利方向发展，马当南水道左槽冲刷发展、右槽淤积萎缩的现象仍将继续，马当阻塞线水道的主流可能会左摆至未经打捞的沉船区，东流直水道进口段航槽受瓜子号洲尾滩体影响可能出现淤浅。近几十年来，本河段主流紧趋右岸而下，航道一直稳定在水道南汊，目前自上而下依次位于马当南水道右槽、马当阻塞线水道右汊和东流直水道。近期，马当水道通航条件趋向恶化，出现了双槽争流、主流摆动、航槽淤浅缩窄等不利变化，航道的恶化与航槽的不稳定性严重威胁着长江中、下游航道的安全畅通。虽然航道部门采取了爆破清淤、调标等措施进行超常规维护，但仍存在航行条件差、部分时间断航等较严重的阻航问题。因此，为了保持长江中、下游航道的安全畅通，马当河段的治理十分必要与紧迫。

航道整治工程主要是航道的浅滩整治。浅滩整治的主要目的是控制航道摆动，增加航道水深，消除碍航，改善航行条件。整治工程分两期进行，一期工程主要控制马当阻塞线水道的主流，使其稳定在沉船打捞区右侧，同时改善航道条件。

1.3设计主要内容

本次设计要求依据航道建设标准，根据提供的地形图及相关资料，确定整治原则；确定设计水位（设计最高、最低通航水位）和进行河床演变分析；整治断面设计（整治线宽度等）和整治工程设计，并进行投资估算。并在此基础上独立撰写完成毕业论文或设计说明书。

第二章 自然条件

2.1气象条件

近年间马当河段年降水量趋势是微弱递增。在春夏两季降水集中，春季降水趋势为波动下降，夏冬两季降水趋势为波动上升，秋季呈不明显的趋势下降。从近年降水周期性来看，河段丰枯交替从1952至2010年间共经历了六次，河段下一个丰水期将从2010年开始。

在全球气候变暖的整体趋势下，马当河段在近年来处于一个整体变暖的趋势。该河段在1993年之前处于相对偏冷期，河段的气温在1993年之后开始急剧变暖，并且在2007年达到最大值，所以河段气候历史上一个重要的突变点是在1993年。近年来马当河段日照时数的趋势处于一个显著的下降状态，下降趋势最大的年代是在60年代中期至80年代中期，从80年代后至今，下降趋于缓慢，由于夏季日照时数降低，河段在近年来日照时数每年降低。从周期等值线拟合趋势来看，未来几年河段日照时数仍将处于低迷时期，可以预测到马当河段日照时数的低值周期仍未结束。

近年间马当河段的蒸发量处于并不显著减少趋势，四季和年的蒸发量周期变化相近，河段到2011年为止处于相对的较高蒸发量的周期内，而在今后的近年内，河段仍将处于相对较高蒸发量的时期。

近年来马当河段的年平均干旱指数是1.19，稍微大于一，河段地区处于相对温润的气候环境，春季干旱指数是0.9略小于一。秋季是2.7大于一，春季处于湿润的环境，水量支出小于收入。而秋季的状态则为半干旱。河段受东亚季风影响，在春季平均温度略低，蒸发略弱，降水量比较大，气候偏湿润，是因为河段气候为北亚热带季风气候。秋季西风盛行，气候干燥，偏干旱，故降水量略少，气压较高，蒸发作用很强。

2.2水文条件

2.2.1径流特征

2.2.1.1、径流变化趋势

①马当河段流量年际波动大, 一年之中最大流量大概是每秒43100立方米， 最小流量大概是每秒21400立方米, 后者大概是前者的一半；一年之中洪水季节最大流量大概是每秒64630立方米, 最小流量大概是每秒27800立方米, 后者大概是前者的五分之二；一年之中枯水季节最大流量为每秒24430立方米, 最小流量大概是每秒12150立方米,后者大概是前者的一半。

②马当河段一年内流量分配不均, 主要集中在洪水季, 多年来统计的平均洪季径流占全年的百分比为百分之70 .5，但是枯水季所占比例却很少。河段流量从上个世纪四十年代中后期到五十年代中期较大, 随后数年逐渐减小；并在七十年代中期左右出现最小值, 随后又逐渐提高；并在九十年代后期出现最大值，接着又逐渐下降；一直持续到2009年流量仍然很小。

③汛期与非汛期径流总量之比被称为丰枯率, 该比值体现年内径流量的分配。马当河段丰枯率在上个世纪五、六十年都比较大；但是在六十年代中期至八十年代末期的数十年间逐渐减小；而在九十年代丰枯率增大，并且于九十年代末期出现最大值；然而是在本世纪初, 流量丰枯率开始逐渐减少, 并逐渐维持在一个相对较小的数值内。

图2.1为马当河段下游最近的大通水文站所记录的1946至2009年年均季、洪水季、枯水季流量序列，以及1950至2009 年各个月平均流量序列的Mann-Kendall 检验图。大通水文站是离马当河段最近的水文站，中间河段没有较大支流汇入，所以可以用大通站的水沙统计资料来代表本河段的水沙特征。图中, 用作为Mann-kendall 趋势的检验参数。如果gt;1 .96 ，就表示通过α=0 .05 显著水平，为正（增加)或 为负(减小)时趋势明显。从图可以读出以下两点信息：

①年均水季、洪水季流量有极少的减少，枯水季流量有极少的增加，但都是不明显变化趋势。

②月平均流量变化趋势明显，并在在α=0 .05显著水平上，一、二月流量都有增加的趋势，一月流量增加42 .6 ；二月流量增加每秒47.4立方米；而在十月流量有减少的趋势，变化幅度值在月均流量序列中最大，平均每年减少流量每秒142.3立方米。

图2.1大通水文站流量M-K 趋势检验图

2.2.1.2、径流突变点

①马当河段年均流量没有显著的突变, 但洪水季、枯水季流量突变显著。洪水季流量突变年份是1958 年, 其中1946至1958年平均洪季流量为每秒44200立方米，1959至2009 年年平均洪季流量为每秒38 930立方米，突变幅度大概是百分之-20。枯水季流量突变年份是1987和1955 年，其一级突变的1946至1987年平均枯季流量为每秒16 300立方米，1988至2009 年平均枯季流量分别为每秒17700立方米, 突变幅度约为百分之8.6；二级突变1946至1955年平均枯季流量为每秒18180立方米，1956 至1987 年平均枯季流量为每秒15730立方米，突变幅度大概是百分之-13 .5。

②马当河段各月均流量序列中，一至三月、五月、七月、十和十一月流量都有显著的突变。各月均流量突变年份主要在1988、1979年左右，以及2003年、1955年和1961年。一至三月流量一级增量幅度相对较大的突变，分别为百分之23 .6、百分之26.0、百分之25 .9 ，二级减量突变幅度均在百分之-30以上；七月流量一级减量突变幅度为百分之-21 .5；五、十和十一月流量一级减量突变幅度相对较小，在百分之-20～百分之-10之间。

2.2.2水文流量关系

影响马当河段的水位流量关系主要的主要因素是洪水的涨落、洪峰起涨水位以及来自下游支流的顶托作用。由于洪水日涨落率不大, 所以该影响因素可以忽略。来自下游支流的顶托影响, 基本是在较大的支流来水作用下,不会太影响确定正常水位流量关系。所以对水位流量关系确定的较大影响因素只有洪峰起涨水位, 特别是较大洪水年份到来时,复式洪峰出现在高水位时, 水位流量关系线就得采用洪峰起涨水位为参数，才能得到更符合实际的调洪演算结果。综上所述回水顶托的影响，洪水涨落的影响，起涨水位的影响是对马当河段流量三大影响因素。

关于马当河段水文流量关系, 安徽省修防处、长委水文局与规划处综合了在七十年代多次拟定的水位流量关系，对比分析出大部分高水延长部分为16.50米 , 相应流量大概在每秒80000立方米 。并用了1954年上下游江堤未溃决前的实测资料, 绘制出马当河段水位与断面面积、平均流速的关系, 1954年水位流量关系由高水延长推求, 结果是水位16.50米, 相对应的流量为每秒80000立方米。到八十年代长流规修改时, 据1954至1983年的实测水位、流量资料, 并改正回水与涨落率, 拟定出马当水位流量关系为涨落率0, 下游支流顶托也为0, 就是正常的水位流量关系。即马当水位为16.50米时,相对应的流量为每秒80000立方米；马当水位为17.10米时,相对应的流量为每秒82400立方米。

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