黄河口拦门沙疏浚对尾闾河道泄洪排沙影响的研究

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1、黄河口拦门沙疏浚对尾闾河道泄洪排沙影响的研究摘要：本文研究和探讨了黄河口拦门沙疏浚后，尾闾河道水位、流速和水面比降的变化以及疏浚部位的回淤过程。试验结果表明，河口拦门沙疏浚后，在一定时期和一定范围内，可以使尾闾河道发生溯源冲刷。在施放不同典型年的水沙条件下，尾闾河道可在疏浚点以上21～35km范围内发生溯源冲刷，同流量水位最大下降0.24～0.47m。同时，疏浚河槽始终处于回淤状态，经过一个汛期回淤量可达到70%～80%。关键词：黄河口拦门沙疏浚泄洪排沙　　黄河口地区河床主要处于一个堆积的环境，当

2、河流来沙不能全部输送至深海，则在河口地区发生沉积。从纵剖面上看，一般都存在着突出于上下游河段河底连线之上的成型堆积体，其中淤积部位处于河口段与口外滨海段的交接地区，亦即口门附近，称之为拦门沙。拦门沙形成之后，侵蚀基面抬高，对河口泄水排沙不利，导致水位壅高，泥沙沉积，产生溯源淤积，对尾闾河道具有负面的反馈影响。近年来，随着经济社会的持续发展，黄河两岸工农业用水量的持续增长，进入河口的水沙条件发生变异，尾闾河道主槽萎缩严重，防洪压力增大。因此，为减轻黄河下游河道及河口地区的淤积，一些专家提出采取疏浚、

3、拖淤等措施治理河口拦门沙，尽可能保持口门畅通，以利泄洪排沙入海。然而，河口拦门沙演变剧烈，影响因素极为复杂，疏浚效果难于预测。目前黄河口尚未建立实体模型，同时在黄河口拦门沙地区还缺乏挖沙疏浚的实践，尚有很多关键技术问题和理论问题亟待解决。为此，本文采用概化物理模型[1]对河口拦门沙疏浚效果进行试验研究，为黄河口综合治理提供参考。1　试验的基本情况1.1　模型比尺　模型设计为水平比尺λL=1000，垂直比尺λH=50，模型下边界设在海底高程达-14m的海域，上边界设在西河口以上1.5km处，模拟尾闾

4、河道及河口长66km(如图1所示)，采用电木粉作为模型沙。由于模型的变率较大，必然造成一定的相似性损失，为尽可能保证模型与天然相似，模型试验按照模型相似率理论进行设计，并通过水位及冲淤量等模型率定试验对有关比尺进行适当的调整，确保主要物理量相似，使试验结果满足研究内容的要求。图1模型平面布置　　天然河道的水流一般处于紊流状态，保证水流相似的条件为重力相似和阻力相似，则流速比尺λV=λ1/2H=7.07，糙率λn=λ1/6H(λH/λL)1/2=0.43。在天然情况下，原型试验段的糙率系数一般在0.

5、009～0.014之间，则要求模型糙率一般在0.0209～0.0325之间。对于动床模型，电木粉的糙率系数在0.02左右，小于设计要求的糙率。但由于概化模型的变率较大，河道的形态阻力和边壁阻力较大，模型的综合糙率基本能够满足设计要求，这一点在验证试验中得到了印证。　　悬移质运动相似的条件为悬移、起动和冲淤相似。起动相似条件要求起动流速比尺与流速比尺相等，即λVc=λV。沉降相似比尺λω=λV(λH/λL)0.75=0.75，粒径比尺λd=(λωλV/λγs-γ)1/2=0.45。为保证模型中河床冲

6、淤与原型相似，含沙量比尺经过多次验证试验调整后，模型试验最终采用λs=0.9，即λs=λs*=0.9。冲淤时间比尺：λt2=λLλγ′/λVλS=341。1.2　验证试验　自1996年黄河口汊河流路行河以来，进入黄河口的水沙连年偏枯，只有1996年发生了较为典型的洪水，同时又恰逢汊河流路改道行水当年，尾闾河道发生了较大的冲淤变化。因此，选择1996年汛前实测河道和河口地形作为验证试验的初始地形，1996年6～10月实测水沙资料作为验证试验的水沙条件。表1给出了各级典型流量模型试验水位与天然实测水位

7、，可以看出，误差在0.12m以内，表明模型基本达到了阻力相似；表2给出了分段冲淤量的验证结果，基本上能够满足河床冲淤相似性的要求。1.3　方案试验条件1.3.1　地形条件　方案试验的初始地形，河道部分根据1996年汛后河道大断面测量资料及2000年实测的1∶1万的河道地形图确定。河口及海域部分根据1996年实测的1∶2.5万河口及海域地形确定。在此基础上，根据清水沟流路顶点高程最大的拦门沙实测地形资料，塑造了拦门沙I+1(见图2)。拦门沙I+1顶点约在S7处，顶坡段长约2km，顶点高程0m，自顶坡

8、起始点向上游为一倒坡，坡度约为-1/2200，倒坡段长约4km，最低高程为-1.8m，坡顶与坡脚高差为1.8m。1.3.2水沙条件根据试验内容，河道上游来水来沙条件采用恒定水沙过程和非恒定水沙过程。恒定流量分为大、中、小三级，根据该河段的水沙特点确定为1000m3/s、2000m3/s和3000m3/s，相应的含沙量分别为15kg/m3、30kg/m3和40kg/m3，来流持续时间分别为26d、13d和8d，下边界采用固定潮位(分别为平均中潮位0.5m和平均高潮位1.0m)。非恒定