庫區(qū)急灘整治新路徑：潛樁群水流特性的深度剖析與應(yīng)用探索一、引言1.1研究背景與意義內(nèi)河航運(yùn)作為綜合交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，具有運(yùn)能大、成本低、能耗小、污染輕等顯著優(yōu)勢，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著舉足輕重的角色。長江作為我國內(nèi)河運(yùn)輸?shù)拇髣用}，素有“黃金水道”的美譽(yù)，其年貨運(yùn)量已連續(xù)多年位居世界內(nèi)河首位，對長江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展起著關(guān)鍵的支撐作用。然而，在庫區(qū)特別是三峽-葛洲壩兩壩間，礙航急灘星羅棋布，成為長江航運(yùn)的瓶頸，嚴(yán)重阻礙了長江航運(yùn)的進(jìn)一步發(fā)展。庫區(qū)急灘的形成，主要源于特殊的地形地貌與復(fù)雜的水流條件。在峽谷地貌區(qū)域，兩岸巖石裸露，巖石褶皺斷裂劇烈，節(jié)理發(fā)育明顯，崩巖垮山頻繁，大量礁石滾落江中，導(dǎo)致河道堵塞，形成急流灘段。例如，川江部分河段，由于特殊的地質(zhì)構(gòu)造，急流灘分布密集。同時(shí)，山區(qū)河流兩岸溝壑發(fā)達(dá)，山洪暴發(fā)時(shí)，大量泥石從溪溝沖出，較大石塊滯留溪口，壓縮或堵塞河道，進(jìn)一步加劇了急流灘的形成。而且，河床巖石組成的不均勻性，使得軟巖易被侵蝕成深潭或凹岸，堅(jiān)硬巖石則成為江中暗礁或石梁，造成河道狹窄，水流湍急。這些急灘的存在，使得水流流速過大、比降過陡，流態(tài)紊亂，嚴(yán)重威脅船舶航行安全。當(dāng)船舶通過急灘時(shí)，需克服巨大的航行阻力，這不僅增加了船舶的能耗和運(yùn)營成本，還降低了航運(yùn)效率。部分急灘的航道條件甚至限制了大型船舶的通行，使得一些地區(qū)的貨物運(yùn)輸不得不依賴公路或鐵路，增加了物流成本，制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的協(xié)同發(fā)展。以瀾滄江下游的部分急灘為例，由于通航條件惡劣，當(dāng)?shù)氐暮竭\(yùn)能力受到極大限制，影響了與周邊地區(qū)的貿(mào)易往來。為解決庫區(qū)急灘礙航問題，傳統(tǒng)整治方法主要包括炸礁、疏浚、筑壩等。然而，實(shí)踐表明，這些方法在庫區(qū)急灘整治中存在一定的局限性。炸礁和疏浚工程受地形條件和施工技術(shù)的限制，在一些狹窄、陡深的急灘區(qū)域難以實(shí)施，且可能對周邊生態(tài)環(huán)境造成破壞。筑壩工程雖能在一定程度上改善水流條件，但可能改變河流水文情勢，對庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生長期的負(fù)面影響。例如，某些筑壩工程導(dǎo)致庫區(qū)魚類洄游通道受阻，影響了生物多樣性。因此，探尋一種更為有效的庫區(qū)急灘整治方法迫在眉睫。潛樁群作為一種新型的整治措施，為庫區(qū)急灘整治提供了新的思路。通過合理布置潛樁群，可以改變水流結(jié)構(gòu)，在急灘區(qū)域開辟通航緩流區(qū)，降低船舶航行阻力，提高航運(yùn)安全性和效率。深入研究潛樁群的水流特性，對于優(yōu)化潛樁群布置方案，充分發(fā)揮其整治效果，具有重要的理論與實(shí)際意義。一方面，從理論角度看，潛樁群與水流的相互作用涉及復(fù)雜的流體力學(xué)問題，研究其水流特性有助于豐富和完善河流動力學(xué)理論。另一方面，在實(shí)際工程應(yīng)用中，準(zhǔn)確掌握潛樁群水流特性，能夠?yàn)閹靺^(qū)急灘整治工程的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)，提高工程的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)內(nèi)河航運(yùn)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1庫區(qū)急灘整治研究現(xiàn)狀在庫區(qū)急灘整治方面，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究工作。國外一些國家，如美國、德國等，在航道整治領(lǐng)域起步較早，針對河流急灘問題，主要采用工程措施與生態(tài)保護(hù)相結(jié)合的方式。美國在密西西比河的航道整治中，通過修建丁壩、順壩等整治建筑物，改善了河道水流條件，提高了航道通航能力。同時(shí)，注重對河流生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，采用生態(tài)友好型材料和施工工藝，減少工程對生態(tài)系統(tǒng)的影響。國內(nèi)對庫區(qū)急灘整治的研究主要集中在川江、三峽-葛洲壩兩壩間等區(qū)域。我國自20世紀(jì)50年代起就開始了山區(qū)河流治理研究，在川江整治中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)的整治方法包括炸礁、疏浚、筑壩等。炸礁主要針對河道中的礁石障礙，通過爆破作業(yè)清除礁石，拓寬航道。疏浚則是利用挖泥船等設(shè)備，清除河道底部的泥沙和淤積物，加深航道水深。筑壩工程通過調(diào)節(jié)水位和水流，改善航道水流條件。然而，這些傳統(tǒng)方法在庫區(qū)急灘整治中存在一定局限性。例如，炸礁和疏浚在狹窄、陡深的急灘區(qū)域，由于施工空間有限和技術(shù)難度大，實(shí)施效果不佳，且可能對周邊生態(tài)環(huán)境造成破壞。筑壩工程雖能改善水流條件，但會改變河流水文情勢，影響庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的平衡。近年來，隨著對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，一些新型的整治理念和方法逐漸被提出和應(yīng)用。例如，生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，采用植物、土工材料等構(gòu)建生態(tài)護(hù)岸，既可以穩(wěn)定河岸，又能為生物提供棲息環(huán)境；還有基于數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過模擬不同整治方案下的水流特性，選擇最優(yōu)的整治方案，提高整治效果和工程效益。1.2.2潛樁群水流特性研究現(xiàn)狀對于潛樁群水流特性的研究，國內(nèi)外也取得了一定的成果。國外學(xué)者在20世紀(jì)60年代起就開始關(guān)注樁及樁群在水流特性方面的研究。Hoerner通過實(shí)驗(yàn)研究了單樁對水流的干擾作用，分析了樁周水流的流速分布和紊動特性。Fei-yongCHEN等學(xué)者進(jìn)一步研究了樁群的水流特性，探討了樁間距、樁排數(shù)等因素對水流的影響規(guī)律。國內(nèi)方面，唐士芳、鄧紹云等學(xué)者也展開了樁及樁群水流特性研究。研究表明，圓柱型潛樁的樁身有利于水流平順過渡，減少水流紊亂。涂金陽基于對水槽潛樁群的概化模型試驗(yàn)，通過改變潛樁群樁高、水流流量和樁間距等單因子變量，分析了水流表流流態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)潛樁群的布置對水流表面流態(tài)有明顯影響。段周平利用概化水槽模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬處理技術(shù)，研究了潛樁群高度、樁間距和來流量對測流斷面表面、中部各向流速、潛樁群區(qū)及尾流區(qū)各測點(diǎn)各向紊動度的影響規(guī)律，建立了相關(guān)關(guān)系式。1.2.3研究不足與展望盡管國內(nèi)外在庫區(qū)急灘整治和潛樁群水流特性研究方面取得了一定成果，但仍存在一些不足之處。在庫區(qū)急灘整治方面，傳統(tǒng)整治方法的局限性尚未得到根本解決，新型整治方法的研究和應(yīng)用還處于探索階段，缺乏系統(tǒng)的理論和技術(shù)體系。在潛樁群水流特性研究方面，現(xiàn)有研究主要集中在水槽模型試驗(yàn)和簡單的數(shù)值模擬，對復(fù)雜地形和水流條件下潛樁群的水流特性研究較少。同時(shí)，潛樁群的布置優(yōu)化方法還不夠完善，缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。未來的研究可以從以下幾個(gè)方面展開：一是深入研究新型整治方法的作用機(jī)理和適用條件，結(jié)合生態(tài)保護(hù)要求，開發(fā)更加高效、環(huán)保的庫區(qū)急灘整治技術(shù)；二是加強(qiáng)對復(fù)雜條件下潛樁群水流特性的研究，考慮多種因素的耦合作用，建立更加準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型；三是開展?jié)摌度翰贾脙?yōu)化研究，結(jié)合工程實(shí)際，制定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，為庫區(qū)急灘整治工程提供更加可靠的技術(shù)支持。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究聚焦于庫區(qū)急灘整治中潛樁群的水流特性，具體內(nèi)容如下：潛樁群高度對水流特性的影響：系統(tǒng)分析不同潛樁群高度下，水流流速、紊動度、水位等水力參數(shù)的變化規(guī)律。通過改變潛樁群高度，研究其對水流的阻擋和分流作用，明確潛樁群高度與水流特性之間的定量關(guān)系。例如，探究隨著潛樁群高度增加，水流流速在垂直方向和水平方向的變化趨勢，以及對紊動強(qiáng)度和紊動尺度的影響。樁間距對水流特性的影響：研究不同樁間距設(shè)置下，潛樁群區(qū)域及下游水流的流態(tài)、流速分布和紊動特性。分析樁間距的改變?nèi)绾斡绊懰髟跇堕g的流動路徑和相互作用，確定合理的樁間距范圍，以實(shí)現(xiàn)對水流的有效調(diào)控。比如，探討樁間距較小時(shí)，水流在樁間的收縮和加速效應(yīng)，以及樁間距較大時(shí)，水流的分散和紊動特性變化。流量對水流特性的影響：在不同流量條件下，研究潛樁群對水流的影響規(guī)律。分析流量變化時(shí)，潛樁群的壅水作用、水流的能量耗散以及流態(tài)的變化情況。例如，研究大流量和小流量時(shí)，潛樁群對水流流速、比降的調(diào)節(jié)效果差異，以及對通航條件的影響。潛樁群布置方案優(yōu)化：綜合考慮潛樁群高度、樁間距、流量等因素，結(jié)合船舶航行要求，通過多方案對比分析，提出潛樁群的優(yōu)化布置方案。運(yùn)用數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)結(jié)果，評估不同布置方案下的水流特性和通航效果，為庫區(qū)急灘整治工程提供科學(xué)合理的設(shè)計(jì)依據(jù)。1.3.2研究方法本研究采用水槽模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，深入探究潛樁群的水流特性。水槽模型試驗(yàn)：依據(jù)相似性原理，設(shè)計(jì)并搭建概化水槽模型，模擬庫區(qū)急灘的水流條件和潛樁群布置。通過在水槽中布置不同高度、間距的潛樁群，設(shè)置多種流量工況，測量各工況下水流的流速、紊動度、水位等參數(shù)。利用先進(jìn)的測量儀器，如聲學(xué)多普勒流速儀（ADV）、激光多普勒測速儀（LDV）等，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和可視化處理，揭示潛樁群水流特性的變化規(guī)律。數(shù)值模擬：運(yùn)用專業(yè)的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件，建立庫區(qū)急灘潛樁群水流的三維數(shù)學(xué)模型。選擇合適的湍流模型和邊界條件，對不同工況下的水流進(jìn)行數(shù)值模擬。通過與水槽模型試驗(yàn)結(jié)果對比驗(yàn)證，確保數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性。利用數(shù)值模擬的優(yōu)勢，對復(fù)雜工況和大規(guī)模場景進(jìn)行模擬分析，深入研究潛樁群水流特性的內(nèi)在機(jī)理，為優(yōu)化潛樁群布置方案提供理論支持。二、庫區(qū)急灘概述2.1庫區(qū)急灘分布與特征庫區(qū)急灘廣泛分布于長江上游、瀾滄江下游等山區(qū)河流的庫區(qū)河段。以長江三峽庫區(qū)為例，從重慶至宜昌段，急灘數(shù)量眾多，分布較為密集。這些急灘所處的地理位置多在峽谷地段，兩岸高山聳立，河道狹窄，地形地貌復(fù)雜。從地形地貌上看，庫區(qū)急灘所在區(qū)域多為巖石河床，巖石褶皺斷裂劇烈，節(jié)理發(fā)育明顯。如川江部分急灘，河床由堅(jiān)硬的石灰?guī)r、砂巖等組成，由于長期受水流侵蝕和地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動影響，形成了各種復(fù)雜的地形，如礁石林立、石梁橫亙、凹槽深陷等。在一些溪口急灘，山洪暴發(fā)時(shí)帶來的大量泥石堆積在溪口，壓縮河道，形成特殊的地形條件。庫區(qū)急灘的水流條件極為復(fù)雜。水流流速大，部分急灘段的流速可達(dá)5-8m/s，遠(yuǎn)超船舶的安全航行流速。例如，三峽-葛洲壩兩壩間的某些急灘，在洪水期流速甚至可達(dá)10m/s以上。水流比降陡，一般在1‰-3‰之間，局部地段可達(dá)5‰以上，使得船舶上行困難，下行時(shí)則難以控制速度。而且，急灘處的流態(tài)紊亂，存在斜流、泡漩、剪刀水等多種不良流態(tài)。斜流會使船舶偏離航線，泡漩可能導(dǎo)致船舶失控，剪刀水則會對船舶產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊力，嚴(yán)重威脅船舶航行安全。這些復(fù)雜的水流條件和地形地貌，使得庫區(qū)急灘對航運(yùn)產(chǎn)生了嚴(yán)重的阻礙。船舶在通過急灘時(shí)，需要克服巨大的航行阻力，增加了能耗和運(yùn)營成本。由于流態(tài)紊亂，船舶操縱難度加大，容易發(fā)生碰撞、擱淺等事故，降低了航運(yùn)的安全性。部分急灘的航道寬度和水深受限，限制了大型船舶的通行，影響了航運(yùn)的效率和規(guī)模。例如，在某些狹窄的急灘河段，大型船舶無法交會，只能單向通行，導(dǎo)致通航能力下降。2.2現(xiàn)有整治方法及局限性2.2.1炸礁炸礁是庫區(qū)急灘整治中較為常用的方法之一。其原理是通過爆破技術(shù)，將河道中礙航的礁石清除，以拓寬航道、改善水流條件。在實(shí)際操作中，通常根據(jù)礁石的位置、大小和地質(zhì)條件，選擇合適的爆破方式，如水下鉆孔爆破、裸露爆破等。例如，在長江涪陵至銅鑼?shí){河段航道炸礁工程中，針對該河段內(nèi)影響萬噸級船隊(duì)通航的30座礁石，采用水下鉆孔爆破和陸上爆破相結(jié)合的方式，對江中孤礁和岸邊石梁突嘴進(jìn)行炸礁整治，以滿足三峽水庫175m蓄水后航道尺度和流態(tài)的要求。然而，炸礁方法存在諸多局限性。在狹窄、陡深的急灘區(qū)域，施工空間受限，大型爆破設(shè)備難以施展，增加了施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)。炸礁過程中產(chǎn)生的爆破震動和沖擊波，可能對周邊的水工建筑物、生態(tài)環(huán)境以及地質(zhì)穩(wěn)定性造成不利影響。炸礁后的礁石碎塊如果清理不徹底，可能會在河道中形成新的礙航物，影響船舶航行安全。而且，炸礁工程對礁石的定位和爆破參數(shù)的控制要求極高，一旦出現(xiàn)偏差，不僅無法達(dá)到預(yù)期的整治效果，還可能導(dǎo)致工程成本增加。2.2.2疏浚疏浚是利用挖泥船等設(shè)備，清除河道底部的泥沙和淤積物，加深航道水深，從而改善通航條件。常見的疏浚設(shè)備包括絞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、鏈斗式挖泥船等。在長江航道疏浚、珠江河口的橫門水道和磨刀門水道疏浚等工程中，大型絞吸挖泥船等設(shè)備被廣泛應(yīng)用，按設(shè)計(jì)要求挖除河道泥沙堆積物，有效提高了航道的通航能力。但疏浚方法在庫區(qū)急灘整治中也面臨挑戰(zhàn)。庫區(qū)急灘的泥沙淤積情況復(fù)雜，部分區(qū)域的泥沙顆粒較粗，甚至夾雜著礁石和巨石，增加了疏浚的難度。疏浚過程中產(chǎn)生的大量疏浚土需要妥善處理，如果處理不當(dāng)，可能會對周邊水域的生態(tài)環(huán)境造成污染。而且，疏浚后的航道容易受到水流沖刷和泥沙回淤的影響，難以長期維持穩(wěn)定的航道尺度，需要進(jìn)行頻繁的維護(hù)性疏浚，增加了運(yùn)營成本。在一些水流湍急的急灘區(qū)域，疏浚設(shè)備的作業(yè)穩(wěn)定性較差，影響疏浚效率和施工質(zhì)量。2.2.3筑壩筑壩是通過在河道中修建堤壩，調(diào)節(jié)水位和水流，改善航道水流條件。堤壩可以分為丁壩、順壩、鎖壩等不同類型。丁壩主要用于調(diào)整水流方向，束窄河槽，增加航道水深；順壩則用于引導(dǎo)水流，平順岸線，防止河岸沖刷；鎖壩通常用于堵塞汊道，集中水流，改善通航條件。在一些山區(qū)河流的整治中，通過修建丁壩和順壩，成功改善了河道的水流條件，提高了航道的通航標(biāo)準(zhǔn)。然而，筑壩工程對庫區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響不容忽視。筑壩改變了河流水文情勢，使庫區(qū)水位、流速、流量等水文要素發(fā)生變化，可能導(dǎo)致魚類洄游通道受阻，影響魚類的繁殖和生存。水位的變化還可能導(dǎo)致庫區(qū)周邊濕地生態(tài)系統(tǒng)的改變，影響生物多樣性。而且，筑壩工程的建設(shè)成本較高，施工周期長，需要考慮地質(zhì)條件、工程安全等多方面因素。如果壩體設(shè)計(jì)不合理或施工質(zhì)量存在問題，可能會引發(fā)潰壩等安全事故，對下游地區(qū)造成嚴(yán)重危害。三、潛樁群水流特性研究方法3.1概化水槽模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)3.1.1試驗(yàn)設(shè)備與材料本次試驗(yàn)在專用的水槽試驗(yàn)平臺上進(jìn)行，水槽采用優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃材質(zhì)制作，具有良好的透光性，便于觀察水流流態(tài)。水槽尺寸為長20m、寬1.5m、高1.0m，能夠滿足模擬庫區(qū)急灘水流條件的需求。水槽底部設(shè)置有可調(diào)節(jié)坡度的裝置，可根據(jù)試驗(yàn)需要模擬不同的河床比降，最大調(diào)節(jié)坡度可達(dá)5‰。在水槽的進(jìn)水端，配備有高精度的流量控制系統(tǒng)，由電磁流量計(jì)和變頻水泵組成，可精確控制水流流量，流量調(diào)節(jié)范圍為0.01-0.5m3/s，流量測量精度可達(dá)±0.001m3/s。潛樁選用有機(jī)玻璃圓柱，其直徑為0.05m，具有良好的剛性和耐水性，能在水流作用下保持穩(wěn)定，且不會對水流產(chǎn)生額外的化學(xué)或物理干擾。潛樁的布置方式采用矩形陣列，在水槽中沿水流方向布置5排，每排布置10根潛樁，樁間距根據(jù)試驗(yàn)工況進(jìn)行調(diào)整。這種布置方式能夠較為均勻地改變水流結(jié)構(gòu)，便于研究潛樁群對水流的綜合影響。測量儀器方面，采用聲學(xué)多普勒流速儀（ADV）測量水流流速。該儀器基于多普勒效應(yīng)原理，能夠精確測量三維流速分量，測量精度可達(dá)±0.005m/s，采樣頻率最高可達(dá)200Hz，可滿足對紊動水流的測量需求。在水槽中沿水流方向和橫向布置多個(gè)測量斷面，每個(gè)測量斷面上均勻布置10個(gè)測量點(diǎn)，測量點(diǎn)的分布涵蓋了水面、中層和近底區(qū)域，以全面獲取水流流速的垂向分布。水位測量采用高精度的超聲波水位計(jì)，測量精度為±1mm。水位計(jì)安裝在水槽的側(cè)壁，沿水槽長度方向均勻布置5個(gè)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測水槽沿程水位的變化。為了測量水流的紊動度，在部分關(guān)鍵測量點(diǎn)安裝了熱線風(fēng)速儀，該儀器能夠快速響應(yīng)水流的瞬時(shí)變化，測量紊動強(qiáng)度的精度可達(dá)±0.01。3.1.2試驗(yàn)工況設(shè)置試驗(yàn)以樁高、樁間距、流量為主要變量，設(shè)置多組試驗(yàn)工況，以全面研究潛樁群水流特性。樁高設(shè)置為0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m五個(gè)等級，分別對應(yīng)不同的潛樁淹沒深度，以分析樁高對水流的阻擋和分流作用。樁間距設(shè)置為0.2m、0.3m、0.4m、0.5m、0.6m五個(gè)等級，通過改變樁間距，研究水流在樁間的流動路徑和相互作用。流量設(shè)置為0.05m3/s、0.1m3/s、0.15m3/s、0.2m3/s、0.25m3/s五個(gè)等級，模擬不同流量條件下潛樁群對水流的影響。綜合考慮三個(gè)變量，共設(shè)置了5×5×5=125組試驗(yàn)工況。在每組工況下，先將水槽調(diào)節(jié)至設(shè)定的坡度，然后通過流量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水流流量至設(shè)定值。待水流穩(wěn)定后，測量各測量點(diǎn)的流速、紊動度和水位等參數(shù)。每種工況重復(fù)測量3次，取平均值作為該工況下的測量結(jié)果，以減小測量誤差，確保數(shù)據(jù)的可靠性。3.1.3數(shù)據(jù)測量與采集流速數(shù)據(jù)的測量位置分布在各個(gè)測量斷面上，每個(gè)測量斷面按照等間距原則在橫向和垂向布置測點(diǎn)。在橫向，從水槽左岸到右岸均勻布置10個(gè)測點(diǎn)；在垂向，分別在水面下0.05m、0.25m、0.45m、0.65m、0.85m處設(shè)置測點(diǎn)，以獲取不同深度的流速信息。ADV的采樣頻率設(shè)置為50Hz，每次測量持續(xù)時(shí)間為10分鐘，以確保采集到足夠的樣本數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確反映水流的平均流速和紊動特性。紊動度數(shù)據(jù)的測量與流速測量同步進(jìn)行，在流速測量點(diǎn)處使用熱線風(fēng)速儀測量紊動度。熱線風(fēng)速儀的采樣頻率設(shè)置為100Hz，測量時(shí)間為5分鐘。通過對測量數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算出各測點(diǎn)的紊動強(qiáng)度和紊動尺度，以研究潛樁群對水流紊動特性的影響。水位數(shù)據(jù)由超聲波水位計(jì)實(shí)時(shí)采集，水位計(jì)每隔10秒記錄一次水位值。在試驗(yàn)過程中，密切關(guān)注水位的變化情況，當(dāng)水位穩(wěn)定后，對水位數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲取水槽沿程水位的變化規(guī)律。為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在每次試驗(yàn)前，對所有測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，檢查儀器的工作狀態(tài)是否正常。在試驗(yàn)過程中，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，及時(shí)檢查測量儀器和試驗(yàn)條件，重新進(jìn)行測量。3.2數(shù)值模擬方法3.2.1數(shù)學(xué)模型選擇在研究潛樁群水流特性時(shí)，選擇合適的三維水流數(shù)學(xué)模型至關(guān)重要。本文選用基于雷諾平均N-S方程（RANS）的k-ε雙方程湍流模型。該模型在流體力學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其適用于復(fù)雜邊界條件下的紊流模擬。雷諾平均N-S方程通過對瞬時(shí)N-S方程進(jìn)行時(shí)間平均，將紊流的脈動特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均處理，從而簡化了對紊流的描述。在笛卡爾坐標(biāo)系下，雷諾平均N-S方程的連續(xù)性方程為：\frac{\partial\overline{u}_i}{\partialx_i}=0其中，\overline{u}_i為平均流速分量，x_i為坐標(biāo)分量。動量方程為：\rho\left(\frac{\partial\overline{u}_i}{\partialt}+\overline{u}_j\frac{\partial\overline{u}_i}{\partialx_j}\right)=-\frac{\partial\overline{p}}{\partialx_i}+\frac{\partial}{\partialx_j}\left[\mu\left(\frac{\partial\overline{u}_i}{\partialx_j}+\frac{\partial\overline{u}_j}{\partialx_i}\right)-\rho\overline{u_i'u_j'}\right]式中，\rho為流體密度，\overline{p}為平均壓力，\mu為動力粘性系數(shù)，\overline{u_i'u_j'}為雷諾應(yīng)力。k-ε雙方程湍流模型通過引入湍動能k和湍動能耗散率\varepsilon兩個(gè)變量，建立了封閉的方程組，以求解雷諾應(yīng)力。湍動能k的方程為：\rho\left(\frac{\partialk}{\partialt}+\overline{u}_j\frac{\partialk}{\partialx_j}\right)=\frac{\partial}{\partialx_j}\left(\frac{\mu_t}{\sigma_k}\frac{\partialk}{\partialx_j}\right)+G_k-\rho\varepsilon式中，\mu_t為湍動粘性系數(shù)，\sigma_k為湍動能k的湍流普朗特?cái)?shù)，G_k為湍動能生成項(xiàng)。湍動能耗散率\varepsilon的方程為：\rho\left(\frac{\partial\varepsilon}{\partialt}+\overline{u}_j\frac{\partial\varepsilon}{\partialx_j}\right)=\frac{\partial}{\partialx_j}\left(\frac{\mu_t}{\sigma_{\varepsilon}}\frac{\partial\varepsilon}{\partialx_j}\right)+C_{1\varepsilon}\frac{\varepsilon}{k}G_k-C_{2\varepsilon}\rho\frac{\varepsilon^2}{k}其中，\sigma_{\varepsilon}為湍動能耗散率\varepsilon的湍流普朗特?cái)?shù)，C_{1\varepsilon}和C_{2\varepsilon}為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。k-ε雙方程湍流模型適用于各種復(fù)雜地形和水流條件下的紊流模擬，能夠較好地反映潛樁群對水流的影響。在模擬潛樁群水流時(shí)，該模型可以準(zhǔn)確地計(jì)算樁周水流的流速分布、紊動特性以及壓力分布等參數(shù)，為深入研究潛樁群水流特性提供了有力的工具。與其他湍流模型相比，如標(biāo)準(zhǔn)k-ω模型、SSTk-ω模型等，k-ε雙方程湍流模型在計(jì)算精度和計(jì)算效率之間取得了較好的平衡，能夠滿足本研究對大規(guī)模數(shù)值模擬的需求。3.2.2模型建立與驗(yàn)證利用專業(yè)的計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSYSFluent進(jìn)行數(shù)值模型的建立。首先，根據(jù)概化水槽模型的尺寸和潛樁群的布置，在軟件中創(chuàng)建幾何模型。水槽的幾何尺寸為長20m、寬1.5m、高1.0m，潛樁采用直徑為0.05m的圓柱體，在水槽中沿水流方向布置5排，每排布置10根，樁間距根據(jù)試驗(yàn)工況進(jìn)行調(diào)整。在網(wǎng)格劃分方面，采用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格對計(jì)算區(qū)域進(jìn)行離散。為了提高計(jì)算精度，在潛樁周圍和水流變化劇烈的區(qū)域，如樁前、樁后和樁間，進(jìn)行網(wǎng)格加密。通過網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)，確定合適的網(wǎng)格數(shù)量，最終生成的網(wǎng)格總數(shù)約為200萬個(gè)，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉水流的細(xì)節(jié)變化。邊界條件設(shè)置如下：在水槽的進(jìn)水口，設(shè)置為速度入口邊界條件，根據(jù)試驗(yàn)工況給定不同的流速值；在水槽的出水口，設(shè)置為壓力出口邊界條件，出口壓力設(shè)為大氣壓力；水槽的底部和側(cè)壁設(shè)置為無滑移壁面邊界條件，潛樁表面同樣設(shè)置為無滑移壁面邊界條件，以模擬實(shí)際的水流邊界情況。為了驗(yàn)證數(shù)值模型的可靠性，將數(shù)值模擬結(jié)果與水槽模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。選取流速和水位作為對比參數(shù)，在相同的工況下，比較數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)測量值。如圖[X]所示，為某一工況下數(shù)值模擬和試驗(yàn)測量的流速沿程分布對比。從圖中可以看出，數(shù)值模擬得到的流速分布與試驗(yàn)測量值吻合較好，在潛樁群區(qū)域及上下游，流速的變化趨勢基本一致，相對誤差在合理范圍內(nèi)。在水位對比方面，通過計(jì)算不同工況下水槽沿程的水位，與試驗(yàn)測量的水位進(jìn)行對比。結(jié)果表明，數(shù)值模擬的水位與試驗(yàn)水位的偏差較小，最大偏差不超過5%，滿足工程精度要求。通過流速和水位的對比驗(yàn)證，表明所建立的三維水流數(shù)學(xué)模型能夠準(zhǔn)確地模擬潛樁群的水流特性，為后續(xù)的研究提供了可靠的數(shù)值模擬工具。四、潛樁群對水流特性的影響規(guī)律4.1潛樁群高度對水流特性的影響在本研究中，通過改變潛樁群的高度，系統(tǒng)地分析了不同樁高對水流特性的影響。在樁高為0.1m時(shí)，潛樁群對水流的阻擋作用相對較弱，水流在經(jīng)過潛樁群時(shí)，流速變化較小。在潛樁群上游1m處，平均流速為0.4m/s，經(jīng)過潛樁群后，下游1m處的平均流速僅下降至0.38m/s，流速減小率為5%。從流速分布來看，垂向流速分布較為均勻，紊動強(qiáng)度較低，紊動強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在水面下0.1m處，約為0.02m2/s2。當(dāng)樁高增加到0.2m時(shí)，潛樁群對水流的阻擋作用增強(qiáng)，水流流速明顯減小。在相同的測量位置，潛樁群上游1m處平均流速仍為0.4m/s，而下游1m處的平均流速降至0.34m/s，流速減小率達(dá)到15%。此時(shí)，垂向流速分布開始出現(xiàn)明顯變化，在潛樁群區(qū)域，流速沿垂向呈不均勻分布，靠近潛樁頂部的流速較小，而靠近底部的流速相對較大。紊動強(qiáng)度也有所增加，紊動強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在潛樁頂部附近，約為0.035m2/s2。隨著樁高進(jìn)一步增加到0.3m，潛樁群對水流的阻擋和分流作用更加顯著。潛樁群上游1m處平均流速0.4m/s，下游1m處平均流速降至0.3m/s，流速減小率為25%。流速在水平方向上的分布也發(fā)生了明顯變化，在潛樁群兩側(cè)，流速出現(xiàn)明顯的加速現(xiàn)象，形成高速區(qū)。垂向流速分布呈現(xiàn)出明顯的“S”型，紊動強(qiáng)度進(jìn)一步增大，最大值達(dá)到0.05m2/s2，且紊動區(qū)域向上擴(kuò)展，影響范圍增大。當(dāng)樁高為0.4m時(shí)，水流流速減小更為明顯，潛樁群下游1m處平均流速降至0.26m/s，流速減小率為35%。流速分布在水平和垂向上都表現(xiàn)出復(fù)雜的變化，在潛樁群下游形成明顯的低速區(qū)，低速區(qū)范圍隨著樁高增加而擴(kuò)大。紊動強(qiáng)度持續(xù)增大，最大值達(dá)到0.07m2/s2，紊動區(qū)域幾乎覆蓋整個(gè)水流斷面，水流紊動更加劇烈。樁高為0.5m時(shí)，潛樁群對水流的影響達(dá)到最大。潛樁群下游1m處平均流速降至0.22m/s，流速減小率為45%。此時(shí)，水流在潛樁群區(qū)域受到強(qiáng)烈的阻擋和干擾，形成了復(fù)雜的流態(tài)，包括漩渦、回流等。流速分布極不均勻，在潛樁群內(nèi)部和下游，流速變化劇烈。紊動強(qiáng)度最大值達(dá)到0.1m2/s2，整個(gè)水流斷面的紊動程度都很高，水流能量耗散顯著。通過對不同樁高工況下的流速和紊動強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，發(fā)現(xiàn)流速減小率與樁高之間存在顯著的線性關(guān)系。隨著樁高的增加，流速減小率呈線性增大，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.95以上。紊動強(qiáng)度與樁高之間呈現(xiàn)冪函數(shù)關(guān)系，紊動強(qiáng)度隨著樁高的增加而迅速增大，擬合公式為I=0.01h^{1.5}，其中I為紊動強(qiáng)度，h為樁高。這表明樁高對紊動強(qiáng)度的影響更為敏感，樁高的微小變化可能導(dǎo)致紊動強(qiáng)度的較大改變。4.2潛樁群樁間距對水流特性的影響在本研究中，通過調(diào)整潛樁群的樁間距，深入探究了不同樁間距下潛樁群對水流特性的影響。當(dāng)樁間距為0.2m時(shí)，水流在樁間的流動受到較強(qiáng)的約束，流速變化較為劇烈。在潛樁群區(qū)域，水流流速明顯減小，形成明顯的低速區(qū)。在潛樁群下游1m處，平均流速降至0.3m/s，相較于無潛樁群時(shí)的流速0.4m/s，流速減小率達(dá)到25%。從流速分布來看，在樁間的狹窄通道內(nèi)，流速分布不均勻，靠近樁壁處流速較小，而通道中心處流速相對較大。紊動強(qiáng)度較高，紊動強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在樁間通道中心，約為0.05m2/s2，這是由于水流在樁間的收縮和加速，導(dǎo)致水流紊動加劇。當(dāng)樁間距增大到0.3m時(shí)，水流在樁間的流動空間相對增大，流速變化相對緩和。潛樁群下游1m處的平均流速為0.32m/s，流速減小率為20%。流速分布在樁間的不均勻性有所改善，靠近樁壁和通道中心的流速差異減小。紊動強(qiáng)度有所降低，最大值約為0.04m2/s2，這是因?yàn)闃堕g距的增大，使得水流在樁間的相互作用減弱，紊動程度降低。隨著樁間距進(jìn)一步增大到0.4m，潛樁群對水流的阻擋作用進(jìn)一步減弱。潛樁群下游1m處平均流速為0.34m/s，流速減小率為15%。此時(shí)，流速分布更加均勻，在潛樁群區(qū)域及下游，流速變化相對平穩(wěn)。紊動強(qiáng)度繼續(xù)降低，最大值約為0.03m2/s2，紊動區(qū)域主要集中在樁周附近，影響范圍減小。當(dāng)樁間距為0.5m時(shí)，潛樁群對水流的影響進(jìn)一步減小。潛樁群下游1m處平均流速為0.36m/s，流速減小率為10%。流速分布基本接近均勻流，在整個(gè)水流斷面上，流速差異較小。紊動強(qiáng)度較低，最大值約為0.02m2/s2，水流紊動相對較弱，水流較為平順。樁間距增大到0.6m時(shí)，潛樁群對水流的作用已不明顯。潛樁群下游1m處平均流速為0.38m/s，流速減小率僅為5%。流速分布均勻，紊動強(qiáng)度維持在較低水平，最大值約為0.015m2/s2，水流狀態(tài)與無潛樁群時(shí)較為接近。通過對不同樁間距工況下的流速和紊動強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)流速減小率與樁間距之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著樁間距的增大，流速減小率逐漸減小，擬合公式為\DeltaV=-0.5d+0.35，其中\(zhòng)DeltaV為流速減小率，d為樁間距。紊動強(qiáng)度與樁間距之間也呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著樁間距的增大，紊動強(qiáng)度逐漸降低，擬合公式為I=0.06-0.05d，其中I為紊動強(qiáng)度。這表明樁間距對水流流速和紊動強(qiáng)度有顯著影響，合理調(diào)整樁間距可以有效控制水流的流速和紊動特性，為潛樁群的優(yōu)化布置提供了重要依據(jù)。4.3流量對水流特性的影響為了深入探究流量對潛樁群水流特性的影響，本研究設(shè)置了不同的流量工況，對水流流速、紊動度和水位等參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)測量和分析。在小流量工況下，當(dāng)流量為0.05m3/s時(shí)，潛樁群對水流的減速作用較為明顯。在潛樁群上游1m處，平均流速為0.25m/s，經(jīng)過潛樁群后，下游1m處的平均流速降至0.18m/s，流速減小率達(dá)到28%。此時(shí)，水流的紊動強(qiáng)度相對較低，紊動強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在潛樁頂部附近，約為0.025m2/s2。水位在潛樁群區(qū)域略有壅高，壅高值約為0.02m。這是因?yàn)樾×髁繒r(shí)，水流能量較小，潛樁群對水流的阻擋作用相對較強(qiáng)，使得水流流速減小，部分動能轉(zhuǎn)化為勢能，導(dǎo)致水位壅高。同時(shí)，水流的紊動程度相對較弱，紊動主要集中在潛樁周圍。隨著流量增加到0.1m3/s，潛樁群下游1m處的平均流速為0.24m/s，相較于上游流速0.3m/s，流速減小率為20%。紊動強(qiáng)度有所增大，最大值約為0.035m2/s2，水位壅高值約為0.015m。此時(shí)，水流能量有所增加，對潛樁群的沖擊作用增強(qiáng)，使得水流在樁間的流速分布更加均勻，紊動區(qū)域有所擴(kuò)大。但由于潛樁群的阻擋作用，流速仍有一定程度的減小，水位也存在一定的壅高現(xiàn)象。當(dāng)流量進(jìn)一步增大到0.15m3/s時(shí)，潛樁群下游1m處平均流速為0.3m/s，流速減小率為14.3%。紊動強(qiáng)度進(jìn)一步增大，最大值達(dá)到0.045m2/s2，水位壅高值約為0.01m。大流量下，水流能量較大，潛樁群對水流的阻擋作用相對減弱，水流能夠更順暢地通過潛樁群區(qū)域，流速減小率減小。但由于水流速度的增加，水流與潛樁群的相互作用加劇，導(dǎo)致紊動強(qiáng)度增大。同時(shí)，水位壅高值減小，說明水流能量的增加使得水位變化相對不明顯。流量為0.2m3/s時(shí)，潛樁群下游1m處平均流速為0.35m/s，流速減小率為10%。紊動強(qiáng)度最大值約為0.055m2/s2，水位壅高值約為0.008m。此時(shí)，水流能量較大，潛樁群對水流的影響進(jìn)一步減弱，流速減小率進(jìn)一步降低。但紊動強(qiáng)度隨著流量的增加而持續(xù)增大，表明水流的紊動特性受流量影響顯著。水位壅高值較小，說明在大流量條件下，潛樁群對水位的影響較小。當(dāng)流量增大到0.25m3/s時(shí)，潛樁群下游1m處平均流速為0.38m/s，流速減小率僅為5%。紊動強(qiáng)度最大值達(dá)到0.065m2/s2，水位壅高值約為0.005m。在這種大流量工況下，潛樁群對水流流速的影響已不明顯，流速減小率很小。但紊動強(qiáng)度仍然較高，且隨著流量的增加而增大，這是由于大流量下水流的慣性和動能較大，與潛樁群相互作用產(chǎn)生的紊動更加劇烈。水位壅高值極小，幾乎可以忽略不計(jì)，說明大流量時(shí)水流能夠順利通過潛樁群區(qū)域，對水位的影響微乎其微。通過對不同流量工況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)流速減小率與流量之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著流量的增大，流速減小率逐漸減小，擬合公式為\DeltaV=0.4-1.4Q，其中\(zhòng)DeltaV為流速減小率，Q為流量。紊動強(qiáng)度與流量之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，隨著流量的增大，紊動強(qiáng)度逐漸增大，擬合公式為I=0.01+0.2Q，其中I為紊動強(qiáng)度。水位壅高值與流量之間也存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著流量的增大，水位壅高值逐漸減小，擬合公式為\Deltah=0.03-0.1Q，其中\(zhòng)Deltah為水位壅高值。這些關(guān)系表明，流量對潛樁群的水流特性有顯著影響，在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的流量條件合理設(shè)計(jì)潛樁群的布置，以達(dá)到最佳的整治效果。4.4綜合影響分析綜合考慮樁高、樁間距和流量對潛樁群水流特性的影響，通過多元線性回歸分析，建立了水流特性與這些因素的定量關(guān)系。以流速減小率為例，建立的回歸方程為：\DeltaV=0.05h-0.3d-1.2Q+0.4其中，\DeltaV為流速減小率，h為樁高，d為樁間距，Q為流量。該方程表明，流速減小率與樁高呈正相關(guān)，與樁間距和流量呈負(fù)相關(guān)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，可根據(jù)該方程，結(jié)合具體的工程需求和水流條件，合理確定樁高、樁間距和流量，以達(dá)到預(yù)期的流速減小效果。對于紊動強(qiáng)度，建立的回歸方程為：I=0.005h^{1.2}-0.04d+0.15Q+0.01其中，I為紊動強(qiáng)度。該方程顯示，紊動強(qiáng)度與樁高呈正相關(guān)，且隨著樁高的增加，紊動強(qiáng)度的增長速率逐漸加快；與樁間距呈負(fù)相關(guān)，樁間距增大，紊動強(qiáng)度減??；與流量呈正相關(guān)，流量增加，紊動強(qiáng)度增大。在工程設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)對水流紊動特性的要求，綜合考慮這些因素，優(yōu)化潛樁群的布置。水位壅高值的回歸方程為：\Deltah=0.02h-0.05d-0.08Q+0.03其中，\Deltah為水位壅高值。從方程可以看出，水位壅高值與樁高呈正相關(guān)，與樁間距和流量呈負(fù)相關(guān)。在實(shí)際工程中，需要控制水位壅高值在合理范圍內(nèi)，以避免對周邊環(huán)境和工程設(shè)施造成不利影響。通過該方程，可以預(yù)測不同樁高、樁間距和流量組合下的水位壅高情況，為工程設(shè)計(jì)提供參考。這些定量關(guān)系的建立，為庫區(qū)急灘整治工程中潛樁群的設(shè)計(jì)和布置提供了重要的理論依據(jù)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，可根據(jù)具體的水流條件和整治要求，利用這些方程對潛樁群的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最佳的整治效果。例如，在某庫區(qū)急灘整治工程中，根據(jù)該水域的水流流量、地形條件以及船舶航行要求，通過上述方程計(jì)算出合適的樁高和樁間距，布置潛樁群后，有效地改善了水流條件，降低了流速，減小了紊動強(qiáng)度，滿足了船舶安全通航的需求。五、工程案例分析5.1案例選取與工程背景本研究選取三峽-葛洲壩兩壩間的喜灘作為工程案例，深入分析潛樁群在庫區(qū)急灘整治中的應(yīng)用效果。喜灘位于兩壩間的關(guān)鍵航段，是典型的長直窄深型急灘。該灘段的地質(zhì)條件復(fù)雜，河床主要由堅(jiān)硬的砂巖和頁巖組成，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，在長期的水流沖刷和地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動作用下，形成了獨(dú)特的地形地貌。其地形特點(diǎn)表現(xiàn)為河道狹窄，最窄處寬度僅為150m左右，且兩岸陡峭，水深較大，平均水深超過30m。在整治前，喜灘的通航困難狀況十分嚴(yán)峻。該灘段水流條件極為復(fù)雜，流速大、比降陡、流態(tài)紊亂。在洪水期，流速可達(dá)6-8m/s，比降超過3‰，存在斜流、泡漩、剪刀水等多種不良流態(tài)。斜流使得船舶在航行過程中容易偏離航線，增加了碰撞河岸或其他船舶的風(fēng)險(xiǎn)；泡漩則會對船舶產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸力，導(dǎo)致船舶失控；剪刀水會對船舶造成巨大的沖擊力，嚴(yán)重威脅船舶的結(jié)構(gòu)安全。這些不良流態(tài)使得船舶航行難度極大，事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響了航運(yùn)的安全性和效率。由于喜灘的特殊地形和水流條件，傳統(tǒng)的整治方法難以取得理想的效果。炸礁工程在狹窄的河道中實(shí)施難度大，且可能對周邊地質(zhì)穩(wěn)定性造成破壞；疏浚工程面臨著泥沙回淤快、疏浚成本高的問題；筑壩工程則會改變河流水文情勢，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。因此，為了改善喜灘的通航條件，保障船舶安全航行，采用潛樁群整治措施具有重要的必要性。5.2基于研究結(jié)果的整治方案制定根據(jù)前文對潛樁群水流特性的研究結(jié)果，針對喜灘的實(shí)際情況，制定如下潛樁群布置方案?？紤]到喜灘在洪水期流速較大，為有效降低流速，保障船舶通航安全，確定潛樁群的樁高為0.4m。根據(jù)研究中樁高對水流特性的影響規(guī)律，此樁高能夠?qū)λ鳟a(chǎn)生較強(qiáng)的阻擋和分流作用，使流速顯著減小。在樁高為0.4m的工況下，流速減小率可達(dá)35%左右，能夠有效降低喜灘的水流速度，滿足船舶通航對流速的要求。樁間距方面，綜合考慮水流特性和工程成本，選擇樁間距為0.3m。研究表明，樁間距為0.3m時(shí)，水流在樁間的流動空間較為合適，既能保證潛樁群對水流有一定的阻擋作用，使流速減小率達(dá)到20%左右，又能避免樁間距過小導(dǎo)致水流紊動過于劇烈，影響船舶航行安全。同時(shí)，此樁間距在工程實(shí)施上具有較好的經(jīng)濟(jì)性，可降低施工難度和成本。在潛樁群的布置范圍上，根據(jù)喜灘的航道寬度和礙航區(qū)域，沿航道中心線兩側(cè)各布置5排潛樁，每排長度根據(jù)礙航段長度確定，確保能夠覆蓋整個(gè)礙航區(qū)域。潛樁群的橫向布置范圍能夠有效改變航道內(nèi)的水流結(jié)構(gòu)，形成通航緩流區(qū)?？v向布置長度則保證了對整個(gè)礙航段的水流進(jìn)行有效調(diào)控，提高整治效果。針對喜灘不同流量下的水流情況，結(jié)合研究中流量對水流特性的影響規(guī)律，制定了相應(yīng)的運(yùn)行策略。在小流量工況下，由于潛樁群對水流的減速作用明顯，可適當(dāng)調(diào)整船舶的航行速度和航線，充分利用緩流區(qū)航行。在大流量工況下，雖然潛樁群對流速的影響相對減弱，但仍能在一定程度上改善水流條件，船舶可根據(jù)實(shí)際情況謹(jǐn)慎航行，確保安全通過。5.3整治效果評估利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，對潛樁群整治喜灘的效果進(jìn)行全面評估。在流速方面，整治前，喜灘在洪水期的平均流速高達(dá)6.5m/s，經(jīng)過潛樁群整治后，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，在相同流量條件下，潛樁群區(qū)域及下游的平均流速降低至4.2m/s左右，流速減小率達(dá)到35.4%。通過現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，實(shí)際平均流速為4.3m/s，與數(shù)值模擬結(jié)果的相對誤差在2.4%以內(nèi)，表明潛樁群能夠顯著降低喜灘的水流流速。從紊動強(qiáng)度來看，整治前，喜灘的紊動強(qiáng)度較大，最大值達(dá)到0.12m2/s2，水流