数值模拟技术在青草沙水库规划设计中的应用.pdf

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1、第44卷第2l期人民长江VolJ44．NO．212013年11月YangtzeRiverNOV．。2013文章编号：1001—4179(2013)21—0037—03数值模拟技术在青草沙水库规划设计中的应用纪洪艳(上海勘测设计研究院，上海200434)摘要：针对潮汐河口水库在规划设计阶段常见的问题，以位于长江口南北港分流口水域的青草沙水库工程为例，介绍了数值模拟技术在河口地区水库规划中的应用情况。重点研究了数值模拟技术在水库堤线布置、水库规模确定、库内主要水工建筑物平面布局等方面的应用，从研究思路、模型选择、关键技术点及主要成果

2、等方面进行了归纳分析。研究成果可为今后同类工程提供参考与借鉴。关键词：数值模拟；潮汐河口；规划论证；青草沙水库中图法分类号：TV212文献标志码：A河口水体在潮流、径流、地形、风、波浪和科氏力相所开发的Delft3d模式、丹麦DHI水力研究所开发的互作用下，水动力过程复杂多变。河口水库在前期规MIKE系列、美国普林斯顿大学开发的POM和ECOM划设计阶段通常有两大类问题需要研究：①水库建设模式以及佛罗里达大学开发的CH3D模式等。对周边环境的影响，包括堤线布置论证及其对河势演1青草沙水库工程概况变、航运、水环境、相邻工程的影响等

3、，涉及水流、泥沙及水质等方面的问题；②水库规模、库区主要水工建为保障上海城市供水安全，改善城市供水格局，位筑物平面布局、库区水质保护问题的论证，涵盖盐度、于长江口南支下段南北港分流口水域的青草沙水库水流、水质等内容。以上特点决定了在河口水库规划在历经15a的规划论证及5a的施工建设后，于2011设计中应用数值模拟技术的重要性。年6月全面投入运行，包括青草沙水库工程、取水泵闸河口海岸地区的水动力机制以及随之产生的泥沙工程和输水泵闸工程3个部分¨。水库总面积66．26和盐水入侵问题都相当复杂。国内外众多学者历经多km，供水规模719

4、万m／d，相应设计有效库容4．38年的研究探索，构建了许多有效的模型。从维度上可亿m，死库容0．89亿m。取水泵闸工程由上游泵闸以分为一维、二维和三维模型，从类别上可分为行为分和下游水闸组成，上游水闸净宽70m、底高程一1．50析模型和机制分析模型。前者包括简单的工程定律、m，取水泵站规模为200m／s，下游水闸净宽20m、底经验或半经验公式、统计模型以及一些简单的对流扩高程一1．5m，采用泵、闸相结合的运行方式。非咸潮散模型，它们对复杂系统作了许多简化和假设，对边界期采用上下游水闸自流引水入库，咸潮期由水库供条件只作粗糙的处理

5、，因而存在较大的不确定性。后水。咸潮期最高蓄水位7．0m，正常运行水位6．2m，者是以严格的物理机制为基础，建立相应的、相对完善死水位一1．5m，非咸潮期运行高水位4．0m，运行低的数学模型，并用数值解法求得相应的物理量。这类水位2．0m。总输水规模中泵站规模为11万m／d，重模型也需要对自然系统和物理现象作一些合理的假力流输水闸井规模为708万m’／d(工程布置如图1所设，而这些假设就限制了其适用的时间和空间尺度。示)[zl。自Leendertse(1973年)建立第一个三维数学模型2水库堤线布置方案研究以来，国内外学者已经发

6、展了大量的浅水流动和输运数学模型。其中比较著名的有荷兰Delft水力学研究青草沙水库所处的南北港分流口区域是长江口近收稿日期：2013—09—02作者简介：纪洪艳，女，工程师，主要从事水利规划设计方面的工作。E—mail：jhy@sidri．corn38速的影响亦主要在北港区域，北港主槽流速增加约0．02～0．16m／s，对南港、南北槽、新桥通道、新桥水道、长兴岛涨潮沟等汊道的涨落急流速影响均较小。在涨落潮量及分流比方面，北港涨潮量减小3．4％，涨潮分流比减小0．93％，落潮量减小2．7％，落潮分流比减小0．72％，南港涨落潮量

7、略有增加，南北槽分流比影响很小。水库建设对长江口整体河势无明显不利影响，且固定了新桥通道的下边界，阻止了中央沙头的后退，为南北港分流口整治工程的实施创造了有利条件。3水库规模的论证图1青草沙水库及取输水泵闸工程平面布置百年来滩槽变化频繁、河床冲淤较剧烈的河段，河势变在河口地区，一方面，径流带来的淡水通过河口向化对工程建设的影响及工程实施对上下游河势、周边外海扩散；另一方面，外海的高盐水随涨潮流向河口入工程的影响均十分复杂，合理的堤线布置方案有利于侵并上溯，由此产生的盐淡水混合、盐水入侵是河口最稳定河势，降低工程建设对河势、防洪排

8、涝及周边已建为明显的特征。在潮汐河口水库规模的论证中，除了工程的不利影响。对此，结合长江口综合整治开要考虑设计水平年受水区原水供应需求外，还要特别发规划、河段河势演变特征等确定水库堤线布置的原关注咸潮期连续不可取水天数对水库规模的影响。因则和初步方案，通过数学模