建闸河口闸下潮波变形数值模拟研究*

我国河口建闸之多,闸下河道淤积之严重,世界罕见。众多学者对建闸河口闸下淤积的机理进行了系统的分析和研究,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(河口到闸的距离)不同,潮波变形的特征也有所不同,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,通过数值模拟计算,得出了不同引河长度时的潮波变形特征,为预测和分析不同闸址建闸所引起的淤积特性分析提供研究依据。     

不同引河长度下河口闸下淤积形态数值研究

闸下淤积是河口建闸的关键问题,直接关系到工程的成败。基于甬江及口外海域金塘水道实测水文泥沙资料,建立平面二维水沙数学模型,分析计算不同引河长度下的闸下淤积特点以及对北仑港区、镇海港区水沙运动和地形变化的影响。计算结果表明:在上游径流及外海来沙相同的条件下,闸址离河口越近,闸下河道因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,对镇海港区影响较大,当闸址位于镇海港区上游时,闸址距港区越近,淤积影响越显著。     

甬江河口建闸工程闸下淤积数学模型研究

闸下淤积是潮汐河口建闸的关键问题之一。针对甬江河口建闸工程,建立平面二维水沙数学模型,分析计算河道淤积现状、不同建闸方案工程后的淤积情况以及建闸工程对北仑港区、镇海港区水沙运动和地形变化的影响。计算结果表明,河道目前处于淤积状态,沙源主要来自外海。工程实施后,闸上因受闸保护河道基本无淤积,而闸下淤积影响较大。从整个河道看,闸址越靠近河口,受保护的上游河道面积越大,由闸下淤积带来的河道总体泥沙淤积增量越小,甚至小于目前的河道淤积量。闸下淤积对镇海港区影响较大,对北仑港区影响较小。     

挡潮闸外迁对闸下水动力特征影响的概化模型研究

以苏北沿海的王港河口为原型,建立潮汐河口三维水动力概化数学模型,分别对挡潮闸迁移前、后的闸下水动力过程进行模拟。通过对比闸下潮位、流速及流向的特征变化,分析挡潮闸外迁的相关影响。结果表明:挡潮闸外迁后,闸下潮波变形现象减弱,涨、落潮历时趋于相近、不对称性减弱,有利于改善涨落潮流输沙不等现象;闸下水动力环境增强,平均流速增大,垂向各层流速的分布更加均匀,且表、底层流速比增大,有利于加强闸下冲刷、减轻淤积;闸门外迁对河口外的流速分布影响较小。上述结果可为类似的强潮流河口挡潮闸外迁论证以及外迁后的闸下淤积研究提供参考。     

建闸河口潮波变形概化模型研究*

概述潮汐河口潮波变形的普遍性及建闸前后影响变形的不同因素。建立了概化河口闸下河道物理模型,说明了模型设计的理论依据及模型布置方案。通过概化模型对建闸河口不同引河长度的潮波变形特性进行模拟研究,得到不同闸址建闸后潮波变形的共性和差异。闸下引河长度对潮波变形的影响明显,随着闸址距河口距离的增加,沿程潮差的增减趋势发生变化;建闸后涨潮平均流速与落潮平均流速的比值变化趋势与引河长度紧密相关。     

双龙河口闸下港区淤积原因分析

根据断面水文测验结果，分析确定了海区底质泥沙特性，海水含沙量及流速；对闸下港区造成泥沙淤积的原因进行了较深人的分析；根据水文测验的有关数据，运用一般“文献方法”和“规范方法”分别对港区泥沙淤积强度作了估算；对于如何冲淤和减淤，从方法上和理论上作了论述。     

里下河地区入海通道闸下淤积的原因及对策

里下河地区入海通道闸下淤积的主要原因是河口建闸后上游径流量减少、落潮历时延长、流速减弱、潮流量、潮波变形、潮汐水道变化和围垦不当等,闸下淤积影响了工程益的充分发挥。减淤措施有水力冲淤、机械清淤,防淤措施有工程措施和植物措施。应依据河口淤积特征,全面规划,综合治理。     

河口建闸对河道河口及近岸海域水环境的影响研究

应用一维、二维水流、水质模型模拟一个典型河道在建闸前后河道、河口及近岸海域水环境状况。分析表明,河口建闸使河道内污染物平均浓度达到建闸前的1.0~3.5倍,使河口及近岸海域影响的水域面积最大值增加了将近7倍。     

海河河口挡潮闸的泥沙问题

本文根据辽河河口西水道、海河河口建闸前后与套尔河河口的实测资料,总结出淤泥质河口的河床演变,除纳潮量而外,还有三个重要的动力参变数:a.年径流量/年纳潮量即Qr/Qt的比值,b.纳潮量沿程递减率(涨潮)及递增率(落潮)即ΔQt/Δx,c.时段年输沙量减少/时段年径流量减少即ΔG/ΔQr。对于海河河口闸下减淤问题,根据上述与河床演变有关因素,作出了建议:a.把河口段改建成半潮汐通道,及b.提出修建闸下防沙导流堤的原则。     

河口挡潮闸闸下低潮缺失水位修正方法

河口挡潮闸闸下低潮水位资料周期性缺失可能导致闸下潮汐调和分析结果出现偏差,从而直接影响到闸下水位过程的预报精度。针对这一问题,提出了一种闸下低潮缺失水位的修正方法,利用潮汐过程曲线的对称性对低潮缺失水位资料进行初步修正,然后根据调和分析自报结果对修正数据进行迭代更新,直至潮汐调和常数不再变化。验证结果表明,该方法可有效提高闸下水位过程的自报精度,其成果在2014年宁波高背浦闸闸下测站的潮汐预报中得到了良好应用。     

浙江苍南海域水文泥沙环境及冲淤演变分析

通过现场大量实测水文泥沙及地形资料,对浙江苍南海域的水动力条件及泥沙环境进行了研究。研究结果表明,该海域潮汐动力强、受台风影响频繁,工程临近大片河口浅滩,水体含沙量较高。因此,应尽量减小防波堤内港池的无用水域面积,以减少进港的纳潮水体和沙量。另外,为减少台风及风暴引起的骤淤,对航道进行一定的整治是十分必要的。     

细颗粒泥沙运动及滩槽交换对航道回淤的影响

潮汐河口细颗粒泥沙为主的泥沙运动方式呈现出复杂的形态,其不同的运动形态对河口演变和航道回淤问题的研究十分重要。讨论在潮汐、波浪条件下,非黏性沙的层移运动和黏性细颗粒泥沙近底高浓度悬沙层的类推移运动,以及浮泥层的推移运动等泥沙运动形态的特点、发生条件和运移规律。针对长江口南槽水动力条件,利用前人水槽试验成果,估算了主槽水体含盐度高于浅滩时,航道两侧浅滩近底高浓度悬沙横向输移进槽的输沙量,得到与实际基本相符的结果。     

连云港徐圩港区航道大风天强淤可能性分析

连云港海域流速不大,徐圩港区规划航道线南北两侧断面,平均流速在0.20～0.40 m/s;波浪作用相对较大,年平均H1/10最大波高为3.58 m;徐圩港区南部紧邻粉沙质区,位于粉沙向淤泥过渡的边缘地带;徐圩港区底质沉积物主要以细颗粒为主,中值粒径一般都在0.01 mm以下,粘土含量在30%以上,属于淤泥质海岸性质;海域年平均含沙量在0.20 kg/m3左右,近岸河口或浅滩表层平均含沙量在0.10～0.20 kg/m3,外海域表层平均含沙量在0.1 kg/m3以下;台风期间海域含沙量骤增,近底层含沙量可达5.0 kg/m3以上。根据国内其他港口大风天回淤问题的研究经验和对骤淤(或强淤)条件的分析以及与连云港港区的对比分析,认为徐圩港区航道开辟后,也会出现大风天强淤情况,但淤积的形式应完全不同于粉沙质海岸。     

连云港港15万吨级航道回淤观测研究

开展了连云港港15万吨级航道实际回淤观测,结合水文泥沙条件,对常年和大风天的回淤特征和影响因素进行了研究。研究表明,连云港港15万吨级航道年回淤量约为607×104 m3,与15万吨级航道初步设计预测值基本相近;回淤分布与7万吨级航道相似,最大淤强位于外1段,约为1.86 m/a。大风天航道回淤呈现3阶段变化特征,具有先淤后恢复的特征,风后的局部淤积是暂时的,需要疏浚的实质性回淤很小。依据15万吨级航道实测回淤特征,建议30万吨级航道宜结合港区在东西连岛口门建设防波堤,以减小回淤峰值区段淤强。     

温州石化基地30万吨级航道选线研究

采用水动力泥沙条件分析、冲淤演变分析、航道轴线平均水深与开挖深度统计、基建工程量计算、二维潮流数学模型计算、航道年淤积强度与淤积量计算、航道骤淤计算、三维潮流数学模型计算、通航安全分析等多种手段对温州石化基地30万吨级航道多条轴线方案进行了比选研究。根据航道轴线自然淤积厚度、航道天然平均水深、航道平均开挖深度、航道首次开挖量、航道长度，大潮最大流速与航道轴线交角、最大横流速度、航道年平均淤积强度、航道年淤积量、航道平均骤淤强度、航道段最大骤淤强度及通航安全（航道拐点、附近有无岛礁）等多项指标对航道轴线方案进行了选择。研究结果认为与涨落潮流方向基本一致的直线方案为最佳航道轴线方案。     

三峡水库蓄水后宜都水道演变及航道变化

依据蓄水前后原型观测资料,分析了三峡工程蓄水前后宜都河段——三峡枢纽下游的低水分汊河段的河势和河床冲淤变化情况及其对航道的影响,并对该河段的演变趋势进行了预测。结果表明,来沙量减少使宜都水道冲刷,沙泓上浅区冲刷下切,而下浅区以冲滩为主,石泓深泓冲刷下降,南阳碛冲刷缩小,分流格局有发生变化的趋势。沙泓上浅区航道条件改善,但下浅区航道展宽左摆,发展下去不利于航道维护。     

珠海中燃桂山油库多点系泊码头技术改造潮流数学模型研究

利用TK-2D软件,建立了伶仃洋内外整体二维潮流数学模型和桂山岛附近工程区局部二维潮流数学模型,采用最新的水文资料对整体模型和局部模型都进行了验证,在验证的基础上,对珠海中燃桂山油库多点系泊码头技术改造项目的3个平面方案的潮流场进行了模拟,对泥沙回淤和骤淤进行了计算和分析。研究结果表明:工程方案实施后,3个方案的航道涨落潮平均流速变化仅为0.01 m/s,涨落潮平均流向不变。港池(调头地和泊位)开挖后涨落潮流速减小,不需开挖的(方案2的港池和方案3的调头地)则涨落潮流速不变;3个方案港池(泊位、调头地)和航道的平均淤强分别为0.06 m/a、0.02 m/a和0.02 m/a,淤积量分别为4.7万m3/a、1.2万m3/a和1.4万m3/a;工程骤淤问题很小,不致形成骤淤;从潮流场和泥沙淤积角度考虑,以方案2为最优,但考虑到3个方案淤强和淤积量值都不大,因此3个方案都是可行的。     

透水框架制作工艺的改进与工程经济适用性分析

透水框架因其本身具有的消能、固滩和促淤的特点在长江中下游航道整治工程中得到了广泛应用。针对传统的杆件焊接式透水框架和改进制作工艺后的一次成型透水框架在预制所需堆场面积、模具费用和施工工艺等在工程经济方面进行比较,分析其工程经济适用性,并对其适用条件和范围提出建议。