椒江河口對(duì)圍海工程的響應(yīng).pdf

1、圍填海是解決沿海地區(qū)城鎮(zhèn)發(fā)展用地緊張的重要途徑，給當(dāng)?shù)貛?lái)了可觀的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)圍填海改變了河口海岸的地貌形態(tài)與水沙輸移條件，造成河口區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞、港口航道淤積、防洪御潮難度加大等一系列不利影響，成片大規(guī)模的中低灘圍填海給河口海岸可持續(xù)發(fā)展造成的不利影響尤為顯著。圍海工程實(shí)施后的河口調(diào)整過(guò)程非常復(fù)雜，研究河口對(duì)圍海工程的復(fù)雜響應(yīng)規(guī)律可為圍海工程的科學(xué)規(guī)劃與建設(shè)提供理論依據(jù)。
　　本文基于非均勻沙理論分析了椒江河口非均勻沙輸

2、移規(guī)律，發(fā)展了潮流非均勻沙數(shù)學(xué)模型，基于分形理論建立了河口水力幾何形態(tài)關(guān)系式，通過(guò)實(shí)測(cè)資料分析、理論研究及數(shù)值模擬等方法，研究了椒江河口水沙運(yùn)動(dòng)與地形沖淤演變對(duì)圍海工程的響應(yīng)。
　　考慮到河口潮流作用下泥沙輸移的非恒定性，得到了對(duì)數(shù)形式的椒江河口時(shí)變水流挾沙能力公式，該公式使得非均勻沙情形下以各分組粒徑和沉速的級(jí)配幾何平均計(jì)算時(shí)，非均勻沙總體水流挾沙能力與均勻沙水流挾沙能力和諧一致。給出初等函數(shù)形式的非均勻沙恢復(fù)飽和系數(shù)的理論關(guān)系

3、式，計(jì)算時(shí)比以往積分形式的公式簡(jiǎn)便得多。采用能適應(yīng)不同繞流狀態(tài)的泥沙沉速公式，并以動(dòng)力粘度的形式考慮了泥沙濃度對(duì)沉降速度的影響，使之能適用于任何泥沙顆粒在任意濃度下的沉降;對(duì)河口細(xì)顆粒泥沙考慮了絮凝作用對(duì)沉速的影響?；诜蔷鶆蛏称饎?dòng)概率公式，獲得了臨界沖刷切應(yīng)力公式與臨界沉積切應(yīng)力公式。臨界沖刷切應(yīng)力公式不僅考慮了泥沙的非均勻性，而且考慮細(xì)顆粒非均勻沙的黏性力作用;臨界沉積切應(yīng)力公式以分子引力來(lái)定量描述了絮凝引起的沉降概率增大，同樣考慮

4、了泥沙非均勻性。
　　采用非均勻沙水流挾沙能力公式、臨界沖刷與沉積切應(yīng)力公式以及恢復(fù)飽和系數(shù)理論關(guān)系式等非均勻沙理論成果，基于有限元法建立了二維潮流非均勻沙數(shù)學(xué)模型，開(kāi)發(fā)了可供選擇的2種非均勻沙輸移計(jì)算模塊。模塊一的源匯項(xiàng)基于河口非均勻沙水流挾沙能力公式與恢復(fù)飽和系數(shù)理論關(guān)系式，反映了水流挾沙能力的非恒定性和輸移泥沙的非均勻性;模塊二的源匯項(xiàng)基于非均勻沙臨界沖刷切應(yīng)力和臨界沉積切應(yīng)力公式，合理刻畫(huà)了河口黏性細(xì)顆粒非均勻沙的臨界沖刷

5、與臨界沉積條件。試驗(yàn)資料及椒江河口實(shí)測(cè)資料的驗(yàn)證結(jié)果表明所建數(shù)學(xué)模型對(duì)河口潮流泥沙模擬具有良好的適用性。
　　潮汐河口幾何形態(tài)與潮量間呈冪函數(shù)關(guān)系，具有分形特征?；诜中卫碚摬⒖紤]量綱和諧，以相對(duì)潮量作為觀測(cè)尺度來(lái)度量相對(duì)過(guò)流面積，以相對(duì)單寬潮量來(lái)度量相對(duì)水深，建立了潮汐河口相對(duì)過(guò)流面積—相對(duì)漲（落）潮量、相對(duì)水深—相對(duì)單寬漲（落）潮量的水力幾何形態(tài)關(guān)系，后者適用于沒(méi)有橫斷面概念的開(kāi)敞海域。確定了椒江河口的水力幾何形態(tài)關(guān)系式，并結(jié)

6、合甌江河口的算例表明公式適用性良好，水力幾何形態(tài)分維值表征了河口的穩(wěn)定性及漲落潮水動(dòng)力作用的相對(duì)強(qiáng)弱:處于相對(duì)穩(wěn)定期的河口，分維值接近1，漲落潮時(shí)水動(dòng)力作用強(qiáng)的時(shí)段分維值更接近1。
　　采用潮流非均勻沙數(shù)學(xué)模型模擬了椒江河口不同圍海階段的水動(dòng)力場(chǎng)與泥沙運(yùn)動(dòng)。結(jié)果顯示，圍墾堤線造成河口延伸的那部分水域流速明顯增大;口內(nèi)河段及口外部分海域流速減小;隨著河口外延，河口最大流速分布區(qū)域向海推移。大規(guī)模圍海工程使得灘涂面積及臺(tái)州灣水域面積大

7、幅減少，導(dǎo)致潮灘可沖刷泥沙量減少及臺(tái)州灣部分水域和椒江口內(nèi)河道水動(dòng)力減弱，水流挾沙能力降低，以致懸移質(zhì)含沙量相應(yīng)降低;而新延伸河段流速加大，含沙量相應(yīng)增加;隨著口門外兩側(cè)淺灘被圍墾，河道向海延伸，椒江河口最大渾濁帶向海外移。
　　較全面地分析了不同人類活動(dòng)對(duì)椒江河口的影響，發(fā)現(xiàn)近60年來(lái)的歷史灘涂圍墾工程使得椒江河口水動(dòng)力減弱、攔門沙航道淤積加重，而河口整治工程緩解了圍墾帶來(lái)的不利影響。椒江河口現(xiàn)狀岸線下及規(guī)劃圍墾工程后的床面沖淤

8、預(yù)測(cè)結(jié)果表明:現(xiàn)狀岸線下未來(lái)河口河道大部分區(qū)域發(fā)生沖刷，口外攔門沙有少量淤積;規(guī)劃圍墾工程后河口河道及口外攔門沙淤積，新延伸河段沖刷;與各圍墾工程單獨(dú)作用的疊加效果相比，集群圍墾聯(lián)合作用下的沖淤幅度更大，即存在非線性效應(yīng)，應(yīng)在圍墾規(guī)劃時(shí)予以重視;由于河口水動(dòng)力隨毗鄰海域圍墾面積增大而減弱，水流挾沙能力隨之下降，因而河口河道及口外攔門沙的淤積厚度隨圍墾面積的增大而增大。地形沖淤與水動(dòng)力相互調(diào)整，沖淤速率隨時(shí)間推移由快變慢，短期內(nèi)可能呈沖淤