三峡水库等梯级水库的相继蓄水使得长江中游产生了自上而下的沿程冲刷,为中游航道等级的提升创造了有利条件。本文通过基础理论分析、工程经验总结、实测资料分析与数学模型预测等方法,全面研究了金口~武桥河段河槽与航槽的演变特点及机理,并根据航道条件变化趋势,系统进行了水力冲刷下河槽与航道等级提升后的航槽衔接研究。主要工作包括以下几个方面:(1)三峡水库蓄水前后中游水沙关系研究。三峡水库蓄水后,长江中游年来水量变化不大,年内变幅减小,汛期流量削弱,枯期流量增加,输沙量减少趋势明显。受此影响,汉口站年最枯流量由历史最小4830m~3/s提高到年最小8080~10300m~3/s,年最枯水位增加1.5~2.2m;同时,2013~2016年汉口站水位流量关系表明流量在30000 m~3/s以下时,武汉河段水位较蓄水前下降明显,说明武汉河段已经产生剧烈冲刷,且冲刷主要发生在中枯水河槽。(2)金口~武桥河段河槽与航槽的演变特点及机理。三峡水库蓄水前,金口~武桥河段总体冲淤平衡,滩槽冲淤呈现出年内和年际的周期性变化;三峡水库蓄水后,金口~武桥河段的滩槽冲淤呈现出周期性变化的同时经历着全河段河床的冲刷下切,航道条件出现新的变化,汉阳边滩封堵通航桥孔的碍航问题依然存在。金口~武桥河段的演变机理在于滩槽冲淤变化是水沙输移动力条件的周期性调整和水沙条件随机波动的综合作用。(3)金口~武桥河段河槽与航槽冲淤的平面二维水沙数学模型模拟预测。利用平面二维水沙数学模型进行汛中枯期三个典型年下河槽与航槽的冲淤预测;选取螺山站2008~2012年水沙资料共两个五年循环作为边界条件,根据三峡蓄水后的来水来沙变化规律进行资料的减沙处理,实施系列年河槽与航槽的冲淤预测。预测结果显示,未来金口~武桥河段的冲刷非常剧烈,10年后河床冲刷达24104万m~3,平均冲深2.8m,河槽冲深的同时航槽尺度有所优化,这为航道等级的提升创造了条件;但部分区域也出现河道宽浅化、航槽偏移等碍航风险,武桥水道中汉阳边滩封堵通航桥孔的问题依然存在。(4)水力冲刷下河槽与航道等级提升后的航槽衔接研究。首先通过分析武汉河段不同断面形态与航槽尺度的相关性,阐述塑造理想的梯形航槽形态是航道等级提升的有效途径;然后提出航道等级的提升需要根据三峡水库蓄水后的非平衡新型水沙条件,遵循水力冲刷下河槽演变规律,因势利导地实施航道整治工程,使用迭代调整法相机提升航道等级,从而达到事半功倍的效果。针对金口~武桥河段的碍航实际情况,总体治理思路为对于航道条件较好的部位稳固现有的滩槽格局;对于非主航槽发展降低主航槽过程能力的部位,遏制非主航槽的发展;对于主航槽泥沙淤积部位,增大该处过流能力,加大其水流冲刷动力;对于具备通航条件的非通航河槽,深入分析论证开辟为通航航槽的利弊,利大于弊则开辟为通航航槽。根据金口~武桥河段河槽与航槽的冲淤预测结果,结合已有工程实践经验,系统地提出河槽与航槽的衔接方案主要分为以通畅航槽为主的防护型衔接和改调航槽为主的进攻型衔接两种:防护型衔接是一种采取守护或局部调整的措施稳定或优化现有滩槽格局和航槽形态的衔接方式,主要分为守护现有的底坡边滩和稳定或改善汊道航槽状态两种衔接措施;进攻型衔接是一种采取较强的调整措施改变现有滩槽格局和航槽形态的衔接方式,主要分为塞支强干、维持一汊通航和控导汊道分流、选择两汊通航两种衔接措施。