刘家峡库区末端航道整治技术研究总报告

西部交通建设科技项目

合同号：2002 328 746 41

刘家峡库区末端航道整治技术研究

总报告

（简本）

南京水利科学研究院

2004年5月

1概述

刘家峡水库地处黄河上游，位于甘肃省临夏回族自治州永靖县境内。水库为年调节的大型水利枢纽工程，以发电为主，兼有防洪、灌溉、防凌、养殖、旅游等多方面功能，正常蓄水位1735m （大沽高程，下同），水库死水位1694m ，总库容57亿m 3，其中有效库容41.5亿m 3，水位变幅41m 。

刘家峡水库建成蓄水后，形成了库区航道，正常运用水位条件下，回水长度为坝上60km ，即在距大坝41km 的炳灵寺以远，大坝至炳灵寺之间航道按其通航条件可划分为常年回水区航道24km 及回水变动区航道17km

。

回水变动区航道在5~7月份库水位消落期航深不足，不能满足Ｖ（III）级航道所要求的通航水深1.3ｍ标准，制约了刘家峡库区水上旅游业及工农业生产的发展。随着国家经济战略的西移和库区两岸民族经济开发区的加快发展，改善交通布局，发挥各种运输方式的优势，为民族经济建设服务，加快库区航运基础设施建设是十分必要的。

刘家峡库区航运建设重点是库区41km航运建设，包括库区末端21km 航道工程、港口工程、通讯设施、助导航工程等建设项目。并应重点突出以航道整治为主的基础设施建设，整治目标为：航深1.3~1.6m，航宽40m，弯曲半径260m的Ⅴ（III）级航道。

回水变动区河段呈现着水库与天然河道的双重性，水流与泥沙运动规律极为复杂，其演变特性和航道治理是目前国内外泥沙运动研究的前沿课题。为此开展西部交通建设科技项目“刘家峡库区末端航道整治技术研究”具有重要的现实意义和学术意义。根据项目的总体安排，南京水利科学研究院为本项目的承担单位、甘肃省水运管理局为参加单位。

2 主要研究内容

南京水利科学研究院为项目承担单位，主要负责物理模型和数学模型的研究工作，并协调有关事宜。主要研究内容如下：

1)、库区末端回水变动区航槽摆动型河道的演变规律及治理原则（物模、二维泥沙数模）；

2)、回水变动区整治方案的确定及优化研究（物模、二维泥沙数模）；

3)、经上游水库调度运用来流不稳定对本河段航道影响的研究（长河段一维数模）；

4)、疏浚方式及抛泥区选址的研究（物模、三维泥沙数模）；

5)、同类水库回水变动区航道整治效果的类比分析。

甘肃省水运管理局为项目参加单位，负责收集相关水流泥沙资料并参与资料整理和河床演变分析工作。

3 实施方案

（1）通过调查研究和对刘家峡库区回水变动区相关河段的水沙、地形、河床组成、历史及近期演变、以及现有研究成果收集分析，为物模研究及预测分析工作提供基础资料。

（2）通过河床演变分析，揭示研究河段的河道特性与碍航特征、浅滩演变规律与机理，初步确定整治工程思路和方案。

（3）通过数学、物理模型研究回水变动区整治方案，确定设计水位（流量）、整治水位（流量）、整治线宽度及整治工程的优化布置。

（4）通过长河段数学模型预测影响的范围及程度，为回水变动区河段物理模型提供边界和水沙条件。

（5）建立疏浚弃土扩散三维数学模型，研究不同抛泥地对航槽水深的影响，为物理模型试验优选疏浚方案。

（6）在研究过程中适时召开研讨会，对所遇到的关键技术问题进行研讨、咨询，充分听取有关部门和专家意见，使认识更加深入，方案更为合理。

4 项目研究取得的主要研究成果

（1）库区末端回水变动区航槽游荡型河道的演变规律及治理原则

通过对实测资料的系统分析，探明了刘家峡库区上游段泥沙淤积过程、相应于正常蓄水位的库容变化过程、过水断面积变化、不同时段深泓线的变化幅度等，河床演变分析成果对于认识刘家峡库区的泥沙淤积规律并采取合理的整治措施具有指导作用；本研究还对航道现状及碍航特性、航道整治原则及方法、航道整治参数确定等方面作了分析研究，在此基础上提出了整治方案，并对南京水利科学研究院（以下简称南科院）方案和上海

航道勘察设计研究院（以下简称上航院）方案进行了定床模型试验，相应于南科院方案和上航院方案，寺沟峡段挖槽及整治内容不变，永靖川地段考虑航宽与整治建筑物之间的多种组合，对工程前后设计流量、整治流量进行了清水定床试验，取得了各种工况下沿程水位及流场。研究成果为认识回水变动区水流运动规律及整治工程优化奠定了基础。

（2）回水变动区整治措施的确定及优化研究

在对刘家峡水库水文泥沙运动特征分析的基础上，建立了动床泥沙物理模型，并经1993～2001年共8年的长系列水文年验证，验证成果表明模型与原型在断面形态、沿程冲淤分布和冲淤数量等方面基本一致，且试验的重复性较好；动床模型还对定床整治方案进行了试验研究，同时分析了坝前消落水位对航道冲淤的影响及疏浚时机选择等，试验成果为刘家峡库区航道整治工程实施提供了科学依据，同时为淤积三角洲上航槽易摆动河段航道整治提供了借鉴经验。建立的库区及回水变动区河段二维水流泥沙模型，全面地考虑了水沙运动的各种影响因素，在模型验证基本相似的基础上，预测了整治工程效果，计算成果表明，2000年型来沙量较小，水深基本能满足1.3m的航深要求；1999年型来沙量很大，水深不能满足1.3m 的航深要求，需要疏浚；2001年来沙量接近多年平均值，适当疏浚后即可满足1.3m的航深要求，充分发挥了数学模型作为一种研究手段在航道整治工程方案优化研究中的作用。

整治工程实施后寺沟峡段河势 整治工程实施后寺沟峡峡口河势

2000年水沙工况后的航深图 1999年水沙工况后的航深图

（３）上游水库联合运用后不稳定流对本河段航道的影响

建立了适用于刘家峡水库回水变动区河段的一维不稳定流数学模型，通过计算，对上游水库联合运用后不稳定流对本河段航道的影响有了明确的认识。即回水变动区河段比降较陡，短时间内上游水库按电荷峰谷调度造成的坝前水位小幅变化对回水变动区河段航道影响范围较小，但将直接改变回水末端以上河段的航道水深。

（４）疏浚方式研究

建立了回水变动区疏浚方式三维数学模型，在预测抛泥团的扩散及沉积分布方面取得了新认识，抛泥团的扩散及沉积分布于以抛泥点为中心、半径为100米的范围内，只要抛泥点足够远，抛泥基本不会回到航槽，这为疏浚弃土选址提供了依据。