1. 研究目的与意义（文献综述）

航道运输作为交通网络的一部分，自古至今在社会发展中有着重要地位。而航道整治作为一种利用建筑物调整和控制水流，稳定有利河势的工程措施，是改善航道航行条件的重要保障^[1]。广义的航道整治也包括炸礁、疏浚和裁弯取直等,也可分为山区航道整治、平原航道整治、河口航道整治。航道整治的主要任务是：稳定航槽；刷深浅滩，增加航道水深，拓宽航道宽度，增大弯曲半径；降低急流滩的流速；改善险滩的流态^[2]。航道整治不但可以使航道的尺度增加，而且还可使航道获得较长时期的稳定^[3]。航道整治与疏浚相结合，可以造成有利的流态以减少挖槽后的回淤,相对于渠化工程而言，航道整治后河道的流量和总输沙量不变，对天然水文情势改变较少，基本上不影响环境状态，工程投资也较小^[4]。

20世纪以来，一些发达国家多在河流的上游及其支流采用渠化工程；在河流的中、下游及河口区主要结合疏浚实施整治工程，较大幅度地提高了航道尺度^[5]。而随着我国航道整治工程经验的不断积累以及专家、学者和技术人员的研究,在河床演变研究和整治工程设计理论与发达国家差距不大，且河工模型的设计理论和试验技术已进入世界先进行列。目前在航道的整治方面则有两种不同的考虑,一种是从综合整治出发，即全面考虑国民经济各部门的需要，通过裁弯取直、疏浚和护岸等多种措施，稳定河势，以期满足防洪、用水、航运等要求；另一种只从航运需求出发，以改善航行条件为整治目的，在投资较小情况下，只进行航道整治设计^[6]。国内的曹民雄，蔡国正，王秀红等学者^[7]针对长江上游和尚岩滩群航道的特性，依据合理调配各滩的水面比降，控制滩头降头，平顺航槽，改善流态，疏浚筑坝，维持航槽尺度，结合枢纽泄流特点，新挖航槽的原则与措施，将多组方案对比，选择了合适的整治方案。另有国外学者agnieszka czajka, aacute;dám nádudvari两人^[8]针对奥德河上游航道整治后的河流情况进行了研究，分析了航道整治后地形地貌变化和推移质泥沙输送的变化。此外，viet thanh nguyen, jin hai zheng^[9]针对巴萨克河的河口之一的dinh an estuary河口进行了整治研究分析，两位学者在研究中，根据河口处的特定动力学条件，列出了所提出的调节方案的优点和缺点，对四个调节方案进行数值研究并根据每个方案的工程进行分析，以改善通航水道中的水深。

在进行航道整治工程方案的设计时常采用物理模型试验和数值模拟研究，其中数值模拟研究因为具有省时、节约成本，优化设计方面的优势，其在整治方案的研究中应用越来越广泛^[10]。如今数值模拟计算已经从一维，二维进入到三维，从势流进到漩涡运动，从层流发展到紊流模拟，从恒定流进入到非恒定流，从单相水流到液固两相流体，到液，固，气三相流体；从大范围流动到水流内部机理都有所涉及^[11]。且在进行数值计算时主要采用差分法和有限元法^[12]。而cfd作为重要的数值模拟研究工具，更能加强我们对流体力学基本物理特性的理解^[13]。有国外学者g clair，jm ghidaglia，jp perlat^[14]运用流体力学的多维有限体积元直接拉格朗日 - 欧拉法求解器进行模拟研究，分析了该方法求解器耦合的优点和缺点。我国河海大学的邵雨辰，丁坚，吴德安，张荣庆等学者^[15]曾对芜申运河三里埂段航道运用mike21水动力模块进行数学模型研究得到如下结论：在设计航道地形条件下，高水位大流量时，设计航道内存在较大的横向流速，深坑处的流速和弯道环流仍然很大，将继续促进深坑的发展。另有学者赵志舟，周华君，杨胜发等人^[16]针对长江上游铜鼓滩航道整治进行数值模型研究，研究中，他们通过实测资料分析和平面二维数值模拟计算，阐述了滩段的碍航成因，分析了两种方案的优缺点，选择了右槽整治方案作为推荐方案。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

1.阅读分析关刀碛河段航道区域水文资料（包括工程河段河床地形图（2003年4月测图，比例1：3000）、实测低水瞬时水面线（2003年4月16日施测）、实测低水浮标流速流向（2003年4月16日施测）），了解该区域的滩险演变特点及碍航情况；

2.应用cfd软件建立航道水动力数值计算模型（划分网格，列出水流运动方程和边界条件，数值计算求得数值解），并针对不同的水流水深，流速和比降，对关刀碛河段航道区域流场进行计算，分析整治工程前后流场变化，为航道设计提供有益的参考。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 航道整治.徐金环.人民交通出版社出版时间,2011年02月

[2] 航道手册.长江航道局.人民交通出版社，2004

[3]吴化钦.浅析航道整治的原则及技术应用[j].科学与财富.2013(8):196-196