不同引河长度下河口闸下淤积形态数值研究
建闸河口闸下淤积问题1
江苏省入海河道众多，解放以来， 江苏省入海河道众多，解放以来，为了挡 潮御卤，防洪蓄淡， 潮御卤，防洪蓄淡，江苏沿海修建了大量的挡 潮闸，除灌河口外， 潮闸，除灌河口外，其它入海水道均已修建了 挡潮闸， 118座 其中大、中型挡潮闸就有60 挡潮闸，达118座，其中大、中型挡潮闸就有60 挡潮闸建成后改变了河口的潮波运动， 多座，挡潮闸建成后改变了河口的潮波运动， 破坏了径流及潮流之间的平衡， 破坏了径流及潮流之间的平衡，带来了一系列 的淤积问题。 的淤积问题。
水位 水 位 流 速 (m /s) 含 沙 量 3 (kg/m ) 流速
(m ) 2.0
建 闸 前 ( 1953.8.27 大 潮 )
含沙量
1.0
2.0
12 1.0 0 1.0 8 10
14 16 18 20 22 24
0
1.0
0
a 前进波型
水位
建闸后
1.0 1.0 2.0
( 1961.5.31 大 潮 )
闸下淤积带来的危害也是明显的。 闸下淤积带来的危害也是明显的 。 由于淤积 而削弱河口的泄洪能力， 影响上游的排灌环境， 而削弱河口的泄洪能力 ， 影响上游的排灌环境 ， 恶化下游的通航条件， 威胁水闸的正常运行， 使 恶化下游的通航条件 ， 威胁水闸的正常运行 ， 工程维护的投入不断增加， 工程维护的投入不断增加 ， 防汛排涝效果逐年降 影响河口的防汛安全。 因此， 低 ， 影响河口的防汛安全 。 因此 ， 研究我国建闸 河口的泥沙淤积及其对策问题， 河口的泥沙淤积及其对策问题 ， 对入海河口的规 划治理以及挡潮闸的建设运用， 划治理以及挡潮闸的建设运用 ， 具有十分重要的 意义。 意义。
滦
河
屈家店闸
宁车沽闸
沿江引排水航道冲淤规律分析
沿江引排水航道冲淤规律分析◎ 龚凯军1 张芮2 李寿千21.苏州市港航事业发展中心；2.南京水利科学研究院通讯作者：李寿千摘 要：杨林塘航道为长江下游支流河道，入江口门处建有船闸及节制闸，发挥着通航、防洪排涝、调节水环境的综合效益。
本文依托杨林塘航道，开展了2020年5月-2021年4月逐月的地形监测，分析了杨林节制闸利用潮差间歇性引排水带来的航道冲刷淤积过程，建立了航道冲淤与引排水之间的关系。
结果表明：季节上杨林节制闸冬季引水为主，夏季排水为主，不同季节杨林节制闸引排调度方式存在很大差异。
杨林塘航道运行以来，床面调整基本稳定；现状排水调度作用下，杨林节制闸上游有所冲刷；引水调度作用下，杨林节制闸上游有所淤积；引水量与淤积量、排水量与冲刷量之间呈现正相关关系。
关键词：引排调度；季节性变化；冲淤规律1.引言长江下游区域存在较多利用涨落潮自行引排的河道，入江口门处多建有控制性枢纽，通常节制闸、泵站、船闸共建，以满足防洪、引水、通航综合需求，发挥着重要作用。
该类河道利用涨落潮自行引排，间歇性引排条件下，冲淤规律复杂。
关于感潮河段支流引排水特征，不少学者进行了有益的探索。
向龙[1] 、万晓凌[2]等从水资源利用的角度，通过构建多区域多目标跨区水量优化分配模型，平衡各子区的配水需求，提高水资源调控能力；通过对长江引排水、调水进行定性和定量分析，揭示了江苏省水资源时空分布不匀，调蓄容量有限，供需平衡存在一定矛盾的现象。
万东辉[3]、武亚菊[4]等从水环境的角度，通过构建多过程综合模拟和河口河网与三角洲联围耦合的调度方式，建立闸泵群调度模型，从而有效改善水环境；通过利用MIKE11 AD模型，对河网进行概化，模拟论证感潮河网中综合调水、整治河道和截断污染源对水质的影响。
较少学者关注利用感潮河口利用潮差间歇性引排水带来的河道冲刷淤积过程。
对于利用涨落潮自行引排水，且保持着高强度引排调度的航道淤积现状研究较少。
杨林塘航道自通航以来，船闸及节制闸均保持高强度高效率运行，节制闸利用涨落潮差自行引排水，发挥着通航、防洪排涝、调节水环境综合效益。
潮汐河口闸下淤积及减淤措施试验研究_徐和兴
收稿日期:2000 05 25作者简介:徐和兴(1941 ),男,江苏武进人,教授,主要从事河流动力学及泥沙模型试验研究.潮汐河口闸下淤积及减淤措施试验研究徐和兴,徐锡荣(河海大学水利水电工程学院,江苏南京 210098)摘要:结合盐灌船闸泥沙模型试验,研究闸下泥沙淤积规律,探讨减少闸下泥沙淤积的工程措施.试验研究表明:盐灌船闸修建后,下游引航道内的淤积是严重的;利用汛期部分水量由船闸集中放水冲沙,对清除下游引航道的泥沙淤积是有效的;在泄水冲沙同时采用机船拖耙等搅沙措施,能大幅度提高冲沙效率;改斜坡式断面为直立式断面,缩小下游引航道的过水面积,不仅能减少淤积量,而且有利于提高冲沙效率.关键词:潮汐河口;闸下淤积;减淤措施中图分类号:TV143 文献标识码:A 文章编号:1000 1980(2001)06 0030 06在潮汐河口,为了抵御盐水入侵、排泄内涝,常在河口感潮段修建挡潮闸.河口建闸后,改变了河口地区的动力条件,使潮位和潮流过程出现相位差,涨潮历时缩短而涨潮流速加大,落潮历时加长而落潮流速减小,使涨潮带进的泥沙量远大于落潮带出的泥沙量,改变了原有天然情况下的输沙平衡,引起闸下河段的严重淤积[1,2].苏北灌河上段武障河,1976年修建盐东控制工程后,在武障河闸下至东三岔约13km 的河段内发生严重的泥沙淤积.如:1983年11月~1984年4月,闸下河段各断面河床淤高达1.2~ 2.0m;1991年12月~1992年3月,闸下河段4个月平均淤高1.13m.闸下河道的严重淤积不仅影响河道的泄洪排涝,而且对河道通航、沿岸供排水均带来不利影响.本文结合盐灌船闸下游引航道泥沙模型试验,对闸下泥沙淤积和减淤措施进行了试验研究.1 盐灌船闸闸下淤积试验研究1.1 工程概况盐河和灌河是江苏北部地区两大入海河流,拟建的盐灌船闸位于灌河上段武障河闸下,是沟通盐河和灌河航道的交通枢纽,工程位置如图1所示.武障河闸于1976年建成,建闸后,闸下至东三岔河道发生严重淤积,尤其在枯水期节制闸不放水或泄流量很小时,在潮流作用下,闸下河段呈单向淤积趋势,在枯季3~4个月内,闸下河段淤积可达1~2m.在洪水期,闸上有较多的水量下泄时,闸下河段可发生冲刷.该闸下河段冲淤变化的规律为:枯水年淤积,大水年冲刷,在年内为枯水期淤积,洪水期冲刷.盐灌船闸修建后,闸下引航道及与武障河交汇处,会有较多泥沙淤积.为研究工程前后下游引航道口门区的流场特性,探索下游引航道合理的布置形式,预估工程实施后下游引航道内的淤积量及其分布,并探求减少闸下泥沙淤积的工程措施,进行盐灌船闸下游引航道模型试验研究.1.2 模型试验概况本模型上起武障河节制闸上游240m 和拟建盐灌船闸上游240m,下至大圈以下160m,模拟范围约4km,模型全长54m,模型平面比尺为80、垂直比尺为40.模型布置示意图如图2所示.本模型模拟河段属潮汐河道,需模拟出潮汐水流运动和上游节制闸放水过程.在模型上应用一套非恒定流自控、监测及数据采集装置,能自动控制4个口门的流量或水位变化过程,模拟出与天然河道相似的潮汐运动并能同步观测64个流速、32个水位和32个模拟量,将测试数据列表打印出来,动床试验时用搅拌式加第29卷第6期2001年11月河海大学学报JOURNAL OF HOHAI UNIVERSITY Vol.29No.6Nov.2001沙机加沙,用光电测沙仪监测水中含沙量.图1 盐灌船闸附近河势平面图Fig.1 Plain v iew o f river reg ime near YanguanLock图2 模型布置Fig.2 Schematic diagram of the physical model为模拟原型中的悬移质泥沙和河床质泥沙运动,按泥沙沉降相似条件和起动相似条件,选用中值粒径d 50=0.063mm 和d 50=0.099mm 的木粉作模型沙分别模拟悬移质泥沙和河床质泥沙.模型试验分定床试验和动床试验两个阶段进行.定床试验利用原型实测资料对模型进行沿程潮位验证和全潮流速验证,并在模型上的工程部位布点分别观测工程前及设计方案实施后4种典型潮的全潮流速过程,通过工程前后流场资料的对比分析,预估工程对附近流场的影响.为使下游引航道口门区的横向流速满足设计要求值,进行了6种探索方案的试验,提出以口门区回流范围较小和横向流速满足设计要求的长透水导堤方案作为建议方案.动床试验在进行淤积验证、冲刷验证及长历时冲淤验证的基础上,对建议方案分别进行了枯水年、平水年及两种不同频率丰水年的冲淤试验,预估了各典型年在下游引航道内的淤积分布和淤积量.为减少闸下泥沙淤积,还进行了各种减淤措施的试验研究.1.3 动床试验内容及主要成果1.3.1 试验河段冲淤特性分析据武障河闸下河道实测含沙量资料,大潮时,涨潮平均含沙量1.58kg/m 3,落潮平均含沙量0.17kg/m 3;小潮时,涨潮平均含沙量0.39kg/m 3,落潮平均含沙量0.09kg/m 3.由此可见,涨潮含沙量远大于落潮含沙量,大潮含沙量远大于小潮含沙量.据大圈断面输沙量资料统计,大潮落潮输沙量为42.6万kg,涨潮输沙量为513.5万kg,小潮落潮输沙量为18.9万kg,涨潮输沙量为54.2万kg.由此可见:涨潮输沙量远大于落潮输沙量,涨潮带进的泥沙绝大部分将淤积在闸下河道内.据历次地形测量资料分析,武障河闸下河床冲淤变化的规律为:枯水年份淤积,大水年份冲刷,在年内枯水期淤积,洪水期冲刷,冲淤幅度较大.31第29卷第6期徐和兴,等 潮汐河口闸下淤积及减淤措施试验研究1.3.2 动床验证试验利用1997年10月和1997年12月两次地形资料进行淤积验证,利用1996年5月和1996年8月两次断面测量资料进行冲刷验证,利用1996年5月和1997年10月地形资料进行17个月的长历时冲淤验证试验.上述3组动床验证试验表明,模型中各测淤断面的冲淤量与原型相接近,说明模型中的泥沙运动与原型基本相似.1.3.3 工程方案冲淤试验为预估工程实施后各典型年船闸下游引航道内的淤积量和淤积分布,对前述的建议方案分别进行了P =5%、P =10%丰水年、P =50%平水年和P =95%枯水年的冲淤试验.1.3.3.1 P =5%丰水年冲淤试验该年武障河闸6~9月月平均泄流量在120m 3/s 以上,最大月平均泄流量达225m 3/s,全年平均泄流量达84.3m 3/s.在模型上进行6~9月共4个月的冲淤试验,下游引航道淤积后纵剖面如图3(a)所示.由图可见,该年洪季下游引航道淤积主要集中在口门附近的回流区,淤积厚度0.6~0.8m,闸下淤厚仅0.1m 左右,引航道内平均淤厚0.35m.1.3.3.2 P =10%丰水年冲淤试验该年6~8月月平均泄流量在130m 3/s 以上,最大月平均泄流量196m 3/s,全年平均泄流量72.9m 3/s.在模型上进行6~8月3个月的冲淤试验.下游引航道淤积纵剖面如图3(b)所示.该典型年洪季后,引航道口门区淤厚0.6~0.8m,近闸淤厚小于0.1m,引航道内平均淤厚0.25m.图3 各典型年下游引航道淤积纵剖面图Fig.3 Deposition profile of downstream access channel for typical years1.3.3.3 P =50%平水年冲淤试验该年各月武障河闸均有下泄流量,最大月平均泄流量74.7m 3/s,在模型上分别进行6个月、12个月的冲淤试验,下游引航道内淤积纵剖面如图3(c)所示.6个月后,引航道口门区淤厚0.8~ 1.0m,闸下淤厚0.1~0.2m,引航道内平均淤厚0.65m.12个月后,引航道口门区淤厚1.4~1.6m,闸下淤厚0.2~0.3m,引航道内平均淤厚0 94m.32河 海 大 学 学 报2001年11月1.3.3.4 P=95%枯水年冲淤试验该年有4个月武障河闸不放水,2个月泄水流量极小,最大月平均泄流量49.4m3/s,年平均泄流量15.8 m3/s.在模型上分别进行了2个月、4个月、6个月的冲淤试验.下游引航道淤积纵剖面如图3(d)所示.该年泥沙淤积厚度在口门处较多,向闸下逐渐减少,随着时间的加长,引航道内淤积渐增.2个月后,口门区淤厚约0.4m,闸下淤厚小于0.1m,引航道内平均淤厚0.28m;4个月后,口门区淤厚0.8~0.9m,闸下淤厚0.1~ 0.2m,引航道平均淤厚0.63m;6个月后,口门区淤厚1.0~1.3m,闸下淤厚0.2~0.4m,引航道内平均淤厚0.96m.据上述资料分析:(a)引航道内的泥沙淤积量与各典型年的水沙条件有关,枯水年月平均淤厚0.14~ 0.16m,平水年月平均淤厚0.08~0.11m,丰水年洪季月平均淤厚0.08~0.09m.(b)在引航道口门区,由于存在回流,淤积厚度一般较大.尤其丰水年,淤积主要在口门附近.从口门至船闸闸下,淤积量逐渐减少,随着淤积历时的加长,淤积泥沙由口门逐渐向闸下推进.(c)武障河节制闸泄放大流量时对闸下河道的冲刷是有效的,但对减少船闸下游引航道泥沙淤积无明显作用.只有从船闸泄放大流量,方能冲刷下游引航道内的泥沙淤积.2 盐灌船闸下游引航道减淤措施试验研究上述各典型年冲淤试验表明,船闸不放水时,船闸下游有较多的泥沙淤积,只有船闸泄放大流量,使下游引航道内的流速超过淤沙起动流速或扬动流速时才有可能发生冲刷.为维持下游引航道的通航条件,进行了如下减淤措施的模型试验研究.2.1 利用船闸开通泄水冲沙利用武障河闸泄流期间的部分水量由船闸泄放,可对下游引航道内的淤沙进行冲刷.分别对大洪水期、丰水年洪季、平水年洪季和枯水年洪季及枯水季用相应潮位过程(D1,P1,P4,P5,P0)进行冲沙试验,各组试验船闸下泄流量均为200m3/s左右,各组试验冲沙效果见表1.由表1可见,冲沙效果与冲沙期平均潮位有关.冲沙潮型不同,冲沙效果不同,同一冲沙潮型,随开闸时水位差的加大,冲沙效果随之增大.因此,选择低潮位时开闸冲沙有利于提高冲沙效果.2.2 采用拖耙等搅沙措施提高清淤效果沿海挡潮闸下游,在开闸泄水冲沙的同时,采用机船拖带沙耙进行搅沙等措施,使淤沙扬动起来随水流带走,有较好的清淤效果.模拟拖耙搅沙,分别对大水年冲沙、枯水年洪季冲沙及低潮位冲沙3种情况进行清淤试验,清淤效果见表2.表1 冲沙效果对比Table1 C omparison of sediment scouring effect冲沙潮型闸上水位/m开闸时下游水位/m开闸时水位差/m冲沙时间/h模型原型冲沙期平均潮位/m冲刷平均厚度/m冲刷总量/m3冲沙效率/(m3 h-1)D1 2.8 2.80.00.80232 2.330.18792034P12.5 2.50.00.75218 1.590.281232056 2.5 2.00.50.62180 1.410.261144064 2.5 1.5 1.00.43125 1.260.20880070P42.5 2.50.00.75218 1.230.371628075 2.5 2.00.50.63183 1.130.341496082 2.5 1.5 1.00.521510.970.321408093 2.5 1.0 1.50.371080.750.2511000102P52.5 2.50.00.80232 1.150.431892082 2.5 2.00.50.671950.960.411804093 2.5 1.5 1.00.581690.790.381672099 2.5 1.0 1.50.411190.560.3214080118 2.50.5 2.00.30870.350.2611440132P0 2.50.0 2.50.3087-0.190.381672019233第29卷第6期徐和兴,等 潮汐河口闸下淤积及减淤措施试验研究表2 加拖耙后冲沙效果对比Table 2 Comparison of sedim ent scouring effect after dredge scraper agitating冲沙潮型闸上水位/m 开闸时下游水位/m 开闸时水位差/m冲沙时间/h 模型原型冲沙期平均潮位/m 冲刷平均厚度/m冲刷总量/(m 3 s -1)冲沙效果/(m 3 h -1)D 1 2.8 2.80.00.8232 2.330.5624640106P 5 2.5 2.50.00.8232 1.150.6930360131P 02.50.02.50.387-0.190.4620240233试验成果表明,泄水冲沙加拖耙的措施具有较好的清淤效果,该措施可提高冲沙效率,每小时可增加冲沙量40~70m 3.冲沙前后下游引航道纵剖面对比如图4所示.图4 船闸放水冲沙前后下游引航道纵剖面对比F ig.4 C om parison of longtitudinal section before and after discharge scouring2.3 缩小下游引航道断面面积在满足通航条件的前提下,缩小引航道过水断面面积,不仅能减少引航道内的泥沙淤积量,而且能有效地提高冲沙效率.当从船闸泄放相同冲沙流量时,闸下水位为0~2m 时,如将斜坡式断面改为直立式断面,冲沙效率可增加10%~37%,同时随着过水面积的减小,下游引航道的纳潮量相应减少,淤积量也随之减小.3 结 论a.潮汐河口建闸后,改变了闸下河道的动力条件,使涨潮流速大于落潮流速,涨潮带进的泥沙远大于落潮带出的泥沙,使闸下河道发生严重淤积.b.盐灌船闸下游引航道冲淤试验资料表明,在下游引航道内,枯水年月平均淤厚为0.14~0.16m,平水年月平均淤厚为0.08~0.11m,丰水年月平均淤厚为0.08~0.09m.可见建船闸后,下游引航道的淤积是严34河 海 大 学 学 报2001年11月重的.c.闸下减淤措施试验研究表明:利用汛期泄流水量集中冲沙,使泄水期闸下河段流速大于淤沙起动流速,对清除闸下淤积是有效的,冲沙时潮位越低,冲沙流量越大,冲沙效果越好;在泄水冲沙的同时如采用机船拖耙等搅沙措施,能大幅度提高冲沙效率.d.缩小下游引航道的过水断面,改斜坡式断面为直立式断面,不仅能减少淤积,而且有利于提高冲沙效率.参考文献:[1]钱宁.河床演变学[M].北京:科学出版社,1987.504~506.[2]罗肇森,顾佩玉.建闸河口淤积变化规律和减淤措施[A].见:中国水利学会主编.河流泥沙国际学术会议论文集[C].1980.377~386.Sediment Deposition under Tidal Estuary Lock and ExperimentalStudy on Deposition ReductionXU He -xing,X U X-i rong(College o f Water Conservancy and Hydropo wer Engineering,Hohai U niv.,Nan jing 210098,China)Abstract:In combination with model experiments for the Yanguan Lock,sediment deposition is studied and engineering measures for deposition reduc tion are discussed.The research shows that the construction of the Yanguan Lock results in serious sediment deposition,that the use of part of discharge during the flood season to sc our deposition in the accesschannel is effective,and that the combination of flow scouring with machine agitating may help improve sediment scouring efficiency greatly.The change of the slope section to vertical section and the reduction of wetted cross -section may not only decrease deposition but also improve sediment scouring efficiency.Key words:tidal estuary;sediment deposition under lock;measures for deposition reduction35第29卷第6期徐和兴,等 潮汐河口闸下淤积及减淤措施试验研究。
黄河下游河道冲淤分布模式及冲淤特征
２０２４年４月水 利 学 报ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ第５５卷 第４期文章编号：０５５９－９３５０（２０２４）０４－０４６８－１３收稿日期：２０２３－０５－１６；网络首发日期：２０２４－０１－０３网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０１０２．１７０１．００２．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金项目（Ｕ２２４３２１８）；清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室自主课题（２０２３－ＫＹ－０２）作者简介：马子普（１９８８－），博士后，主要从事水力学及河流动力学研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｍａ．ｚｉ．ｐｕ＠１６３．ｃｏｍ黄河下游河道冲淤分布模式及冲淤特征马子普，吴保生，沈 逸，薛 源，覃 超，汪 舸（清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室，北京 １０００８４）摘要：为揭示黄河下游河道的沿程冲淤分布模式及分布特征，对黄河下游１９５２—２０２１年间共７０年的河段实测冲淤量数据进行了系列统计分析。
研究表明：（１）黄河下游河道存在７种沿程冲淤分布模式，其中全线冲刷、全线淤积、上冲下淤、上淤下冲等４种为基本模式。
上淤下冲模式的冲淤临界位置在孙口附近，上冲下淤模式的冲淤临界位置在游荡性河段。
各模式对河道整体冲淤的贡献率存在较大差异，两边冲中间淤模式对冲刷量的贡献率最大，全线淤积模式对淤积量的贡献率最大；（２）１９５２年以来，黄河下游河道沿程冲淤分布模式的变化过程可分为１９５２—１９５９年、１９６０—１９８５年、１９８６—１９９９年、２０００年后共４个阶段；（３）各河段冲淤量大小以０点为中心近似呈偏态分布，冲淤量在多年尺度下具有沿程减小的趋势性特征以及“冲久必淤、淤久必冲”的周期性特征；（４）各河段整体冲淤发生年数差别不大，反映了河道冲淤的平衡趋向性；７０年内淤积于黄河下游河床底部的泥沙有一半左右被冲走，花园口到孙口河段的累计冲淤量接近下游总冲淤量的８成，孙口以下河段很小；（５）全线冲刷模式为小浪底水库运用后下游河道的主要冲淤模式，小花段前期淤积的泥沙基本被冲完，夹高段、高孙段及孙艾段仅冲走了前期淤积泥沙的二到三成。
小浪底水库水沙调控对淤积形态影响的数值模拟
小浪底水库水沙调控对淤积形态影响的数值模拟作者：假冬冬江恩慧王远见邵学军来源：《人民黄河》2022年第02期摘要：水库淤积形态是影响水沙调节效率的一项关键因素。
为优化水库调度方式，采用考虑细颗粒淤积物流动特性的水库淤积形态数值模型，开展了小浪底水库淤积形态对水沙调控响应的模拟分析工作。
研究结果表明：三角洲形态及顶点位置随着水库的运行调控而发生变化，三角洲顶点附近顶坡段的冲淤调整和水库运行低水位与三角洲顶点高程之间存在较明显的关联性，当水库低水位低于三角洲顶点高程时三角洲顶坡段出现冲刷，当水库低水位高于三角洲顶点高程时三角洲顶坡段出现淤积;淤积形态为同等淤积量的锥体时，库区上段受河道边界影响有冲有淤，中下段库区淤积明显，且淤积量较三角洲淤积形态的大;考虑人工清淤措施时，清淤量与水库淤积总量相比占比非常小，因此淤积形态总体变化与不考虑人工清淤时基本类似，仅在清淤疏浚部位及附近局部河段有一定变化。
关键词：淤积形态;水沙调控;数值模拟;小浪底水库中图分类号：TV856;TV882.1文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.02.007引用格式：假冬冬，江恩慧，王远见，等.小浪底水库水沙调控对淤积形态影响的数值模拟[J].人民黄河，2022，44（2）：32-35，44.Abstract： Sedimentation pattern is one of the critical factors， which has great impact on the efficiency of water and sediment regulation in reservoirs. In order to improve the reservoir operation， the responses of sedimentation patterns of the Xiaolangdi Reservoir to water and sediment regulation were simulated by a mathematical model considering the effect of fine-grained sediment deposits movement. The simulation results indicate that the delta sedimentation pattern is adjusted during the process of reservoir operation. The variation pattern of the top of the delta depends on the relationship between the lowest water level of reservoir operation and the top elevation of the delta. Erosion occurs when the lowest water level is lower than the elevation of delta top， otherwise deposition will be occurred. Compared with the delta deposition morphology， the sedimentation volume of cone deposition morphology is larger with the same method of water and sediment regulation. The variation of sedimentation pattern considering dredging in the vicinity of the top of the delta is very small， except for the location of dredging.Key words： sedimentation pattern;water and sediment regulation;numericalsimulation;Xiaolangdi Reservoir基于水庫枢纽工程的水沙关系调节，是保障黄河长久安澜的重要手段，而水库淤积形态则是影响水沙调节效率的一项关键因素。
建闸河口闸下潮波变形数值模拟研究
水 运 工 程
Ｐｒ ｏ ｔ＆ Ｗ ａ ｅｗａ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｔｒ ｙ ｇｎ ｅｉ ｎ
Ｓ ｐ． ｅ ２０１ ２ Ｎｏ ９ Ｓ ｒａ ． ０ ． ｅｉ１ Ｎｏ ４７
第 ９期
总 第 ４ ０期 ７
建 闸河 口闸下 潮 波 变形 数 值 模 拟研 究术
析 和 研 究 ，认 为 潮 波 变形 是 造 成 闸 下 河道 淤 积 的 动 力 因 素 ， 闸 下 引 河 长 度 （ 口到 闸的 距 离 ）不 同 ，潮 波 变形 的特 征 也 有 河 所 不 同 ，淤 积 形 态和 特 征 也 不相 同 。 在 潮 波 变形 概 化 物 理模 型试 验 的 基 础 上 ，建 立 了二 维潮 流 数 学模 型 ，通过 数 值 模 拟 计
ｃ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ ｆｔｄａ ｖ ｅ ｏ ｍａ ｉ ｎ ａ ｅ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｉｆ ｒ ｎｔｒｖ ｒ ｌ ｎｇｈｓ ｄｏ ｈａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓ ０ ｉ １ｗａ ｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｒ ｉ ｒ ｎｔｗｉｈ ｄ ｆｅ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｗｎｓｒ ａ ｆｏ ｄｇ ｔ ｓ Ｏ ｔｅ ｍ ｏ ａ ｅ ，Ｓ ｌ ｔ ｕ ｉ ｌｐｒ ｃ ｓ ｅ ｎｄ ｍｏ ｐｈ ｌ ｙ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｓ ａ ｅ ａ ｓ ｉ ｅ ｅ ．Ａ ｈｅ ｆ ｖ ａ ｏ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｏ ｏｇ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｅ ｒ ｌｏ ｄ ｆ ｒ ｎｔ ｌ ２Ｄ ｍｅ ｉ ａ ｄ ｌｉ ｓ ａ ｉ ｈ ｄ ｎｕ ｒｃ ｌｍｏ ｅ ｓ ｅ ｔ ｂｌｓ ｅ ｔ ｉ ｌｔ ｈ ｉ １ｗａ ｅ ｄ ￣ｒ ｔ０１ｗｉｈ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｅ ｇｈ ｒｖ ｒｄ ｗｎ ｔｅ ｍ ｈ ｏ ｄ ａ ｅ ０ ｓｍｕ ａ ｅ ｔ ｅ ｔｄａ ｖ ｅ ｍａｉ １ ｔ ｉｆ ｒ ｎ —ｌ ｎ ｔ ｉ ｅ ｏ ｓｒ ａ ｔ ｅ ｆ ｏ ｇ ｔ ．Ｔｈ ｈ ｎ ｅ ｆｔｄ ｌ ｌ ｅ ｃ ａ ｇ ｓｏ ｉ ａ
入海感潮河段堵坝对河口淤积特性影响的数值模拟研究
１ 引
言
了径 流 ，整 个 下游 河 道 就 变 成 了盲 肠 河 道 。在 潮 汐
作 用 下 ，河 道 成 为 蓄 潮 区 ，落 潮 时 流 速 较 小 ，时 间
人 海河 流 的 下游 一 般 为 感 潮 河 段 ，在 河 口修 建 水 工建 筑 物 ，如挡 潮 闸 、防洪 排 涝 闸 、堵 坝 等 ，均
型 ，初 步分 析 了 淤 积 的 原 因 ，探 讨 了 河 道 淤 积 规
律。
究 ：窦 国仁 ¨ 通 过 分 析 射 阳河 建 闸前 后 的水 文 条 件 变化 ，指 出河 道 淤 积 原 因 是 由于 涨 潮 带 人 河 道 的 泥 沙远 大 于落 潮 带 出 的 泥 沙 。严 恺 认 为 建 闸前 后 潮 波 的变 形 ，即建 闸 后 涨 潮 历 时 缩 短 流 速 增 大 ，落 潮
ｓ ｅ ｄ ｏ ｈ ｓｕ ｒ Ｓｔ ｅ ｆｏ ｆ ｓ ｏ ｓ ｏ ｌ ｎ ｔ ｕ ｃ ｓ ｉ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｆｔ ｅ ｓ ｄ ｍｅ ｔ ｔ ｎ ｔ ｉ ｋ ｅ ｓ ｆｏ ｔ ｅ ｐ ｅ ｆｔ ｅ ｅ ｔ ａ ｙ ｉ ｏ ｂ ｒ ｍ ａ ｔ ｌ ｗ ａ ｏ ｇ ｗｉｈ ａ ｓ ｃ ｅ ｓｖ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ｈ ｅ ｉ ｎ ａ ｉ ｈ ｃ ｎ ｓ ｒ ｍ ｈ ｔ ｏ
建闸河口闸下淤积模拟研究的开题报告
建闸河口闸下淤积模拟研究的开题报告【摘要】闸口淤积问题严重制约了闸口的运行效率和下游水利工程的安全性。
本研究旨在通过建立闸口闸下淤积模型，探究不同情况下淤积的变化规律，并提出相应的治理措施。
研究选择闸口为对象，采用计算流体力学方法对闸口进行模拟，取得了一定的研究成果。
【关键词】闸口淤积；模拟；计算流体力学；治理措施【引言】随着城市化进程的加速和人们生活水平的不断提高，水资源的需求也越来越大，各地涌现出越来越多的水利工程。
然而，在水利工程建设中，闸口淤积问题难以避免，导致闸口运行效率低下，危及下游水利工程安全。
因此，探究闸口淤积的形成机理以及相应的治理措施，对于确保水利工程的正常运行具有重要的意义。
【研究目的】本研究旨在通过建立闸口闸下淤积模型，探究不同情况下淤积的变化规律，并提出相应的治理措施，为水利工程建设提供参考。
【研究内容】本研究主要内容包括：1、闸口闸下淤积模型的建立：采用计算流体力学方法建立闸口闸下淤积模型。
2、模型验证：通过与实际情况对比验证模型的准确性。
3、淤积变化规律研究：探究不同情况下淤积的变化规律。
4、治理措施探讨：提出相应的治理措施，以减少闸口淤积对工程的影响。
【研究方法】1、计算流体力学方法：采用计算流体力学方法对闸口进行模拟。
2、实测数据法：通过实测数据对模型进行验证。
3、统计学方法：采用统计学方法对淤积变化规律进行分析。
【研究预期成果】本研究预期达到以下成果：1、建立闸口闸下淤积模型并验证其准确性。
2、探究不同情况下闸口淤积的变化规律，为相应的治理措施提供理论基础。
3、提出相应的治理措施，为闸口淤积的治理提供实际指导。
【研究进度安排】本研究预计需要三年时间，具体进度安排如下：第一年：完成闸口闸下淤积模型建立，并进行模型验证。
第二年：探究不同情况下淤积的变化规律。
第三年：提出相应的治理措施，并进行实验验证。
【结论】本研究将为解决闸口淤积问题提供理论和实践上的指导。
同时，本研究所采用的计算流体力学方法，可以为其他水利工程的模拟研究提供借鉴和参考。
甬江建闸后闸下淤积数值分析
甬江 泥 沙 主要 来 自海 域 ， 悬 沙 和底 质 由黏 土 质
粉砂组 成 ， 悬 沙 中值 粒径 为 ０ ． ０ ０ ４～ ０ ． ０ １ ０ ｍｍ， 底 质 中值 粒径 为 ０ ． ０ ０ ８～０ ． ０ ５ ２ ａ ｒ ｍ。
甬江含 沙量 在 夏 、 秋季小 ， 在冬 、 春 季 大 。含 沙 量 在镇 海 弯 道 最 大 ， 向上 、 下 游 逐 渐 减 小 。根 据
如图 １ 所示 ， 姚 江 和奉 化 江 在 宁波 市 区 的 三 江
口汇合 形 成 甬江 ， 然 后往 东 北方 向延 伸 ， 在 镇海 的外
游 山接 人 东海 ， 甬江全 长 ２ ６ ． ５ ｋ ｍ。
三江 口至 镇海 长 ２ ２ ． ０ ｋ ｍ， 有 汇头 、 镇 海 电厂 和
１ 地 形 与水 文 泥沙 特 征
１ ． １ 地 形
水文 泥 沙资 料 分 析 ， 在夏 季， 大 潮 涨 潮 平 均 流 速 为
０ ． ５ ０～ ０ ． ７ ２ ｍ ／ ｓ ， 大潮 落 潮 平 均流 速 为 ０ ． ５ ６～ ０ ． ９ ２ ｍ ／ ｓ ； 在冬季 ， 大潮 涨 潮 平 均 流 速 为 ０ ． ６ ０～ ０ ． ７ ４ ｍ ／ Ｓ ， 大潮 落潮平 均 流速 为 ０ ． ６ ８～ ０ ． ９ ７ ｍ ／ ｓ ； 涨、 落 潮最
Ａ
近年来 ， 由于水 闸 、 桥梁 、 码 头建设 等 原 因 ， 宁 波 市 甬江 、 姚 江 和 奉化 江泥 沙 淤 积 日益 严 重 。为 了减 轻三 江河 道 的泥 沙 淤 积 ， 拟 在 甬江 建 造 挡 潮 闸 。然 而， 甬江 建 闸后 闸下泥 沙 淤积及 其对 镇海 港 区 、 北 仑
港 区 的影 响直接 关 系到工 程 的成败 。
建闸河口闸下淤积问题研究综述
水 运 工 程
Ｐｒ ｏ ｔ＆ Ｗ ａ ｅ ｗ ｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｔｒ ａ ｇｎ ｅｉ ｎ
Ｊｎ ２ １ ａ．０２
Ｎｏ １ Ｓ ｒａ Ｎｏ ４ ２ ． ｅｉ ｌ ． ６
总第 ４ ２６ 期
建 闸河 口闸下淤 积 问题 研 究 综述 木
徐 雪松 ，窦希萍 星 ，张新周 ，陈 ，曲红玲
ｍｅｈｎｓ ｎ ｍｕａｏ ｕ ｙａｈｍｅａｄａｒａ ｎｔｉ ｐｏｌｍ． ｎ ｃｏｓｉ ｕｎｉｇｈ ｉａｉ ｃａｉ ａｄｓ ｌｉｎｓ ｄ ｔ ｏ ｎ ｂｏｄｏ ｓ ｒｂｅ Ｍａｙｆ ｔｒ ｎ ｅｃ ｅｓ ｔｎ ｍ ｉ ｔ ｔ ｈ ａ ｆ ｌ ｎｔ ｈ ｏ
１ａ ｅ ｓ ｍｍａ ｉｅ ｎ ｌ ｄ ｎ ｈ ｉ ａ ｕ ｒ ｎ ， ｈ ｅ ｇｈ ｏ ｒ ａｉ ｎ ｃ ａ ｎ ｌ ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｔ ｒ ｓｏ ｓｕ ｒｎ ｒ ｕ ｒ ｄ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｔ ｌｃ ｒｅ ｔ ｔ ｅ ｌ ｎ ｔ ｆ ｒｉ ｔ ｈ ｎ ｅ ， ｙ ａ ｃ ｆ ａｕ ｅ ｆ ｔ ａ ｉ ｅ ｚ ｄ ｉ ｇ ｏ ｅ ｎ ， ｈ ｙ ｅ ｆｒ ｅ ｓｄ ｗ ｓｒ ａ ｓｕ ｃ ｓ ｌｃ ｔ ｎ ｏ ｌ ｉ ｅ ， ｔ ． ｈ ｅｅ ｔ ｘ ｓｉ ｇ ｉ ｈ ｒ ｖｏ ｓ ｓ ｄ ｔ ｔ ｅｔ ｐ ｓｏ ｖ ｒ ｏ ｎ ｔ ｍ ｌ ｉ ｅ ， ｏ ａｉ ｆ ｕ ｃ ｓ ｅ ｃ Ｔ ｅ ｄ ｆ ｃｓ ｅ ｉｔ ｎ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉ ｕ ｔ ｙ ｉ ｅ ｏ ｓ ｎ ｕ ａ ｔ ｔｄ ａ ｄ ｓ ｇ ｅ ｔ ｎ ｒ ｉｅ ｅｄ ｒ ｃ ｉ ｎａ ｄ ｍｅｈ ｄ ｆ ｕ ｕ ｅｓｕ ｙ ｓｒ ｅ ｎ ｕ ｇ ｓｉ ｓａ ｅｇｖ ｎｔ ｔ ｉｅ ｔ ｎ ｔ ｏ ｓｏ ｔ ｒ ｔ ｄ ． ａ ｏ ｏｈ ｏ ｆ
我国建闸河口闸下淤积问题及其对策
比选 原 则
在 总结 了我 国沿海 地 区 建 闸河 口 清淤 技术的 基础 上
破 清 淤 以及对 闸 门 进行 优 化 调
、
气动 清 淤 和 爆
最 后 给 出 了我 国几 个建 闸 河 口 综合 整 治
的 实例
。
由于 我 国建 闸河 口 众 多 环 境 因 素 各 异
, ,
从理 论 上分析 了建 闸河 口 建 闸前 后
、
并根 据 建 闸实 践 分析 了影响河 口 闸 下 淤积 的泥 沙
,
海岸 和 径流
。
指 出海 相 来沙 是 闸下 淤 积 的主 要来源
不 平 衡输沙 是 闸下 淤积 的 基本原 因
,
在综合分 析我 国 建 闸河 口 闸 下 淤积的基础上
将建 闸 河 口 的 闸 下 河段 分为 淤 积 段
叨丫 舜 犷
卒 刀
一巧 厅
・
厦
我 国建 闸 河 口 闸下 淤积 问题及 其对 策
张金 善
,
黄建 维
,
罗肇森
,
,
辛文杰
水 资源 与水 利 工 程国家重点实 验 室 交通 部航 道工 程泥 沙重点 实验 室 南 京水利科 学研 究 院
南京
摘
要
,
本 文 系统 论 述 了 我 国 建 闸 河 口 的 回淤现 状 和 特 点 水动 力 及泥沙 过 程 的 变 化 等因 素
、
分析 了 闸 下河 道淤 积特 点 和 冲 淤 形 态
,
,
平 衡段
,
、
冲刷段
并论 述 了各段 的 分布变 化
、
。
根 据 我 国 在建 闸 河 口 治 理研 究的 经验 施
川水港闸闸下港道泥沙淤积治理措施探讨
沿海挡潮 闸闸下港道严重淤 积直 接影响到防洪工程正常
性 能 和 经 济 效 益 的发 挥 ，要 提 高 港 闸 防 洪 性 能 水 平 ，一 方 面
摘
要 ：在对江苏省沿海三市 ６ 余条河流挡潮闸工程存在严重泥 沙淤积 问题进行简单 归纳总结后 ，结合川水港闸 ０
工程概 况 ，对 闸下港道泥沙淤积减淤、清淤等治理技术措施进行 了详细分析研究 。 关键词：川水港闸 ；闸下港道 ；泥沙淤积 ；减淤 ；清淤
中图 分 类 号 ： Ｔ ６ Ｖ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ － ９ ３ （ ０ ２ ７０ ３ － ２ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０ － １ ６ ０
３ 翻 水 及 利 用 降 雨 冲 淤 ．
加强水 闸运维技术人 员技能水平培训力度 ，有效提高运
维 人 员 的综 合 操 作 技 能 水 平 。结 合 水 闸运 营 实 际情 况 ，制 定
一
套科学合理 、切 实可行 、系统完善 的闸门运行调度方案 ，
如 ：通 过 在 不 同淤 积 形 态 下 调 节 不对 称 开 启 闸 门的 开 启 度 、
于条件允许情 况下 ，可以考虑修建船坞等设施 ，或者禁 止闸
下 停 靠 船 只 ，确 保 船 舶 安 全 ，为 充 分 利 用 落 潮 差 来 起 到冲 淤 减 淤 效 果 创 造 良好 条件 ，增 强 冲 淤 动 力 。另 外 ，还 要 充 分 结 合 工 程 现 有 的 动力 清淤 机 械 设 备 ，采 取 水 力 冲 刷 减 淤 与 机 械 清 淤 等 方 法 相 结 合 ，有 效 提 高 川 水 港 闸 下 清 淤效 率效 果 。
涝 、 控 制 上 游 东 台河 水 位 和 排 咸 引淡 ，结 合 平 潮过 船通 航 。 在 工 程 控 制 运 用 上 ，汛 期 及 时调 度挡 潮排 涝 ，非汛 期 及 时 蓄 淡 导 咸 ，满 足 东 台河 沿 线 农 业灌 溉 用 水 要 求 ，充 分 发 挥 了水 利 工 程 的 经 济 和 社 会 效 益 ，但 是 这 样 势 必 会 导 致 下 泄 径 流 量
26建闸河口闸下淤积问题研究综述
2012 年 1 月第 1 期 总第 462 期水运工程Port & Waterway EngineeringJan. 2012No. 1 Serial No. 462河口区是河流与受水水体的接合地段，受水水体可以是河流、湖泊、水库和海洋，通常我们提及的河口多指潮汐河口，即陆域下泄的淡水与海域随潮上溯的海水的交汇区域，该区域内兼有河流与海洋两种力量及叠加后的动力因素，情况十分复杂。
从世界范围内来看，辽阔的河口地区大都是人口稠密、工农业生产特别发达的地方。
我国包括台、琼及其他一些大岛在内的长达21 000 km 左右的海岸线上分布着大小入海河口1 800余个[1]，河口地区工农商业繁盛、交通便利，是我国经济最发达的地区。
但是，人类活动也在相当程度上干预了河口地区的自然环境，出现了水域污染、农业灌溉、土地盐碱化等一系列问题。
因此，河口的治理、保护和开发在国民经济中占有十分重要建闸河口闸下淤积问题研究综述*徐雪松1，窦希萍1，陈 星2，张新周1，曲红玲3（1. 南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210024；2. 河海大学，江苏 南京 210098；3. 江苏省交通规划设计院有限公司，江苏 南京 210005）摘要：挡潮闸作为河口治理的一项重要措施，在我国广泛采用。
河口建闸在为河口地区的经济发展做出积极贡献的同时也带来了严重的闸下泥沙淤积问题，限制了河口资源的综合利用。
介绍我国建闸河口闸下淤积情况，并阐述国内外学者针对闸下淤积问题进行的机理探讨和模拟研究。
总结出影响闸下淤积形态的多个因素，包括潮流作用、闸下引河长度、河口泥沙的动力特性、闸下港道类型以及建闸位置等。
提出以前的研究中存在的缺陷并针对性地建议今后的研究方向和研究途径。
关键词：建闸河口；闸下淤积；影响因素中图分类号：TV 148 文献标志码：A 文章编号：1002-4972(2012)01-0116-06收稿日期：2011-07-01*基金项目：水利部公益性行业科研专项（200801016）；国家自然科学基金（51079088）作者简介：徐雪松（1987—），男，硕士研究生，研究方向为港口、海岸及近海工程。
里下河地区排涝人海通道淤积类型分析
鬏防汛与抗旱 ｌ
里下河地区； 涝入海通道淤积类型分析 ｉ Ｅ
杨 军 张领见 季 红飞 许 志刚
里下河地区地处淮河流域 ＾ 尾闯、 入 长 江 。多 年 来 “ 海 四 港 ” 海 相 泥 积泥沙的可行性。“ 海 沿 受 沿海四港” 闸下均为
例在 ７ ％左右 ，其余涝水主要靠 里下 引江冲淤及改善水环境试验” 主要工 主要入 海通 道 ，其 中射 阳河闸下港道长 Ｏ ， 河地区南部 的江都 、高港等站抽水排 作是分析引长江水冲刷“ 沿海四港 ” 淤 １ ４ ｍ， ５１ｋ 平均断 面 ７ ４ ｚ新洋港 闸下港 ６ｍ ；
时、 有效运 用 ， 保证了灾区群 众生命财
由 表 １ 以 看 出 ，９ ４年 前 ， 可 １５ 港 闸后 ，闸下河道 的潮 波变 形并使涨潮流
风特征 ，在每年的 ６ ７月间该地 区常 道是 自然状况 ，基本上是天然形成 的 速大于落潮流速 。涨潮潮流往往携带较 、
出现连绵阴雨天气 ，多雨年份甚至 出 冲 刷 和 淤 积 平 衡 ， 排 涝 能 力 为 多泥沙进入河道 直至闸下 ，而落潮潮流 现持续性强降雨天气。里下 河地 区特 １９ ｍ％。 ９ ６年射 阳河 闸建 成 、９ ７ 时 间较长 、 ２２ １５ １５ 流速较低 ， 无法将涨潮带 来的 殊的地理环境 ，加上近年来滞涝水 面 年新洋港 闸建成 ，两 闸累计设计排涝 泥 沙全 部带 离闸下河 道 ，这样就造成 闸 被大量侵 占，极易造成 小洪水 、大峰 能力达 ７０ ，至 １６ ７ ７ｍ ９ ５年 ，射 阳 下河道 的淤积。因此 ， 研究 冲淤效果并制
江苏省中东
， 面
河 ２ 万 ｋｎ ２ ｒ ｏ其 沙淤积影响 ，工程排涝能力损失均较 泥质河 口， 口的泥沙物质较 细小松软 ， ￣
径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制
第34卷第4期2023年7月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCEVol.34,No.4Jul.2023DOI:10.14042/ki.32.1309.2023.04.011径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制朱博渊1,2,刘凌峰1,2,李江夏1,2,程永舟1,2,胡旭跃1,2(1.长沙理工大学水利与环境工程学院,湖南长沙㊀410114;2.水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南长沙㊀410114)摘要:为探究水库调平径流过程下长江口多分汊系统冲淤规律,根据1950 2021年水沙㊁地形和工程资料,拟定径流强度指标(D a ,60000m 3/s 以上流量多年平均持续天数)㊁追踪滞流点位置和按航道疏浚还原北槽冲淤量辨析长江口冲淤分布差异和动力机制㊂结果表明:D a 越大,越利于北部和南部汊道落潮分流比增大和减小,促进北部汊道冲刷加剧㊁淤积减缓和南部汊道淤积加剧㊁冲刷减缓,且利于北部和南部汊道淤积重心向下游和上游移动;冲淤差异受水流惯性和南岸节点挑流驱动,径流流量变化使得落潮主流北偏或南偏,形成南北汊道横向和纵向冲淤的联动机制;随着径流过程持续坦化,长江口北部汊道整体和上段将维持淤积加剧或冲刷减缓趋势㊁下段将维持冲刷加剧或淤积减缓趋势,南部汊道冲淤趋势相反;北槽滞流点在上下段间迁移的临界径流流量为35000m 3/s,未来上段淤积可能增强,建议适时调整航道维护区段㊂关键词:冲淤分布;多分汊系统;径流坦化;深水航道;滞流点;长江口中图分类号:TV147㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2023)04-0585-14收稿日期:2023-03-14;网络出版日期:2023-07-26网络出版地址:https :ʊ /kcms2/detail /32.1309.P.20230726.1139.002.html 基金项目:国家自然科学基金资助项目(52209079);湖南省教育厅科学研究项目(20B021)作者简介:朱博渊(1989 ),男,湖南张家界人,讲师,博士,主要从事水力学及河流动力学研究㊂E-mail:boyuan@潮汐分汊河口处于流域与海洋交汇区,其冲淤演变与沿海城市防洪㊁航运及土地资源利用密切相关[1-3]㊂近70a 来流域兴建水库,显著改变潮汐分汊河口上游水沙边界条件,使得潮汐分汊河口呈现不同的冲淤演变过程㊂研究表明,水库拦蓄泥沙导致年入海沙量减少,使得潮汐分汊河口水流挟沙次饱和,造成冲刷[4-5]㊂水库拦蓄径流导致年入海径流量减少,对潮汐分汊河口的影响通常分为2种情况:一是导致河口水流挟沙能力降低,引发淤积[6];二是导致河口涨潮流相对增强,既可能将更多口外泥沙扫入河口产生淤积[7],也可能受增强的涨潮流作用而冲刷[8]㊂流域水库除改变年入海水沙总量外,也调节入海径流年内分配过程[9-10],径流过程变化下潮汐分汊河口冲淤演变如何响应,当前关注较少㊂长江口是亚洲第一大河口,呈多级分汊形态,围绕长江流域水库建设对长江口冲淤影响问题已有大量研究成果㊂长江上游梯级水库群建设对年入海径流量改变不大,但大幅减少年入海沙量,使得长江口水下三角洲㊁前缘潮滩和南支至长兴岛尾部区域由淤转冲[2,11-12]㊂同时,水库调平入海径流年内分配过程,使得洪水流量持续时间减少㊁中枯水流量持续时间增多[13],洪水动力减弱导致涨潮流向口内输沙增强,对长江口整体和拦门沙区域维持淤积有利[13-14]㊂然而,潮汐分汊河口冲淤演变的主要特征表现为径潮交互作用下汊道间横向冲淤交替和泥沙沿各汊道纵向输移㊁堆积[15-17],径流过程调平对长江口多分汊系统内横向和纵向冲淤作用如何,缺乏研究㊂径流过程调平已使得长江中下游分汊河道的洪水汊呈淤积萎缩趋势㊁枯水汊呈冲刷发展态势[18-19],亟待研究径流过程调平对科氏力作用下长江口 南兴北衰 演变模式[20]的影响及造成的各汊纵向冲淤特征㊂本文根据1950 2021年长江口日均径流流量系列㊁日均流域来沙量系列㊁汊道落潮分流比㊁落潮流量㊁流场分布㊁沿程潮位㊁滞流点位置㊁深水航道疏浚量和汊道地形等资料,分析不同径流强度下南北汊道及各汊内上㊁下游区段的冲淤差异,揭示多分汊系统内横向和纵向冲淤联动机制,预测冲淤趋势㊂研究成果以期586㊀水科学进展第34卷㊀为深水航道治理㊁长江口综合治理和长江上游大型梯级水库优化调度提供参考㊂1㊀研究区域与方法1.1㊀研究区域概况长江口东西长180km,南北宽6~90km,呈 三级分汊㊁四口入海 形态格局,崇明岛处分为南北支,南支在长兴岛和横沙岛处分为南北港,南港在九段沙处分为南北槽(图1)㊂图1㊀研究区域示意Fig.1Outline map of the study area长江口年径流量约9000亿m3(1950 2021年),多年变化不大(图2(a)),但径流年内分配过程受流域梯级水库调度而坦化(图2(b))㊂以三峡水库蓄水时间为界,从蓄水前(1950 2002年)到蓄水后(2003 2021年),洪水(大通站流量Q>50000m3/s)和枯水(Q<10000m3/s)流量级多年平均持续天数分别由34d 和36d减少为24d和2d,中枯水(10000<Q<20000m3/s)流量级多年平均持续天数由94d增加为136d (图2(b))㊂受长江上游水土保持活动影响[21-22],长江年入海沙量自20世纪80年代中期开始显著减少,三峡水库蓄水后减少幅度更为明显(图2(a)),蓄水前和蓄水后多年平均输沙量分别为4.25亿t和1.32亿t (图2(a))㊂长江口径流变差大,历史最大洪峰流量为91800m3/s(1954年8月1日),最小流量仅为6300m3/s(1963年2月20日),相差近15倍,为多分汊系统内主流摆动提供了动力条件㊂长江口为中等潮汐河口,口门处多年平均潮差为2~3m,多年平均流速为1m/s,潮流一天内两涨两落,但涨潮流量和潮差在年际尺度变化不大[13]㊂长江口工程众多,其中北槽深水航道工程㊁北支围垦工程和北港青草沙水源地工程(图1)对汊道演变产生重要影响㊂北槽深水航道工程1998年开工,一期工程起止时间为1998年1月至2001年6月,二期工程起止时间为2002年5月至2004年12月,三期工程起止时间为2006年9月至2010年3月,一㊁二期工程内容包括双导提㊁丁坝建设和疏浚,三期工程主要为疏浚(图1)[23-24]㊂北支围垦工程1958年开始实施,显著缩窄了河床边界(图1)[25-26]㊂北港青草沙水库2007年开始建设,位于北港进口段,束窄了进口边界(图1)[2,27]㊂㊀第4期朱博渊,等:径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制587㊀图2㊀大通站水沙多年变化过程Fig.2Multi-year variation in water and sediment fluxes at Datong station1.2㊀数据处理与研究方法1.2.1㊀径流强度指标大通水文站为长江干流最后一个具有长期水沙观测资料的站位,且大通以下无较大支流入汇(图1),以其1950 2021年水沙系列代表流域进入长江口的水沙过程㊂统计大通站洪水流量级各时段多年平均持续天数,以衡量径流对长江口冲淤作用强度,考虑到长江口造床流量为60400m3/s[15],以60000m3/s以上流量多年平均持续天数(D a)为统计对象㊂1.2.2㊀滞流点位置滞流点附近是泥沙集中落淤区域,其位置迁移影响长江口汊道纵向冲淤,具体定义为在一个全潮过程中河槽水流近底层涨落潮净流程为0的点[28-29],用方程表示如下:S=ʏT0v d t=0(1)式中:S为一个全潮过程中河槽水流近底层某点净流程,m;v为该点t时刻的流速矢量,m/s;T为一个全潮周期,s㊂本文主要关注南北槽滞流点位置,不同时间滞流点位置及对应大通站流量和中浚站潮差来源于文献[30-33]㊂1.2.3㊀地形处理汊道冲淤变化分析涉及多套水下地形测图,其中,北支测图年份为1978年㊁1991年㊁1998年㊁2001年㊁2007年和2013年,南支测图年份为2002年㊁2007年㊁2013年和2017年,北港测图年份为1997年㊁2002年㊁2007年和2013年,南港测图年份为1997年㊁2002年和2007年,北槽和南槽测图年份为1997年㊁2002年㊁2007年㊁2013年和2017年㊂地形测图比尺范围为1ʒ10000~1ʒ120000,测点密度范围为37~171个/km2,588㊀水科学进展第34卷㊀对应空间点距范围为80~150m㊂对地形测图进行数字化,投影坐标系统为北京54坐标系,并将高程基准面统一为理论最低潮面㊂采用克里金空间插值法对数字化后地形测点进行插值,生成连续地形,以计算汊道冲淤速率,对应网格分辨率根据测点平均密度取为100m ˑ100m㊂此外,还从各套地形中提取和从文献[34-37]中收集汊道深泓高程㊂表1㊀北槽冲淤速率还原计算数据Table 1Data for restoration calculation on erosion-㊀㊀㊀deposition rate in North Passage 单位:亿m 3P E D 1997 2002年-1.928 1.0692002 2007年 1.1311.9712007 2013年-5.267 5.1452013 2017年-2.936 3.460北槽于1984年开辟航道以来,以年疏浚量0.12亿m 3维持航深和航宽,1998年实施深水航道工程后,疏浚量显著增大[2]㊂根据北槽各年疏浚量[2,38-39],对北槽冲淤速率还原如式(2),式中各参数取值见表1:V =E +D AP(2)式中:V 为还原后北槽冲淤速率,m /a;E 为根据某2a 地形直接计算得到的北槽冲淤量,m 3;D 为该2a 之间北槽总疏浚量,m 3;A 为计算区域面积,A =349.2km 2;P 为相邻2套地形的时间跨度,a㊂2㊀汊道冲淤分布差异2.1㊀横向冲淤差异表2显示,除北支2001 2007年及2007 2013年㊁南支2002 2007年及2007 2013年和南槽19972002年及2002 2007年外,长江口南北汊道横向冲淤差异主要取决于D a ,D a 越大,北部汊道(北支㊁北港㊁北槽)落潮分流比越大,相应冲刷/淤积速率越大/越小㊁或由淤转冲㊁或冲刷/淤积速率大于/小于南部汊道;南部汊道(南支㊁南港㊁南槽)规律则相反㊂此外,南槽冲淤还受口外风暴潮影响,2002 2007年㊁2007 2013年和2013 2017年3个时段对比,D a ㊁南槽落潮分流比和冲淤速率取值虽符合南部汊道规律,但D a 均维持低值㊁落潮分流比均维持高值条件下,南槽均维持淤积,原因为3个时段内发生的系列风暴潮携带口外泥沙进入南槽[13-14]㊂表2中,V 正值代表淤积㊁负值代表冲刷,北槽冲淤速率为根据航道疏浚还原后的结果;λ为汊道落潮分流比,定义为各级分汊中某汊落潮流量占两汊落潮流量之和的比例㊂表2㊀长江口汊道V 与D a ㊁λ对应关系Table 2Relationship among V ,D a and λin branching channels of Yangtze Estuary时段北支D a /d λ/%V /(m㊃a -1)时段南支D a /d λ/%V /(m㊃a -1)时段北港D a /d λ/%V /(m㊃a -1)1978 1991年60.270.0721991 1998年26 3.660.0502002 2007年4110.300.0361997 2002年2952.17-0.131**** ****年36 3.66-0.0062007 2013年5110.30-0.0132002 2007年449.120.0552001 2007年3-10.300.0282007 2013年5-10.30-0.0372013 2017年996.48-0.0072007 2013年551.910.006时段南港D a /d λ/%V /(m㊃a -1)时段北槽D a /d λ/%V /(m㊃a -1)时段南槽D a /d λ/%V /(m㊃a -1)1997 2002年2947.83-0.1241997 2002年2954.83-0.0411997 2002年2945.17-0.0292002 2007年448.480.1482002 2007年451.520.0792002 2007年450.88-0.0182007 2013年542.87-0.0052007 2013年557.130.0112013 2017年943.630.0302013 2017年956.370.068㊀第4期朱博渊,等:径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制589㊀2.2㊀纵向冲淤差异表3显示长江口南北汊道深泓分段平均高程变化过程(各汊分段剖分情况见图1),可以看出,除北支各时段和南支1998 2002年外,长江口南北汊道内部纵向冲淤差异主要取决于D a,随D a增大,北部汊道(北支㊁北港㊁北槽)上段冲刷速率增大或淤积速率减小㊁下段冲刷速率减小或淤积速率增大,从而淤积重心向下游移动;南部汊道(南支㊁南港㊁南槽)规律则相反㊂南北槽纵向冲淤还受深水航道整治工程和口外风暴潮影响:北槽2007 2010年深泓受深水航道三期工程疏浚(图1)影响显著降低,2010 2019年深泓受南坝田挡沙堤加高工程实施㊁航道疏浚量减小和流域减沙[36,40]影响变幅明显减小;南槽1997 2002年λ较小,但该时期北槽上段丁坝(图1)增强了南槽落潮动力,使得深泓整体冲低㊁集中于中上段(Ⅰ Ⅱ),2002 2007年下段深泓(Ⅲ)受口外风暴潮掀沙影响[13-14]有所冲低㊂表3㊀长江口南北汊道深泓分段平均高程变化Table3Variation in segment-average thalweg elevation in branching channels of Yangtze Estuary年份北支D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ年份南支D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ1978年1991年1998年2001年2007年2013年62636350.273.663.66-10.30-10.30-8.80-10.13-10.05-8.80-6.25-6.28-6.16-5.15-6.70-5.63-6.00-7.95-6.81-5.55-7.10-6.91-6.99-8.741998年2002年2007年2010年2018年3249996.69110.3096.7296.61-23.86-32.43-33.48-32.05-39.70-29.21-30.83-22.66-24.73-33.71-12.25-20.80-20.43-24.10-25.71年份北港D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ年份南港D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ1997年2002年2007年2013年294552.1749.1251.91-14.92-11.78-7.85-15.52-13.48-7.83-15.00-12.33-8.38-16.25-9.77-5.701997年2002年2007年2019年294747.8350.8848.15-16.77-14.95-14.15-15.87-19.75-12.88-17.83-17.13-14.13-15.94-16.85-13.00年份北槽D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ年份南槽D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ1997年2002年2007年2010年2019年29491054.8348.4843.2443.13-10.00-9.18-8.08-11.35-9.60-9.00-10.48-10.46-11.03-12.88-13.09-13.58-12.69-12.39-12.611997年2002年2007年2013年294545.1751.5257.13-7.75-9.25-9.86-10.30-6.78-7.45-6.76-6.23-6.50-6.65-7.23-5.372.3㊀冲淤分布动力机制2.3.1㊀横向和纵向冲淤联动机制图3显示,长江口北支㊁北港㊁北槽落潮分流比均随径流流量增大而增大,南支㊁南港㊁南槽落潮分流比均随径流流量增大而减小㊂原因在于2个方面:一是落潮流自身惯性,在长江口 南兴北衰 自然模式下,590㊀水科学进展第34卷㊀南部汊道河底地形普遍较北部汊道低[20],落潮流量越大水流惯性越大,流路趋直,利于北部汊道分流,落潮流量越小水流惯性越小,受地形束缚明显,水流更易进入南部汊道;二是长江口南岸沿线有若干节点[15],落潮流量越大,越利于节点将落潮主流挑向北部汊道㊂图3提供了南北汊道落潮分流比与径流流量(Q)和潮差(T0)的拟合关系,图中潮差均根据3条港潮位站(图1)观测潮位求得,3条港潮位站靠近口门,可近似代表口门处潮汐动力㊂以下3个方面的检验结果反映出拟合方程的可靠性:①相关系数(R2)均在0.6以上(甚至大于0.9)㊂②方程表明北支㊁北港㊁北槽落潮分流比均随径流流量增大而增大㊁随潮差增大而减小;南支㊁南港㊁南槽落潮分流比均随径流流量增大而减小㊁随潮差增大而增大㊂③自南北支至南北槽,径流流量和潮差贡献权重(W Q㊁W T0)分别减小和增大(注:贡献权重为Q或T0前系数绝对值与两变量前系数绝对值之和的比值)㊂图3㊀长江口各汊道λ随Q和T0变化特征Fig.3Variation inλwith runoff discharge(Q)and tidal range(T0)for branching channels of Yangtze Estuary 综合南北汊道落潮分流比对径流流量和潮差变化的响应关系,汊道冲淤有如下联动机制:径流流量大时,各分汊口由南向北的横向水位差大㊁落潮主流向北部汊道偏转(图4(a)),北部汊道落潮分流比大㊁落潮动力强(图4(a)㊁图4(b)),涨潮动力则相对减弱(图4(b)),增强的落潮动力使得北部汊道冲刷加剧或淤积减缓,且由于上段迎流顶冲,冲刷加剧或淤积减缓集中在上段,下段则受涨潮流顶托和上段冲刷泥沙补给而淤积加剧或冲刷减缓,导致淤积重心位于下段(图4(b));南部汊道落潮分流比小㊁落潮动力弱(图4 (a)㊁图4(b)),涨潮动力则相对加强(图4(b)),增强的涨潮动力顶托落潮流㊁减小落潮流速的同时,也带入口外泥沙,使得南部汊道淤积加剧或冲刷减缓,且由于下段涨潮流强劲㊁迎流顶冲,冲刷加剧或淤积减缓集中于下段,上段则受落潮流顶托和下段冲刷泥沙补给而淤积加剧或冲刷减缓,导致淤积重心位于上段㊀第4期朱博渊,等:径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制591㊀(图4(b))㊂径流流量小时,南北汊道冲淤规律相反(图4(a)㊁图4(c))㊂(注:图4(a)中2004 2007年洪季和枯季落潮流量㊁落潮分流比㊁流场分布和沿程潮位资料来源于上海河口海岸科学研究中心水文原型观测资料汇编,同一种颜色的流速箭头或数字代表同一时段资料)图4㊀长江口南北汊道横向和纵向冲淤联动机制Fig.4Linkage mechanism of lateral-longitudinal erosion-deposition pattern between north andsouth branching channels of Yangtze Estuary2.3.2㊀特定汊道问题北支整体冲淤:2007 2013年D a值较小,相比前一时段无明显增大;λ值与前一时段相同,但由前一时段淤积变为该时段冲刷(表2),与围垦工程有关,2001年以前围垦集中于北支上段,2001年以后分布于北支整段(图1),显著束窄了河床边界㊁增强了河槽内涨潮动力,使得2007 2013年涨潮优势流更为明显[26],涨潮流从北支下段冲起大量泥沙(表3),造成北支整体冲刷㊂北支纵向冲淤(表3):1978 1991年D a和λ值较小,淤积重心位于中下段(Ⅱ Ⅲ);1991 1998年D a 值较大,λ值相应增大,淤积重心位于上段(Ⅰ);1998 2001年D a值进一步增大,λ维持较大值,淤积重心仍位于上段(Ⅰ)㊂以上冲淤过程㊁特别是2个洪水时段的冲淤特征与2001年以前北支上段实施的围垦工程有关,围垦对上段具有显著促淤效应(图1)㊂2001 2007年D a值大幅减小,λ变为负值,即倒灌南支,淤积重心位于中下段(Ⅱ Ⅲ),与2001年以后北支下段围垦工程促淤效应有关(图1);2007 2013年D a维持小值,λ维持负值,淤积重心位于上段(Ⅰ),原因在于该时期北支上下段围垦工程均基本完成,束窄河道边界(图1),对涨潮动力具有强化作用[26],且该时期径流动力较弱,使得北支倒灌南支,中下段床面泥沙被强劲的涨潮流冲起携往上游㊁利于上段淤积㊂南支整体冲淤:2002 2007年与2007 2013年2个时段D a和λ均相当,前一时段淤积原因为受北支倒灌泥沙(表2)和上游河段河床质推移补给影响[22,41],后一时段尽管也有北支倒灌泥沙补给(表2),但流域来沙量进一步减小,由前一时段的1.78亿t/a变为后一时段的1.31亿t/a,上游河段可供给河床质数量也明显减少[22,41],故造成冲刷㊂南支纵向冲淤:1998 2002年,D a较大,λ较小,南支深泓整体冲低(表3),淤积重心位于下游河道内㊂该时段受流域特大洪水影响[13],虽然南支λ较小,但落潮分流量绝对值大,将淤积重心推往下游㊂南槽整体冲淤:1997 2002年发生冲刷(表2),不仅与该时段流域大洪水有关[13],也受北槽上段丁坝工程(图1)增强南槽落潮归槽动力[42]的影响;2002 2007年淤积(表2),则因为该时段径流流量偏枯,南槽λ虽有所增大,但落潮分流量绝对值小,口门附近涨潮动力则相对大幅增强,增强的涨潮流和风暴潮从592㊀水科学进展第34卷㊀口外携带泥沙补给南槽[13-14]㊂2.4㊀冲淤分布变化趋势图5显示,在长江口自身 南兴北衰 演变模式[20]和流域水库共同影响下,除河口工程作用时段外,北部汊道λ和河槽容积(C )呈减小的历史过程,南部汊道相反,三峡水库蓄水以后更为明显(南北港λ受北港进口青草沙水库影响[27]除外)㊂与此同时,北部汊道(北支㊁北槽)和南部汊道(南支㊁南港㊁南槽)淤积重心分别呈上移和下移的历史过程[26,43-46]㊂具体对比南北汊道兴衰交替与流域水库建设时间节点(表4),可识别出较好的同步对应关系,进一步说明流域水库的作用㊂图5㊀长江口各汊道λ和C 多年变化过程Fig.5Multi-year variation in λand C for branching channels of Yangtze Estuary表4㊀长江口南北汊道历史演变事件和流域水库建设的对应关系Table 4Conincidences between channel evolution events in Yangtze Estuary and river-dam constructions汊道演变过程与水库建设对应关系北支形成以后超过400a 作为长江口主汊存在,之后小幅淤积并变为支汊,1950s 以后显著淤积[41]1950s 从小幅淤积到显著淤积的转变与流域初期水库建设时间一致白茆沙南北水道形成以后40a 里分别呈萎缩和发展态势,1950s 以后两汊冲淤态势扭转[47-48]1950s 两汊冲淤态势扭转与流域初期水库建设时间一致南北槽形成以后50a 里分别呈萎缩和发展态势,2003年以后两汊冲淤态势扭转[15,38]2003年两汊冲淤态势扭转与三峡水库蓄水时间一致㊀第4期朱博渊,等:径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制593㊀㊀㊀对三峡水库蓄水前后2个时段大通站流量过程进行统计,得到D a多年平均值分别为11d和8d,且60000m3/s以上各流量范围多年平均持续天数均显著减少(图2(b)),说明三峡水库和上游大型梯级水库对径流过程 削峰补枯 调平效应明显㊂随着长江上游大型梯级水库相继运行㊁协防三峡水库,长江口径流过程坦化趋势将得以维持[21]㊂根据南北汊道λ与径流流量关系(图3),北部汊道λ将继续呈减小趋势,汊道整体将呈淤积加剧或冲刷减缓趋势,淤积重心将呈上移趋势;南部汊道λ将继续呈增大趋势,汊道整体将呈冲刷加剧或淤积减缓趋势,淤积重心将呈下移趋势㊂3 对深水航道整治的启示图6(a)显示,南槽滞流点(图6中南槽和北槽滞流点起始位置分别为南槽进口和横沙水文站)随大通站流量增大逐渐移向下游,若同时考虑潮差㊁汊道水深,则可建立较好的定量关系,据此可预测各时间尺度的滞流点位置[28]㊂北槽滞流点位置则不随大通站流量逐渐变化,而是存在临界流量35000m3/s,当流量小于该临界值时,滞流点位于上段;当流量大于该临界值时,滞流点位于下段(图6(b))㊂北槽滞流点活动特征与北支类似,北支受上口分流显著减小和河槽萎缩影响,径流流量超过某个临界值,滞流点显著下移[29],北槽滞流点位于上段时多为枯季㊁位于下段时多为洪季(图6(b)),也体现出流域大洪水对滞流点位置突变的影响,早期研究成果表明,1998年特大洪水期间北槽滞流点持续徘徊于下段,造成下段强淤[49]㊂出现以上现象的原因为长江口落潮水流主要从南部汊道入海,北部汊道分流畅通性相对较差㊂与上述特征对应,北部汊道(北支㊁北槽)虽受长江口涨潮流路偏北影响呈缓慢萎缩态势[20],但历史上发生的流域特大洪水往往成为冲开上口使其迅速发展㊁贯通㊁进而维持生命力的关键动力[15]㊂图6㊀南北槽滞流点位置与径流流量关系Fig.6Relationship between position of stagnation point in North/South Passage and runoff discharge594㊀水科学进展第34卷㊀北槽整体淤积速率显著大于南槽(表2,表3,图5(f)),深水航道工程实施后至2012年北槽回淤量呈逐年上升态势[2],对水深维护不利,本文研究结果表明其原因为北槽落潮分流比持续减小,故建议通过调整工程措施增大北槽落潮分流比㊂同时,深水航道工程实施以来,在丁坝+双导堤阻流和三峡水库调平径流过程使得北槽λ持续减小(图5(e))的背景下,虽然航槽回淤重点部位集中于中下段[23,50],但滩槽总体淤积重心不断向上游移动(表3)[36,43,51],特别是流域大水年向枯水年转变时回淤部位集中于中上段航道与丁坝坝田区域[13-14]㊂与此同时,北槽滞流点虽因疏浚增大河槽容积间歇性向下游迁移[30-31],但随λ减小,多年尺度向上游迁移占主导[16,29,30]㊂三峡水库蓄水前(1950 2002年)至蓄水后(2003 2021年),大通站35000m3/s 以上流量级多年平均持续天数由125d减少为110d,未来随着三峡水库和上游大型梯级水库运用,径流过程持续坦化,滞流点位于北槽上段的频率将增加,北槽深水航道近期以疏浚性维护为主,建议重点关注上段淤积动态,适时调整疏浚区段㊂4㊀结㊀㊀论基于1950 2021年长江口水沙㊁地形和工程资料,采用洪水流量级(大通站流量Q>60000m3/s)多年平均持续天数㊁汊道落潮分流比和滞流点位置等水动力指标,对分汊系统内横向和纵向冲淤规律开展研究,主要结论如下:(1)大通站60000m3/s以上流量多年平均持续天数越大,北部汊道落潮分流比越大㊁南部汊道落潮分流比越小,横向上越利于北部汊道冲刷加剧㊁淤积减缓和南部汊道淤积加剧㊁冲刷减缓,纵向上越利于北部汊道淤积重心下移和南部汊道淤积重心上移㊂(2)分汊系统内冲淤分布差异取决于水流惯性和南岸节点挑流作用下南北汊道落潮分流比随径流流量和潮差的变化规律,并形成横向和纵向冲淤联动机制㊂北支冲淤还受围垦工程影响,南支和南槽部分时段冲淤分别与流域洪水㊁来沙和深水航道工程㊁口外泥沙补给有关㊂(3)随着长江上游大型梯级水库对径流过程调平作用持续,北部汊道整体和上段将维持淤积加剧㊁冲刷减缓趋势,下段将维持冲刷加剧㊁淤积减缓趋势,南部汊道冲淤趋势相反㊂(4)与南槽滞流点位置随径流流量渐变不同,北槽滞流点在上下段之间迁移存在突变性,对应临界径流流量为35000m3/s,在径流过程坦化趋势下,北槽滞流点位于上段的机会增多,建议进行重点关注和适时调整航道疏浚区段㊂参考文献:[1]ROVIRA A,BALLINGER R,IBÁÑEZ C,et al.Sediment imbalances and flooding risk in European deltas and estuaries[J]. Journal of Soils and Sediments,2014,14(8):1493-1512.[2]LUAN H L,DING P X,WANG Z B,et al.Decadal morphological evolution of the Yangtze Estuary in response to river input changes and estuarine engineering projects[J].Geomorphology,2016,265:12-23.[3]XU Y,CAI Y P,SUN T,et al.A multi-scale integrated modeling framework to measure comprehensive impact of coastal reclama-tion activities in Yellow River Estuary,China[J].Marine Pollution Bulletin,2017,122(1/2):27-37.[4]BLUM M D,ROBERTS H H.The Mississippi delta region:past,present,and future[J].Annual Review of Earth and Planetary Sciences,2012,40:655-683.[5]TAN C,HUANG B S,LIU F,et al.Recent morphological changes of the mouth bar in the Modaomen Estuary of the Pearl River Delta:causes and environmental implications[J].Ocean&Coastal Management,2019,181:104896.[6]FRIHY O E.Evaluation of future land-use planning initiatives to shoreline stability of Egyptᶄs northern Nile delta[J].Arabian。
潮汐河口坝田长宽比对泥沙淤积特征影响试验研究
㊀㊀文章编号:１００５￣９８６５(２０２０)０４￣００２９￣０８潮汐河口坝田长宽比对泥沙淤积特征影响试验研究张功瑾ꎬ罗小峰ꎬ路川藤ꎬ白一冰(南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室ꎬ江苏南京㊀２１００２９)摘㊀要:在航道治理工程中ꎬ往往通过丁坝群来实现其稳定航槽等目的ꎬ而坝田作为缓流区ꎬ其与主槽的水沙交换主要取决于横向的紊动交换ꎮ基于长江口北槽丁坝群实测资料分析和物理模型水槽试验研究发现不同长宽比坝田内的流态㊁淤积形态㊁坝田与相邻河段水沙交换的机理均不同ꎬ在长江口北槽丁坝群坝田建成后的淤积初期阶段ꎬ长宽比为０.３０~０.４０的坝田内的平均淤积强度最大ꎮ水槽试验研究表明ꎬ长宽比为０.５０的坝田内淤积的主要部位即为主环流所在位置(坝田外侧)ꎬ而在副环流位置ꎬ则出现微淤或冲刷的趋势ꎻ而长宽比为０.３３的坝田内的淤积分布相对比较均匀ꎮ长宽比为０.３３的坝田内淤积速率明显大于长宽比为０.５０的坝田ꎬ长宽比为０.３３的坝田达到冲淤平衡的时间较长ꎮ坝田淤积强度与随坝田回流强度㊁坝田与主槽水沙交换系数的增加而增加ꎮ关键词:潮汐河口ꎻ丁坝群ꎻ坝田长宽比ꎻ淤积强度ꎻ回流强度中图分类号:ＴＶ１４８㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.１６４８３/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５￣９８６５.２０２０.０４.００４收稿日期:２０１９￣１２￣２３基金项目:国家重点研发计划资助项目(２０１７ＹＦＣ０４０５４００)ꎻ上海市科学技术委员会科研计划项目(１８ＤＺ１２０６６００)作者简介:张功瑾(１９８８￣)ꎬ男ꎬ河南濮阳人ꎬ工程师ꎬ从事港口㊁海岸及近海工程方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｇｊｚｈａｎｇ＠ｎｈｒｉ.ｃｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｌｅｎｇｔｈ￣ｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆｄａｍｆｉｅｌｄｓｏｎｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎＺＨＡＮＧＧｏｎｇｊｉｎꎬＬＵＯＸｉａｏｆｅｎｇꎬＬＵＣｈｕａｎｔｅｎｇꎬＢＡＩＹｉｂｉｎｇ(ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙ￣ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｎｊｉｎｇＨｙｄｒａｕｌｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００２９ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｗａｔｅｒｗａｙｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬｇｒｏｙｎｅｓａｒｅｏｆｔｅｎｕｓｅｄｔｏｓｔａｂｉｌｉｚｅｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌ.Ａｓａｓｌｏｗｆｌｏｗａｒｅａꎬｔｈｅｗａｔｅｒａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｅｘｃｈａｎｇｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄａｍｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｍａｉｎｃｈａｎｎｅｌｍａｉｎｌｙｄｅｐｅｎｄｓｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｅｘｃｈａｎｇｅ.ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａｏｆｔｈｅｇｒｏｙｎｅｇｒｏｕｐｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｃｈａｎｎｅｌｏｆｔｈｅＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒｅｓｔｕａｒｙａｎｄｔｈｅｆｌｕｍｅｔｅｓｔｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌꎬｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎꎬｓｉｌｔａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｗａｔｅｒａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｅｘｃｈａｎｇｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｒｏｙｎｅｇｒｏｕｐａｎｄｔｈｅａｄｊａｃｅｎｔｒｉｖｅｒｓｅｃｔｉｏｎａｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｓ.ＩｎｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔａｇｅｏｆｓｉｌｔａｔｉｏｎａｆｔｅｒｔｈｅｇｒｏｙｎｅｇｒｏｕｐｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｃｈａｎｎｅｌｏｆｔｈｅＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒｅｓｔｕａｒｙｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄꎬｔｈｅａｖｅｒａｇｅｓｉｌｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｎｔｈｅｇｒｏｙｎｅｇｒｏｕｐｗｉｔｈａｎａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｆ０.３０￣０.４０ｉｓｔｈｅｌａｒｇｅｓｔ.Ｔｈｅｆｌｕｍｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｐａｒｔｏｆｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈａｌｅｎｇｔｈ￣ｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆ０.５０ｉｓｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｉｎｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ(ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｏｆｔｈｅｄａｍｆｉｅｌｄ)ꎬｗｈｉｌｅａｔｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎꎬｔｈｅｒｅｉｓａｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｍｉｃｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｒｅｒｏｓｉｏｎꎻａｎｄｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈａｌｅｎｇｔｈｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆ０.３３ｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｕｎｉｆｏｒｍ.Ｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｒａｔｅｉｎｔｈｅｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈａｎａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｆ０.３３ｉｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈａｎａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｆ０.５０ꎬａｎｄｔｈｅｔｉｍｅｆｏｒｔｈｅｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈａｎａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｆ０.３３ｔｏｒｅａｃｈｔｈｅｂａｌａｎｃｅｏｆｅｒｏｓｉｏｎａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｓｌｏｎｇｅｒ.Ｔｈｅｓｉｌｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｂａｔｉａｎｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｂａｃｋｆｌｏｗｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｗａｔｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｅｘｃｈａｎｇｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｂａｔｉａｎａｎｄｍａｉｎｃｈａｎｎｅｌ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｉｄａｌｅｓｔｕａｒｙꎻｄａｍｆｉｅｌｄｓꎻｌｅｎｇｔｈ￣ｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆｄａｍｆｉｅｌｄｓꎻｓｉｌｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙꎻｃｉｒｃｕｍｆｌｕｅｎｃｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙ第３８卷第４期２０２０年７月海洋工程ＴＨＥＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ.３８Ｎｏ.４Ｊｕｌ.２０２０在航道治理工程中ꎬ常用丁坝群来实现工程整治的效果ꎮ一般将两相邻丁坝间的区域(丁坝与坝头连线㊁与坝根相连的河岸或导堤组成的区域)称为坝田ꎮ对于不同长宽比的坝田内的流态也存在差别[１]ꎬ但一般坝田内均会出现２个环流(如图１所示)ꎬ包括直接由与主流的动量交换驱动的主环流和由主环流驱动的副环流[２]ꎮ图１㊀丁坝坝田流态示意[１]Ｆｉｇ.１㊀Ｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｏｆｓｐｕｒｄｉｋｅｆｉｅｌｄ[１]从上游丁坝头部分离的大涡体ꎬ沿着主槽~坝田界面前行并逐渐融入主环流ꎬ成为造成动量㊁质量交换的主要动因ꎮ坝田与主槽之间的泥沙存在交换ꎬ丁坝坝田通常为缓流区ꎬ是泥沙易于淤积的场所[３]ꎮ丁坝建成初期ꎬ丁坝坝田是泥沙的汇ꎮ丁坝群坝田回流区的水流结构复杂ꎬ回流区的泥沙淤积和坝头冲刷问题也相对变得复杂ꎬ坝田内的泥沙冲淤主要受丁坝布置参数(挑角㊁长宽比㊁坝长㊁淹没程度)和河道或水槽的水沙动力条件(水深㊁来流流速㊁来流角度㊁含沙量㊁泥沙粒径)影响[４￣７]ꎮ在航道整治工程中ꎬ坝田促淤效果直接决定航道的整治效果ꎬ高先刚等[８]㊁Ｋａｒａｍｉ等[９]㊁常福田[１０]㊁蒋焕章和苏治平[１１]等从坝田长宽比对坝后回流长度㊁坝田淤积㊁坝田流态等方面的影响均做了试验研究ꎬ表明在一定的水沙条件下ꎬ坝田的长宽比直接影响坝田的促淤效果ꎬ但其研究均限于定向流水槽试验ꎮ路川藤等[１２]研究长江口北槽坝田污染物扩散发现ꎬ坝田释放污染源后ꎬ污染物随涨落潮流在坝田与主槽内运动ꎬ污染物进入航道的量较少ꎮ此外ꎬＵｉｊｔｔｅｗａａｌ[１３]㊁Ｖｏｌｋｅｒ等[２]均通过物理模型释放染料浓度研究了坝田长宽比对坝田及主槽染料浓度衰减的影响ꎬＹｏｓｓｅｆ和Ｖｒｉｅｎｄ[１４]通过物理模型试验分析了坝田与主槽之间的水沙交换系数ꎮ已有的研究已经表明坝田长宽比的设计对主流流速㊁坝田淤积以及坝田与主槽的水沙交换均有一定的影响ꎬ并进行了物理模型试验研究ꎬ但多数以单向流水槽试验为主ꎮ因此ꎬ研究往复流条件下坝田长宽比的设计对坝田促淤效果的影响ꎬ对潮汐河口航道整治工程中丁坝群的布设具有一定的理论意义和工程应用价值ꎮ１㊀典型坝田淤积长江口深水航道治理工程分三期实施(图２)ꎬ共建设丁坝１９座ꎬ形成１７座坝田ꎬ其中北侧坝田９座(ＴＭ１￣ＴＭ９)ꎬ南侧坝田８座(ＴＳ１￣ＴＳ８)ꎮ随着一至三期工程的建设ꎬ南北侧各坝田形成时间有所不同ꎮ图２㊀北槽丁坝群坝田示意Ｆｉｇ.２㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｄａｍｆｉｅｌｄｓｏｆＮｏｒｔｈＣｈａｎｎｅｌｏｆｔｈｅＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒｅｓｔｕａｒｙ０３海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷通过对１９９８年长江口深水航道治理工程丁坝群建设以来历年实测水深数据的分析ꎬ以２００２ ２００９二期工程建设以来北槽丁坝群坝田的冲淤分布为例ꎬ北槽坝田呈现迅速淤涨的特征ꎬ并随着丁坝的延长而持续调整淤积区域和淤积速度ꎮ以长江口北槽南侧坝田中ＴＳ１㊁ＴＳ４㊁ＴＳ５㊁ＴＳ８(长宽比分别为０.１６㊁０.２６㊁０.３６和０.５１)为例ꎬ分析在坝田形成初期(形成１年㊁２年㊁３年)的相对淤积厚度(如图３所示)ꎮ图３㊀坝田初期相对淤积厚度Ｆｉｇ.３㊀Ｒｅｌａｔｉｖｅｓｉｌｔａｔｉｏｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｔｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔａｇｅｏｆｄａｍｆｉｅｌｄ对应不同长宽比Ｗ/Ｌ(Ｗ:丁坝长度ꎻＬ:丁坝间距)的坝田ꎬ初期快速淤积过程中的淤积速率均不相同ꎮ如图３所示ꎬ在长江口北槽坝田淤积初期(前３年)ꎬ长宽比为０.３６的坝田累积相对淤积厚度最大ꎬ达到坝田容积的７２％ꎻ长宽比为０.１６的坝田累积相对淤积厚度最小ꎬ仅为坝田容积的５０％ꎮ在坝田建成后的淤积初期阶段ꎬ表现为长宽比为０.３６的坝田内的平均淤积强度最大ꎮ２㊀概化试验水槽试验针对长江口北槽丁坝群坝田ＴＳ８ꎬ采用概化模型进行研究(如图４所示)ꎬ试验水槽尺寸为３０ｍˑ５ｍ(长ˑ宽)ꎬ其中有效长度为２５ｍꎬ受水槽尺寸的限制ꎬ物理模型设计为小变率变态模型ꎬ根据北槽Ｓ８㊁Ｓ９丁坝及水沙动力条件ꎬ通过模型比尺计算ꎬ模型丁坝采用高１０ｃｍ㊁长８０ｃｍ的不透水丁坝ꎬ两条丁坝分别记为Ａ和Ｂꎮ含沙量控制在２ｋｇ/ｍ３ꎬ最大流速２０ｃｍ/ｓꎬ潮周期１００ｍｉｎꎬ试验进行８个周期ꎮ图４㊀物理模型水槽示意Ｆｉｇ.４㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｌｕｍｅ在悬沙模型中ꎬ采用浑水循环系统ꎬ包括浑水水库㊁加沙泵㊁输沙管道及回水管等ꎬ输沙管道的布置见图４ꎮ为保证模型水体含沙量能够达到要求ꎬ采用全潮加沙ꎮ模型采用光电式非接触水位仪和旋浆流速仪ꎮ大范围的流场则通过流场实时测量系统(ＶＤＭＳ)ꎬ地形测量采用超声三维地形自动测量分析系统(ＴＴＭＳ)ꎮ试验前进行水槽水动力重复性试验ꎬ水泵的转速和流量的线性相关性显著ꎬ通过转速的控制可以达到控制流量的作用ꎮ对于单丁坝的丁坝回流分区主要分为主回流区㊁次回流区及再附着区ꎬ窦国仁等[１５]㊁乐培九和李旺生[１６]等均用上述划分方法确定丁坝的尺度ꎮ对丁坝下游回流长度和宽度的理论分析ꎬ一般采用二维水深平均运动控制方程ꎬ推导出相应的计算公式ꎮ如窦国仁[１７]公式对短丁坝可简化为Ｌ＝Ｃ０２Ｈ１＋Ｃ０２Ｈ１２Ｄꎬ其中Ｃ０为无量纲谢才系数ꎻＣｏｌｅｍａｎ和Ｎｉｋｏｒａ[１８]得出丁坝回流区长度的经验公式为ＬＤ＝４＋４８.４(ＨＤ)ꎻ吴小明和１３第４期张功瑾ꎬ等:潮汐河口坝田长宽比对泥沙淤积特征影响试验研究谢宇峰[１９]确定回流长度满足以下关系Ｌ＝(６~９)ˑ(Ｂ－Ｂ０)等ꎮ在试验水深１０ｃｍꎬ流速０.１ｍ/ｓꎬ丁坝长度８０ｃｍ和１００ｃｍ条件下ꎬ观测丁坝后方回流长度及回流宽度(通过观测回流尾部水流流向的变化ꎬ确定水流在时均意义上的流向分离点ꎬ进而确定回流长度)ꎬ其丁坝后方回流长度分别为６００ｃｍ和７００ｃｍꎬ即坝长的７.５倍和７倍(如图５和图６)ꎬ基本符合上述出水丁坝回流长度经验公式ꎮ图５㊀水槽试验丁坝长度８０ｃｍ时粒子摄像Ｆｉｇ.５㊀Ｐａｒｔｉｃｌｅｉｍａｇｅｗｈｅｎｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｇｒｏｙｎｅｉｎｆｌｕｍｅｔｅｓｔｉｓ８０ｃｍ图６㊀水槽试验丁坝长度１００ｃｍ时粒子摄像Ｆｉｇ.６㊀Ｐａｒｔｉｃｌｅｉｍａｇｅｗｈｅｎｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｇｒｏｙｎｅｉｎｆｌｕｍｅｔｅｓｔｉｓ１００ｃｍ２.１㊀环流形态如图７和图８所示ꎬ在涨潮时刻ꎬ长宽比为０.５０的坝田出现上下两个环流ꎬ其中上方的环流直接与主流进行动量交换ꎬ下方的环流受上方环流的驱动ꎻ而同一时刻长宽比为０.３３的坝田内只出现了一个环流ꎬ说明不同长宽比的坝田内可能存在１或２个环流ꎬ其中驱动着坝田与主流进行水沙交换的主要环流为主环流ꎬ长宽比为０.５０的坝田上方环流为主环流ꎬ长宽比为０.３３的坝田内的环流即为主环流ꎮ图７㊀涨急时刻长宽比０.５０坝田流态图Ｆｉｇ.７㊀Ｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｏｆｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｆ０.５０ａｔｔｈｅｔｉｍｅｏｆｍａｘｉｍｕｍｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｌｏｏｄｔｉｄｅ图８㊀涨急时刻长宽比０.３３坝田流态图Ｆｉｇ.８㊀Ｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｏｆｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｆ０.３３ａｔｔｈｅｔｉｍｅｏｆｍａｘｉｍｕｍｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｌｏｏｄｔｉｄｅ２３海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷２.２㊀淤积形态受坝田内环流的影响ꎬ如图９和图１０所示ꎬ长宽比为０.５０的坝田内淤积的主要部位即为主环流所在位置(坝田偏外侧)ꎬ而在副环流位置ꎬ则出现微淤或冲刷的趋势ꎻ而长宽比为０.３３的坝田内的淤积分布相对比较均匀ꎮ图９㊀长宽比０.５０坝田淤积厚度等值线图Ｆｉｇ.９㊀Ｃｏｎｔｏｕｒｍａｐｏｆｓｉｌｔａｔｉｏｎｓｈａｐｅａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈｌｅｎｇｔｈ￣ｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆ０.５０图１０㊀长宽比０.３３坝田淤积厚度等值线图Ｆｉｇ.１０㊀Ｃｏｎｔｏｕｒｍａｐｏｆｓｉｌｔａｔｉｏｎｓｈａｐｅａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈｌｅｎｇｔｈ￣ｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆ０.３３２.３㊀淤积过程如图１１所示ꎬ长宽比为０.５０和０.３３的坝田内的淤积过程基本相似ꎬ均为初期快ꎬ后期减缓直至平衡ꎻ但无论初期还是后期ꎬ长宽比为０.３３的坝田内淤积速率明显大于长宽比为０.５０的坝田ꎬ但长宽比为０.３３的坝田达到淤积拐点(淤积速率明显减小)的时间也长于长宽比为０.５０的坝田ꎮ图１１㊀不同长宽比坝田累积淤积过程(水槽试验)Ｆｉｇ.１１㊀Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｓ(ｆｌｕｍｅｔｅｓｔ)３㊀坝田长宽比对坝田泥沙淤积影响分析３.１㊀回流尺度对比不同时刻坝田长宽比０.３３和０.５０时坝田内的流场ꎬ发现其坝田内回流尺度与主流流速基本无关ꎬ而与坝田长宽比有关ꎬ这与岳建平[２０]在研究港池回流时的结论一致ꎬ即随着坝田长宽比的减小ꎬ其坝田内回流中心也逐渐向坝田内侧移动ꎮ３３第４期张功瑾ꎬ等:潮汐河口坝田长宽比对泥沙淤积特征影响试验研究不同长宽比的坝田内的流态也存在差别ꎬ但一般坝田内均会出现２个环流ꎬ包括直接由与主流的动量交换驱动的主环流和由主环流驱动的副环流ꎮ通过观测回流尾部水流流向的变化ꎬ确定水流在时均意义上的流向分离点ꎬ进而确定回流长度ꎮ主环流的环流长度Ｌｒ和坝田长度Ｌ之比ꎬ称为坝田相对回流长度(见图１２所示)ꎮ长宽比为０.５的坝田内的相对回流长度为１ꎬ而长宽比为０.３３的坝田内相对回流长度为０.８~０.９ꎮ图１２㊀不同长宽比坝田内回流中心位置示意Ｆｉｇ.１２㊀Ｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｂａｃｋｆｌｏｗｃｅｎｔｅｒｉｎｄａｍｆｉｅｌｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｓ３.２㊀回流强度回流强度是表征回流的一个重要物理量ꎬ一般以整个坝田平均流速表示ꎮ坝田内回流的平均流速越大ꎬ回流强度就越大ꎬ在潮汐河口地区ꎬ涨急时回流强度达到最大ꎬ以后又慢慢减弱至消失ꎻ涨转落时ꎬ口门处又出现一个反向回流ꎬ落急时反向回流强度达到最大ꎮ一个潮周期内ꎬ如图１３所示ꎬ长宽比为０.５０坝田内的平均回流强度为０.６６ｃｍ/ｓꎬ而长宽比为０.３３坝田内的平均回流强度为０.７３ｃｍ/ｓꎬ长宽比为０.３３坝田内的平均回流强度是长宽比为０.５０坝田回流强度的１.１１倍ꎬ而长宽比为０.３３坝田内的平均淤积强度是长宽比为０.５０坝田内平均淤积强度的１.１６倍(同一时段坝田的相对淤积厚度之比)ꎮ可以判断ꎬ不同长宽比坝田内回流强度是直接影响其淤积强度的主要因素之一ꎬ在一定水沙条件下坝田内回流强度与淤积强度成正相关关系ꎮ图１３㊀不同长宽比坝田回流速度变化过程(３－９和１６－２３时刻为落潮ꎬ９－１６和２３－３时刻为涨潮)Ｆｉｇ.１３㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂａｃｋｆｌｏｗｉｎｔｅｎｓｉｔｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｂａｔｉａｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｓ３.３㊀坝田与主槽水沙交换对淤积的影响由于坝田中的水体基本处于半停滞状态ꎬ其与主流的动量和质量交换ꎬ主要是横向的紊动交换ꎮ这种交换通常包括两种过程ꎬ即动量和质量经过界面混合层的交换和环流中心指向混合层界面的紊动输运ꎮ坝田长宽比的不同直接决定了坝田内水流的性质ꎬ根据两种长宽比坝田的水槽试验过程ꎬ讨论坝田与主槽水沙交换对坝田淤积的影响ꎮ根据Ｖｏｌｋｅｒ等[２]提出的理论模型ꎬ考虑主流与坝田区的交换为一阶过程ꎬ根据物质守恒ꎬ对坝田为:ｄＭｄｔ＝－ＥｈＥＬ(ＣＤ－Ｃｓ)(１)式中:Ｍ为坝田区溶解质质量ꎻＥ为经坝田长度平均的进入主流的速度ꎬ即交换速度ꎻｈＥ为坝田进口水深ꎻＣＤ和ＣＳ分别为坝田区和主流的溶解物浓度ꎮ４３海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷假定交换速度正比于主流流速Ｕ:Ｅ＝ｋＵ(２)将上式代入示踪物质质量Ｍ＝ＣＤＬＷｈＤꎬｈＤ为坝田平均水深ꎬ并代入式(１)ꎬ得到坝田区平均浓度变化的通用公式:ｄＣＤｄｔ＝ｋＵＷｈＥｈＤ(ＣＤ－ＣＳ)(３)式中:ｋ为无因次进入系数ꎮ引入有量纲交换系数ＫＤ(１/时间)ＫＤ＝ｋＵＷｈＥｈＤ(４)㊀㊀在某一时刻ꎬ一些流体进入坝田而另一些则流出坝田ꎮ于是经过坝田口门长度平均的瞬时进入速度Ｅᶄ为:Ｅᶄ＝１２ＬʏＬ０ｖｄｘ(５)由式(５)计算得到２种长宽比坝田潮周期内坝田与主槽的水沙交换系数ＫＤꎬ均在０.０２~０.０４之间ꎻ与ＶｏｌｋｅｒＷｅｉｔｂｒｅｃｈｔ通过大量物理模型试验得出Ｋ０值的变化范围为０.０１４~０.０５１相近ꎮ其中在涨急时刻ꎬ长宽比为０.３３和０.５０的坝田与主槽交换系数分别为０.０２６和０.０２４ꎻ落急时刻ꎬ长宽比为０.３３和０.５０的坝田与主槽交换系数分别为０.０３１和０.０３５ꎻ长宽比为０.３３的坝田全潮平均交换系数为０.０３０ꎬ大于长宽比为０.５０的坝田交换系数０.０２８ꎮ如图１１所示ꎬ潮周期内长宽比为０.３３的坝田平均淤积厚度也明显大于长宽比为０.５０的坝田的淤积厚度ꎬ与其坝田与主槽的交换系数成一定的正相关关系ꎬ这是由于坝田和主流之间ꎬ由于坝田内的水动力较弱ꎬ而且坝田回流利于泥沙落淤ꎬ随着坝田与主槽的水体交换的增强ꎬ进一步加大悬沙近底浓度和垂线平均浓度ꎬ也增加了指向坝田的净输沙ꎮ说明坝田口门较大的宽度(长宽比较小)有利于河流与坝田之间的水沙交换和坝田内环流的形成ꎬ利于坝田淤积ꎮ由于试验条件和场地等限制ꎬ仅试验了往复流条件下长宽比０.３３和０.５０两组试验ꎬ后续需增加试验组次ꎬ并增加模型变率敏感性分析ꎬ深入研究和验证坝田长宽比与坝田淤积强度的关系ꎬ并结合三维数值模拟试验阐述其影响机制ꎮ４㊀结㊀语通过长江口北槽丁坝群实测数据ꎬ利用长江口北槽丁坝群坝田Ｓ８~Ｓ９段概化模型ꎬ分析不同坝田长宽比对坝田内泥沙淤积特征的影响ꎮ１)不同长宽比初期快速淤积过程中的淤积速率均不相同ꎬ其中在长江口北槽丁坝群坝田建成后的淤积初期阶段ꎬ长宽比为０.３６的坝田内的平均淤积强度更大ꎮ２)水槽试验研究表明ꎬ长宽比为０.３３的坝田内淤积速率明显大于长宽比为０.５０的坝田ꎬ长宽比为０.３３的坝田达到冲淤平衡的时间较长ꎮ坝田淤积强度随坝田回流强度㊁坝田与主槽水沙交换系数的增加而增加ꎬ说明坝田与主槽的水沙交换系数决定了坝田的淤积强度ꎮ３)需进一步增加坝田长宽比的研究组次ꎬ深入研究交换系数与淤积强度的关系ꎮ参考文献:[１]㊀ＡＬＥＸＡＮＤＥＲＳꎬＣＨＲＩＳＴＯＦＥꎬＡＮＧＥＬＡＫ.Ｃａｓｅｓｔｕｄｙ:ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｉｎａｇｒｏｙｎｅｆｉｅｌｄ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００４ꎬ１３０:１￣９.[２]㊀ＶＯＬＫＥＲＷꎬＳＣＯＴＴＡＳꎬＧＥＲＨＡＲＤＨＪ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｍａｓｓｅｘｃｈａｎｇｅｂｅｔｗｅｅｎｇｒｏｉｎｆｉｅｌｄｓａｎｄｍａｉｎｓｔｒｅａｍｉｎｒｉｖｅｒｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００８ꎬ１３４:１７３￣１８３.[３]㊀刘杰.长江口深水航道河床演变与航道回淤研究[Ｄ].上海:华东师范大学ꎬ２００８.(ＬＩＵＪｉｅ.ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｒｉｖｅｒｂｅｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｃｈａｎｎｅｌｓｉｌｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＹａｎｇｔｚｅＥｓｔｕａｒｙＤｅｅｐｗａｔｅｒＣｈａｎｎｅｌ[Ｄ].Ｓｈａｎｇｈａｉ:ＥａｓｔＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２００８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[４]㊀刘青泉.盲肠河段口门掺混区的泥沙扩散[Ｊ].泥沙研究ꎬ１９９５(２):１１￣２１.(ＬＩＵＱｉｎｇｑｕａｎ.Ｓｅｄｉｍｅｎｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｉｎｔｈｅｍｉｘｉｎｇａｒｅａａｔｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｅｃｕｍｒｅａｃｈ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｄｉｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈꎬ１９９５(２):１１￣２１.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[５]㊀缴健ꎬ高祥宇ꎬ丁磊ꎬ等.整治工程影响下分汊河口水动力变化研究[Ｊ].海洋工程ꎬ２０１９ꎬ３７(２):７６￣８３.(ＪＩＡＯＪｉａｎꎬ５３第４期张功瑾ꎬ等:潮汐河口坝田长宽比对泥沙淤积特征影响试验研究６３海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷ＧＡＯＸｉａｎｇｙｕꎬＤＩＮＧＬｅｉꎬｅｔａｌ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃａｌｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｒｉｖｅｒｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｉｎａｂｉｆｕｒｃａｔｅｄｅｓｔｕａｒｙ[Ｊ].ＴｈｅＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１９ꎬ３７(２):７６￣８３.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[６]㊀刘猛ꎬ吴华林ꎬ李为华ꎬ等.长江口深水航道工程南导堤越堤水沙运动观测研究[Ｊ].海洋工程ꎬ２０１１ꎬ２９(２):１２９￣１３４.(ＬＩＵＭｅｎｇꎬＷＵＨｕａｌｉｎꎬＬＩＷｅｉｈｕａꎬｅｔａｌ.ＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌｓｔｕｄｙｏｎｆｌｏｗａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｖｅｒｔｏｐｐｉｎｇｔｈｅｓｏｕｔｈｌｅａｄｉｎｇｊｅｔｔｙｉｎｔｈｅＹａｎｇｔｚｅＥｓｔｕａｒｙＤｅｅｐｗａｔｅｒＣｈａｎｎｅｌＲｅｇｕｌａｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔ[Ｊ].ＴｈｅＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１１ꎬ２９(２):１２９￣１３４.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[７]㊀许光祥ꎬ刘建新ꎬ程昌华.丁坝挑角对坝田淤积的影响[Ｊ].重庆交通大学学报(自然科学版)ꎬ１９９４ꎬ１３(２):３４￣３７.(ＸＵＧｕａｎｇｘｉａｎｇꎬＬＩＵＪｉａｎｘｉｎꎬＣＨＥＮＧＣｈａｎｇｈｕａ.Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｐｕｒｄｉｋｅａｎｇｌｅｏｎｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｄａｍｆｉｅｌｄ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ１９９４ꎬ１３(２):３４￣３７.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[８]㊀高先刚ꎬ刘焕芳ꎬ华根福ꎬ等.双丁坝合理间距的试验研究[Ｊ].石河子大学学报(自然科学版)ꎬ２０１０ꎬ２８(５):６１４￣６１７.(ＧＡＯＸｉａｎｇａｎｇꎬＬＩＵＨｕａｎｆａｎｇꎬＨＵＡＧｅｎｆｕꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｐａｃｉｎｇｏｆｄｏｕｂｌｅｇｒｏｉｎｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｉｈｅｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１０ꎬ２８(５):６１４￣６１７.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[９]㊀ＫＡＲＡＭＩＨꎬＡＲＤＥＳＨＩＲＡꎬＳＡＮＥＩＥＭꎬｅｔａｌ.Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｌｏｃａｌｓｃｏｕｒｉｎｇｗｉｔｈｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｓｐｕｒｄｉｋｅ[Ｃ]//ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＷｏｒｌｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＣｏｎｇｒｅｓｓ.２００８:１￣９.[１０]常福田.潮汐河段挖入式港口水域布置和淤积量分析[Ｊ].水运工程ꎬ１９８４(４):３￣８.(ＣＨＡＮＧＦｕｔｉａｎ.Ｌａｙｏｕｔａｎｄｓｉｌｔａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｕｇｉｎｐｏｒｔｗａｔｅｒｓｉｎｔｉｄａｌｒｅａｃｈ[Ｊ].Ｐｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ１９８４(４):３￣８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１１]蒋焕章ꎬ苏治平.丁坝防护试验研究[Ｊ].铁道工程学报ꎬ１９８４ꎬ１(２):１８５￣１８７.(ＪＩＡＮＧＨｕａｎｚｈａｎｇꎬＳＵＺｈｉｐｉｎｇ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｇｒｏｙｎｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ１９８４ꎬ１(２):１８５￣１８７.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)) [１２]路川藤ꎬ黄华聪ꎬ钱明霞.长江口北槽丁坝坝田区潮流及污染物迁移扩散特征[Ｊ].河海大学学报(自然科学版)ꎬ２０１６ꎬ４４(３):２６５￣２７１.(ＬＵＣｈｕａｎｔｅｎｇꎬＨＵＡＮＧＨｕａｃｏｎｇꎬＱＩＡＮＭｉｎｇｘｉａ.ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｐｏｌｌｕｔａｎｔｍｉｇｒａｔｉｏｎａｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｃｈａｎｎｅｌｏｆｔｈｅＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１６ꎬ４４(３):２６５￣２７１.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１３]ＵＩＪＴＴＥＷＡＡＬＷＳ.Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｒｏｙｎｅｌａｙｏｕｔｏｎｔｈｅｆｌｏｗｉｎｇｒｏｙｎｅｆｉｅｌｄｓ:ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００５ꎬ１３１(９):７８２￣７９１.[１４]ＹＯＳＳＥＦＭＦＭꎬＶＲＩＥＮＤＨＪＤ.Ｆｌｏｗｄｅｔａｉｌｓｎｅａｒｒｉｖｅｒｇｒｏｙｎｅｓ:ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１０ꎬ１３７(５):５０４￣５１６.[１５]窦国仁ꎬ柴挺生ꎬ樊明ꎬ等.丁坝回流及其相似性规律研究[Ｊ].水利水运科技情报ꎬ１９７８(３):１￣２４.(ＤＯＵＧｕｏｒｅｎꎬＣＨＡＩＴｉｎｇｓｈｅｎｇꎬＦＡＮＭｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｓｔｕｄｙｏｎｓｐｕｒｄｉｋｅｂａｃｋｆｌｏｗａｎｄｉｔｓｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｌａｗ[Ｊ].Ｈｙｄｒｏ￣ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ１９７８(３):１￣２４.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１６]乐培九ꎬ李旺生.丁坝回流长度[Ｊ].水道港口ꎬ１９９９(２):３￣９.(ＬＥＰｅｉｊｉｕꎬＬＩＷａｎｇｓｈｅｎｇ.Ｌｅｎｇｔｈｏｆｓｐｕｒｄｉｋｅｒｅｔｕｒｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒｗａｙａｎｄＨａｒｂｏｒꎬ１９９９(２):３￣９.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１７]窦国仁.窦国仁论文集[Ｍ].北京:中国水利水电出版社ꎬ２００３:２６０￣２７９.(ＤＯＵＧｕｏｒｅｎ.ＣｏｌｌｅｃｔｅｄｐａｐｅｒｓｏｆＤｏｕＧｕｏｒｅｎ[Ｍ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＣｈｉｎａＷａｔｅｒ＆ＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓꎬ２００３:２６０￣２７９.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１８]ＣＯＬＥＭＡＮＳＥꎬＮＩＫＯＲＡＶＩ.Ａｕｎｉｆｙｉｎｇｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｐａｒｔｉｃｌｅｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ[Ｊ].ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００８ꎬ４４(４):４４１５.[１９]吴小明ꎬ谢宇峰.水工建筑物下游回流及底沙淤积研究[Ｊ].人民珠江ꎬ１９９６(６):１６￣１９.(ＷＵＸｉａｏｍｉｎｇꎬＸＩＥＹｕｆｅｎｇ.Ｓｔｕｄｙｏｎｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｂａｃｋｆｌｏｗａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ[Ｊ].ＰｅａｒｌＲｉｖｅｒꎬ１９９６(６):１６￣１９.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[２０]岳建平.港渠口门回流淤积概化模型试验和研究[Ｊ].泥沙研究ꎬ１９８６(２):４３￣５２.(ＹＵＥＪｉａｎｐｉｎｇ.Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｍｏｄｅｌｔｅｓｔａｎｄｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｌｕｅｎｃｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｔｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｐｏｒｔａｎｄｃａｎａｌ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｄｉｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈꎬ１９８６(２):４３￣５２.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))。
水位调控下分汊型河道淤积影响试验研究
雍水水流是水库型河道水流的运动的基本形 式，上游河道水深沿程增加，水流挟沙力减少，从而 导致悬沙淤积。近年来赣江水文情势的改变对下游 尾闾地区带来一系列的问题，为改善赣江尾闾，特别 是南昌河段的水文条件，提出在赣江尾闾入湖处建 闸调控，上游河道长时间维持一定水位运行，上游水
深增加，水 流 挟 沙 力 减 小，势 必 造 成 上 游 的 闸 上 淤 积。国内众多学者建立河工模型［１－３］研究泥沙淤积 演变过程；徐霖玉等［４］研究了无坝引水明渠淤积的 成因，提出了改变取水口形态与增大渠道坡度可大 幅减少渠道淤积；孙连成等［５］利用潮流泥沙物理模 型方法研究人工沙滩亲水段淤积分布不均，纵向泥
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｓｉｌｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｒａｎｃｈｅｓｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒｒｉｖｅｒｕｎｄｅｒｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｏｗ ｅｒｒｅａｃｈｅｓｏｆｔｈｅｔａｉｌＲｉｖｅｒ，ｔｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｉｌｔａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔａｉｌｒｉｖｅｒｏｆＧａｎｊｉａｎｇＲｉｖｅｒｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｔｒｅｎｄｏｆｒｉｖｅｒｃｈａｎｎｅｌｃｈａｎｇｅｓｆｒｏｍｅｒｏｓｉｏｎｔｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｒｉｓｉｎｇｏｎｔｈｅｓｌｕｉｃｅ．Ｔｈｅｓｉｌｔａｔｉｏｎｉｓｍａｉｎｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｄｅｅｐｃｈａｎｎｅｌａｎｄｔｈｅｄｏｗｎ ｓｔｒｅａｍ ａｒｅａｏｆｃｏｎｖｅｘｂａｎｋｏｆｔｈｅｒｉｖｅｒ．Ｔｈｅｔｏｐｓｃｏｕｒｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｉｖｅｒｉｓｌｉｍｉｔｅｄｂｙｔｈｅｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｒｉｖｅｒ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙｓｔａｂｌｅ．Ｔｈｅｔｈａｌｗｅｇｉｓａｄｊｕｓｔｅｄｉｎｂｏｔｈｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｃｈａｎｇｅ ｉｓｄｏｍｉｎａｔｅｄｂｙｅｌｅｖａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｃｏｎｆｏｒｍｓｔｏｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｒｕｌｅｏｆｔｈｅｔｏｐｓｃｏｕｒａｒｅａｏｆ ｃｏｎｃａｖｅｂａｎｋａｎｄｔｈｅｓｉｌｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｒｅｔｕｒｎａｒｅａｏｆｃｏｎｖｅｘｂａｎｋ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ＧａｎｊｉａｎｇＲｉｖｅｒ；ｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ
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２ ０ １ ３年 ８ 月
水
道 港 口
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ４ Ａｕ ｇ ．２ ０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｙ ａ ｎ ｄ Ｈａｒ ｂ ｏ ｒ
不 同 弓 Ｉ 河 长 度 下 河 口 闸 下 淤 积 形 态 数 值 研 究
随着 社会 经 济不 断发 展 ， 河 口地 区的重 要性 日益 凸 。 为满 足船舶 航 运 、 防洪 排涝 以及 水 资 源综 合 利用
等需 求 ， 越 来越 多 的河 口均 已建 闸 ， 成 为改 善河 口条件 的 重要 手段 之 一 。 但 是 已有 Ｔ 程经 验 表 明 ， 占显 著
流， 岸线 ｆ ｝ Ｈ 折、 水 深较 浅 、 河 宽较 窄 ， 河 道宽 度 ２ １ ０ ～ ４ ０ ０ １ Ｔ Ｉ 。 在 河道 弯 曲的 凹岸一 般有 深槽 ， 水 深达 ５ ～ １ ０ １ １ １ ， 【 ＿ １
段 的水 深也 达 ５ ～ １ ０ １ Ｔ Ｉ ， 其余 的水 深在 ５ ｍ 以内 。 口外海 域 岛屿星 罗棋 布 ， 水 道纵 横交 错 ， 沟槽 、 浅 滩相 问 分
不 同 引河长度 建 闸后 闸下河道 淤 积形态 及最 大淤 积强 度特 征 的还 不 多 。 采 用平 面二 维水 沙模 型 ， 研 究 引河 长度Ｆ ｝ １ 长变 短乃 至 ｎ外 建 闸闸下 淤积形 态 和淤积 特点 ， 可 为河 广 １ 建 闸规划 与设计 提供 参考 。 本 文 以甬江建 闸 ］ 程 为例 ， 计 算 不同 闸址方案 实施 后 的年泥 沙 回淤分 布情况 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ｌ 一 ２ ２ ； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ２ － ０ ５
作者简介 ： 马洪亮（ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 汀苏省张家港人 ， 硕士研究生 ， 主要从事河 口海岸水 动力模拟研究 ．
Ｂｉ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｙ： ＭＡ Ｈｏ ｎ ｇ — ｌ ｉ ａ ｒ ￣ ｇ （ １ ９ ８ ７ －） ， ： 【 Ｊ ｌ ｅ． ｍａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ｔ ｕ ｄ ｅ ｎ ｔ ．
３ ４ ６
水
道 港 口
第３ ４卷第 ４期
案一 ～ 方案四。 闸址距 河 口距 离 为 １ ７ ． ６ ｋ ｍ、 ８ ． ２ ｋ ｍ、 １ ． ５ ｋ ｍ（ 方 案 四位 于 口门外侧 ） ， 各 闸址 方 案均 包 括 船 闸 、 导 流堤 、 泄 洪 闸及堵 坝等水 下建筑物 。
海 港 水 沙 运 动 和地 形 变 化 的影 响 。 计 算 结 果表 明 ： 在 Ｉ 游 径 流 及 外海 来 沙 相 同 的条 件 下 ， 闸址 离 河 口越
近， 闸下河道 冈建 闸引起的淤积量越小 ． 但 闸下淤积强 度越 高 ； 建 闸对北仑港 区无 显著影 响， 对镇海港
影 响较 大 ， 闸址 位 于镇 海 港 Ｉ 游时 ， ｌ １ ｆ Ｉ Ｊ 川 ： Ｆ － Ｆ 港Ｉ Ｘ越 近 ， 淤积 影 响越 著 。 关 键词 ： 河 口建 闸 ； 闸下淤积 ； 平面 ： 二 维 水 沙馍 删 中 图分 类号 ： Ｔ Ｖ １ ４ ８ ． １ ： ０ ２ ４ ２ ． １ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ５ — ８ ４ ４ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ３ ４ ４ — ０ ８
马 洪亮 ， 董 佳， 曲红 玲
（ 江苏 省交通 规 划设计 院股 份有 限 公司 ， 南京 ２ １ ０ ０ ０ ５ ）
摘 要： 闸下淤积是河 ［ ｊ 建闸的关键 问题 ， 直接关 系到 程的成败。 基 甬江及 【 Ｊ 外海域金塘 水道实测水
义泥沙 资料 ， 建立平面二维水 沙数学模型 ， 分析 汁算不 同引河长度 下的闸下淤积特点 以及对北 仑港 区 、 镇
比例 的建 闸河 口闸下淤 积严重 ， 引 发通航 、 行洪 、 水 环境 等一 系列 的问题 ， 闸下淤积 的预 报及 防淤 减淤措 施 一
直是水利 一 Ｉ 程 中面待解决的问题 。 关于这 方而的研究 日 前采用较多的是现场资料分析［ ２ 引、 半经验半理论公
式 。 以及 针 列‘ 。 某 一河 口建立 河 Ｔ模 ｉ 或 、 二 维数 学 模 型 ， 但 系统 研究 考 虑 游 一定 径 流 量 下
布， 水深悬殊多变 ， 地形地貌十分复杂。 水域内分布有舟山岛 、 金塘岛、 大榭岛以及册子岛等大小数十个岛屿，
岛屿问 多为深槽 水 道 ， 自南 向北 分别 为螺 头水 道 、 金 塘水 道 和册 子水 道 ， 最大 水深 达 １ ２ ０ Ｉ Ｔ Ｉ ， 是 该水 域 涨落 潮
的主要输 水输 沙通 道 。
ｌ 甬江 建 闸工 程
１ ． １ 自然条 件
（ １ ） 水 下地形 。 甬江位 于浙江 省东 部沿 海 ， 杭 州 湾 以南 ， 东 临舟 山群 岛 （ 图１ ） 。Ｌ 游有 奉化 江 、 姚 江两 大支 流， 汇合 于宁 波市 区 的三 江 口， 汀 口以下 至镇 海 …海 口段 为 甬江干 流 ， 全长 ２ ５ ． ６ ｋ ｍ， 甬江属 平 原弯 曲型河
（ ２ ） 径流 。 甬江 人海 径流量 为奉 化江 径流 量和姚 江 闸排水 量 的总 和 。 甬江多 年平均 径 流量 为 ２ ９ ． １ ２亿 Ｉ ｌ ｌ ，
最大年径流量为 ４ ４ ． ５ ３ 亿ｍ 。 （ １ ９ ８ ３ 年） ， 最小为 １ １ ． ８ ９ 亿Ｉ ｌ ｌ （ ２ ０ ０ ３ 年） 。 （ ３ ） 潮汐 。 研究海域受东中国海前进潮波控制。 外海潮波从螺头水道及舟山南侧 的十几条水道进入本水 域， 于大榭岛附近分成两股 ： 一股向西经金塘水道进入杭州湾， 另一股 向西北经册子水道 ， 又分成二支从西候 门和富翅门水道汇人杭州湾。 根据实测潮位资料的调和分析 ， 本海域潮性系数介于 ０ ． ５ ～ ２ ． ０ ， 且 日潮不等现象