八卦洲汊道改善分流比工程措施研究

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1、第6期水利水运工程学报No．62013年12月ANDENGD诬INGDee．2013A~t,N汊道改善分流比工程措施研究戴文鸿，吴书鑫，张云，唐洪武'，。(1．水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210098；2．河海大学水利水电学院，江苏南京210098；3．河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，江苏南京210098；4．上海市水利工程设计研究院有限公司，上海200061)摘要：自20世纪30年代开始，因上游河势的变化，南京八卦洲汊道左汉逐渐从主汊演变成支汊．近年来，随着来水来沙条件的改变，左汊衰退速率又有所加快，并已多次观测到12％左右的分流比．为此，迫切需

2、要采取工程措施，遏制八卦洲左汊缓慢衰退的趋势．针对选用的组合工程措施，运用物理模型试验、MIKE21等水动力数学模型研究手段，对八卦洲水位、流速、左右两汉分流比进行了数值模拟，并主要分析了导流坝、切滩、疏浚及其组合工程措施对分流比的改善．结果表明：导流堤的分流效果较好，组合工程措施最大可增加左汊分流比4．76％．通过与物理模型试验结果的比较，为整治工程的实施提供相应的理论依据，并为工程进一步改善提出了建议．关键词：八卦洲；整治工程；分流比；数学模型中图分类号：TV147文献标志码：A文章编号：1009—64ox(2o13)o6—01301—07分汊河道是冲积平原河流中比较常见的河型．稳

3、定的分流口有利于控制河势演变、防止盐水倒灌、保护生物物种、保持水质和湿地等资源⋯．分汉河段的稳定与其分流特性息息相关，一般来说流量、水深、糙率等因素均与分流比有关J．以分流角为依据考虑分汊河道分流特性，严以新等作了理论分析和大量物理模型试验，取得了很多理论成果和应用成果．徐剑秋等认为藕池口分流量减小是水力半径、汊道比降、汊道糙率等因素在分流洪道与长江干流之间相对变化的结果．彭玉明等探讨了汊道的形成、变化原因，并提出了汊道分流的简易算法．杨胜发认为副汊、主汊的过水面积比对分流比的影响很大．陈界仁等通过二维数值模拟计算指出长江南京河段八卦洲汉道分流比变化不仅受汊道本身阻力影响，还与进口水流

4、条件有关，其影响比较复杂．1研究河段概况八卦洲汉道上起下关、下至西坝，为鹅头型双分汊河道，主泓长约18km，八卦洲处最大河宽约10．0km(包含八卦洲)．八卦洲洲体长约10．1km，最大宽度约7．5km，洲堤保护面积约57．6km．20世纪70年代以前，八卦洲汊道处于自然演变状态，在水流的冲刷下，洲头大幅后退，北岸岸坡多处发生坍塌，八卦洲汊道逐渐形成向北弯曲的鹅头型双分汊河道．由于．st．~t．fJ,i,I汊道已经形成鹅头型汊道，左汊河道沿程阻力远大于右汊，左汊总体仍然呈缓慢淤积、萎缩态势．近年来，左汊衰退速率又有所加快，左汊已多次观测到12％左右的分流比．收稿日期：2013—05—2

5、7基金项目：江苏省自然科学基金(基础研究计划)面上项目“变化环境条件下河弯特性及河流演变的响应机理”(No．BK2012808)；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目“冲积河湾弯曲演变的机理与模拟研究”(No．2009B02214)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(YS11001)作者简介：戴文鸿(1966一)，男，江苏泰州人，教授，博士，主要从事河流动力学及河流演变等方面研究．E—mail：wdai@hhu．edu．en2水利水运工程学报2013年l2月八卦洲汊道在演变的过程中总体趋势是缓慢的右兴左衰．反映这种变化趋势的一个主要指标就是分流比的变化．自1957年开始对八卦洲汊道进

6、行分流分沙测验，至2011年9月累计达80次．1957年，左汊汛期和枯期实测分流比分别为26．O％和22．0％，到20世纪80年代中期实施八卦洲头分水鱼咀工程前，汛枯期分流比分别降到19．5％和16．0％左右，年均降幅约为0．22％．分水鱼咀工程实施后，左汊分流比减小的趋势有所减缓，到2003年三峡水库蓄水前，汛枯期分流比分别为17．O％和13．9％左右，年均降幅约为0．13％．2003年以来的近期分流比测验资料表明，汛期分流比维持在15％～19％之间，分流比减小的趋势已趋稳定．而枯季分流比的变化范围在12．0％～14．8％之问，平均分流比为13．27％，2003年以来仍有年均0．15

7、％的降幅．结合1985年以来的分流比测验资料及水下地形资料分析，八卦洲头分水鱼咀工程对延缓八卦洲左汊的衰退，稳定／＼~b0'l'l汉道河势起到了重要的作用．同时也表明，虽然左汊分流比减小有所改善和减缓，但分流比减小的趋势依然存在，特别是在低水位情况下．2数学模型本文选用商用软件MIKE21建立平面二维水流模型．MIKE21是丹麦水力研究所(简称DHI)开发的系列水动力学软件之一，在平面二维自由表面数值模拟方面具有强大的功能l1．2．1控制方程对