长江口近口段水流挟沙力与径潮动力关系_杨云平

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由上文可知，长江口近口段洪季和枯季涨潮与 落潮时相同流速下的悬沙浓度并不相同，引起这一 差异主要为径流和潮流水动力作用的不同。在以往 研究中，习惯以潮差与径流量比值来表征河口水动
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水动力学研究与进展
A 辑 2013 年第 3 期
力参数[18]，但影响河口涨潮动力因素还有涨潮前期 的落潮低水位，落潮低水位越高，前期下泄落潮水 动力越强，对后期涨潮动力抑制作用也越大。本文 归纳影响河口涨潮动力的因素为落潮低水位（平均
口近口段为例，讨论了径流和潮流水动力差异对水流挟沙能的影响。结果表明：长江口近口段涨潮和落潮相同流速时洪
季的悬沙浓度大与枯季；建立的考虑径流和潮流因素的水流挟沙力公式与传统公式相比，精度上有较大提高，该公式将
不同季节和潮型下的水流挟沙力统一起来，有效反应了年内潮汐河口近口段的水流挟沙能力。对于水流挟沙能力的研究
本文在研究长江河口近口段水流与悬沙浓度 变化的基础上，建立了同时含有径流和潮流水动力 变化因素的水流挟沙力公式，通过实测数据对公式 合理性进行率定和检验，并讨论了径流和潮流水动 力对涨潮和落潮时水流挟沙能力的影响。
2 长江口水流-悬沙及挟沙力公式
2.1 研究区域及资料处理
长江河口多年洪季潮区界位于九龙港附近，本
图 4 徐六泾断面涨潮流量计算值与实测值 Fig.4. simulation results and measured value of flood tide in Xuliujing
以往表征潮流和径流水动力作用的系数一般 以潮差和径流比值来衡量[25]，或是在海域以潮差和 水位来表征潮流动力[4,11,12]，在长江口近口段难于应 用。因此需重新定义表征径流和潮流水动力变化参 数，以徐六泾站涨潮流量和大通站下泄流量的比值 定义为潮径比 L，即有
* 收稿日期: 2012-10-08(2013-01-22 修改稿)
基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973 计划, 2010CB429002) 作者简介: 杨云平(1985－), 男, 黑龙江绥化人, 博士研究生. 通信作者: 李义天, Email: yitianli_whu@ Received: October 8, 2012 (Revised January 22, 2013) Project supported by foundation: Supported by the National Key Basic Research Program of China (973 program,
Abstract: Considering of the common influence of runoff and tidal dynamics, the optimized formula of sediment carrying capacity in Yangtze estuary is established. And the influences of runoff dynamic and tidal dynamic on the sediment carrying capacity are discussed separately. It is found that the concentration of suspended sediment in wet season is bigger than that in dry season with the same velocity of flood and ebb tide. The estimate accuracy of sediment carrying capacity would be improved
图 3 徐六泾落潮流速和悬沙浓度的关系 Fig.3. Relation between velocity of ebb tide and sus-
pended-sediment concentration in Xuliujing
3.1 水流挟沙力公式的建立 经典挟沙力如式（3）和式（4）所示：
S*
则表明：径流不变时，潮流增加，近口段涨潮和落潮水流挟沙能力增强；径流增加时，徐六泾以上河段潮差减小，涨潮
水流挟沙能力减弱，而徐六泾及以下河段潮差表现为增加，这表明涨潮和落潮水流挟沙能力取决于径流和潮流的对比过
程。
关 键 词：长江口；挟沙力；径流和潮流；动力关系
中图分类号：TV148
文献标识码：A
Relation between sediment carrying capacity and runoff/tidal dynamic in Yangtze Estuary
QZ = −0.361Hd + 3.442Hc − 0.357Q − 1.228 ,
R2 = 0.884
(1)
从式（1）中参数的系数变化分析可知：3 个参 数能较好地反应涨潮流量变化，前期落潮平均低水 位和下泄径流流量越大，涨潮流量越小，平均潮差 越大，涨潮水量也越大，这符合潮汐河口水动力作 用特征和基本规律。
DOI：10.3969/j.issn1000-4874.2013.03.004
长江口近口段水流挟沙力与径潮动力关系*
杨云平, 李义天, 孙昭华, 樊咏阳, 邓金运
（武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室, 武汉 430072, Email: yangsan520_521@）
摘 要：该文在充分考虑径流和潮流水动力因素的基础上，建立了更适合于河口区域的水流挟沙力公式，并以长江
L = Qz
(2)
Q
该参数能有效的反应径流和潮流水动力相互 作用的过程，且各参数的物理意义明确。
3 建立近口段水流挟沙力公式
图 2 徐六泾涨潮流速和悬沙浓度的关系 Fig.2. Relation between velocity of flood tide and sus-
pended-sediment concentration in Xuliujing
YANG Yun-ping, LI Yi-tian, SUN Zhao-hua, FAN Yong-yang, DENG Jin-yun
(State Key Laboratory of Water Recourse and Hydropower Engineering Science, Wuhan University 430072, China)
Key words: Yangtze estuary, sediment carrying capacity, runoff and tide, dynamic relation
1 引言
长江河口为中等潮汐河口，受径流和潮流水动 力的相互作用，其水流和悬沙输运关系远复杂于径 流河段与海洋区域。近年来，国内学者对径流河段 和河口潮流区域水流挟沙力公式进行了大量研究。 这些研究主要是基于 S = k (U 3 / g hw)m 和 S = k (U 2 / g h)m 形式的丰富或发展，其中流域、潮区界和潮流 界之间河段[1-4]水流挟沙力公式主要应用前者，近岸 海域[5]或是河口口门[6]水流挟沙力主要采用后者。 而对于潮流界和滞流点之间感潮河段的水流挟沙 力，一般是将上述的两个公式重新率定系数直接挪 用[7,8]，或是采用两者线性联合拟合的水流挟沙力公 式 [9,10] 。 在 不 同 河 流 的 潮 流 区 域 则 通 过 引 入 潮 差[4,11,12]、背景含沙量[13]、前期含沙量[14]和床沙中 值粒径[15]等参数较好地模拟水流挟沙力特征。此 外，也有通过引入理想情况下简谐波动的流速和水 深比值为参数，建立河口时变水流挟沙力公式[16]， 其适用于径流影响较弱的河口或海岸区域。上述研 究对认识潮汐河口水流挟沙力有重要意义，但建立 的近口段（潮流界以下）水流挟沙力公式需区分洪 季和枯季，或需因不同潮型而重新率定参数，因而 在实际应用中会受到限制，未能完全反应河口径流 和潮流共同作用下的水流挟沙能力，甚至会导致水 沙数学模型计算的河床演变及趋势预测结果出现 偏差。因此，有必要对长江口近口段水流挟沙力进 行深入研究，建立兼有径流和潮流水动力变化过程 的水流挟沙力公式，更好地反应径流和潮流水动力 共同影响河段的水流挟沙能力特征。
低潮位与理论基面的差值 Hd ，单位：m）、平均潮 差（ Hc ，单位：m）和下泄径流流量（Q，单位： 104 m3/s）3 个主要因素。为研究各因素对涨潮水动 力的影响，以徐六泾断面 1998 年实测涨潮流量数 据为基础，建立涨潮流量与 3 个因素的关系曲线， 计算值流量和实测流量的比较如图 4 所示。徐六泾 断面涨潮流量 Qz 拟合曲线为：
2010CB429002) Biography: YANG Yun-ping (1985–), Male, Ph. D. Candidate. Corresponding author: LI Yi-tian, Email: yitianli_whu@
杨云平，等：长江口近口段水流挟沙力与径潮动力关系
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when the parameter between runoff and tide is bought in. Combined the sediment carrying capacity in different seasons, the ability of sediment carrying of water flow in estuary could be described correctly. The increase of tidal dynamic increase the sediment carrying capacity when the runoff dynamic is constant and the increase of runoff dynamic increase the sediment carrying capacity of upstream reach of Xuliujing and decrease the sediment carrying capacity of downstream reach. The sediment carrying capacity in estuary is determinate by comparison of runoff and tidal dynamics.
2.2 流速与悬沙浓度关系 以徐六泾断面测点为参照，分析水流流速与悬
沙浓度之间关系，如图 2 和图 3 所示。从图中可知， 涨潮时，相同流速下的悬沙浓度洪季大于枯季，落 潮时相同流速下的悬沙浓度也相同，仍为洪季大于 枯季。其它断面也遵循同样规律，但通州沙―石化 下断面洪季和枯季涨潮和落潮时相同流速下悬沙 浓度的差值越向下游越小。长江流域入海水量和沙 量均表现为洪季大于枯季，且悬沙浓度也为洪季高 于枯季。长江口徐六泾―南北槽段的悬沙浓度表现 为洪季大于枯季，落潮大于涨潮；长江口外水域悬 沙浓度则为枯季大于洪季，大潮大于小潮[17]。这是 由于长江口近口段和河口段的潮汐变化规律明显 不同，河口段年内潮差变化表现为洪季大于枯季， 近口段表现为枯季大于洪季。因此，长江口近口 段―口外海滨段悬沙浓度有季节的差异，主要是由 于洪季和枯季径流和潮流水动力不同所致。 2.3 反应径流和潮流水动力参数的建立
文选取近口段狼山沙―石化下河段，水流、悬沙浓 度及水深数据为 2004 年洪季和 2005 年枯季实测数 值，两次测量的断面和测点布置相同，如图 1 所示。 流速和悬沙浓度的测量采用六点法，流速、悬沙浓 度及水深均为半潮平均值，潮位、潮差采用徐六泾 水文站数据，流量采用大通站 3 天流量的平均值。
图 1 研究区域及测点布置 Fig.1. Survey region and measuring points distribution