长江口北支水道水沙特性分析_曹民雄

d max
0 .500 0 .500 0 .500 0 .250 0 .500
2 .3 .2 潮流运动特征
北支水道的潮流运 动既与 外海的 潮汐动力 有关 , 也与 长江 南支的水流运动有 关 。 通过长 江口南 、北支 水道的 二维水 流数 模几个典型时刻的流 场 , 可反映出北支水道潮流运动的特征 。
收稿日期 :2003 -03 -06 作者简介 :曹民雄 , 男 , 南京水利科学研究院河港研 究所 , 高级工程师 , 硕士 。
第 12 期
曹民雄等 :长江口北支水道水沙特性分析
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很大 , 将 从海外带入 大量的泥沙 , 对河 道地形产 生剧烈变化 , 需 要很长时间(甚至数年)的水流作用才能逐渐恢复到原有而应有 的河床形态 , 因而北支水道 的规划 和整治 应充分 考虑风 暴潮的 突发影响 。
涨潮流 为主 , 一般涨潮 流速大于落 潮流速 , 大潮涨 、落潮流 速大
于小潮 。
表 3 北支沿程床沙粒径特征值
mm
取样点
位置
d
d50
A2(7 月) 0 .0960
A2(10 月) 0 .0891
A3
0 .1010
A4
0 .1490
B1
0 .0735
B2
0 .1310
0 .0951 0 .0827 0 .0616 0 .1520 0 .0349 0 .1160
5 .53
0 .15
平均高 潮位 m
3 .81 3 .82
潮位站
青龙港站 三条港站
平 均低 潮位 m
1 .13 0 .80
最大潮差 m
4 .81 5 .95
多年平均 最小潮差
潮差 m
m
2.69
0 .05
3.07
0 .06
平均涨潮历时 h
3 :06 4 :54
平均落潮历时 h
9 :19 7 :31
注 :高程为吴淞零点 。
d max
1 .0 00 1 .0 00 0 .5 00 0 .5 00 0 .5 00 1 .0 00
取样点 位置
A5 A6 A7 B3 B4
d
d 50
0 .1280 0 .0735 0 .0489 0 .0174 0 .0298
0 .1340 0 .0459 0 .0275 0 .0123 0 .0189
3 .2 泥沙级配情况 3 .2 .1 悬沙级配
2001 年 7 月和 10 月水文测验时 , 各流速测点同期进行 了泥
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人 民 长 江
2003 年
沙取样 。 沿垂线悬 沙的 级配 基本 一致 , 涨 、落 潮期 级配 略 有差 异 , 沿程悬沙级配各处略有不同 , 级配范围基本一致(图 7)。
表 1 青龙港 、三条港的水文特征值
历年最高潮位 历年最低潮位
潮位站
m
m
最大潮位 平均最高 平均最低 变幅 m 潮位 m 潮位 m
青龙港站 6 .61(1997 年) -0.20(1961 年) 6 .81
5 .32
0 .41
三条港站 6 .52(1997 年) -0.43(1999 年) 6 .95
1 河道概况
长江下游在徐六泾以下 被崇明 岛分为 南 、北 两支 。 南 支水 道从白茆河口至七丫口为白茆沙水道 , 其间又被白茆沙 分为南 、 北水道 , 目前南 、北水道 -10 m 等深 线贯 通 。 北 支水 道由 崇头 至连兴港全长约 83 km, 河道在大洪港至大新港间由东北向转为 东南向 , 弯顶以上的崇头至大 洪港间河 段顺直 , 河 宽约 2.2 km , 弯顶以下河段基本顺直 , 河宽自上而下逐渐拓宽成喇叭 型 , 三条 港处展宽至 9.0 km 左右 , 连 兴港处 河宽达 12.0 km 。 中部 被兴 隆沙分为两汊 , 目前因兴隆沙南槽上口淤塞严重 , 南槽仅靠涨潮 流维持 , 本河段河势见图 1 。
图 9 北支水道沿程各垂线平均含盐度过程
由以上分析可知 , 北支水道渐渐以潮汐动力为主 , 泥沙也主 要来自外海 。 自 1958 年以来 , 随着径流分流比 等水沙特性 的逐 年变化 , 北支水道的河床也发生一系 列的变化 , 分析北 支水道 0 m 以下各 河段容积 的变 化(表 4)可 以看 出 :北支水 道槽 蓄容 量 逐年减 小 , 并 渐趋稳定 ;北支 上段Fra Baidu bibliotek蓄容 量减小速度 最快 , 崇头 至大新港 20 km 间 1958 年到 1970 年实际减 小容量达 53.2%, 为 北支逐年淤积最快 的区域 , 北支 出口段 淤积较 为缓 慢 。 近期[ 2] (1998～ 2001 年)上段崇头 — 三和港淤积 0 .655 亿 m3 , 下段(三和 港 — 连兴港)略有冲刷 , 冲刷量 为 0 .991 亿 m3 。
年减小 , 径流对北支水道的影响越来越小 , 北支水道主要受潮流 作用 。
图 2 北支分流比变化
2 .2 潮汐及风暴潮
北支水道为 河口 段 , 潮型 呈不 规则 半日 潮 , 潮 周期 平均 为 12 h 25 min。 北支水道有两个常设潮位站(青龙港和三条港水文 站), 其潮汐特 征列于 表 1。 因北支 水道 平面 形态呈 喇叭 型 , 沿 程向上游潮波变 形剧 烈 , 潮差 减小(多年 平均 潮差 由三 条港 的 3.07 m 减小为青龙港的 2 .69 m), 但平均高 潮位基本 一致 , 如受 台风或强热带气旋 影响 , 还将出 现涌潮 现象 。 同时 受地形 和平 面形态的影响 , 沿程向上 游落潮 历时由 7 :31 加 长至 9 :19 , 涨潮 历时由 4 :54 缩短为 3:06 , 可见沿程向上 , 潮波能量逐渐被消耗 。
图 1 本河段河势及测点位置
2 水流特性
2 .1 径 流
北支水 道径流的分流受 上游南 通河段河 床演变 的影响 , 北 支水道由 1915 年 径流 分流 比 25%降至 目 前的 5%以 下 。 1958 年以来 , 随着护岸工 程的实施 , 南通 河段的河势 得到基本 控制 , 通洲沙东水道 一直处主 流地位 , 长江口南 、北分 流口基本 稳定 。 北支水道 径流分 流比变 化见图 2, 可见北 支水道 径流分 流量逐
摘要 :从实测资料出发 , 结合水流数值计算成果 , 对长江口北 支水道的水 流 、泥 沙和含盐度 等资料 进行分 析 , 得 出了北支水道的水沙特性 , 并分析了水沙变化与河床变化的相互关系 。 北支水道在 1958 年南通河段 河势控制 后 , 径流分 流比逐年下降 , 并渐趋稳定于 3%左 右 。 北支 水道受 径流影响 越来越 小 , 主要受 潮流作用 。 随着水 沙特性的逐年变化 , 北支水道 0 m 以下槽蓄容量逐年减小 , 并渐趋 稳定 , 北 支上段为 逐年淤 积最快 的区域 。 由 此反过来影响了水沙条件的进一步 变化 , 使北支上段平均潮差增加 , 北支的会潮点由崇头附近下移至青龙港附 近。 关 键 词 :水沙变化 ;河床变化 ;水沙特性 ;长江口 北支水道 中图分类号 :TV142 文献标识码 :A
表 2 北支水道潮流速特征值
ms
测量日期
涨潮
落潮
测点位置
最大流速 平均流速 最大流速 平均流速
2001 年 7 月 6 ～ 7 日 A1 A2 A3 A4 A5 A6
2001 年 10 月 3～ 4 日 B1 B2 B3 B4 B5 B6
1 .22
0 .98
-1.99 -1.17
1 .19
0 .87
-2.02 -1.07
1 .23
0 .83
-2.25 -1.37
1 .28
1 .00
-1.62 -1.01
0 .94
0 .66
-1.54 -1.09
0 .73
0 .51
1 .39
0 .89
-2 .2 -1.15
1 .41
0 .97
-2 .2 -1.40
1 .26
0 .97
-2.21 -1.60
1 .58
图 3 两次水文测验青龙港和三条港的同期潮位 两次测量各测 点的 流速 特征值 见表 3, 可见 北支 水道 是以
图 4 北支历年实测涨落潮平均含沙量 垂线平均含沙量过 程的变 化规律 不明显 , 含沙 量沿垂 线分 布不均匀(图 6), 一般接近水面含 沙量大些 , 近底含 沙量相 对较 小 , 涨 、落潮含沙量的差别各处 不尽一致 。
本地区为 强 热带 气 旋或 台 风影 响 频 繁 的区 域 , 从 1949 ～ 1997 年间 平均 每年 遭遇 2.24 次 台风 , 风 力一 般在 6 ～ 11 级 之 间 。 表 2 中历年最高潮位正是 1997 年 8 月 19 日 11 号风暴大潮 造成的 , 当时大通流量仅为 45 500 m3 s, 超过 1954 年大 洪水(大 通洪峰流量为 Q =92 600 m3 s)时青龙港相应高 潮位 5.57 m 的 值 。 可见风暴潮对北支 水道的 影响不 容轻视 , 防灾 水情不 仅是 长江洪水期间的防洪 , 还有 风暴潮和 台风风 浪对江 岸堤防 破坏 的防护 。 同时风暴潮因 潮波能 量急剧 聚集 , 掀沙和 输沙能 力均
(3)时刻 t = 15:00 时流场显示 :南支涨潮流继续向上游推 进 , 北支下段已转为明显的落潮流 , 而上 段崇头至大新港间仍为 涨潮水流 , 北支会潮点在青龙港至大新港间 , 北支上段出现落潮 期间的涨潮水流 。
(4)时刻 t =15 :30 时流场显示 :全河段均为落潮流 , 只是南 支刚由涨转为落 。
总之 , 北支涨潮流出现 比南支早 , 且 涨潮流明 显强 于南支 , 北支的会潮点在青龙 港附近 。
3 泥沙特性
3 .1 含沙量特征
随着北支径流分流量的逐 年减小 , 北支上游来沙较少 , 泥沙 主要来自外海 。 北支历年来实 测的平均含 沙量情 况见图 4 。 可 见一般涨潮含沙量大 于落潮含沙量 , 大 、中潮时尤其如此 。 单取 青龙港的资料 进 行分 析(图 5), 可见 一般 大 、中 潮 的含 沙量 较 大 , 且涨潮含沙量 远大 于落 潮含 沙量 , 但 小潮 的含 沙量 一般 较 小 , 变化规律不明显 。
第 34 卷 第 12 期 2 0 0 3 年 12 月
文章编号 :1001 -4179(2003)12-0034 -03
人 民 长 江 Yangtze River
Vol.34, No .12 Dec ., 2003
长江口北支水道水沙特性分析
曹 民 雄1 高 正 荣1 胡 金 义2
(1 .南京水利科学研究院 河港研究所 , 江苏 南京 210024; 2.长江 水利委员会 长江下游水文水资源勘测 局 , 江 苏 南京 210000)
水来沙与河床相互作用而表现 出来的特性 。 水沙特性一方面将 影响着北支水道的河床 演变 , 另一方 面又是 北支水 道河段 特性 的直接表现 。
图 5 青龙港历年实测涨落潮平均含沙量
图 6 北支涨落潮含沙量沿垂线分布
图 7 北支水道 0 .6 h 处落急时悬沙级配
3 .2 .2 床沙级配
2001 年 7 月和 10 月进 行水 文 测验 时 , 沿 程取 有河 床 质沙 样 , 其级配情况见图 8 , 沙 样特征 值见表 3。 可 见北 支沿程 床沙 粒径范围基 本一致 , 一般为 0.004 ～ 1.0 mm, 其中 深槽附 近床沙 级配不均匀 , 粒径为 0 .1 mm 的居多 , 浅滩上床沙相对均匀 。
(1)时刻 t = 10:30 时流 场显示 :长江 口南支为 落潮流时 , 北支已涨潮 , 潮流已上溯到大新港弯道附近 , 弯道以上的青龙港 至崇头间仍为落潮流 , 北支出现涨潮期间的落潮水流 。
(2)时刻 t =12 :00 时流场显示 :南支也开始涨潮 , 会潮点在 徐六泾附近 。北支的涨潮流已上溯到崇头附近 , 北支水道均为涨 潮水流 。
1 .28
-2.05 -1.26
1 .22
1 .00
-1.56 -0.99
1 .03
0 .72
2 .3 潮 流
2 .3 .1 潮流速特征
以下将利用两次 实测(测点 位置 见图 1)水文 资料 为基 础 , 分析北支水道处潮流界范围内北支水道的潮流速特征 。
2001 年 7 月 6～ 7 日(农 历十六 至十 七)对北 支水道 的 7 个 测点(A1 ～ A7)进行了流速过程观测 , 2001 年 10 月 3～ 4 日(农历 十七至十八)又进行了 6 个测点(A1 、A2 和 B1 ～ B4)的流速 观测 。 两次观测均为大潮 , 测流时 青龙港 和三条 港的同 期潮位 过程见 图 3 。 可见第 1 次测量时 两站潮 差为 4 .13 m 和 4.20 m, 第 2 次 测量的潮差分别为 3.74 m 和 4.06 m , 两 次潮差 相差不大 。 而 7 月份为长江汛期 , 大通流量 Q =39 576 m3 s, 10 月份已进入长江 枯季 , 大通流量 Q =30 242 m3 s, 这也从另一方面说明北支水道 受长江径流的影响较少 。