《Sustainability》：Hydrodynamic Characteristics and Navigation Risk Zonation in the Lower Min River Estuary Under Mainstem Backwater Effects
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日常水电调节及干流壅水（backwater effect）使岷江（Min River）河口段水动力条件复杂化，对通航安全构成显著挑战。为分析干流壅水对支流通航安全的影响，研究人员以受金沙江（Jinsha River）壅水影响的岷江下游河段为研究对象，建立水深平
日常水电调节及干流壅水（backwater effect）使岷江（Min River）河口段水动力条件复杂化，对通航安全构成显著挑战。为分析干流壅水对支流通航安全的影响，研究人员以受金沙江（Jinsha River）壅水影响的岷江下游河段为研究对象，建立水深平均二维水动力模型（depth-averaged 2D hydrodynamic model），并引入水位差参数（water level difference parameter）基于长期实测水位与流量数据构建河口段水位—流量关系（stage–discharge relationship）。采用壅水长度（backwater distance）、水面比降（water surface slope）、动水轴线迁移（hydrodynamic axis migration）、流速及横向流（cross-flow）等指标划分通航风险区。结果表明：（1）壅水强度与影响范围主要受干支流流量及距河口距离控制，大流量高水位产生显著壅水效应并使流速降低，建立了不同流量工况下壅水长度经验公式（RMSE 0.42～0.92 km）以支持通航决策；（2）河口水位变化引起动水轴线振荡，当岷江上游流量为900 m3/s、河口水位为258.4 m时最大振荡幅值达20.33 m；（3）中枯水期河段表现出明显碍航特征，高风险区集中于距河口5～8 km的通络湾（Tongluowan）、杨家沱（Yangjiaoshi）等滩险；（4）在设计流量条件下，保障航道水深、适宜流速及可控船舶阻力所需的最小安全通航河口水位为267.96 m。本研究为岷江河口及类似受干流壅水影响支流河段的通航安全与航道整治提供科学依据，支撑内河水运可持续发展。
论文解读：岷江下游河口段在主河道壅水影响下的水动力特性与通航风险分区研究
该研究发表于《Sustainability》。岷江是长江上游重要支流，于宜宾合流口（合江门，Hejiangmen）汇入金沙江后始称长江。受金沙江水库（向家坝等）日调节及洪峰影响，岷江下游河口段频繁遭受干流壅水（backwater effect），导致水位抬升、流速重分布、水面比降减小及局部泥沙淤积，使通航流态复杂化并增加洪水与通航风险。现有研究多关注壅水引起的水位抬高、壅水长度及纵向水面比降变化，较少从通航视角系统量化流速再分配、动水轴线（hydrodynamic axis，即各断面水深平均流速最大点的连线）迁移及横向流速梯度等空间水动力特征对通航条件的影响，亦缺乏将多因素水动力指标与船舶上行阻力约束耦合的通航风险分区方法。因此，研究人员以受金沙江壅水影响的岷江下游34 km河段为对象，建立数值模型模拟不同岷江入流与河口控制水位组合下的水动力响应，结合Ⅲ级航道通航水深、限速流速及1000吨级自航驳船上滩水力指标（上行导航阻力计算），划分通航风险区并识别临界河口水位阈值，弥补传统单一指标评估不足，为类似山区河流支流受干流/库区壅水影响河段的航道管理与水位调度提供物理依据与方法参考。
主要关键技术方法：
研究人员选取岷江下游宜宾段（含岷江上游34 km至合江门、金沙江上游约2 km及长江下游3 km），采用DHI MIKE 21 FM建立非结构化三角网格水深平均二维浅水方程（shallow water equations）水动力模型，曼宁糙率（Manning's n）经率定取0.030～0.035，干湿边界采用动态wetting–drying方案（干深0.1 m、淹没深0.5 m、湿深0.2 m），Smagorinsky涡黏系数取0.28。下游边界采用宜宾站水位，基于高场站（Gaochang，岷江）与宜宾站（Yibin，河口）水位差参数ΔZ=ZGaochang?ZYibin构建解耦多值性的stage–discharge关系曲线确定边界条件，上游边界采用高场站与向家坝站（Xiangjiaba，金沙江）实测流量。模型经网格敏感性分析（最终最小单元面积约10.26 m2）及水位、流速—流向实测数据验证（水位误差?0.01～0.09 m，符合JTS/T 231–2021规范）。设计8组岷江流量（900～15000 m3/s，含最小通航流量900 m3/s、整治流量2250 m3/s及各级洪水）搭配每组10级河口水位（258.40～275.38 m），共80个计算方案。通航评估采用《内河通航标准》（GB 50139?2014）Ⅲ级航道最小水深2.4 m、山区卵石河床限速流速3.5 m/s及?《航道工程手册》1000吨自航驳（L=68 m，B=12.8 m，设计吃水2.4 m，功率800 kW）上行滩险水力指标（有效推力、坡降阻力、水流阻力合成导航阻力R），对比流速—水面比降组合是否超越自航临界线，并结合动水轴线摆动幅值、横流大小进行风险分区。
研究结果
4.1 流态特征与壅水效应（Flow Conditions and Analysis of Backwater Effects）
4.1.1 水面比降与壅水长度（Water Surface Gradient and Backwater Length）
通过定义自然工况（同流量最低河口水位近似河底比降）与壅水影响工况（沿程水位较自然工况抬升≥0.1 m的上游界限为壅水末端），量化壅水范围。结果表明：相同岷江流量下壅水长度与河口水位呈强正相关；QMin=900 m3/s时，距河口5.43 km内为常年壅水区（水面比降0.003‰～0.23‰），5.43～17.33 km为变动壅水区（比降0.11‰～0.79‰）；QMin=5570 m3/s时常年壅水区延至6.52 km，变动壅水区至19.30 km；QMin=15000 m3/s时壅水影响可覆盖全研究河段（34 km）。各流量下壅水距离—河口水位非线性拟合R2＞0.95，RMSE 0.42～0.96 km，MAPE＜7%，可为通航流态分析与临界水位估算提供定量参考。
流速分布（Velocity Distribution）
随河口水位升高，近河口段受壅水顶托流速总体衰减，低流量下微幅增流后空间格局基本不变；最高河口水位时上游流受显著回水顶托，流速空间变异性增大且局部出现流速增强区。表明壅水不仅削弱纵向驱动力，也重构断面流速场。
4.1.2 动水轴线分析（Hydrodynamic Axis Analysis）
动水轴线在顺直段近中心线，进弯后向下弯凹岸偏移并维持。随河口水位升高，弯道段平均水面比降显著下降（如QMin=900 m3/s时三典型弯道比降由0.59‰、2.28‰、0.36‰分别降至0.06‰、0.00‰、0.00‰），最大流速降幅达61.41％～89.90％，主流更早向凹岸偏移，动水轴线摆幅受抑。以最低河口水位为基准，QMin=900 m3/s时第3弯道动水轴线最大向凹岸摆动20.33 m；QMin=2250 m3/s时最大摆幅16.71 m（第3弯道）；QMin=8650 m3/s时最大摆幅12.95 m（第2弯道）。弯道段动水轴线显著迁移可引致航槽摆动，被识别为航道不稳定敏感区。
4.1.3 河口流场（Flow Field at the Estuary）
低水头低流量时金沙江—长江干流壅水明显制约岷江出流，河口出现滞流、分流甚至局部反向流及回流区，岷江流速大幅降低，主支流水体间形成强剪切（最大与最小航带流速差达2.92 m/s，横向流速由0.35 m/s增至1.81 m/s）。中大流量高水位时干流输移能力增强，岷江流向趋同干流（流向与航槽夹角最小降至约3.47°），流速多处于4～5 m/s高值，顺利汇入。强剪切与较大横向流速可能降低船舶航行稳定性并促进边滩冲淤调整。
4.2 通航风险分析（Navigation Risk Analysis）
4.2.1 航道水深适航性（Navigability in Relation to Channel Depth）
规划Ⅲ级航道最小水深2.4 m。QMin=900 m3/s、最低河口水位258.40 m时最小水深仅0.04 m，不满足区段长7.14 km；河口水位升至267.96 m后泗婆溪（Sipoqi，距河口17.33 km）以下水深满足，但泗婆溪以上因局部地形无流经过规划航槽仍不满足。QMin≥5570 m3/s时全河段最小水深均满足2.4 m。泗婆溪以上枯水中受壅水影响小，需采取疏浚等整治；泗婆溪以下可利用壅水增深。当QMin＜2250 m3/s且河口水位263.46 m时最小水深逼近临界值（2.51～2.60 m），需关注水位波动与局部淤积影响。
4.2.2 通航流速控制（Analysis of Navigation Velocity Control）
参照山区卵石河床限速及川江河段上行空载/半载船舶条件取临界流速3.5 m/s。络湾（Tongluowan，距河口约7.55 km）等滩段洪水期＞3.5 m/s高速区扩展明显。为满足泗婆溪以下航段流速≤3.5 m/s，需对应控制最小河口水位：QMin由900增至15000 m3/s时，要求ZMin-Re2由261.96 m逐级升至272.49 m，调控后最大纵向流速稳定在3.23～3.48 m/s。
4.2.3 上滩上行导航阻力分析（Analysis of Upstream Navigation Resistance）
选取泗婆溪、桥板（Qiaoban）、络湾、杨家沱—五岔树（Yangjiaoshi–Wuchashu）、偏船子—杨家（Pianchuangzi–Yangjia）5处典型滩险，按?《航道工程手册》公式计算1000吨自航驳有效推力T0、坡降阻力W·J·ζ、水流阻力RV1及总导航阻力R=T0≥Rj+RV1，绘制流速—水面比降自航临界线。结果表明：桥板、偏船子—杨家滩水力阻力较低基本满足自航；络湾与泗婆溪滩枯水期具明显碍航性，随水位流量升高流态集中减弱、点移入安全区（Q=900 m3/s时需河口水位≥266.51 m脱困）；杨家沱—五岔树滩正常径流下较敏感，Q=1840 m3/s时需河口水位＞263.85 m，Q=2250 m3/s时需＞264.24 m方满足自航。据此绘制通航风险分布图（红区为碍航/高风险、蓝区为安全）。
4.2.4 最优通航条件（Optimal Navigation Conditions）
综合水深、限速流速及上行阻力三项约束对比发现，泗婆溪以下受控段主导约束为通航水深要求。各代表流量下满足全部三项之最小河口水位为：Q=900→267.96 m，Q=1840→263.85 m，Q=2250→263.46 m；Q≥5570 m3/s时仅需考虑水深与流速约束，对应ZMin-Re分别为262.08 m、268.57 m、270.19 m、271.17 m、272.49 m，可作为情景化通航评估参考阈值。
讨论与结论（Conclusions）归纳翻译/总结：
研究人员指出：（1）干流壅水通过压平纵向水面线削弱纵向驱动、重分配流量与速度场并使动水轴线提前向凹岸偏移，河口区诱发滞流与非均匀流速形成高剪切流场；壅水长度与河口水位正相关并随流量阶梯增长，洪峰时可波及全研究河段，基于此编制的通航安全图谱可供指定出入流—水位组合下潜在碍航区识别参考。（2）岷江为Ⅲ级航道，枯水期水深严重不足，泗婆溪以下壅水可显著改善航深但泗婆溪以上需地形整治；络湾类高速风险区可通过适当抬高控制河口水位缓解；不同滩险碍航特性异质——枯水滩随水位流量升高碍航减弱，部分中水滩需特定临界水位方能安全过滩；枯水期航深不足为首要限制因子，高速区则对河口水位调控更敏感。（3）QMin≤2250 m3/s时通航安全受水深、流速与船阻联合控制，其中枯水期水深不足为主导，中高水时流速与阻力约束权重上升，所得阈值量化了水动力响应与通航风险间联系。（4）阐明干流影响支流河口壅水驱动之水动力重构机制，所提通航风险成图与临界水位识别方法可为山区受干流/库区壅水影响支流航道治理、水位调度及兼顾通航安全—水资源利用—生态保护的多目标评估提供方法与理论支撑。研究人员亦说明局限：采用平面二维模型未解析三维紊流与横流结构，未考虑输沙—河床演变及实船操纵空间等因素，边界与参数不确定性可能影响结果；未来拟发展三维水沙模型、耦合实时水文进行动态更新，并考虑电站非恒定流瞬变过程以校验稳态阈值适用性及纳入防洪—发电—生态多目标协调分析。
