長江中游黃州河段采砂影響分析.pdf

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1、第５期水利水運工程學報Ｎｏ．５２０１６年１０月ＨＹＤＲＯ?ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＯｃｔ．２０１６ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１６．０５．０１０張俊宏，王業(yè)祥，趙正偉，等．長江中游黃州河段采砂影響分析［Ｊ］．水利水運工程學報，２０１６（５）：７０－７７．（ＺＨＡＮＧＪｕｎ?ｈｏｎｇ，ＷＡＮＧＹｅ?ｘｉａｎｇ，ＺＨＡＯＺｈｅｎｇ?ｗｅｉ，ｅｔａｌ．ＩｍｐａｃｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓａｎｄｍｉｎｉｎｇｏｆＨｕａｎｇｚｈｏｕｒｅａｃｈｉｎｍｉｄｄｌｅＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ?ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒ

2、ｉｎｇ，２０１６（５）：７０－７７．）長江中游黃州河段采砂影響分析１，２３４５張俊宏，王業(yè)祥，趙正偉，陳璐（１．中南民族大學資源與環(huán)境學院，湖北武漢４３００７４；２．武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北武漢４３００７２；３．湖北省交通規(guī)劃設計院，湖北武漢４３００５１；４．黃河勘測規(guī)劃設計有限公司規(guī)劃研究院，河南鄭州４５０００３；５．華中科技大學水電與數(shù)字化工程學院，湖北武漢４３００７４）摘要：河道采砂等人類活動對河道演變的影響是河流動力學研究的一個重要課題。以長江黃州河段為例，在實測水沙系列的基礎上，采用平面二維水沙數(shù)學模型研究了不同流量級下工程河段采砂后水位、流

3、速和汊道分流比等變化規(guī)律，并模擬了不同典型年水沙條件下洲灘河段演變過程和采砂區(qū)沖淤特性。研究結果表明，在不同流量條件下，隨著流量的增加，水位和流速變化幅度有所減小、影響程度降低；分流比對平灘流量反應更加敏感，平灘流量條件下分流比有明顯增加；三峽水庫蓄水運行后，在不同典型水文年條件下，隨著洲灘的沖刷后退加劇，布置在洲尾的采砂區(qū)泥沙回淤明顯。關鍵詞：長江中游；河道采砂；河道演變；平面二維水沙數(shù)學模型；泥沙回淤中圖分類號：ＴＶ１４２文獻標志碼：Ａ文章編號：１００９－６４０Ｘ（２０１６）０５－００７０－０８隨著我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，城市化進程也進入了跨越式發(fā)展，為滿足人們生產(chǎn)、生活

4、的需要，房屋、道路、橋梁等大批公共基礎設施需要建設，因此砂石、土料等建筑材料需求數(shù)量也不斷增加。長江河道蘊藏著豐富的砂石資源，沿程眾多洲灘是建筑用沙的理想料場，然而由于缺乏對采砂影響的科學認識，往往出現(xiàn)［１］大范圍亂采亂挖的現(xiàn)象，造成部分洲灘沖刷嚴重，河勢極度惡化，長江河道洲灘采砂影響研究事關長江治理、開發(fā)和保護大局以及長江通航環(huán)境的改善和黃金水道效益的發(fā)揮，因此加強長江河道采砂管理進行科學采砂的意義重大。目前國內(nèi)外關于河道采砂影響的研究已有很多成果，研究方法各異，其中實測資料分析和物理模型試驗［２－４］研究是常見的研究手段。近年來，隨著計算機技術的不斷發(fā)展，水沙數(shù)學模型在采

5、砂工程中應用也越來［５］越普遍，毛盡喬建立了基于河道復雜采砂坑的水沙數(shù)學模型對采砂坑附近的水動力特性進行了精確模［６］擬，認為沙坑內(nèi)水流紊動嚴重影響河床穩(wěn)定；李健應用有限體積法開發(fā)了平面二維水流泥沙數(shù)學模型，初［７］步模擬了河道采砂的影響因素在河道演變中的作用過程；張強等以長江天興洲河段為例，研究認為采砂［８］區(qū)布置對分汊河道演變趨勢有明顯影響；Ｓ．Ｌａｎｚｏｎｉ等基于一維水沙數(shù)學模型研究了采砂河段整體達到?jīng)_淤穩(wěn)定的動態(tài)平衡條件。以上研究雖然對采砂的影響已經(jīng)有了比較深入的認識，但是對三峽水庫蓄水運行后長江中下游河道采砂影響下的河床演變定量研究還不多見，因此本文以擬建的長江黃州

6、河段德勝洲采砂區(qū)為研究背景，對三峽水庫蓄水運行后采砂影響下河道采砂區(qū)水位、流速、分流比以及沖淤過程等問題開展研究，為此類問題的解決提供一定的參考。收稿日期：２０１５－０９－１４基金項目：湖北省自然科學基金資助項目（ＢＺＹ１５０２６）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金項目（ＣＺＱ１５００７）作者簡介：張俊宏（１９８３—），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，博士，主要從事水力學及河流動力學研究。Ｅ?ｍａｉｌ：ｚｊｈ４１１８９１６１１＠１６３．ｃｏｍ第５期張俊宏，等：長江中游黃州河段采砂影響分析７１１數(shù)學模型建立為更好地適應河道復雜的地形和邊界條件，本文根據(jù)一般曲線變換關系，將笛卡爾坐標系下平面

7、二維水沙模擬的基本方程轉換為正交曲線貼體坐標系下的基本控制方程，如下：水流連續(xù)方程：?ｈ１?ｈｕＣη１?ｈｖＣξ＋＋＝０（１）?ｔＪ?ξＪ?ηξ方向水流動量方程：?Ｃｕ２?Ｃｕｖ?Ｃ?Ｃ２２＋ｖ２?ｕ１η１ξ１?ξ２η?１?Ｚｎｕｕ?１?Ａ１?Ｂ?＋＋＋?ｕｖ－ｖ÷＝－ｇ－ｇ＋（υ＋ε）?－÷４／３?ｔＪ?ξＪ?ηＪè?η?ξ?Ｃξ?ξｈèＣξ?ξＣη?η?（２）η方向水流動量方程：?Ｃｖ２?Ｃｕｖ?Ｃ?Ｃ２２＋ｖ２?ｖ１ξ１η１?η２ξ?１?Ｚｎｖｕ?１?Ｂ１?Ａ?＋＋＋?ｕｖ－ｕ÷＝－ｇ－ｇ＋（υ＋