潮汐河口分类指标与河床演变特征研究

本文在前人关于河口分类研究的基础上,分析了影响河口形态及其演变的主要因素,收集整理了水沙资料相对齐全的29个河口的相关数据及其演变特征,根据潮汐河口水流挟沙率与流速的关系,确定以径、潮流比值α和径、潮流含沙量比值β的组合αβ1/2作为潮汐河口分类指标,并采用投影寻踪动态聚类模型予以论证。在此基础上,应用分类指标α1β/2将潮汐河口分为河口湾型、过渡型和三角洲型三大类,其中,Ⅱ、Ⅲ类进一步各分成三个亚类。随后对不同类型河口的形成条件、水沙运动和河床演变特征进行了初步分析。

强潮河口治河围涂工程促淤方法探讨——以钱塘江河口尖山一期促淤围涂工程为例

首先简单介绍了潮汐河口治河围涂工程一般促淤方法及其研究手段 ,接着阐述了泥沙淤积模型试验在促淤工程科研中的应用 ,随后结合围涂工程实践探讨了回流促淤机理 ,比较了不同工程布置方案的回流特征与淤积效果 ,提出了一般情况下较为合理的促淤围涂工程布置方法。

潮汐河口泥沙物理模型若干问题探讨

探讨了不同类型泥沙物理模型的主要相似准则、模型沙选择、时间变态的处理、冲淤验证资料的选取、局部动床的范围、动床模型试验的重复性等问题,并以杭州湾大桥动床模型试验为例予以进一步说明。

金塘大桥桥轴线优化及建桥对水流和航道的影响

金塘大桥跨越灰鳖洋，连接金塘岛沥港镇与宁波镇海新泓口，全长18．5km，为舟山连岛工程的主体。该大桥工程所在海域潮汐为非正规浅海半日潮，历年最大湖差为3．67m，多年平均潮差为1．91m；潮流呈往复流特征，且基本平行于峡道走向。金塘大桥水域东侧微冲，西侧微淤，深泓摆幅较小，深槽稳定。在海床演变分析的基础上，运用数学模型进行了桥轴线的优化，由实体定床与动床模型探讨了建桥对水动力的影响。数学模型选用2002年3月和11月实测水文测验资料对模型进行率定和验证。物理模型选取中值粒径为0．2mm的塑料沙作为动床试验的模型沙，选用2002年11月实测水文测验资料对定床模型进行验证，选用2002年11月和2003年4月两次水下地形资料对动床模型进行河床冲淤验证，验证精度均满足相关规范要求。研究结果表明，以推荐的方案建桥对桥位近区的湖位、流速与潮量的影响均较小。建桥后，下游高潮位有所抬高，上游高潮位有所降低；上游低潮位有所抬高，下游低潮位略有降低。由于桥墩的阻水作用，使该桥所在海域海流流速整体上略有减小，减小量一般在5％以内；桥墩间因海流集中使流速有所增加。建桥使主航道航深有所增加，桥位近区与远区分别冲刷0．6～0．8m和0．1～0．2m；西航道桥轴线近区冲刷0．4～0．5m，远区淤积0．1～0．2m。建桥对甬江口、金塘锚地、七里屿锚地均无明显的不良影响，对北仑港区基本没有影响。

杭州湾跨海大桥河工模型设计与验证

根据平面二维非恒定流运动方程和连续方程推导出模型相似比尺,从而进行模型设计。模型上边界选在老盐仓,下边界定在金山,模拟总水域面积约2200km2;模型先按1998年实测的准1∶50000水下地形制作,并利用1998年大范围水文资料作初步验证,再运用2000年9月杭州湾实测水下地形及大范围同步水文测验资料对模型进行正式验证。验证结果表明,模型沿程潮位、模型测点流速、流向等均与水文测验资料吻合良好,达到了较高的验证精度,为杭州湾跨海大桥建成后对周围水域变化情况的预测和桥轴线与桥孔布设合理性论证奠定了坚实的基础。

“模型黄河”是黄河口综合整治的重要科研平台

阐述了"模型黄河"建设在黄河治理开发进程中的战略地位和作用,指出实体模型建设是进行黄河河口综合整治研究的重要手段和途径,认为"模型黄河"工程规划为今后河口实体模型的建设提供了重要的科研平台,并打下了良好的工作基础。

五甲渡裁弯工程主要效益与负面的影响

五甲渡裁弯工程是显著提高曹娥江中、下游河道行洪能力的防洪工程,也是浙江省迄今最大的河道裁弯工程。在简述五甲渡裁弯工程与曹娥江中、下游水文及河床演变主要特性的基础上,分析了该裁弯工程显著的防洪效益、节省标准塘建设巨大投资费用等的经济效益,并对由于裁弯使河道长度缩短而造成咸水上朔距离有所增加等负面的影响进行了介绍。

潮流作用下桥墩局部冲刷深度计算公式的建立与验证

桥梁水毁大多因桥墩局部冲刷所致,桥墩局部冲刷深度的可靠预测是保证桥梁安全运行的基础。国内外对河流上的桥墩局部冲刷做过大量研究,建立了可供设计使用的桥墩局部冲刷计算公式。对于河口海湾及沿海地区跨海湾桥梁,其作用水流多为极其复杂的双向潮流,原有公式常难以适用。利用水槽试验成果结合其他河口海湾地区的相关研究成果,通过量纲分析及多元回归法建立了潮流作用下桥墩局部冲刷的计算公式。该公式结构简单,参与多元回归分析的数据多,各参数的取值范围均较广,并应用大量现场实测资料以及其他河口海湾及近海地区桥墩、人工岛、塔基等构筑物的试验值进行了较好验证,可供河口海湾及近海地区相关工程局部冲刷深度估算时参考应用。

运用神经网络理论研究钱塘江涌潮的影响因素

在定性分析涌潮主要影响因素的基础上,借助BP神经网络建立了盐官站潮头高度的预测模型,经检验该模型具有较好的泛化能力。结合正交试验设计理论,定量地分析了各因素对涌潮的影响程度。研究结果表明:潮头高度与下游潮汐呈正相关关系,而与河道地形呈负相关关系,当径流流量小于7 000 m3/s时,潮头高度与上游径流也呈正相关关系,超过此范围,则呈负相关关系。

钱塘江河口建桥对涌潮的影响研究

针对涌潮资源的保护问题，研究了桥梁工程对钱塘江涌潮的影响．基于河工模型的相似理论，从二维浅水方程推导出潮汐河口水流运动的相似条件．制作了钱塘江河口模型，并模拟了涌潮的形成与传播过程．通过河口模型研究了桥梁工程对涌潮的形成、形态与高度的影响，并根据模型试验数据建立了涌潮高度减小率的经验公式．结果表明，桥梁工程不会改变涌潮的形成．桥墩对涌潮形态的影响范围一般限于桥位上游300～500m．涌潮高度的影响程度主要取决于桥墩占据河道的截面积，截面积越大，桥位上游涌潮高度的减小值也越大．

金塘大桥桥墩附近的海床冲刷

东起舟山市金塘岛的沥港镇,跨越灰鳖洋,西至宁波市镇海区新泓口的金塘大桥,为舟山大陆连岛工程的主体。大桥全长为18.5km,海面桥墩近350个,桥墩附近海床冲刷深度主要包括因风浪和潮流引起的自然冲刷、因建桥使过水断面缩窄而产生的一般冲刷和桥墩阻水形成的马蹄形漩流引起的局部冲刷。河流上桥墩局部冲刷已进行过大量研究,建立了可供设计使用的桥墩冲刷计算公式,而金塘大桥位于灰鳖洋海域,作用水流为极其复杂的往复流,使海床局部冲刷深度难以利用现有公式进行计算,因此采用海域实测地形资料分析了桥轴线附近的海床自然冲刷,利用水槽正态模型试验模拟研究了桥墩附近的一般冲刷和局部冲刷。实测资料表明,该海域潮流流速大小与潮差有较好的相关关系,潮差越大,潮流流速也越大,而桥墩的局部冲刷深度也随流速的增大而增大,因此,选取潮差频率为300年一遇和10年一遇的特大潮分别作为运行期和施工期的潮流边界。桥位所处的海床较为稳定,故以最新的实测地形各桥墩处高程作为冲刷试验起始高程。试验初期桥墩附近海床快速下切形成冲刷坑,随后冲刷值迅速减小,海床渐趋稳定。研究表明,该大桥所处海域总体上趋于动态平衡状态,桥轴线东段微冲、西段微淤。运行期金塘大桥附近的海床自然冲刷,一般均在1.1m以内,仅在主槽附近较大,约5m左右。试验表明,潮流作用下桥墩附近的一般冲刷和局部冲刷均明显大于自然冲刷幅度,主墩最大局部冲刷幅度为14.4m,引桥桥墩最大局部冲刷幅度为7.8～10.3m;据此可得到桥墩附近海床的总体冲刷幅度和设计高程,不仅为工程建设、运行的安全性及经济性提供了坚实的技术支撑,而且可供其它海域建桥后桥墩附近海床的冲刷研究提供参考。

杭州湾跨海大桥对钱塘江河口水流的影响

通过河工模型试验,研究建设在潮汐河口的特大型桥梁——杭州湾跨海大桥对水环境产生的影响。杭州湾跨海大桥河工模型上边界选在老盐仓,下边界定在金山,平面比尺为1000,铅直比尺为100,模拟总水域面积约2200km2;模型运用2000年9月杭州湾实测水下地形及大范围同步水文测验资料进行了验证,其精度较高。在此基础上,结合实测资料分析,运用定床模型试验对杭州湾跨海大桥建成后附近水域流态的变化及对钱塘江涌潮、上游行洪等的影响进行了分析和预测。建桥前后潮位、流速流向、潮流量以及涌潮高度等试验数据的变化表明,杭州湾跨海大桥建成后对钱塘江河口水流的影响主要在桥位近区,对涌潮、上游行洪基本没有影响。

钱塘江河口细颗粒泥沙起动流速研究

采用泥沙水槽试验研究了钱塘江河口不同粒径的泥沙起动流速。针对室内水槽试验水深条件的局限性,提出了以实测含沙量过程线拐点附近相应的垂线平均流速为泥沙起动流速的方法,得到了水深范围介于0.15～13.6m、中值粒径介于0.002-0.07mm的泥沙起动流速。张瑞瑾、窦国仁公式与沙玉清泥沙起动公式对比结果表明,各公式对于浅水深的水槽试验值均有较高的计算精度,而对于大水深起动流速均明显偏大。以张瑞瑾公式为基础,通过多元回归分析法修正有关系数,建立了适合于钱塘江河口细颗粒泥沙的起动流速拟合公式。

基于径向基函数网络的钱塘江涌潮模型及其应用

利用径向基函数(RBF)网络的最佳函数逼近性能,建立了盐官站涌潮潮头高度的预测模型.钱塘江涌潮与其影响因素之间存在复杂的非线性关系,模型的预测精度主要取决于影响因子的识别与训练样本的选择.实测资料检验表明该模型具有良好的泛化能力.应用该模型分析了在不同水动力与河床边界条件下,大规模治江围涂工程对盐官潮头高度的影响.结果表明,在不同河势条件下治江围涂工程引起的涌潮变化存在差异,对于顺直江道,盐官大潮潮头高度降低了0.17 m,而对于弯曲江道,则抬高了0.39 m.

杭州湾跨海大桥非通航孔桥跨比选方案的模型试验

利用水平比尺与铅直比尺均为100的正态断面模型,研究了杭州湾跨海大桥非通航孔两个桥跨的桥墩对水流的影响。方案一为50m跨径的桥墩方案,在模型中布置了7跨6个桥墩;方案二为70m跨径的桥墩方案,在模型中布置了5跨4个桥墩。在桥位附近的不同距离处还布设了5条断面16个流速测点和4个水位测站,以反映不同桥墩对周围环境的影响,结果表明,两个方案的流速变化率均在9%以内,水位壅高值在0.17m以内。相对而言,方案一对水流影响稍大,但两方案的流速变化率最大差异仅为1.6%,水位变化最大差异为0.03m,与杭州湾跨海大桥整体模型的试验结果基本一致。由于两个方案对水流的影响均在同一量级,且50m跨径的桥墩可以节省巨额投资,又便于施工,因此,建议杭州湾跨海大桥的非通航孔采用50m跨径。

嘉兴电厂温排水物理模型试验研究

基于温排水物理模型的关键相似条件,通过对现状温排水引起的温升分布和取水温升影响的复演,建立了嘉兴电厂温排水物理模型。模型详细研究了电厂温排水对附近水体的温升影响。通过对一、二、三期取、排水口联合运行时取水口的取水温升以及近区温度场对比分析,推荐了最优的工程布置方案,明确了推荐方案在各种典型潮型下的温升影响。

潮流作用下桥墩局部冲刷规律研究

桥墩局部冲刷深度的可靠预测是保证桥梁安全运行的基础。我国对河流上的桥墩局部冲刷做过大量研究,但河口海湾及沿海地区跨海湾桥梁,往往水域宽阔,作用水流多为极其复杂的双向潮流,目前针对性的研究尚少。通过对钱塘江河口及杭州湾的嘉绍大桥、杭州湾大桥和金塘大桥在潮流作用下的桥墩局部冲刷开展水槽试验,研究了桥墩在潮流作用下的冲刷坑形态与冲刷过程,并对潮流作用下桥墩局部冲刷深度的主要影响因子进行了分析。

水力学推流模型的室内水槽验证

利用室内水槽，对水力学推流模型进行了试验验证。结果表明：模型中使用的“糙率”不是真正意义上的河道糙率，不能直接利用由测验河段上、下断面比降观测获得的糙率作为模型“糙率”推算洪水流量，但可以利用测流断面实测水位和流量过程，按水力学推流模型推求“综合糙率”，建立水位一综合糙率关系，再用此关系与实测水位过程推算实时洪水流量，达到洪水流量自动测报的目的。并比较了该法与利用水位一流量关系推流的精度差异。

杭州湾北岸深槽冲淤变化试验研究

本文利用悬沙淤积与局部动床模型，探讨了钱塘江河口和杭州湾进一步整治国涂以后，北岸澉浦至乍浦深槽的冲淤变化，为沿线已、正、待建若干大型港口、火、核电厂的正常运行与合理设计以及杭州湾的综合开发利用提供了可靠的科学依据，也给潮汐河口海湾泥沙模型设计与试验奉献了经验．

潮汐河口悬移质动床实物模型的理论与实践

河口泥沙一般较细，其河床变形多取决于悬移质的运动。文章论证了悬移、起动与河床变形相似为潮汐河口悬移质动床实物模型泥沙运动的主要相似条件，模型沙主要按悬移与起动相似条件选择；提出并介绍了采用轻质沙后挟沙相似的满足、时间变态的处理原则与经验；此外还讨论了模型选沙中的一些理论与技术问题。