马颊河河口入海段清淤方案模拟与优化.pdf

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1、第30卷第7期水电能源科学Vo1．3ONo．72012年7月WaterResourcesandPowerJu1．2012文章编号：1000—7709(2012)07—0136—04马颊河河口入海段清淤方案模拟与优化李逸凡，马秀媛，负如安，贾超，李超超，徐坤(山东大学土建与水利学院，山东济南250061)摘要l马颊河为山东省海河流域的主要排水河道，由于海洋泥沙运动的特性，其入海口处泥沙回流淤积。运用数学模拟手段，建立了马颊河河口二维非恒定流水沙数学模型，并根据实测地形、水文资料进行了水流、泥沙模型验证，根据马颊河河口特点和清淤

2、长度、宽度、深度与回淤率之间的关系，拟定了不同的河道整治方案，并对不同方案的泄量、回淤量进行了模拟分析，选出了最优方案。关键词：马颊河；河口；泥沙淤积；数值模拟中图分类号：TV148．1文献标志码：A马颊河为跨豫、冀、鲁三省的大型省际河道，水流运动方程为：是山东省海河流域的主要排水河道]。目前马颊Ou／Ot+uOu／Ox+vOu／Oy+gaz／Ox+河存在河道淤积、建筑物老化、管理设施和管理手gu+／(c)一(8u／Ox。+a。u／Oy)段落后、生态环境恶化、河口淤积萎缩等问f2)题。]，同时由于海洋泥沙运动的特性，马颊河人

3、其中C—R。／n海口处泥沙回流淤积严重。为进一步消除马颊河Ov／Ot+uOv／Ox+733v／Oy+gOz／Oy+河口泥沙淤积对流域经济社会发展的不利影响，gu。+／(c。)一72(au／Ox+a。u／Oy)本文研究了马颊河河口水流运动规律、含沙量、淤(3)积量变化，采用数值模拟方法分析了马颊河的现泥沙输移方程为：状水位、含沙量、淤积状况的变化特点，拟定了不同的河道清淤方案，同时模拟预测了清淤前后马3t+’3x+。av一旦3x(＼WtHTx)，+。颊河河口的水位、流量、含沙量、淤积量变化，结果可为马颊河河口河道的清淤工作提供

4、参考。(tH骞)+cs一sc4河床变形方程为：1二维非恒定流水沙数学方程azo／ot一(5—5。)(5)针对河口、海岸地区工程泥沙问题的特点，建式中，H、Z分别为水深、水位，m；、72分别为z、Y立二维不恒定非均匀流场中随机波动折绕射联合方向的流速，m／s；c为谢才系数；为紊动扩散系数学模型；然后从波浪作用下的二维浅水环流方数，m／s；R为水力半径，m，、5分别为水流含沙程出发，建立波浪作用下二维潮流数学模型，应用浓度和挟沙能力，kg／m。；“为系数；∞为泥沙沉速，有限元与有限差分相结合的方法求解二维潮流数m／s；为泥沙干密

5、度，kg／m3；为床底高程，m。学模型，进一步实现波浪与潮流的耦合计算；最后2模型建立基于二维不恒定非均匀流场中随机波动折绕射联合数学模型及波浪作用下的二维潮流数学模型，2．1模型模拟范围再结合波流联合作用下的悬沙扩散方程，建立了模拟区域为马颊河上游至孙马村闸、德惠新波流联合作用下的二维悬沙扩散数学模型。数学河上游至胡家道口闸，二者下游均至渤海海域，海模型求解采用国际通用的水动力学软件MIKE21。域边界为黄骅港(西北侧)及滨州港(东南侧)。马连续方程_4为：颊河上游孙马村闸距离海岸线34．27km，其人海3Z／Ot+OuH

6、／Ox+OvH／0Y一0(1)口至黄骅港、滨州港分别约为14．8、6．8km。以收稿日期：2011-09—29，修回日期l2012-05—07作者简介l李逸凡(1986一)，女，硕士研究生，研究方向为岩土工程，E—mail：windyl1011@sina．com通讯作者l马秀媛(1965一)，女，副教授，研究方向为水利及岩土工程，E-mail：maxiuyuan@sdu．edu．CI1第3O卷第7期李逸凡等：马颊河河口入海段清淤方案模拟与优化·137·西北侧黄骅港、东南侧滨州港为固定边界，边界长E22[()+丢(3dU+3d

7、Vz)+()]度分别为17．3、14．2km。模型模拟范围见图1。(7)式中，C。为计算参数，一般取0．25

8、numericalmodel数据，在马颊河建立了2、3两个潮位实时观测2．2边界条件站点(图1)，并在现场采集泥沙样本做了室内参将陆地边界设为闭边界，边界上所有物理量数测定试验，取得了潮位观测数据及泥沙参数试的通量均为零；水流边界设为开边界，需给出水验结果。位、流量或通量的数值作为边界条件