长江中游监利段河床调整对上下游边界条件的响应

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监利河段位于长江中游,属于典型的弯曲型河道。近50年来,受上车湾人工裁弯、洞庭湖汇流顶托及三峡工程蓄水运用的影响,监利河段的进口水沙过程及其出口侵蚀基准面改变,河床冲淤调整剧烈,导致河槽形态及过流能力发生显著变化,严重影响两岸的防洪安全及航运条件。本研究采用河段平均的河床演变分析方法,详细计算了监利段河床平面及断面形态的调整过程,并定量分析了上下游边界条件变化对该河段河床形态调整及河槽过流能力的具体影响。论文主要工作如下:(1)定量描述了近50年来监利段河床平面形态的调整过程,主要包括河道深泓线及岸线变化。受上车湾人工裁弯及20世纪90年代大洪水的影响,在此期间监利河段深泓摆动剧烈,其河段尺度的年均深泓摆幅大于35m/a;三峡工程运用后,受护岸工程影响,深泓摆幅降至30.8m/a,较蓄水前减小了23%。2002―2016年监利河段岸线累计崩退长度达23.93km,其中左岸占61%;部分河湾凸岸发生崩退,岸线崩长占河段崩退岸线总长的46%。由于八姓洲狭颈的逐步缩窄,七弓岭河湾的曲折系数增至3.92,有发生自然裁弯趋势。(2)确定了监利河段2002―2017年的平滩河槽形态特征参数,并建立了其与上下游边界条件之间的综合关系。受大规模护岸工程控制的影响,近期监利河段的平滩河宽整体保持稳定,河床以冲深下切为主,河段平滩水深累计增加了1.13m。河段平滩河槽形态调整受上下游边界条件的共同控制,其中河段平滩水深及面积与前5年汛期平均的水流冲刷强度5Ff及上下游水位差(35)Z5f之间的相关程度较高。此外在持续冲刷过程中,监利段河床纵比降趋于调平,目前稳定在0.43×10-4左右,河床在纵深方向上趋于稳定。(3)计算了监利段2002―2017年河段尺度的平滩流量,以及重要防洪控制站(监利站)相应警戒水位下的过流流量,并建立了这些特征流量与前5年汛期平均水流冲刷强度5F f(上游边界条件)以及当年上下游汛期平均水位差(35)Zf(下游边界条件)之间的经验公式。近期监利段河道过流能力年际间变化较大,无明显单向增加或减少趋势,其中河段平滩流量的多年平均值约为32813m~3/s,监利站警戒水位下过流流量的多年平均值则为34236m~3/s。受洞庭湖汇流顶托的影响,河道过流能力的调整与下游边界条件((35)Zf)密切相关,且河段平滩流量及监利站警戒水位下的过流流量均随(35)Zf的增加而增大。(4)分析了近期监利段枯水(5000m~3/s下)河槽形态参数的变化过程,并研究了上下游边界条件对该河段枯水河槽调整过程的影响。受大范围护岸及护滩工程的影响,近期监利段枯水河槽形态调整以水深变化为主,2002―2017年河段尺度的水深累计增加约0.49m,相应宽深比(?)减小了8%,航道条件有所改善。但在部分过渡段与急弯段,如大马洲及七弓岭段,由于边滩的剧烈冲刷,断面趋于宽浅,枯水河槽宽深比较蓄水前有所增加,航道条件恶化。监利段枯水河槽形态的调整过程受上下游边界条件的共同控制,河段尺度的枯水河槽水深、面积及宽深比与上游边界条件((?)5f)及下游边界条件(△(?)5f)密切相关。
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