长江黄金水道干线航道的建设需要以科学研究为其技术支撑,而这其中主要是依赖于河流水沙观测和模拟技术手段。虽然这两项技术目前已日趋成熟,但近年来通过长江黄金水道航道整治工程的研究,仍暴露出不少尚未解决的问题。随着长江黄金水道治理的深入,航道等级不断提升,航道整治也逐步由以往的单滩或局部河段整治转向长河段的系统治理,上述水沙动力观测和模拟关键技术问题将越来越突现出来,不少研究结果与实际情况相差较大,影响了黄金水道通过能力的提高。

本项目为交通运输部重大科技专项,通过理论分析、现场试验、室内水槽试验、数学模型计算,系统研究了长江黄金水道治理工程中涉及的水沙观测、数学模型和物理模型等关键技术难题。对长江航道治理工程具有直接的指导作用,使科研成果及时转化为现实生产力,促进黄金水道通过能力的提升,产生出巨大的经济效益和社会效益,而且还可提高我国河流水沙动力量测和模拟研究的技术水平,完善河流动力学和航道整治方面相关理论和技术体系,推动航道治理技术创新和技术进步,具有重要学术价值和理论意义。

一、主要创新成果

在水沙量测技术方面,研制了用于现场测量的全天候、自动、连续、实时监测、对通航环境干扰较小的平原河流和河口海岸推移质输沙量监测仪;将空气动力学测量切应力的热敏式切应力仪用于水流测量,解决了波流作用下的切应力测量;研发了集激光技术与超声波技术于一体的非接触式地形测量仪,实现了物理模型水上、水下地形的自动切换测量。

在长河段航道整治数学模型研究方面,提出了适用于长江中游二元结构岸滩侧蚀崩塌的力学模式,构建了河道垂向冲淤与河床横向变形交互作用的三维水沙动力学数值模型;确定了特征流量持续时间临界值与典型河床变形的响应关系,首次提出了长江中游航道整治研究系列水沙年的长度要求和组合规则;建立了长江上中游段(水富~湖口)和下游段(湖口~长江口)二维水流泥沙数学模型及局部河段三维水沙数学模型。

在长河道航道治理物理模型研究方面,研制出新型膨胀珍珠岩模型沙和生物质(合成)模型沙;首次提出基于水沙条件概化方式减少长河段泥沙物理模型时间变态影响的控制措施,建立了河段综合因子与非恒定流影响时间的相关关系;提出弯道水沙运动物理模型重力相似条件偏离的影响及限制条件;首次提出了长河段浅滩群整治物理模型在模型设计理论和试验技术方面需要遵循的原则。

在感潮河段航道治理物理模型研究方面,首次提出采用天然沙和模型沙统一的起动流速公式用于模型沙选择;模型设计中考虑临底悬沙造床作用,提出潮汐长河段动床模型阻力相似和动床模型控制边界条件。

在航道整治建筑物及防护结构物理模型研究方面,提出了系列正态模型或大比尺变态模型在建筑物局部冲刷问题研究中的适用条件和模型设计方法;研制出密度可调的防护工程模拟材料;揭示了软体排系接和粘结概化模拟方式以及几何相似偏离对排体模拟效果的影响。

二、学术产出和第三方评价

通过本项研究工作,形成有突破性的原创性成果8项,集成创新性成果3项。其中获得专利17项,发表论文188篇(检索98篇),编著专著3部,申请软件著作权8项,培养硕士、博士16名。

2015年4月,西部交通建设科技项目管理中心组织专家对本项目成果进行了鉴定。鉴定意见认为:“项目研究成果具有创新性、实用性,经济社会效益显著,推广应用前景广阔。研究成果总体达到国际领先水平。”

本项目成果获得2015年中国水运建设行业协会科学技术奖一等奖。

三、应用推广和综合效益

成果已应用于长江上游向家坝至重庆兰家沱河段、三峡工程变动回水区河段,长江中游、下游等河段的航道整治工程,为工程可行性研究、初步设计和施工图设计提供了技术支撑,对河床演变趋势分析、航道治理思路确定、整治工程方案布置和维护疏浚方案制定起到了决定性的作用,并且在减少设计、施工和运行维护中提高工程效率和质量、减少失误、节约工程投资方面也起到了关键性的作用,从而取得了巨大的经济效益,相关技术成果获得了交通运输建设技术推广证书。

本项目相关成果丰富和完善了河流水沙观测技术、物理模型理论和试验技术、数值模拟理论和与计算方法,促进了河流工程学—水沙动力学学科发展和港口航道工程技术水平的提高,对我国其他江河治理具有重要的应用价值,并对我国继续保持在航道治理研究领域,尤其是泥沙基本理论和模拟研究方面的国际领先地位具有重要作用。

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日期:2017年04月18日 15:06:57点击数:字号:【
 
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