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1、第29卷第5期水电能源科学Vol.29No.52011年5月WaterResourcesandPowerMay2011文章编号:1000-7709(2011)05-0099-04潮汐河口闸上河床演变对建闸的响应12,32,3王柏明,史英标,杨元平(1.绍兴市曹娥江大闸管理局,浙江绍兴312000;2.浙江省水利河口研究院,浙江杭州310020;3.浙江省河口海岸重点实验室,浙江杭州310016)摘要:针对挡潮闸闸上河床演变的响应研究较少的问题,以浙江省强潮河口曹娥江口门建闸为例,基于建闸前水沙输移特点及河床演变分析,采用动床数学模
2、型研究了建闸对闸上河床演变的影响。结果表明,建闸后闸上河道蓄水及口门侵蚀基面抬高,闸前至新三江闸河段内呈壅水淤积,新三江闸以上河段发生单向冲刷。关键词:潮汐河口;动床数学模型;水流挟沙能力;挡潮闸;河床响应中图分类号:TV145;TV1312文献标志码:A潮汐河口口门建闸后,闸上河道变为水库,平时关闸挡潮,闸上水位超过正常蓄水位时开闸放水,与建闸前相比,来水来沙条件发生了很大变化,必将引起闸上河床演变问题。水沙运动与河床变形不仅对工程自身的安全和效益影响很大,且对河流系统河势的演化乃至周围人类的生存环境均有一定影响。目前,研究此类问题
3、一般常采用基于河床演变分析的平衡断面河相关系法、基于挟沙水流运动和河床变形方程的动床数学模型及基于相似理论的动床河工模型试验等三种方法。关于挡潮闸闸下泥沙运动及河床冲淤问题研[1~3]究已有很多,但涉及闸上河床演变的响应分析研究却很少。鉴此,本文以浙江省强潮河口曹图1曹娥江形势及原型观测点位示意图Fig.1SketchmapofCaoeRiverpositionand娥江口门建闸为例,采用动床数学模型研究了闸prototypeobservationpoints上河床演变对建闸的响应,研究结果对河流、河口多年平均径流量为77.3m3/s
4、,曹娥江的平滩流及大闸的运行管理具有指导意义。量约1000.0~2000.0m3/s,保证率为1%~2%3的日平均洪水流量约1000.0m/s。1建闸前曹娥江河口水动力与河床(2)潮汐。曹娥江河口口门建闸前,受钱塘江演变特性河口潮汐影响,潮波进入曹娥江河道后进一步变1.1水沙动力特性形。桑盆殿潮位站资料表明,多年平均高潮位3.88m、低潮位2.76m,平均潮差1.12m,最大曹娥江东沙埠以下为感潮河段(图1),根据潮差5.40m;涨潮历时1.83h,落潮历时各段水动力特性差异及河道冲淤特性,可将曹娥10.50h。曹娥江河口的潮汐除受钱塘
5、江河口影响江感潮河段分为两段,其中上浦闸以上为近口段,外,还受自身江道地形冲淤的影响,潮汐年际、年以径流作用为主;上浦至口门为河口段,径流和潮内变化较大。江道地形又与上游径流大小、钱塘流共同作用,河床冲淤变化剧烈。(1)径流。统计曹娥江花山站实测径流资料,江尖山河段主槽走向、曹娥江口门外主槽出口方向和外海潮汐强弱等因素有关。收稿日期:2011-01-22,修回日期:2011-03-09基金项目:水利部公益性行业科研专项经费资助项目(201101056)作者简介:王柏明(1967-),男,高级工程师,研究方向为水利工程管理,E-mail:sx
6、swbm@163.com通讯作者:史英标(1967-),男,教授级高级工程师,研究方向为河口海岸水沙动力学,E-mail:shiyb@zjwater.gov.cn100水电能源科学2011年(3)泥沙。曹娥江陆域来沙量较少,花山站多N-S方程和三维泥沙对流扩散方程出发可导得平3年平均含沙量0.237kg/m,多年平均输沙量面二维浅水流动和泥沙输移的耦合方程,包括连458.510t,其中1956~1979年多年平均含沙量续方程与动量守恒方程、不平衡泥沙输移方程与河340.293kg/m,多年平
7、均输沙量69.010t,最大床变形方程。散度形式表示的控制方程见文献[5]。4输沙量133.010t,出现于1962年;1980~2000(1)水流紊动粘滞系数t。一般可用经验公3年多年平均含沙量0.169kg/m,多年平均输沙式计算得到,由于计算网格一般不均匀,紊动粘滞44量45.910t,最大输沙量88.510t。受上游系数也随空间变化。因此,本文的紊动粘滞系数[6]水库对泥沙的拦蓄作用及中游河段的采砂影响,根据Smagorinsky经验公式确定。曹娥江陆域来沙呈明显下降趋势。口门建闸前,(2)底部含沙量与挟沙能力的定量计算。
8、为河口的泥沙主要来自海域。据实测,一般小潮期泥沙数学模型的关键问题之一,是反映泥沙运动3含沙量低,垂线平均含沙量小于1kg/m,大潮期和床面变形速度的重要参数。本文根据钱塘江、3
