钱塘江河口围垦回淤过程预测探讨

《钱塘江河口围垦回淤过程预测探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、钱塘江河口围垦回淤过程预测探讨摘要：在河口进行围垦，由于边界条件的改变和纳潮量的变化，一般都会引起河床的冲淤变化，对淤积过程的预测是一个非常重要且困难的问题。本文根据定床潮流计算的结果，利用河床变形方程求得围垦后的初始淤积速率，利用最小能耗原理求得极限淤积平衡状态，而由灰色理论求得整个淤积过程，经动床物理模型的印证和实测资料的检验以及工程实施后的发展过程的验证，均表明本文提出的预测方法是可行的，具有一定的可靠性和预测精度。关键词：河床变形回淤过程预测灰色模型1前言　　钱塘江河口潮强流急，宽浅多变，根

2、据若干年来河口治理实践，对钱塘江河口主要采用趁潮淤围涂、固定江道、以围代坝等治江与围涂相结合的措施来进行河口整治。围垦之后，由于边界条件的改变，导致了水沙运行环境的改变，涨落潮流特性随之变化，净输沙格局也相应变化。一般地，围垦后，槽蓄量减小，涨、落潮动力减小，潮流所挟带的沙量也随之减小，与之相适应，河床过水断面将减小，产生回淤现象，回淤的幅度和时间过程对围垦工程而言是一个非常重要且困难的问题。由于泥沙问题的复杂性和不成熟性，采用泥沙数学模型进行长历时的计算受到诸多影响因素的制约，计算精度也就受到影响

3、；采用物理模型代价又很大。因此，如何估算泥沙回淤过程是一个很有价值和值得研究的问题。本文从半理论半经验的途径出发，在定床潮流计算的基础上，利用河床变形方程、最小能耗原理、灰色模型对此问题进行了探讨，与物理模型结论和实测资料分析结论相一致，并且与工程实施后的回淤过程相吻合。2回淤机理概述　　河流系统是一个开放的非线性系统，它与周围环境存在着物质和能量的交换，系统内部的自组织、自我调整作用是其演变发展的内因，外部环境的改变则是其变化的外因，外因要通过内因而起作用。围垦工程的实施，改变了来水来沙条件和水沙

4、运行环境，必将引起河床的自我调整。决定河床形态变化趋势和程度的自我调节机制是受河流体系能量分配和耗散原理的制约，能量分配的调整使体系内能量分配具有最大或然率。这要求体系在调整过程中力求使熵达到最大，因而使各个可能出现状态的或然率相等。根据最小能耗原理，当流域的来水来沙条件发生变化时，河流将主要通过调整能量耗散率VJ来影响这种变化，而水流能量耗散率的沿程调整将由河宽B和水深H的沿程调整均等地承担，从而有VJ=V·V2·n2/H4/3=q3n2/H13/3=min(1)　　由式(1)可知，为适应边界条件

5、的变化，河流系统中反应最为敏感、最易调整的因子是水深H，其次是单宽流量q，再次是糙率n，而变化相对缓慢、滞后的是min，它与施加于系统的约束有关。在围垦后，边界条件发生改变，在河流系统的自我调整作用下，各水力要素均会相应地发生变化以适应变化了的环境条件，由(1)式易得H2/H1=m(q2/q1)9/13(2)m=(n2/n1)6/13(min1/min2)3/13(3)式中”1”代表工程前，”2”代表工程后，H为水深，q为单宽流量。　　该结构形式已在钱塘江河口和其它航道整治工程中得到了广泛的应用，本

6、文也将据此来推求河床调整平衡后的可能冲淤厚度。钱塘江河口以悬移质造床为主，在围垦前后，其糙率变化不大，即n1≈n2;并且局部的围垦尚不足以引起河口系统的能耗最小值的大幅度相对变化，因此也可假设(min1/min2)3/13≈1，为此近似地取m≈1。根据(2)式，围垦后纳潮量减小，即q2减小，则H2应减少，河床将发生淤积，其回淤关系将满足式(2)，利用定床水流计算所得的水力要素和(2)式可求得围垦后可能的平衡淤积厚度。　　另一方面，对于潮汐河口，由于潮波变形，涨、落潮不对称，对输水输沙的作用是不一样的

7、。在某时刻的单宽输沙率可写成(4)式中,,分别为潮周期的垂线平均流速、含沙量和水深，V′，S′，H′分别为某一时刻平均流速、含沙量和水深与垂线平均流速、含沙量和水深的偏差。以潮周期为计算单元时，有∑V′=∑S′=∑H′=0(5)故潮周期平均单宽输沙率为(T1)(T2)(T3)(T4)(T5)(6)式中T1项中，，恒为正，正负两可，因此，T1的正负(方向)仅取决于涨、落潮流的强度对比。T1表征了优势流对净输沙的贡献。T2项反映了stokes漂流效应对净输沙的贡献，在河口地区该项为负值。T3的符号依V′

8、S′的正负而定，后者既取决于流速过程线的含沙量过程线和相位关系，还与涨、落潮掀沙效应的差异有关。涨潮含沙量大于落潮含沙量时，T3为负，反之为正。故T3反映了涨、落潮流挟沙强度对净输沙的贡献。T4为含沙量与水深变化的相关项，因研究区段处在动力平衡带，AKV-的绝对值通常较小，故T4的绝对值也较小，T5项依赖于V，S，H的相关性，其绝对值与前三项相比小得多。　　由方程(4)可知，潮流对净输沙的贡献取决于涨、落潮流特性的相对变化。围垦之后，由于流速、潮量的减小，涨、落潮动力