長(zhǎng)江口及杭州灣泥沙輸運(yùn)研究.pdf

1、本文就國(guó)內(nèi)外泥沙數(shù)值模擬研究的歷史和現(xiàn)狀，特別是長(zhǎng)江口及杭州灣海域的泥沙研究進(jìn)行回顧，在前人工作的基礎(chǔ)上針對(duì)長(zhǎng)江口及杭州灣的實(shí)際工程需求和科學(xué)問(wèn)題提出了三個(gè)有待深入研究的顆題：深水航道工程風(fēng)暴回淤研究、深水航道治理二期工程后航道在W23段過(guò)度淤積問(wèn)題以及長(zhǎng)江口、杭州灣這兩大河口作為統(tǒng)一系統(tǒng)的泥沙數(shù)值模擬研究。主要工作簡(jiǎn)述如下： 1、論文首先改進(jìn)和優(yōu)化了華東師范大學(xué)河口海岸國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的長(zhǎng)江口南港沖淤預(yù)測(cè)模型系統(tǒng)。通過(guò)建立底床泥

2、沙起動(dòng)分層模型，使底沙輸運(yùn)計(jì)算更加合理，同時(shí)為方便模型的使用將臺(tái)風(fēng)場(chǎng)、波浪場(chǎng)、流場(chǎng)、鹽度場(chǎng)、全沙場(chǎng)等各子模型進(jìn)行集成和嵌套。利用改進(jìn)后的模型系統(tǒng)對(duì)近五年影響長(zhǎng)江口主要臺(tái)風(fēng)引起北槽航道沖淤變化逐個(gè)進(jìn)行后報(bào)檢驗(yàn)與分析，進(jìn)一步率定了模型中的有關(guān)參數(shù)，深化了對(duì)長(zhǎng)江口北槽航道風(fēng)暴沖淤的認(rèn)識(shí)，大大提高了長(zhǎng)江口北槽航道風(fēng)暴沖淤的預(yù)測(cè)精度。通過(guò)這一工作得到以下結(jié)論：臺(tái)風(fēng)過(guò)程均能不同程度地引起航道內(nèi)淤積；航道自然回淤量(不受風(fēng)暴和工程等影響)呈現(xiàn)大小潮規(guī)

3、律的變化；航道總淤積量除受臺(tái)風(fēng)過(guò)程影響外，還受大小潮汛、灘地泥沙供給、水深地形、整治工程以及疏浚拋泥等多種因子影響，為各因素共同作用的結(jié)果。 2、利用長(zhǎng)江口南港沖淤預(yù)測(cè)模型系統(tǒng)從工程前后流場(chǎng)、泥沙場(chǎng)和灘槽地形變化三方面對(duì)深水航道二期整治工程后航道在W23段過(guò)度淤積問(wèn)題展開初步成因分析。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料的整理分析和數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)二期工程后，由于北槽下段的整治建筑物工程已經(jīng)完成，所以航道上段至下段水面比降減小，使得航道上中段之間即W

4、23的流速減弱，流向與航槽夾角變大；從工程前后的泥沙場(chǎng)變化總的趨勢(shì)來(lái)講，由于雙導(dǎo)堤對(duì)兩邊淺灘起攔沙作用，泥沙來(lái)源得到控制，因此懸沙濃度呈減小趨勢(shì)；但二期工程后含沙量相對(duì)高值區(qū)出現(xiàn)在航道中上段即W23段，同時(shí)利用通量分析方法計(jì)算懸沙的輸運(yùn)能力，發(fā)現(xiàn)二期后航道中部懸沙輸運(yùn)能力跟以前相比減弱，即懸沙向下游輸移的少，有在本區(qū)段增加淤積的趨勢(shì)；底沙的模擬結(jié)果也顯示二期后航道中上段的淤積為最強(qiáng)。雙導(dǎo)堤內(nèi)灘槽地形變化的分析結(jié)果顯示，工程進(jìn)展過(guò)程中深槽

5、始終都在變寬，應(yīng)該有利于人工航道的維護(hù)。但二期工程后航道上段7米等深線寬度變大不大，而8和9米等深線之間的間距反而隨著工程進(jìn)展變小，使得上段雙導(dǎo)堤內(nèi)灘槽高程差變大。而下段航道7、8和9米等深線寬度始終維持變寬的趨勢(shì)，灘槽環(huán)境呈沖刷趨勢(shì)，從而造成航道中上段灘槽高程差變大，地形變陡，泥沙容易落入航槽中而不容易被沖起帶走，W23段相當(dāng)于形成了一個(gè)“蜂腰捕沙器”，泥沙容易淤積。 3、長(zhǎng)江口為我國(guó)第一大河口，杭州灣為我國(guó)著名的強(qiáng)潮海灣。

6、在前面研究工作中發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江口、杭州灣海域的懸沙平面分布特征迥異，垂向分布結(jié)構(gòu)類型也有所不同，三維特點(diǎn)明顯。對(duì)于深水航道整治工程、洋山港工程和東海大橋等長(zhǎng)江口、杭州灣海域大型重大工程來(lái)說(shuō)，三維懸沙數(shù)值模式的研究更符合實(shí)際情況和工程需求，因此本論文基于ECOMSED模式的改進(jìn)和優(yōu)化，建立長(zhǎng)江口、杭州灣三維泥沙數(shù)值模型系統(tǒng)，通過(guò)依托“長(zhǎng)江口及毗鄰海域生態(tài)環(huán)境調(diào)查科研項(xiàng)目”和“國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目——長(zhǎng)江口及其鄰近海域細(xì)顆粒泥沙沉積動(dòng)力過(guò)

7、程”等科研項(xiàng)目的數(shù)據(jù)對(duì)模型系統(tǒng)進(jìn)行率定驗(yàn)證，進(jìn)行長(zhǎng)江口、杭州灣海域三維懸沙數(shù)值模擬的初步研究?；诟倪M(jìn)后ECOMSED模式的數(shù)值實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，波浪在近岸潮灘區(qū)域?qū)δ嗌硢?dòng)的作用不可忽視，模擬結(jié)果還表明杭州灣懸沙濃度平面分布表現(xiàn)為西高東低，大一小潮周期變化顯著，潮周期內(nèi)懸沙濃度呈明顯的周期變化，較好地反映了該海區(qū)懸沙濃度的變化過(guò)程。懸沙模擬計(jì)算結(jié)果量級(jí)、潮周期變化過(guò)程跟觀測(cè)值一致，同時(shí)泥沙平面時(shí)空分布跟已有觀測(cè)資料和結(jié)論符合，表明本文的三維泥