论文总字数：32801字

摘 要

通州沙、白茆沙是长江太仓-南通段深水航道整治工程中的两个重点碍航浅滩，工程河段受径流和潮汐的共同作用，水沙动力复杂，河床冲淤多变[1]。由河床演变分析可知，通州沙水道下段和狼山沙左缘持续冲刷崩退，白茆沙头部受到水流冲刷持续后退，分别是导致通州沙和白茆沙水道航道出浅碍航的最主要原因。为此，确定通州沙下段与狼山沙左缘以及通州沙与狼山沙间窜沟需实施关键控制工程，确定白茆沙头部与沙体南北边缘需实施关键控制工程。初步设计整治工程方案，并综合考虑多方面因素最终确定较佳的整治工程方案。

本论文以工程河段二维潮流数学模型的建立与验证为主体工作，并以通过二维数学模型水流计算结果进行整治工程效果分析为项目核心。首先建立此河段二维潮流数学模型，通过实测水文资料进行水动力条件验证，之后利用已验证良好的二维潮流数学模型完成工程河段水流计算，并进行整治方案效果分析。研究结果表明：通州沙工程的实施能起到较明显的沙体守护效果，在一定程度上遏制了通州沙、狼山沙左缘的冲刷后退和狼山沙窜沟的冲刷发展，且通州沙东西水道及狼山沙东水道碍航浅段水深条件均有所改善。白茆沙工程能减少白茆沙沙头和南北两翼的冲刷，白茆沙滩面也获得相应防护，对白茆沙头部南侧的小沙包有较为明显的冲刷作用，北水道碍航浅滩得到冲刷，航行条件改善。因此预计方案实施后基本可实现12.5m深水航道由太仓荡茜闸上延至南通天生港区的工程要求。

关键词：深水航道整治；整治效果分析；数值模拟；Delft3D

Abstract

Tongzhousha and Baimaosha –– two key navigation obstruction shoals of Yangtze deepwater channel regulation project (Taicang – Nantong), are under the combined effect of runoff and tide, and with the complex water and sediment dynamics. From the riverbed evolution analysis, we could know that the most important cause of Tongzhousha waterway navigation obstruction is continued erosion and collapse back at Tongzhousha lower and Langshansha left, the most important cause of Baimaosha waterway navigation obstruction is sustained erosion at Baimaosha head. For this reason, we identified the critical control engineering at Tongzhousha waterway should be set at Tongzhousha lower, Langshansha left, and channeling ditch between Tongzhousha and Langshansha, the key project at Baimaosha waterway should be set at Baimaosha head and north amp; south edge. Accordingly, we can design the initial regulation scheme, and considering the various factors to determine the preferred regulation scheme ultimately.

This study will establish the two-dimensional tidal numerical model at this reach, and comply the hydrodynamic conditions verification based on hydrological data. Then we can use the verified tidal numerical model to complete flow and hydrodynamic calculation, and analyze the effect of regulation scheme. Results show that: The implementation of Tongzhousha project can play a more significant effect in sand guard. Tongzhousha project contain the continued erosion and collapse back at Tongzhousha lower, Langshansha left and channeling ditch. Besides, the depth of shallow area have a great improvement at Tongzhousha east amp; west waterway, Langshansha east waterway. Baimaosha project can reduce the sustained erosion at Baimaosha head and north amp; south edge. There is a more significant role in erosion for the small sandbags at south side of the head Baimaosha. In addition, because of the erosion at north waterway, navigation conditions have a significant improvement. It is expected that the engineering requirement can be achieved after the implementation of the project.

Keywords: Deep waterway; Regulation effect analysis; Numerical simulation; Delft3D

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2项目意义 1

1.3研究内容及主要依据 2

1.3.1研究内容 2

1.3.2研究主要依据 3

第2章 工程河段自然条件 4

2.1河段概况 4

2.1.1通州沙河段 4

2.1.2白茆沙河段 5

2.2水文条件 5

2.3工程河段潮流 6

2.4地质地貌及河床边界条件 7

第3章 二维潮流数学模型建立及其验证 8

3.1 Delft3D模型介绍 8

3.1.1 Delft3D-FLOW水动力模块 8

3.1.2网格和网格节点水深文件的生成 10

3.2模型计算范围和网格 11

3.3模型率定和验证 12

3.3.1模型的率定及有关计算参数的选取 12

3.3.2模型水动力条件验证 13

3.3.3小结 15

第4章 河床演变分析 16

4.1通州沙河段河床演变分析 16

4.1.1历史演变状况 16

4.1.2近期演变特征 18

4.1.3演变趋势 19

4.2白茆沙河段河床演变分析 19

4.2.1历史演变状况 19

4.2.2近期演变特征 20

4.2.3演变趋势 21

4.3航道整治的关键部位分析 21

4.3.1通州沙水道整治关键部位 21

4.3.2白茆沙水道整治关键部位 22

4.4小结 22

第5章 整治工程平面布置 23

5.1航道整治原则 23

5.2航道治理思路 23

5.3航道整治方案拟定及比选 23

5.3.1通州沙整治工程 23

5.3.1.1通州沙整治工程方案拟定 24

5.3.1.2通州沙整治工程方案比选 25

5.3.2白茆沙整治工程 26

5.3.2.1白茆沙整治工程方案拟定 26

5.3.2.2白茆沙整治工程方案比选 27

5.4整治工程方案 28

5.4.1通州沙整治工程方案 28

5.4.2白茆沙整治工程方案 29

5.5堤身设计 30

5.5.1堤身型式选择 30

5.5.2堤身结构组合方案 33

5.6小结 35

第6章 整治方案效果研究分析 36

6.1计算工况 36

6.2水流计算成果分析 36

6.2.1沿程潮位变化 36

6.2.2流速分析 37

6.2.2.1工程区域流速变化分析 37

6.2.2.2沿程观测点流速变化分析 39

6.2.2.3流态变化分析 41

6.3整治工程效果及影响分析 42

6.3.1沙体守护效果 42

6.3.2浅区整治效果 43

6.3.3建筑物功能效果 43

6.3.4防洪影响分析 44

6.3.5周边影响分析 44

6.4小结 44

第7章 总结与展望 45

7.1总结 45

7.2展望 46

致 谢 47

参考文献 48

第1章 绪论

1.1研究背景

长江黄金水道是横贯我国东、中、西部经济走廊的水运大动脉和对外开放的重要门户，建设长江黄金水道是促进区域经济社会协调发展的有效载体和重大任务，是转变交通运输发展方式、构建现代化综合运输体系的重要内容。继长江口12.5m深水航道开通运行后，加快长江等内河水运发展被列入“十二五”期国家级航道建设重点并上升为国家战略。加快长江内河水运发展，实现12.5m深水航道整治建设，将进一步提升上海在国际航运中的地位，深化长江三角洲及长江流域地区经济改革，促进区域经济协调发展和产业升级。交通运输部和沿江有关省市及时抓住这一有利时机，于2011年4月组建长江南京以下深水航道建设工程指挥部，全面负责长江干线太仓-南京段12.5m深水航道建设工作[2]。

长江南京以下河道条件复杂多变，12.5m深水航道建设技术难度大，同时工程规模也十分浩大，经长江南京以下深水航道建设工程指挥部长期论证研究，形成了“整体规划、分期实施、自下而上、先通后畅”的建设思路，将工程分为三期组织实施：一期工程主要对太仓至南通段实施航道治理，结合疏浚工程，实现该航道水深达到12.5m；二期工程主要对南通至南京段实施航道治理，结合疏浚措施，实现该航道水深达到12.5m；三期工程则根据一、二期工程的建设效果和河势变化等情况，实施太仓至南京段航道治理后续工程，进一步改善航道条件，稳定航道尺度，全面建成南京以下12.5m深水航道。

1.2项目意义

长江太仓-南通段深水航道整治工程是实现长江12.5m深水航道整治的重要工作内容。实施长江南京以下12.5m深水航道建设工程，将长江口12.5 m深水航道上延至太仓荡茜闸，建设长江南京以下深水航道，实现与长江口12.5 m深水航道上延对接，具有重大的意义。

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