深圳河一_二期河道治理后水沙特性变化分析

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doi: 10. 3969 / j. issn. 100129235. 2010. 02. 004 2010年第 2期 ·PEARL R IVER 人民珠江
深圳河一 、二期河道治理后 水沙特性变化分析
何 勇 ,叶小云
(长江勘测规划设计研究院 , 湖北 武汉 430010)
时间
1996年 9月 29 - 30日 2000年 8月 30 - 31日 2004年 10月 17 - 18日 1996年 3月 21 - 22日 2001年 12月 1 - 2日 2004年 10月 25 - 26日
表 3 深圳河一 、二期工程前后深圳河口站潮量 、流速对比表
潮型
尖鼻嘴站 潮差 /m
治理深圳河工程以防洪为主 ,设计等级为 I级 ,设计防 洪标准为 50年一遇 。深圳河干流梧桐河口以下河段治理前 长 12. 9 km ,经过一 、二期工程整治后缩短为 9. 6 km;河底高 程从原来的 - 2~ - 1 m 挖深至 - 5 ~ - 4 m ,河宽从原来的 35~110 m 不等扩宽至 105~210 m ,见表 1。
摘 要 :深圳河一 、二期河道治理工程塑造了新的河道形态 ,改变了深圳河潮流特征和泥沙输移特性 。实测资料分 析表明 ,深圳河治理后 ,河道阻力大大减小 ,潮波易于上溯 ,有利于涨潮流挟带泥沙进入深圳河而不利于落潮流将 泥沙挟带出河口 。这一变化将对深圳河的河道冲淤产生根本影响 。 关键词 :河道治理 ;潮流特征 ;泥沙输移特性 ;深圳河 中图分类号 : TV14816 文献标识码 : A 文章编号 : 100129235 (2010) 0220010204
平均断面流速 / (m ·s - 1) - 0. 21 - 0. 63 - 0. 45 - 0. 06 - 0. 50 - 0. 31
落潮量 / 104m 3 479. 4 1 023. 8 810. 8 252. 5 474. 9 598. 4
落潮 最大流量 / (m3·s - 1)
213. 0 281. 0 287. 4 142. 0 181. 0 185. 3
11
动力的对比发生了变化 ,深圳河潮流由工程前的落潮流占优 转变为涨潮流占主导地位 。
图 3 工程后深圳河典型潮位过程线
表 2 工程前后深圳河逐潮潮位 、潮差特征值对比表
m
时间
测站
年平均
潮位 年最高
年最低
年平均
潮差 年最大
年最小
工程前 (1995年 11月至 1996年 10月 )
梧桐河口 布吉河口 深圳河口
50年 一遇
3 深圳河潮流特征变化分析 深圳河属海湾水系 ,潮流自深圳河口传入后 ,向上传播
至三汊河口 (桩号 12 + 440)附近 。深圳河治理后河道地形的 变化改变了深圳河的潮波形态 ,对涨落潮过程和潮流特征产 生了显著的影响 。工程前 ,由于深圳河河道弯曲 ,断面狭窄 ,
图 2 工程前深圳河典型潮位过程线
2 深圳河一 、二期治理工程 深圳河治理工程分三期 。第一期工程为料坣和落马洲
河段的裁弯取直与整治工程 ,工程于 1995年 5月动工 ,已于 1997年 4月完工 ;第二期工程为梧桐河口以下除一期以外河 段的浚深扩宽工程 ,工程于 1997年 5月动工 ,已于 2000年 6 月完工 。第三期工程为三岔河口至梧桐河口段的综合整治 工程 ,工程目前即将完工 。
表 1 深圳河一 、二期工程前后河道特征对比表
位置
桩号 工程前 工程后
工程前平 均河宽 /m
工程后河宽 /m 河道底宽 河道顶宽
河底高程 (黄海 ) /m 工程前 工程后
防洪标准
工程前
工程后
梧桐河口
12 + 900 9 + 600
35
54Fra Baidu bibliotek
105
- 1. 0
- 4. 0
布吉河口
10 + 450 8 + 400
在深圳湾潮流动力基本相近时 ,对深圳河口站泥沙输移 进行对比分析 ,见表 4。工程前 2 个测次的大潮涨潮含沙量 和输沙率大于落潮 ,一个潮周期内泥沙向河内输入 143. 8 t, 而小潮涨潮含沙量和输沙率小于落潮 ,一个潮周期内泥沙向 口门外输出 508. 7 t;工程后 4个测次的大小潮期间涨潮含沙 量和输沙率均大于落潮 ,涨落潮输沙不平衡现象十分明显 ,
55
落马洲
6 + 110 4 + 200
65
80
140
- 1. 2
- 4. 2
2 ~5 年
105
180
- 2. 0
- 4. 5
一遇
深圳河口
0 + 000 0 + 000
110
130
210
- 0. 97
- 5. 0
注 :深圳河一 、二期工程段治理前断面为不规则的 V 型断面 ,有主槽和两岸边滩 ,治理后断面均设计为平底的梯形断面 。
深圳河为深港双方的界河 ,历史上洪患频繁 。为消除洪 水灾害 ,深港双方于 1995年开始对深圳河进行治理 ,至 2000 年 6月先后完成深圳河一 、二期治理工程 (图 1) 。工程建成 后 ,对保障沿岸防洪安全发挥了重要作用 ,但由于泥沙回淤 严重 ,深圳河的防洪能力较设计标准大幅降低 。根据深圳河
鼻嘴站 (距深圳河站约 4. 7 km )多年潮位资料统计 ,其最高 潮位为 2. 17 m ,平均高潮位 1. 05 m ,最低潮位 - 1. 13 m ,平均 低潮位为 - 0. 31 m; 年最大涨潮潮差 2. 20 m ,最大落潮差 3. 10 m ,平均潮差 1. 37 m;多年平均涨潮历时为 5 h 54 m in, 落潮历时为 6 h 39 m in。
平均断面流速 / (m ·s - 1) 0. 23 0. 48 0. 36 0. 13 0. 38 0. 22
4 深圳河泥沙特征变化分析 深圳河潮流特征和潮流动力的变化对泥沙输移产生了
直接的影响 。当涨潮时 ,入河口处水流紊动剧烈 ,流速较大 、 历时短 ,能够携带更多泥沙进入深圳河内 ,而落潮时则相反 , 其水流平稳 、流速相对较小 、历时长 ,淤积在河道中的泥沙不 易挟带出河口 。根据 2004年 11月至 2005年 10月深圳河口 站 14个测次的含沙量 、输沙率资料统计 ,其涨潮平均含沙量 为 0. 09 kg /m3 ,平均输沙率为 - 13. 87 kg/ s,落潮平均含沙量 为 0. 07 kg /m3 ,平均输沙率为 - 9. 55 kg / s,涨潮泥沙含量表 现出大于落潮泥沙含量的特性 。
受地形阻力的影响 ,潮波在向上游传播时能量损失较大 ,潮波 滞后显现 ,河道浚深扩宽后 ,河道阻力大大减小 ,潮波在较短 的时间内传至深圳河上游 ,形成几乎同涨同落的潮位过程 。
从工程前后典型大 、小潮潮位过程线 (图 2 ~3)来看 ,工 程前深圳河下游站潮位先涨先落 ,上游站涨落潮明显滞后 , 高潮位各测站与深圳河口站比较滞后 15~60 m in,低潮位与 深圳河口站比较滞后 30 ~120 m in,潮差基本上从下游向上 游递减 ,潮波在向上游传播的过程中发生了较大程度的变 形 。深圳河治理后 ,上下游涨落潮时间基本一致 ,潮位过程 线变形较小 ,上下游潮差相差不大 。将工程前后的逐潮潮 位 、潮差特征值进行比较 (表 2)可以看出 ,工程后深圳河高 潮位增加而低潮位降低 ,潮差有一定幅度增加 ,说明工程后 深圳河潮流动力呈增强趋势 ;同时工程前梧桐河口站 、布吉 河口站与深圳河口站的年平均潮差相差 0. 13~0. 32 m ,工程 后上下游潮差几乎相等 ,这反映了工程后河道阻力要远小于 工程前 ,潮流传播过程中能量损失更小 。
22°27′~22°39′之间 ,属海湾水系 。深圳河发源于梧桐山牛 尾岭 ,在深圳市福田区注入深圳湾 ,流域面积 312. 5 km2 ,干 流全长约 33. 10 km。沙湾河为深圳河主流 ,两侧主要支流有 莲塘河 、平原河 、梧桐河 、布吉河 、福田河 、皇岗河 、新田河等 。
深圳河流域多年平均降雨量为 1 883 mm ,多年天然径流 量约 3. 19亿 m3。雨量在年内分配不均 ,雨季 4—9月降雨量
可占全年降雨总量的 80% ~90%左右 。深圳河河流短 、比降 陡 、洪峰流量大 、河水暴涨暴落 。深圳河系无资料区根据《深 圳市城市防洪 (潮 )规划纲要 》,河口 50年一遇洪水流量约为 2 100 m3 / s, 10年一遇洪水约为 1 500 m3 / s。在非洪水期 ,深 圳河上游径流一般不足 10 m3 / s,潮流成为维持深圳河河道 断面形态的主要动力 。
实测地形资料分析 ,到 2005年末 ,深圳河梧桐河口以下的干 流河道内累积淤积 295. 5万 m3 泥沙 ,河道平均淤积厚度 2. 9 m ,其现状防洪能力约 10~20年一遇 ,已远远小于深圳河设 计的 50年一遇的防洪标准 。
图 1 深圳河一 、二期工程治理后河道形态示意图
1 深圳河基本情况 深圳河位于珠江口东侧 ,东经 114°~114°12′50″,北纬
泥沙呈单向输入的趋势 。另外 ,二期工程竣工初期 ,河床形 态的巨 大 变 化 使 得 河 口 泥 沙 输 移 处 于 强 烈 调 整 期 , 因 此 2000—2001年涨潮含沙量和输沙率要远大于落潮 ,一个潮周 期内大潮净输入泥沙 1 038 t,小潮净输入泥沙 1 100 t,要大 于其他时期的泥沙输入量 ,随着深圳河淤积的增加 ,到 2004 年 ,涨落潮含沙量输沙率的差值呈逐渐减小趋势 ,一个潮周 期内的净输沙量也有所减小 。
0. 59 0. 64 0. 43
2. 98 2. 96 2. 29
- 0. 57 - 0. 35 - 1. 10
1. 37 1. 18 1. 50
2. 83 2. 80 3. 03
0. 05 0. 04 0. 07
工程后 (2004年 11月至 2005年 10月 )
梧桐河口 布吉河口 深圳河口
0. 51 0. 49 0. 43
3. 48 3. 41 2. 77
- 1. 06 - 1. 08 - 1. 17
1. 52 1. 51 1. 54
3. 25 3. 19 3. 27
0. 01 0. 02 0. 01
注 :深圳河第一期工程竣工时间为 1997年 4月 ,且一期工程实施的是局部裁弯段 ,因此可以认为 1996年前深圳河尚基本维持工程前状态 ,下同。
大潮
2. 49
大潮
2. 52
大潮
2. 48
小潮
1. 87
小潮
1. 79
小潮
1. 81
涨潮量 / ( 104m 3 ) - 347. 1 - 775. 4 - 573. 2 - 188. 6 - 442. 3 - 535. 5
涨潮 最大流量 / (m3·s - 1)
- 233. 0 - 515. 0 - 319. 9 - 74. 8 - 261. 0 - 212. 6
深圳河干流泥沙来源于上游支流输沙和河口潮流输沙 。 上游支流中 ,布吉河是主要产沙区 。根据 2004 年 10 月至 2005年 10月布吉河草埔站 (布吉河入口以上 7. 5 km 处 ,为 径流站 )泥沙资料统计 ,其汛期平均含沙量为 1. 80 kg /m3 ,枯 期为 0. 14 kg /m3 ,汛期平均输沙率为 10. 95 kg / s,枯期仅为 0. 46 kg/ s。深圳河干流属少沙河流 ,含沙量较小 , 2004年 11 月至 2005年 10月深圳河口站 (潮流站 )大潮平均含沙量约 为 0. 090 kg/m3 ,小潮平均含沙量约为 0. 074 kg /m3。
深圳河感潮河段潮汐受深圳湾潮汐影响 ,在 1日中有两 个高潮和两个低潮 ,属典型的不规则半日潮 。根据深圳湾尖
收稿日期 : 2010203201 作者简介 :何勇 ,男 ,湖北随州人 ,主要从事河流治理规划和水流运动数值模拟研究 。
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doi: 10. 3969 / j. issn. 100129235. 2010. 02. 006 2010年第 2期 ·PEARL R IVER 人民珠江
深圳河经过浚深扩宽 ,河口宽度达 210 m ,河底高程 降至 - 5 m ,潮流通过喇叭口状的河口更易于进入深圳河内 , 反映在潮流特征上 ,即是纳潮量 、潮流量和潮流速的变化 。 纳潮量 、潮流量和潮流速是表征潮流动力的重要因素 。由于 非洪水期深圳河的径流量与潮流量相比较小 ,其对潮流动力 的影响可以忽略不计 ,因此本次选择非洪水期且深圳湾潮差 (尖鼻嘴站 )相近的 6 个潮次来分析深圳河口潮流动力的变 化 (表 3) 。可以看出 ,工程后深圳河口纳潮量 、潮流量和潮 流速均有一定幅度的增长 ,表明工程后的潮流动力有所增 强 ;同时由于涨潮流速增加更为显著 ,导致涨潮动力与落潮
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