建闸河口闸下潮波变形数值模拟研究
图1
概化物理模型河口区范围
图2
概化物理模型地形
图3
概化物理模型试验
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20
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水 运 工 程
2012 年
采用冻结法处理动边界，当网格水深小于某一 定数时，认为此网格露出水面，可令糙率n取一个
k 30 V8 Z8 m
接近于无穷大的正数（如1030），同时为使计算进行 下去，在露出单元水深点给定微小水深（0.01 m） ， 当网格水深大于某一定数时，则认为此网格将淹 没在水中，并纳入正常的运算。 1.2.3 离散求解 控制体积法得到的离散方程具有良好的积
[3-6] [2]
附近， 南北边界范围包括河口轴线南北向宽度约 7.2 km范围内的海域（图1）。进入河口后， 引河 1 8，边滩底高程3.0 m。 ∶ 地形进行概化设计， 总长约77 km， 引河宽约660 m， 引河航道底宽约220 m，底高程-4.0 m，航道边坡 概化物理模型（图2～4）水平比尺1 550，垂 ∶
48 k
km 57 10 10 v Z
k 24
m
V7 Z7
3k
m
6k
km 18 6 Z6 V
9k
m
12
km
V4 Z4
m V3 Z3
V2 Z2
V5 Z5
Z9
m V9
河口 1 V Z1
图4 概化模型的平面布置
分守恒性，为此采用控制体积法离散方程，将 二维通用微分方程在控制体积内积分，由对流扩 散方程的特点，设节点之间物理量按幂函数规律 变化，与对流及扩散强度有关，并利用Partaker 等 [8]提出的SIMPLER（Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations Revised）计算程式求 （1） 方程。 1.3 数学模型验证 为了更好地和物理模型试验结果进行对比 分析，数学模型的计算范围、地形都和原型条 件一致。模型网格为正交曲线网格，网格数为 927×88=81 576个，网格尺度在30～80 m（图5）。 外海边界条件和概化物理模型一样，按照设计潮型 给定（图6）。 （3）
21
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模型糙率外海按线性插值取n=0.013+0.01/H， 河道和河道滩面分别取 n=0.018+0.01/H， n=0.025+0.01/H。紊动黏性系数vt采用零方程紊流 模型求取，vt=Ku*H，K=0.5～1.0，u*为摩阻流速。 分别采用概化物理模型测验资料进行验证计 算，测点布置见图4。 图7和图8 分别Z1潮位站和V1站流速与设计流 速过程的对比图，其中的设计潮位过程和流速过 程是依据射阳河实际测量资料确定的。模型潮位 和潮流的验证表明，模型中的潮位基本与设计相 同，流速少量点据与设计值略有偏差，但总体上 与设计值是一致的。
式中：H=Z+h为总水深，Z为水面高程，h为静水 面以下的水深；t为时间；u，v分别是笛卡尔坐标 系下沿x，y方向流速沿水深积分平均值；g为重力 加速度；其中v t为紊动黏性系数；c f=n 2g/H 1/3为底 力系数，φ 为水域的地理纬度。 1.2.2 定解条件 1）初始条件。 初值。 2）边界条件。 外海开边界，给定潮位过程。当闸门关闸 时，闸址处按闭边界处理，即取法向流速vn=0，n 为边界的外法线方向。
下严重淤积的有15座，一般淤积的也有20座；海
直比尺1∶100。共设计5种闸址，分别距离河口约
6.0 km，12.0 km，30.0 km，48.4 km和57.2 km。
在选用原型的动力条件时，以射阳河口的实际情 况为基础进行设计，潮位在射阳河枯季关闸外海 潮汐过程水文组合的基础上进行概化，最高潮位 4.05 m，最低潮位1.8 m。然后采用相同的外海水 化和泥沙淤积过程。 动力条件，研究不同闸址建闸河口闸下水动力变
Abstract: Siltation in the rivers downstream of floodgates is serious in China, making the discharge
Key words: estuary with barrier; generalized model; length of channel; tidal wave transformation;
Numerical simulation of tidal wave deformation downstream sluice in estuary
WANG Xiang-ming, ZHANG Xin-zhou, DOU Xi-ping, ZHAO Xiao-dong, ZHU Ming-cheng, LI Xiao-xiao (Key Lab of Port, Waterway and Sedimentation Engineering of the Ministry of Transport, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210024, China)
2012 年 9 月 第 9 期 总第 470 期
水运工程 Port & Waterway Engineering
No. 9
Sep. 2012 Serial No. 470
建闸河口闸下潮波变形数值模拟研究*
王向明，张新周，窦希萍，赵晓冬，朱明成，李肖肖
(南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210024) 摘要：我国河口建闸之多，闸下河道淤积之严重，世界罕见。众多学者对建闸河口闸下淤积的机理进行了系统的分 析和研究，认为潮波变形是造成闸下河道淤积的动力因素，闸下引河长度（河口到闸的距离）不同，潮波变形的特征也有 所不同，淤积形态和特征也不相同。在潮波变形概化物理模型试验的基础上，建立了二维潮流数学模型，通过数值模拟计 算，得出了不同引河长度时的潮波变形特征，为预测和分析不同闸址建闸所引起的淤积特性分析提供研究依据。 关键词：建闸河口；概化模型；引河长度；潮波变形；数学模型 中图分类号：P 731 文献标志码：A 文章编号：1002-4972( 2012) 09-0018-06
*基金项目：水利部公益性行业科研专项（200801016）；国家自然科学基金（51079088） 作者简介：王向明（1961—），男，高级工程师，专业方向为泥沙输移理论及河流模拟。
第9期
王向明，等：建闸河口闸下潮波变形数值模拟研究*
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19
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我国河口建闸之多，闸下河道淤积之严重，世界 罕见。据统计，仅江苏沿海修建的58座排水流量 大于100 m3/s的挡潮闸中，基本淤废的有5座，闸 河流域35个建闸河口中，有22座淤积严重，各建 闸河口的上下游河道都普遍发生淤积，闸下河道 的过水能力下降了60%[1]。 国内对闸下淤积的研究始于1963年窦国仁对 江苏省射阳河口建闸的研究，研究结果显示潮波 变形、下泄径流减少是闸下淤积的主要原因 。此 外，很多学者
也都对闸下淤积成因进行了细致
分析，基本上得到了统一的认识，即造成闸下淤 积的基本动力因素是潮波变形。潮波传入河口以 后，在河口河道地形阻力的影响下发生变形和反 射，波形由前进波向驻波特性转换。如果在河口 内建闸，将使潮波变形加剧。潮波受闸的阻挡发 生全反射，驻波波形使潮位过程线与流速过程线 之间产生明显的相位差，并使高潮位增高、低潮 位降低，涨潮历时缩短、落潮历时增长；涨潮平 均水深减小，落潮平均水深增大，从而使涨潮流 速相对增大，落潮流速相对减小。由于水动力条 件的改变，使涨潮挟沙能力增大，落潮挟沙能力 减弱，结果使涨潮期从海口带进的泥沙，在落潮 期不能被全部带出，造成闸下河段的淤积。从概 化物理模型试验结果看[7]，闸下河道长度和断面形 态不同，潮波变形的特征也有所不同，引起的淤 积形态和特征也不相同。 本文在建闸河口闸下淤积概化物理模型的基 础上，建立了不同引河长度的建闸河口概化数学 模型来研究建闸后闸下引河长度对潮波变形的影 响。为预测和分析不同建闸闸址所引起的淤积特 性分析提供研究依据。 1 1.1 数学模型的建立 原型条件 为了研究不同条件下潮波变形的规律和闸下 淤积的过程，笔者曾以射阳河建闸河口为原型， 采用概化物理模型模拟研究不同引河长度建闸河 口闸下水动力变化特性和闸下淤积过程 [7] 。概化 物理模型的外海地形由射阳河口实际地形概化得 到，边界距离河口约6.5 km，在外海-9 m等深线
1.2 1.2.1
数学模型的建立 潮流运动控制方程 在河口地区，二维潮波运动可采用下列控制
方程： 连续方程 2Z 2Hu 2Hv 0 + + = 2t 2x 2y解耦Βιβλιοθήκη 方程，采用TDMA技术求解水流运动离散
动量方程 2Hu 2Huu 2Huv - gH 2Z + + = + 2t 2x 2y 2x （2） 2 Hv 2u 2 2u ` t 2x j + 2y c Hvt 2y m 2x c f u u2 + v2 + fHv 2Hv 2Huv 2Hvv - gH 2Z + + + = 2t 2x 2y 2y 2 Hv 2v 2 2v ` t 2x j + 2y c Hvt 2y m 2x c f v u2 + v2 - fHu
5 4 m 3 2 1 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 /h 19 21 23 25 27
床摩擦系数，n为床面曼宁系数；f=2Ωsinφ 为科氏
图5 数学模型网格（部分）
给定初始条件时刻计算域内所有求解变量的
图6
概化模型设计潮型
第9期
王向明，等：建闸河口闸下潮波变形数值模拟研究*
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capacity of rivers decrease obviously and threatening the flood control in upper rivers. Tidal wave deformation is one conclusive dynamic factor leading to siltation downstream floodgates in estuaries. The hydrodynamic characteristics of tidal wave deformation are different with different river lengths downstream floodgates, so the fluvial processes and morphology characteristics are also different. A 2D numerical model is established to simulate the tidal wave deformation with different-length river downstream the floodgate. The changes of tidal level, flow velocity and phase difference are simulated before and after the construction of floodgate. The length of river downstream floodgates influences tidal wave deformation obviously, and several conclusions are obtained to floodgates with different lengths in estuaries. mathematical model provide a theoretical basis for the prediction and analysis of the siltation characteristics in the lower reach caused by
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建闸河口闸下淤积问题1
江苏省入海河道众多，解放以来， 江苏省入海河道众多，解放以来，为了挡 潮御卤，防洪蓄淡， 潮御卤，防洪蓄淡，江苏沿海修建了大量的挡 潮闸，除灌河口外， 潮闸，除灌河口外，其它入海水道均已修建了 挡潮闸， 118座 其中大、中型挡潮闸就有60 挡潮闸，达118座，其中大、中型挡潮闸就有60 挡潮闸建成后改变了河口的潮波运动， 多座，挡潮闸建成后改变了河口的潮波运动， 破坏了径流及潮流之间的平衡， 破坏了径流及潮流之间的平衡，带来了一系列 的淤积问题。 的淤积问题。
水位 水 位 流 速 (m /s) 含 沙 量 3 (kg/m ) 流速
(m ) 2.0
建 闸 前 ( 1953.8.27 大 潮 )
含沙量
1.0
2.0
12 1.0 0 1.0 8 10
14 16 18 20 22 24
0
1.0
0
a 前进波型
水位
建闸后
1.0 1.0 2.0
( 1961.5.31 大 潮 )
闸下淤积带来的危害也是明显的。 闸下淤积带来的危害也是明显的 。 由于淤积 而削弱河口的泄洪能力， 影响上游的排灌环境， 而削弱河口的泄洪能力 ， 影响上游的排灌环境 ， 恶化下游的通航条件， 威胁水闸的正常运行， 使 恶化下游的通航条件 ， 威胁水闸的正常运行 ， 工程维护的投入不断增加， 工程维护的投入不断增加 ， 防汛排涝效果逐年降 影响河口的防汛安全。 因此， 低 ， 影响河口的防汛安全 。 因此 ， 研究我国建闸 河口的泥沙淤积及其对策问题， 河口的泥沙淤积及其对策问题 ， 对入海河口的规 划治理以及挡潮闸的建设运用， 划治理以及挡潮闸的建设运用 ， 具有十分重要的 意义。 意义。
滦
河
屈家店闸
宁车沽闸
河口区重大工程活动对河床演变影响的数值模拟研究
沿海 高速建设 等 ； 同时航道 升级 和开 发也 在逐步 实施 ， 如 广州港 出海航道 三期工程 、 圳 西部公 用航 道工 程等 ； 深 另 外， 举世 瞩 目的港珠 澳 大 桥工 程也 已开 工建 设 。如 此众 多 的工 程建设 ， 无疑 会 导致 伶仃 洋 水 域水 沙 动力 环 境 的 变化 。而其 中不乏 规模 宏 大 的建设 项 目， 广 州港 出海 如 航道三期 工程 和港 珠 澳大 桥 工程 。以往 的研 究 ， 以 口 多 门为 界 ， 析 工 程 建设 对 伶 仃 洋 水 域滩 槽 变 化 的影 响 。 分
口门的整治开 发 、 大铲 湾 港 区工 程 、 深圳 机 场工 程 、 深圳
对 于河 口区 的大型 涉水 工程 ， 其影 响 可能 波及 河 口
区乃至 上游 三角 洲 网河 区 ， 因此研 究 考虑 先应 用一 维 网
河 区 、 维河 口区联 解 的潮 流 泥沙 数 学 模 型 ， 从 联 解 二 再
第 ２期 ２１ ０ １年 ２月
广 东 水 利 水 电
ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ ＡＴＥＲ Ｗ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰＯＷ ＥＲ
Ｎｏ ２ ． Ｆｅ ２ １ ｂ． ０１
河 口区 重 大 工 程 活 动对 河 床 演 变 影 响 的数 值 模 拟 研 究
卢 素 兰 ， 星科 ， 蒋 吴 琼
：
影 响水域再应 用局部 二维潮流 泥沙数 学模 型进 行河床 冲 淤变 化 的详 细研 究 。笔 者 认 为 ， 个 研究 思 路 是合 理 可 这 取的， 既全面又 有侧 重 点 。伶 仃 洋 水域 的开 发 建设 将 继
续下 去 ， 重大项 目必不可少 ， 如近期 重 新提 上议事 日程 的 大小 铲岛规划港 区项 目。本研究 既可 为工程 项 目的方 案 节 点方 程 ：
河口航道整治工程水动力及河床变形响应数值模拟研究的开题报告
河口航道整治工程水动力及河床变形响应数值模拟研究的开题报告一、选题背景河口航道是连接江河和海洋的重要通道，对于国家经济发展和航运业的繁荣具有重要意义。
但由于长期的人类活动和自然因素的影响，河口航道存在着水动力和河床变形等问题，给航运带来了极大的安全隐患和航行难度。
为了保障航运的顺畅和安全，需要对河口航道进行整治工程。
在进行整治工程前，需要对其水动力和河床变形进行数值模拟研究，以了解工程对河口航道水动力和河床变形的影响，并制定出合理的整治方案。
二、研究内容和目的本研究选取某河口航道为研究对象，基于数值模拟技术，对其水动力和河床变形进行研究。
具体研究内容包括以下方面：1. 航道水动力数值模拟：利用数值模拟技术，对航道内的水流进行模拟，并计算出水流的速度、水深、水位等参数，以了解航道内水动力的分布和变化规律。
2. 河床变形数值模拟：利用数值模拟技术，对航道内的河床进行模拟，并计算出河床的变形程度、河床高度等参数，以了解河床变形的规律。
3. 整治工程方案模拟：基于对航道水动力和河床变形的分析，制定出合理的整治工程方案，并进行数值模拟，以评估方案的可行性和有效性。
本研究旨在通过数值模拟研究，深入了解河口航道的水动力和河床变形特征，为河口航道整治工程的实施提供科学依据和技术支持。
三、研究方法和步骤本研究采用以下方法和步骤：1. 数据采集：收集航道水流、潮汐、风浪等数据，并获取航道地形、河床高程等相关数据。
2. 建立数学模型：利用数学方法和流体力学理论，建立河口航道的水动力和河床变形数学模型。
3. 数值模拟：运用计算机数值模拟软件，分别对航道的水动力和河床变形进行数值模拟，并得出相应的数学结果和分析报告。
4. 整治工程方案评估：基于对航道水动力和河床变形的分析和评估，制定出合理的整治工程方案，并进行数值模拟，以验证方案的可行性和有效性。
四、预期成果通过本研究，预期得到以下成果：1. 河口航道水动力和河床变形的数值模拟分析报告；2. 针对性的河口航道整治工程方案，以及该方案的数值模拟分析报告；3. 可靠的河口航道整治工程实施方案。
建闸河口闸下淤积模拟研究的开题报告
建闸河口闸下淤积模拟研究的开题报告【摘要】闸口淤积问题严重制约了闸口的运行效率和下游水利工程的安全性。
本研究旨在通过建立闸口闸下淤积模型，探究不同情况下淤积的变化规律，并提出相应的治理措施。
研究选择闸口为对象，采用计算流体力学方法对闸口进行模拟，取得了一定的研究成果。
【关键词】闸口淤积；模拟；计算流体力学；治理措施【引言】随着城市化进程的加速和人们生活水平的不断提高，水资源的需求也越来越大，各地涌现出越来越多的水利工程。
然而，在水利工程建设中，闸口淤积问题难以避免，导致闸口运行效率低下，危及下游水利工程安全。
因此，探究闸口淤积的形成机理以及相应的治理措施，对于确保水利工程的正常运行具有重要的意义。
【研究目的】本研究旨在通过建立闸口闸下淤积模型，探究不同情况下淤积的变化规律，并提出相应的治理措施，为水利工程建设提供参考。
【研究内容】本研究主要内容包括：1、闸口闸下淤积模型的建立：采用计算流体力学方法建立闸口闸下淤积模型。
2、模型验证：通过与实际情况对比验证模型的准确性。
3、淤积变化规律研究：探究不同情况下淤积的变化规律。
4、治理措施探讨：提出相应的治理措施，以减少闸口淤积对工程的影响。
【研究方法】1、计算流体力学方法：采用计算流体力学方法对闸口进行模拟。
2、实测数据法：通过实测数据对模型进行验证。
3、统计学方法：采用统计学方法对淤积变化规律进行分析。
【研究预期成果】本研究预期达到以下成果：1、建立闸口闸下淤积模型并验证其准确性。
2、探究不同情况下闸口淤积的变化规律，为相应的治理措施提供理论基础。
3、提出相应的治理措施，为闸口淤积的治理提供实际指导。
【研究进度安排】本研究预计需要三年时间，具体进度安排如下：第一年：完成闸口闸下淤积模型建立，并进行模型验证。
第二年：探究不同情况下淤积的变化规律。
第三年：提出相应的治理措施，并进行实验验证。
【结论】本研究将为解决闸口淤积问题提供理论和实践上的指导。
同时，本研究所采用的计算流体力学方法，可以为其他水利工程的模拟研究提供借鉴和参考。
潮汐河口动床洪水的数值模拟
摘 要 : 潮汐河口洪水水位受流域来水和海域潮汐双重作用 ,动力机制复杂 ,在特大洪水作用下 ,河口床面边界还将发 生显著变形 ,造成水面相应明显升降 ,以致用定床模型预报洪水位误差很大 。本文以钱塘江河口为例 ,采用 Delft3D 数学 模型对潮汐河口洪水水位进行二维数值模拟试验 。在定床和动床模型均取得良好验证的基础上 ,进一步预报洪水过程 , 发现定床模型可产生近 1m 的计算误差 ; 而动床模型则能比较精确地计算整个洪水过程的水位 ,最大误差不超过 0108m 。 因而预测冲淤幅度较大的潮汐河口的洪水水位最好采用动床数学模型 。论文还就洪水位的空间分布探讨弯道水面横比 降随洪水流量的变化 。 关键词 : 河流泥沙工程学 ; 潮汐河口 ; 洪水水位 ; 二维动床模型 ; 数值模拟 中图分类号 : TV14 文献标识码 : A
Numerical simulation of flood on movable bed of a tidal estuary
HUANG Saihua , SUN Zhilin , ZHU Lili ( Department of Hydraulic and Ocean Engineering , Zhejiang University , Hangzhou 310028) Abstract : The dynamical mechanism of water level in tidal estuaries is complicated owing to the cooperation of flood runoff and tidal current . Under extreme flood the considerable change of bed boundary would also cause the obvious rise and fall of water level correspondingly so that the prediction of the flood water level , based on a fixed bed model , would be inaccurate. Delft3D numeral model is adopted to simulate the water level of flood in tidal estuaries. The water level during flood is simulated respectively by two models ,the fixed bed and the movable bed , which are well verified. The comparsion of the water level computed with the measured data indicates that error nearly 1m occurs when the fixed bed model is used ,whereas the error is less than 0108m when the movable bed model is adopted. The latter has much higher precision and thus the 2D movable bed model should be adopted to predict the flood water level in tidal estuaries with the rapid varied bed. Moreover , the spatial varieties of the lateral hydraulic slope in the estuarine bends during flood are discussed. Key words : river sediment engineering ; tidal estuary ; water level of flood ; 2D movable2bed model ; numerical simulation
Numerical simulation of flood on movable bed of a tidal estuary
HUANG Saihua , SUN Zhilin , ZHU Lili ( Department of Hydraulic and Ocean Engineering , Zhejiang University , Hangzhou 310028) Abstract : The dynamical mechanism of water level in tidal estuaries is complicated owing to the cooperation of flood runoff and tidal current . Under extreme flood the considerable change of bed boundary would also cause the obvious rise and fall of water level correspondingly so that the prediction of the flood water level , based on a fixed bed model , would be inaccurate. Delft3D numeral model is adopted to simulate the water level of flood in tidal estuaries. The water level during flood is simulated respectively by two models ,the fixed bed and the movable bed , which are well verified. The comparsion of the water level computed with the measured data indicates that error nearly 1m occurs when the fixed bed model is used ,whereas the error is less than 0108m when the movable bed model is adopted. The latter has much higher precision and thus the 2D movable bed model should be adopted to predict the flood water level in tidal estuaries with the rapid varied bed. Moreover , the spatial varieties of the lateral hydraulic slope in the estuarine bends during flood are discussed. Key words : river sediment engineering ; tidal estuary ; water level of flood ; 2D movable2bed model ; numerical simulation
建闸河口闸下淤积问题研究综述
１月
水 运 工 程
Ｐｒ ｏ ｔ＆ Ｗ ａ ｅ ｗ ｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｔｒ ａ ｇｎ ｅｉ ｎ
Ｊｎ ２ １ ａ．０２
Ｎｏ １ Ｓ ｒａ Ｎｏ ４ ２ ． ｅｉ ｌ ． ６
总第 ４ ２６ 期
建 闸河 口闸下淤 积 问题 研 究 综述 木
徐 雪松 ，窦希萍 星 ，张新周 ，陈 ，曲红玲
ｍｅｈｎｓ ｎ ｍｕａｏ ｕ ｙａｈｍｅａｄａｒａ ｎｔｉ ｐｏｌｍ． ｎ ｃｏｓｉ ｕｎｉｇｈ ｉａｉ ｃａｉ ａｄｓ ｌｉｎｓ ｄ ｔ ｏ ｎ ｂｏｄｏ ｓ ｒｂｅ Ｍａｙｆ ｔｒ ｎ ｅｃ ｅｓ ｔｎ ｍ ｉ ｔ ｔ ｈ ａ ｆ ｌ ｎｔ ｈ ｏ
１ａ ｅ ｓ ｍｍａ ｉｅ ｎ ｌ ｄ ｎ ｈ ｉ ａ ｕ ｒ ｎ ， ｈ ｅ ｇｈ ｏ ｒ ａｉ ｎ ｃ ａ ｎ ｌ ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｔ ｒ ｓｏ ｓｕ ｒｎ ｒ ｕ ｒ ｄ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｔ ｌｃ ｒｅ ｔ ｔ ｅ ｌ ｎ ｔ ｆ ｒｉ ｔ ｈ ｎ ｅ ， ｙ ａ ｃ ｆ ａｕ ｅ ｆ ｔ ａ ｉ ｅ ｚ ｄ ｉ ｇ ｏ ｅ ｎ ， ｈ ｙ ｅ ｆｒ ｅ ｓｄ ｗ ｓｒ ａ ｓｕ ｃ ｓ ｌｃ ｔ ｎ ｏ ｌ ｉ ｅ ， ｔ ． ｈ ｅｅ ｔ ｘ ｓｉ ｇ ｉ ｈ ｒ ｖｏ ｓ ｓ ｄ ｔ ｔ ｅｔ ｐ ｓｏ ｖ ｒ ｏ ｎ ｔ ｍ ｌ ｉ ｅ ， ｏ ａｉ ｆ ｕ ｃ ｓ ｅ ｃ Ｔ ｅ ｄ ｆ ｃｓ ｅ ｉｔ ｎ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉ ｕ ｔ ｙ ｉ ｅ ｏ ｓ ｎ ｕ ａ ｔ ｔｄ ａ ｄ ｓ ｇ ｅ ｔ ｎ ｒ ｉｅ ｅｄ ｒ ｃ ｉ ｎａ ｄ ｍｅｈ ｄ ｆ ｕ ｕ ｅｓｕ ｙ ｓｒ ｅ ｎ ｕ ｇ ｓｉ ｓａ ｅｇｖ ｎｔ ｔ ｉｅ ｔ ｎ ｔ ｏ ｓｏ ｔ ｒ ｔ ｄ ． ａ ｏ ｏｈ ｏ ｆ
水 运 工 程
Ｐｒ ｏ ｔ＆ Ｗ ａ ｅ ｗ ｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｔｒ ａ ｇｎ ｅｉ ｎ
Ｊｎ ２ １ ａ．０２
Ｎｏ １ Ｓ ｒａ Ｎｏ ４ ２ ． ｅｉ ｌ ． ６
总第 ４ ２６ 期
建 闸河 口闸下淤 积 问题 研 究 综述 木
徐 雪松 ，窦希萍 星 ，张新周 ，陈 ，曲红玲
ｍｅｈｎｓ ｎ ｍｕａｏ ｕ ｙａｈｍｅａｄａｒａ ｎｔｉ ｐｏｌｍ． ｎ ｃｏｓｉ ｕｎｉｇｈ ｉａｉ ｃａｉ ａｄｓ ｌｉｎｓ ｄ ｔ ｏ ｎ ｂｏｄｏ ｓ ｒｂｅ Ｍａｙｆ ｔｒ ｎ ｅｃ ｅｓ ｔｎ ｍ ｉ ｔ ｔ ｈ ａ ｆ ｌ ｎｔ ｈ ｏ
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模拟潮汐河口洪水风险的潮闸控制模型
防御 １０ａ一遇 的 洪 水 ， 随 着 海 平 面 的 上 升 和 降 雨 的 加 大 ， 水风 险也 进 一 步 增 大 。 工 程 措 施 效 果 显 示 ： ０ 但 洪
仅 在 河 口处 建 造 水 闸 ， 不但 不 能抵 御 气候 变化 带来 的 灾 害 ， 而将 增 大 洪 水 风 险 ； 择 性 地 移 除部 分 大堤 ， 反 选
配 合 水 闸 的 建 设 ， 明显 降低 洪 水风 险 ， 当海 平 面 上 升 到 ｌ 时 ， 个 工 程 组 合 的 功 效 快 速 减 弱 ， 因 在 将 但 ｍ 这 原
于随 着 海 平 面 的 上 升 ， 闸 关 闭 的 时 间越 来 越 长 ， 流将 积 累在 上 游 并 最 终 导 致 洪 兜 。 潮 径
气候变化正成为导致 洪涝 灾害增 多 的一个重 要 因素 。除 了 自然因素外 ， 越来 越多的在洪泛 区内建造 的建 筑物也会 导致
洪 灾增 多 ， 因为 建 筑 物 所 在 之 处 原 来 可 以积 蓄 部 分 洪 水 ， 现
同样的速度下沉 ； 其次 ， 国气候研 究小 组（ Ｃ Ｐ ２ 的研 英 ＵＫ Ｉ０ ）
约１ Ｏ亿英镑 。２ ０ ０ ０年并 不是 唯 一受 灾 的年 份 ， １ ９ 在 ９ ９～ ２０ ０ ３这 ５ａ 期间 ， 险公司 总共支 付 了超过 ５ 保 Ｏ亿 英镑 的赔
偿 金 ， 前 ５ａ的 两倍 多 。 未 来 洪 灾 预 报 （ ＴＩ ２ ０ ） 示 ， 是 Ｄ ， ０４ 显
（ 江水 利 委 员会 长 江 口水文水 资 源勘测 局 ， 长 江苏 太 仓 ２ ５ ３ ） １ ４ １
摘 要 ： 析 了英 国 南部 海 岸 海 平 面 上 升 和 径 流 增 强 对 堤 防 的影 响 ， 用 Ｈ Ｃ—Ｒ Ｓ数 学 模 型 对 阿 伦 河 分 选 Ｅ Ａ
仅 在 河 口处 建 造 水 闸 ， 不但 不 能抵 御 气候 变化 带来 的 灾 害 ， 而将 增 大 洪 水 风 险 ； 择 性 地 移 除部 分 大堤 ， 反 选
配 合 水 闸 的 建 设 ， 明显 降低 洪 水风 险 ， 当海 平 面 上 升 到 ｌ 时 ， 个 工 程 组 合 的 功 效 快 速 减 弱 ， 因 在 将 但 ｍ 这 原
于随 着 海 平 面 的 上 升 ， 闸 关 闭 的 时 间越 来 越 长 ， 流将 积 累在 上 游 并 最 终 导 致 洪 兜 。 潮 径
气候变化正成为导致 洪涝 灾害增 多 的一个重 要 因素 。除 了 自然因素外 ， 越来 越多的在洪泛 区内建造 的建 筑物也会 导致
洪 灾增 多 ， 因为 建 筑 物 所 在 之 处 原 来 可 以积 蓄 部 分 洪 水 ， 现
同样的速度下沉 ； 其次 ， 国气候研 究小 组（ Ｃ Ｐ ２ 的研 英 ＵＫ Ｉ０ ）
约１ Ｏ亿英镑 。２ ０ ０ ０年并 不是 唯 一受 灾 的年 份 ， １ ９ 在 ９ ９～ ２０ ０ ３这 ５ａ 期间 ， 险公司 总共支 付 了超过 ５ 保 Ｏ亿 英镑 的赔
偿 金 ， 前 ５ａ的 两倍 多 。 未 来 洪 灾 预 报 （ ＴＩ ２ ０ ） 示 ， 是 Ｄ ， ０４ 显
（ 江水 利 委 员会 长 江 口水文水 资 源勘测 局 ， 长 江苏 太 仓 ２ ５ ３ ） １ ４ １
摘 要 ： 析 了英 国 南部 海 岸 海 平 面 上 升 和 径 流 增 强 对 堤 防 的影 响 ， 用 Ｈ Ｃ—Ｒ Ｓ数 学 模 型 对 阿 伦 河 分 选 Ｅ Ａ
水坝闸门自由出流的数值模拟与分析
量 Ｅ１ 的流体位于 ｘ ＝ ０ 处ꎬ 在达到稳态时ꎬ 进行了
时长为 １００ｓ 的瞬变流动分析ꎬ 以便检测系统的动
能和湍流情况ꎮ
３ 结果
３ １ 流量特性
从图 ４ 可以看出ꎬ 模拟收缩系数在 ａ / ｅ１ < ０ ４
时逐渐减小ꎬ 当 ａ / ｅ１ > ０ ４ 时随 ａ / ｅ１ 的增大而增
大ꎬ 呈现出与现有实验数据相似的趋势ꎮ 对于闸门
是由于边界层增长和闸门上下游段能量损失造成
位为 ２４７ｍꎬ 调 洪 库 容 为 １ ５ 亿 ｍ３ ꎬ 兴 利 库 容 为
坝顶高程 ２５２ｍꎬ 坝顶长 ３７１ｍꎬ 坝顶宽 ２０ｍꎮ 溢流
堰堰顶高程 ２２７ｍꎬ 装有 ６ 扇 １２ｍ × １０ｍ 平板闸门ꎬ
本文以该工程闸门各项参数作为数值模拟的初始输
入参数ꎮ
１４２
性流体中ꎬ 假定流动是不旋转的ꎬ 并且具有恒定的
比能ꎬ 将实平面中的流动映射为复势平面中的矩
收稿日期: ２０２０￣１２￣１８
作者简介: 万 艳(１９７４ 年—) ꎬ 女ꎬ 工程师ꎮ
工程实践
２０２１ 年第 ４ 期
水利技术监督
图 １ 闸门平面图
形ꎬ 再将其细分为矩形网格ꎬ 很好地解决了上述收
缩系数存在的差异ꎮ
２ ２ 数值建模
通过 ＣＦＤ 软件包中 Ｆｌｏｗ￣ ３Ｄ 程序的有限体积
法来求解 ＲＡＮＳ 方程
[１４]
ꎬ 不可压缩流动的一般控
制范围、 连续性方程和变量ꎬ 由式(３) —(４) 给出:
∂
(ｕ Ａ ) ＝ ０
∂ ｘ１ ｉ ｉ
∂ ｕｉ
∂ ｕｉ
１
１ ∂ρ
＋ ( ｕｊ Ａｊ
) ＝
不同引河长度下河口闸下淤积形态数值研究
第３ ４卷第 ４期
２ ０ １ ３年 ８ 月
水
道 港 口
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ４ Ａｕ ｇ ．２ ０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｙ ａ ｎ ｄ Ｈａｒ ｂ ｏ ｒ
不 同 弓 Ｉ 河 长 度 下 河 口 闸 下 淤 积 形 态 数 值 研 究
随着 社会 经 济不 断发 展 ， 河 口地 区的重 要性 日益 凸 。 为满 足船舶 航 运 、 防洪 排涝 以及 水 资 源综 合 利用
等需 求 ， 越 来越 多 的河 口均 已建 闸 ， 成 为改 善河 口条件 的 重要 手段 之 一 。 但 是 已有 Ｔ 程经 验 表 明 ， 占显 著
流， 岸线 ｆ ｝ Ｈ 折、 水 深较 浅 、 河 宽较 窄 ， 河 道宽 度 ２ １ ０ ～ ４ ０ ０ １ Ｔ Ｉ 。 在 河道 弯 曲的 凹岸一 般有 深槽 ， 水 深达 ５ ～ １ ０ １ １ １ ， 【 ＿ １
段 的水 深也 达 ５ ～ １ ０ １ Ｔ Ｉ ， 其余 的水 深在 ５ ｍ 以内 。 口外海 域 岛屿星 罗棋 布 ， 水 道纵 横交 错 ， 沟槽 、 浅 滩相 问 分
不 同 引河长度 建 闸后 闸下河道 淤 积形态 及最 大淤 积强 度特 征 的还 不 多 。 采 用平 面二 维水 沙模 型 ， 研 究 引河 长度Ｆ ｝ １ 长变 短乃 至 ｎ外 建 闸闸下 淤积形 态 和淤积 特点 ， 可 为河 广 １ 建 闸规划 与设计 提供 参考 。 本 文 以甬江建 闸 ］ 程 为例 ， 计 算 不同 闸址方案 实施 后 的年泥 沙 回淤分 布情况 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ｌ 一 ２ ２ ； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ２ － ０ ５
２ ０ １ ３年 ８ 月
水
道 港 口
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ４ Ａｕ ｇ ．２ ０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｙ ａ ｎ ｄ Ｈａｒ ｂ ｏ ｒ
不 同 弓 Ｉ 河 长 度 下 河 口 闸 下 淤 积 形 态 数 值 研 究
随着 社会 经 济不 断发 展 ， 河 口地 区的重 要性 日益 凸 。 为满 足船舶 航 运 、 防洪 排涝 以及 水 资 源综 合 利用
等需 求 ， 越 来越 多 的河 口均 已建 闸 ， 成 为改 善河 口条件 的 重要 手段 之 一 。 但 是 已有 Ｔ 程经 验 表 明 ， 占显 著
流， 岸线 ｆ ｝ Ｈ 折、 水 深较 浅 、 河 宽较 窄 ， 河 道宽 度 ２ １ ０ ～ ４ ０ ０ １ Ｔ Ｉ 。 在 河道 弯 曲的 凹岸一 般有 深槽 ， 水 深达 ５ ～ １ ０ １ １ １ ， 【 ＿ １
段 的水 深也 达 ５ ～ １ ０ １ Ｔ Ｉ ， 其余 的水 深在 ５ ｍ 以内 。 口外海 域 岛屿星 罗棋 布 ， 水 道纵 横交 错 ， 沟槽 、 浅 滩相 问 分
不 同 引河长度 建 闸后 闸下河道 淤 积形态 及最 大淤 积强 度特 征 的还 不 多 。 采 用平 面二 维水 沙模 型 ， 研 究 引河 长度Ｆ ｝ １ 长变 短乃 至 ｎ外 建 闸闸下 淤积形 态 和淤积 特点 ， 可 为河 广 １ 建 闸规划 与设计 提供 参考 。 本 文 以甬江建 闸 ］ 程 为例 ， 计 算 不同 闸址方案 实施 后 的年泥 沙 回淤分 布情况 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ｌ 一 ２ ２ ； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ２ － ０ ５
26建闸河口闸下淤积问题研究综述
2012 年 1 月第 1 期 总第 462 期水运工程Port & Waterway EngineeringJan. 2012No. 1 Serial No. 462河口区是河流与受水水体的接合地段，受水水体可以是河流、湖泊、水库和海洋，通常我们提及的河口多指潮汐河口，即陆域下泄的淡水与海域随潮上溯的海水的交汇区域，该区域内兼有河流与海洋两种力量及叠加后的动力因素，情况十分复杂。
从世界范围内来看，辽阔的河口地区大都是人口稠密、工农业生产特别发达的地方。
我国包括台、琼及其他一些大岛在内的长达21 000 km 左右的海岸线上分布着大小入海河口1 800余个[1]，河口地区工农商业繁盛、交通便利，是我国经济最发达的地区。
但是，人类活动也在相当程度上干预了河口地区的自然环境，出现了水域污染、农业灌溉、土地盐碱化等一系列问题。
因此，河口的治理、保护和开发在国民经济中占有十分重要建闸河口闸下淤积问题研究综述*徐雪松1，窦希萍1，陈 星2，张新周1，曲红玲3（1. 南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210024；2. 河海大学，江苏 南京 210098；3. 江苏省交通规划设计院有限公司，江苏 南京 210005）摘要：挡潮闸作为河口治理的一项重要措施，在我国广泛采用。
河口建闸在为河口地区的经济发展做出积极贡献的同时也带来了严重的闸下泥沙淤积问题，限制了河口资源的综合利用。
介绍我国建闸河口闸下淤积情况，并阐述国内外学者针对闸下淤积问题进行的机理探讨和模拟研究。
总结出影响闸下淤积形态的多个因素，包括潮流作用、闸下引河长度、河口泥沙的动力特性、闸下港道类型以及建闸位置等。
提出以前的研究中存在的缺陷并针对性地建议今后的研究方向和研究途径。
关键词：建闸河口；闸下淤积；影响因素中图分类号：TV 148 文献标志码：A 文章编号：1002-4972(2012)01-0116-06收稿日期：2011-07-01*基金项目：水利部公益性行业科研专项（200801016）；国家自然科学基金（51079088）作者简介：徐雪松（1987—），男，硕士研究生，研究方向为港口、海岸及近海工程。