与天然航道不同,运河航道因水面狭窄,断面系数小,加上护岸的影响,其断面形态及其演变规律与船舶航行密切相关。航道断面形态及演变规律对航道建设、维护尤为重要,一方面影响着航道建设和维护投入,另一方面又影响着航道的通过能力。因此,开展航道稳定断面形态研究具有理论意义和实用价值。本文分析了京杭运河江苏段断面形态演变特征,探讨了船舶大型化发展对限制性航道稳定断面塑造的影响。基于天然河流最小能耗率,加入了船舶水动力因素对限制性航道的影响,推导出运河航道的最小能耗方程。在构造通航运河稳定航道断面形状求解的泛函极值问题的基础上,利用变分法推导出运河航道稳定断面形态方程。以稳定断面形态方程为基础,探讨了航道平衡水深。基于通航标准、节能减排、航海学等相关理论,考虑到船舶大型化的发展,分别对标准船型与实际统计船型,探究航道标准水深;综合平衡水深和标准水深,确定京杭运河航道维护水深范围。基于稳定断面形态,建立了不同维护水深条件下的效益-费用模型,利用效益费用比确定最经济的维护水深,并研究该水深条件下的备淤深度与维护周期的关系,并对京杭运河江苏段多个航段进行实例分析计算,结果表明本文方法实用可行。