钱塘江河口围垦回淤过程预测探讨论文

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1、钱塘江河口围垦回淤过程预测探讨论文摘要：在河口进行围垦，由于边界条件的改变和纳潮量的变化，一般都会引起河床的冲淤变化，对淤积过程的预测是一个非常重要且困难的问题。本文根据定床潮流计算的结果，利用河床变形方程求得围垦后的初始淤积速率，利用最小能耗原理求得极限淤积平衡状态，而由灰色理论求得整个淤积过程，经动床物理模型的印证和实测资料的检验以及工程实施后的发展过程的验证.freelin(1)由式(1)可知，为适应边界条件的变化，河流系统中反应最为敏感、最易调整的因子是水深H，其次是单宽流量q，再次是糙率n，而变化相对缓慢、滞后的是min，它与施加于系统的约束有关。在围垦后，边

2、界条件发生改变，在河流系统的自我调整作用下，各水力要素均会相应地发生变化以适应变化了的环境条件，由(1)式易得H2/H1=m(q2/q1)9/13(2)m=(n2/n1)6/13(min1/min2)3/13(3)式中”1”代表工程前，”2”代表工程后，H为水深，q为单宽流量。该结构形式已在钱塘江河口和其它航道整治工程中得到了广泛的应用，本文也将据此来推求河床调整平衡后的可能冲淤厚度。钱塘江河口以悬移质造床为主，在围垦前后，其糙率变化不大，即n1≈n2;并且局部的围垦尚不足以引起河口系统的能耗最小值的大幅度相对变化，因此也可假设(min1/min2)3/13≈1，为此近

3、似地取m≈1。根据(2)式，围垦后纳潮量减小，即q2减小，则H2应减少，河床将发生淤积，其回淤关系将满足式(2)，利用定床水流计算所得的水力要素和(2)式可求得围垦后可能的平衡淤积厚度。另一方面，对于潮汐河口，由于潮波变形，涨、落潮不对称，对输水输沙的作用是不一样的。在某时刻的单宽输沙率可写成(4)式中,,分别为潮周期的垂线平均流速、含沙量和水深，V′，S′，H′分别为某一时刻平均流速、含沙量和水深与垂线平均流速、含沙量和水深的偏差。以潮周期为计算单元时，有∑V′=∑S′=∑H′=0(5)故潮周期平均单宽输沙率为(T1)(T2)(T3)(T4)(T5)(6)式中T1项中

4、，，恒为正，正负两可，因此，T1的正负(方向)仅取决于涨、落潮流的强度对比。T1表征了优势流对净输沙的贡献。T2项反映了stokes漂流效应对净输沙的贡献，在河口地区该项为负值。T3的符号依V′S′的正负而定，后者既取决于流速过程线的含沙量过程线和相位关系，还与涨、落潮掀沙效应的差异有关。涨潮含沙量大于落潮含沙量时，T3为负，反之为正。故T3反映了涨、落潮流挟沙强度对净输沙的贡献。T4为含沙量与水深变化的相关项，因研究区段处在动力平衡带，AKV-的绝对值通常较小，故T4的绝对值也较小，T5项依赖于V，S，H的相关性，其绝对值与前三项相比小得多。由方程(4)可知，潮流对净

5、输沙的贡献取决于涨、落潮流特性的相对变化。围垦之后，由于流速、潮量的减小，涨、落潮动力减小，潮流所挟带的沙量也随之减小，涨、落潮优势流和挟沙强度的相对变化决定了围垦之后河口的净输沙格局的变化和演变发展趋势。工程前后，河道的冲淤主要取决于优势流与挟沙强度的相对变化，为此可用输水输沙的相对变化来判断可能发生的冲淤情况。比如，对涨潮冲刷槽而言，当涨潮输沙量大于落潮输沙量时，将发生冲刷，可用优势沙表示G=(VHSt)f/(VHSt)e∝(Vf3tf)/(Ve3te)S∝V2/H(7)式中下标f表示涨潮，下标e表示落潮，S为含沙量。同样，定义优势流为涨潮潮量与落潮潮量之比，即优势

6、流为涨、落潮相对输水量之比F=(Qf/Qe)(8)显然，当G2G1,F2F1时，河床将发生冲刷，当G2G1,F2F1时，河床将发生淤积。由优势流和优势沙的概念，可以利用定床计算的水力要素来判断围垦后河床发生冲、淤的部位及可能发生的演变趋势。根据上述概念所得到的冲、淤平面分布与工程实施后出现的分布情况相一致。3回淤预测公式一般形式根据河床变形方程1可建立如下冲淤模式(9)式中k为沉降机率(在钱塘江河口可取1～2)；ω为泥沙沉降速度(4～5×10-4m/s);s为含沙量；s*为挟沙力；γ′为泥沙干容重。在围垦之前(天然情况下)，可认为河床处于相对冲淤平衡状态，即，有s1=

7、s1*，在潮汐河口，有s*=α(v2/gh)(10)围垦后初期，假定来沙不变，即s2=s1，由于围垦引起水流条件的改变，必然引起挟沙能力的相应变化，造成河床的冲淤变化，其冲淤强度可由(9)式的差分而求得，即p=kax(p1,p2)，或根据当地的冲淤特性来选取，对涨潮占优者取p1，对落潮占优取p2，对涨、落持平者，取p=(p1+p2)/2作为初期淤积速率。4回淤过程的灰色预测上文已求得围垦后初期的可能淤积速率和平衡淤积厚度。由于河床的自我调整作用，随着淤积的发展，水流要素也会受到影响而发生变化，从而进一步地影响河床的回淤速率。从原则上讲，可