波流共同作用下围垦促淤计算方法研究-论文.pdf

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1、水利水运工程学报No．4第4期HYDRO．SCIENCEANDENGINEERINGAug．20142014年8月波流共同作用下围垦促淤计算方法研究刘红，谢军，熊志强，陈中，陈海英(1．中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海200124；2．华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海200062)摘要：在改进王义刚等提出的淤泥质海岸围垦淤积计算方法基础上，提出了波流共同作用下围垦促淤计算方法。采用实测水沙资料对挟沙力公式进行率定，得到了横沙东滩水域波流共同作用下半潮平均水沙关系式，其相关系数明显优于仅考虑潮流作用的水沙关系式。采用上述计算方法和水沙关系式对横沙东滩促淤圈围工程的淤积效

2、果进行计算，计算结果与实测值较为接近。由于考虑了波浪作用对含沙量的贡献，比仅考虑潮流作用的计算模式具有明显优势，以后可进一步尝试采用本模式研究砂质和粉砂质潮滩促淤效果问题。关键词：横沙东滩；淤泥质海岸；波流共同作用；滩涂；围垦；促淤；计算模式中图分类号：TV148文献标志码：A文章编号：1009—640X(2014)04—0022—06滩涂处于陆海相互作用的过渡地带，是一种重要的土地资源、空间资源和生态资源。随着社会经济的快速发展，城市用地的矛盾El渐突出，结合河势控制和河口整治工程进行促淤圈围不失为一种缓解城市用地矛盾的有效途径。围垦造地具有较大的成本优势_lJ，适度的滩涂圈围还是河

3、势控制和河口整治的有效措施之【2]一。圈围工程实施前需通过工程措施创造良好的淤积环境，充分利用本区域水文、泥沙条件，加快淤积和成陆建设进程，减少后期的吹填工程量，从而降低造地成本。因此，围区内的促淤效果分析是促淤圈围工程关注的关键技术问题之一。目前，分析促淤效果主要采用物理模型、泥沙数学模型和经验公式等手段，由于物理模型研究耗时长、投入较大，泥沙数学模型计算精度有限，因此，利用半理论半经验公式进行估算受到海岸工程学家的青睐。一个使用方便的经验公式至少需要满足以下两个条件：①物理概念清晰，②相关参数易于测量和率定。前人在淤泥质海岸促淤预报模式方面开展了许多有益的工作。刘家驹等建立了淤泥质

4、海岸保滩促淤计算模式，并在江苏吕四海岸促淤效果的计算中吻合较好，但刘家驹公式中未考虑当地的背景含沙量，仅突出了工程实施前、后波浪衰减的影响。王义刚等建立了淤泥质潮滩促淤预报模式，在南汇南滩促淤效果计算中取得满意的结果，但该模式仅考虑了工程前后潮流动力变化对促淤效果的影响，未考虑波浪动力的影响，因此，在波浪作用不显著的淤泥质潮滩嗣垦促淤计算中效果较好，但无法适用于波浪影响较大区域的围垦促淤计算。风浪和潮流是两个相对独立的动力因素，均对泥沙的起动、输运和沉降具有重要作用，它们的挟沙能力可用各自的流速来体现。基于这一思路，本文对王义刚模式进行了改进，选用波流共同作用下的挟沙力公式推导得出波流

5、共同作用下的滩涂围垦促淤计算模式，并以横沙东滩促淤(四期)工程进行了验证。收稿日期：2013—12—13基金项目：中交上海航道勘察设计研究院有限公司专业建设项目(2013—1065)；河口海岸学围家重点实验室开放基金项目(SKLEC—KF201201)作者简介：刘红(1978一)，男，湖北宜昌人，高级工程师，博士，主要从事河口海岸水动力和丁程泥沙研究。E—mail：liuhongshiw@163．com第4期刘红，等：波流共同作用下围垦促淤计算方法研究23模式建立及参数率定1．1模式建立窦国仁潮汐水流悬沙运动微分方程为：鱼++B(s—s)：0(1)otox式中：为河床断面面积；为含沙量

6、；Q为方向的流量；为泥沙沉降机率；为河宽；0J为悬沙沉降速度；5为水流挟沙能力。令为水深，q为方向的单宽流量，I)1．1J~(1)改写为：++(s—S)：0(2)参照罗肇森的研究方法，在潮周期内对式(2)积分，并简化得：P：s(＼一SI)，㈩P式中：P为年淤积强度(m／a)；为沉降机率；n为1年中的潮数；。为系数，。≤1，根据实测淤积资料率定；H为工程前的全潮平均水深(m)；S，s为工程前、后的挟沙能力(km)；泥沙干密度P=1750(d。)(kg／m)。曹祖德等的波、流共同作用下挟沙力公式为：5=]㈩式中：为挟沙力系数；m为挟沙力指数，是水流和泥沙条件的函数，需通过当地实测流速和含沙

7、量资料，通过相关分析来确定；卢为系数，淤泥质海岸=0．5，粉砂质海岸=0．6，砂质海岸J8=0．7；“。为潮流流速；“为波浪底部水质点最大轨迹速度；g为重力加速度；co为悬浮泥沙沉降速度(m／s)。波浪底部水质点最大轨迹速度“可由下式计算：㈩式中：h为波高；T为波周期；￡为波长。将式(4)代入式(3)得到波、流共同作用下潮滩促淤预报模式：p=[1一({)](6)式中：“，LLe2为工程前、后的潮平均流速(m／s)；，Uw2为工程前、后波浪底部水