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长江口北支河段水文泥沙特性初步分析

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《水资源研究》第31卷第1期(总第114期)2010年3月 水文测验 每岛 岛 -窜 长江口北支河段水文泥沙特性初步分析 瞿玉芳 (长江委水文江口水文水资源勘测局,上海200136) 摘 要:根据长江口北支河段2005年8~9月进行的大规模全潮水文测验成果,对北支河段水流、泥沙特性进 行了初步分析,对北支水流、泥沙在时间和空间上的分布变化规律作了有益的探讨,对北支河段水流泥沙运动 在河床演变中的作用,作了简要的叙述。 关键词:水文;泥沙分析;长江口 为掌握北支河段水流泥沙特性,给有关工程的选址、设计和 垂线布置图。为便于叙述,各垂线用其所在断面名称的拼音加 序号命名,根据垂线在断面中的位置,按自左向右的顺序编垂线 号。表1为各测验垂线涨落潮最大测点流速及相对水深位置成 建设提供基础资料,2005年8~9月,长江口水文水资源勘测局 在北支河段进行了一次大规模的水文测验,该次测验在青龙港、 三条港和戤效港布置了3个测流断面共13条测流垂线,进行 大、中、小3个全潮水文泥沙观测,较完整地收集了北支河段汛 果表。由表1可看出,整个测验区域各垂线大、中、小潮期涨落 潮最大测点流速出现的位置大多位于水面或相对水深0.2 H 处;涨潮最大测点流速为2.86 m/s,出现在青龙港断面的QLG1 #垂线,落潮最大测点流速为3.01 m/s,出现在三条港断面的 STGI#垂线;3个断面的最大流速大多出现在近左岸的深水区域 内,表明北支河段左侧水道的动力条件优于右侧水道。表2为 期潮位、水流及泥沙资料。现根据该次全潮水文测验成果,对北 支河段的水沙特性进行分析 1北支河道概况 长江口上起徐六泾,下迄口外5O号灯标,全长约181.8 km。 河段平面呈扇形,为三级分汉、四口人海的河势格局,共有北支、 北港、北槽、南槽4个人海通道。图1为长江口河势图。 长江口北支河段位于崇明岛以北,是长江出海的一级汉道, 西起上海市崇明洲头,东至江苏省启东寅阳连兴港,全长83 km。北支河段平面形态弯曲,弯顶在大洪河至大新河之间,弯 顶上下河道均较顺直,弯顶以上平均河宽约1.7 km,弯顶以下 平均河宽约3.5 km,河道最窄处位于青龙港,江面宽不足2.0 km,灵甸港以下河道逐渐放宽,最宽处位于出口,连兴港江面宽 度约12.0 km。 各垂线单宽潮平均流速成果表,由表2可以看出,大多数测线大 潮涨潮平均流速大于落潮平均流速,而中、小潮期则为落潮平均 流速大于涨潮。北支进口段和上段河槽的涨落潮流向相差基本 在180。左右,即涨落潮流路基本一致,而中段和下段河槽涨落 潮流路较为复杂,半数测线涨落潮流向不在同一直线上,即涨落 潮流路不一致;多数测线水流流向与等深线走向一致,河道左半 区水流流速一般大于右半区水流流速。 长江口北支河段平面形态弯曲,河道边界呈典型的喇叭口 形状,涨、落潮流动力强度大,且涨、落潮流路分歧,水流动力条 件十分复杂。同时,由于北支河段含沙量较大,导致洲滩发育充 分,江心沙层出不穷。北支河段径流量很小,潮流量极大,经过 长期演变,明暗沙罗列,滩槽易位频繁,河床整体冲淤变化频 繁Ⅲ。 2潮流特性 2.1 潮流流速 图2为青龙港、三条港和戤效港3个测验断面及相应测流 收稿日期:2009—11—02 图I长江口河势 作者简介:瞿玉芳,女,长江口水文水资源勘测局,高级工,主要从事水文测验分析工作。 30 表1各垂线涨落潮期最大测点流速及相应的流向和相对水深统计成果 流速m/s,流向。 2.2潮量 表2,3为各测验垂线涨落潮单宽潮量成果表。由表3可 知,大、中、小潮期各垂线单宽涨、落潮量有净进也有净泄,净泄 量最大值为32.24万m ,出现在小潮期间的QLCl#垂线,净进 量最大值为lO.84万m ,出现在GXG3#垂线的大潮期。单宽潮 小潮GXGl GXG2 GXG3 0.70 0.59 O.7l 0.60 0.82 O.47 0.70 O.68 O.67 0.41 0.65 O.39 0.70 O.63 0.69 0.5O 0.73 0.43 GXG4 0.50 0.60 O.53 0.48 0.5l 0.54 QI ̄Cl QLG2 OLG3 SHGX STGl STG2 STG3 STG4 — ——O.2l O.20 O.13 O.11 0.17 O.59 0.46 0.26 0.49 0.40 0.49 0.40 0.27 0.073 0.1O 0.082 0.073 0.08l 0.044 0.13 O.22 0.35 O.28 0.15 0.15 O.18 0.16 0.16 0.1O 0.073 O.10 0.082 O.15 0.14 0.087 0.12 O.20 0.47 O.37 0.21 O.32 0.29 0.32 O.28 O.19 量及净泄量(或净进量)的大小反映了测线所在位置涨落潮流 动力强度的对比关系,单宽潮量为净进,一般表明涨潮流动力强 于落潮流,反之则为落潮流强于涨潮流。对北支河段而言,一般 落潮流动力较强的河槽相对较易维持,一定条件下甚至还可以 有所发展。 表4—6为青龙港、三条港及戤效港测流断面潮量计算成果 表 。 STG5 GXG1 O.11 O.16 0.14 0.1l O.3l 0.33 0.35 O.24 O.1l O.13 0.14 O.18 0.046 0.13 0.16 0.14 0.11 0.14 0.14 0.14 0.18 0.23 0.25 0.19 表2 各垂线单宽潮平均流速成果 前半潮 潮型 m/s 全潮 GXG2 GXG3 后半潮 GXG4 0.093 0.22 0.13 0.11 0.11 0.17 涨潮 大潮Ql,Cl OLG2 落潮 1.57 1.40 涨潮 1.31 1.16 落潮 1.73 1.48 涨潮 1.24 1.14 落潮 1.65 1.44 1.16 1.12 QLC3 SHGX STGl STG2 STG3 STG4 STG5 GXG1 GXG2 GXG3 1.23 1.39 1.20 1.27 0.84 1.20 0.58 1.18 1.09 1.15 0.84 1.25 1.10 1.03 0.79 O.67 0.66 0.83 0.88 O.63 1.38 1.4l 1.29 1.44 0.94 1.19 0.79 1.12 1.21 1.07 1.02 1.46 1.18 1.19 1.O6 0.88 0.87 O.93 1.O1 0.73 1.3l 1.40 1.25 1.35 O.89 1.19 0.68 1.15 1.15 1.11 O.93 1.36 1.14 1.11 0.92 O.78 0.76 O.88 0.95 O.68 大潮QLCl 12.72 QLc2 9.56 QLc3 9.07 SHGX STGl STG2 STG3 STG4 STG5 GXGl 25.71 14.73 6.85 l5.O3 l5.86 10.97 29.43 17.70 28.58 20.53 55.14 32.43 26.56 l1.90 11.57 18.78 19.97 9.28 19.66 2O.15 20.64 34.39 38.26 16.13 —4.51 34.69 38.48 0.30 0.22 15.6l l8.29 17.47 9.90 12.16 5.53 l6.42 18.33 16.77 20.90 21.10 l2.33 13.19 7.93 17.56 38.37 22.23 25.35 13.46 33.98 37.87 28.88 22.O5 l9.42 32.45 —0.50 6.65 —3.30 5.96 一1.53 12.40 8.89 8.22 l5.02 16.48 13.16 11.2O 17.43 GXG4 0.76 0.80 O.82 O.96 0.79 0.88 中潮QLCl QLC2 QLG3 SHGX STGl 0.50 0.45 0.44 0.77 O.83 1.17 0.96 0.54 1.O1 O.91 O.53 0.45 0.44 O.67 0.8l 0.93 0.61 O.37 0.78 0.61 O.51 0.45 O.44 0.72 O.82 1.06 0.79 0.46 O.89 0.76 GXG2 GXG3 17.80 14.73 l9.1l 8.89 12.76 24.04 l1.91 5.04 14.19 19.43 24.99 l6.65 l1.66 4.24 3.05 11.65 15.59 14.40 6.03 37.23 31.38 22.53 8.95 6.25 44.1 6.87 20.54 —10.84 28.35 38.44 l7.94 5.82 29.49 11.69 GXG4 10.87 中潮Qi.Cl 4.71 QLG2 3.20 QLc3 SHGX STG2 STG3 STG4 STG5 O.76 0.52 O.69 0.31 0.87 0.8l O.62 0.6l 0.79 O.41 0.75 0.31 0.71 0.58 0.37 0.40 0.78 0.47 O.72 0.31 0.79 0.70 0.49 0.50 2.83 8.97 2.69 6.45 2.71 9.54 5.52 15.42 7.75 23.73 2.23 8.31 31 STG1 STG2 STG3 STG4 STG5 l3.09 9.80 6.33 7 86 2.77 15.93 I5.85 13.22 8 25 7.88 11.76 9.85 3.60 7.32 2.59 9.07 II.2O 9.19 4.29 4 72 24.85 I9.65 9.93 15.18 5.36 25 O0 27.05 22.41 12 54 12.6 0.15 7.40 12.48 —2.64 7.24 2.3 北支水量平衡及径流分流比分析 河流自然状态下的水量应该是平衡的,即:河流流入水量= 河流流出水量+区间槽蓄量改变量+损耗(蒸发、引水等)。由 于一个全潮水文测验时间相对较短,损耗项可不考虑;另经计 算,全潮水文测验前后区间槽蓄量改变量较小,因此,测验河段 内上、下断面的进出水量应基本相等。由表2~6可见,本次测 验上、下断面的净泄量均相差不大,各断面大、中、小潮的净泄量 差值均在10%以内。 GXG1 GXG2 GXG3 GXG4 10.88 10.35 l0 68 6.78 10.28 18.12 6.62 10.48 9.91 l1.10 10.II 6.74 6.45 l3.38 4.73 6.77 20.79 21.45 20.79 13.52 16.73 31.5 l1.35 l7.25 —4.06 10 05 —9.44 3.73 小潮QLCl QLc2 QLC3 SHGX STG1 一——1.85 2.95 0.24 27,28 0.26 0.20 0.34 0.52 5.2 2.65 1.02 2.47 4.05 0.24 0.26 0.2O 2.19 3.47 32.48 32.24 16.68 16.42 7.12 12.23 1 3.38 根据徐六泾水文站实时潮流量监测资料,计算水文测验期 间徐六泾断面同时段净泄量,并依次推算长江口北支河段径流 量分配值。表7为各断面净泄量及北支分流比计算成果表。 表7各断面净泄量及北支分流比统计 万m l4.03 6.1 9.76 9.33 6.92 10.04 9.91 sTG2 STG3 2.O3 1.87 O.27 2.40 11.64 7.69 3.22 1.13 2.3O 4.27 14.86 12.56 8.82 4.55 STG4 STG5 GXGl 2.60 1.6O 3.49 3.80 1.77 1.58 4.04 3.98 7.O7 0.47 0.19 2.56 6.40 3.37 5.07 4.51 4.17 9.63 —1.89 0.80 4.56 GXG2 GXG3 GXG4 3.51 2.03 1.79 3.14 3.68 2.45 9.48 4.18 4.14 2.19 1.31 1.17 6.65 5.71 4 24 11.67 5.49 5.31 5.02 —0.22 1.07 3泥沙特性 3.1含沙量 大潮~14 200—17 780 17 760 21 720—31 980 39 480 7 500 表8为各测验垂线涨落潮最大测点含沙量及所处位置成果 表。由表8可以看出,涨落潮最大测点含沙量均出现在三条港 断面的大潮期,涨潮为80.6 kg/m ,由sTG2样垂线测到,落潮为 76.3 kg/m ,出现在sTG1#垂线。 表8 各垂线最大测点含沙量统计成果 kg/m 中潮一4 671—3 897 15 800 8 896 —8 568 24 696 16128 小潮 一 一257 17 740 3 243 —257 20 983 20 726 注:表中“一”表示涨潮,问期上游大通站流量在51 600~59 200 m /s之间。 表5 三条港断面涨、落潮潮量统计 万m 表6戤激港断面涨、落潮潮量统计 万m 大潮~105 000—114 300 102 800 124 200—219 300 227 000 7 700 中潮一65 770—63 670 85 920 60 140—129 440 146 060 16 620 一—, ,J、潮一19 880—17 260 44 480 12 890—37 140 57 370 20 230 由表4~6可以看出,在汛期上游来水量较大时,北支河段 大、中、小潮期的过境水总量均为净下泄,未出现北支水量倒灌 南支的情况,净下泄水量多少和涨潮流的强弱有关,大潮期涨潮 流强度最大,径流下泄阻力最大,故净下泄水量最小;小潮涨潮 流强度最小,故净下泄水量最大;中潮则涨潮流强度和净下泄水 由表9可以看出,大潮期,除三条港STG1#垂线是落潮平均 含沙量大于涨潮外,其它测验垂线均为涨潮平均含沙量大于落 潮;在中、小潮测验期间,则多数测线的落潮平均含沙量大于涨 潮。 量均居中。表4~6中的计算成果显示,北支河段水流运动符合 河口水域潮流运动的一般规律,其涨、落潮量及净下泄水量值也 基本反映了在北支河段喇叭口形的河道形态及涨潮流占优势 下,水体运移的特点。 3.2输沙量 表l0为各垂线单宽潮输沙量成果。由表10可见,由于位 置不同,测验垂线的单宽输沙量存在明显差异,泥沙输移净进和 32 净泄同时存在,净进量最大值为1 051t,出现在GXG2#大潮期 泥沙输移多为净进,即向上游输移,向上泥沙输移量沿程自下而 间,净泄量最大值为836t,出现在STGI#大潮期间。 表9各垂线单宽潮平均含沙量统计 kg/m 4水流泥沙特性简析 对北支河段2005年洪季水文测验水流及泥沙测验成果的 分析结果显示,北支河段水流泥沙运动有以下一些基本特点: (1)北支下泄水量的多少和上游来水量及涨潮流强度有 关,北支水量倒灌南支是有条件的,当上游来水较丰时,不会出 现北支水量倒灌南支的现象,即使在大潮汛期间。 (2)北支水沙输移具有明显的不平衡性,即水量和沙量的 输移不同步。由于涨落潮流强度不同,某一位置水量输移为净 下泄时,沙量输移可以为净上输,甚至有很大的上输量,大潮期 STG3#、GXG2#垂线就是这种情况。 (3)大潮期间输沙量一般远大于中、小潮期间,且大潮期间 上逐渐降低,表明大潮期间的水流动力及泥沙环境在北支河段 河床变化中的作用是主要的。 表1O 各垂线涨落潮单宽输沙量统计t (4)各测验断面垂线所处位置(左泓、中泓、洲滩间汉道 等)及单宽潮输沙量输移方向显示,大潮期间青龙港(北支近口 段)和三条港(北支中段)断面左泓泥沙输移以向下游方向为 主,中泓及洲滩汉道内的泥沙输移方向则指向上游,戤效港整个 断面的泥沙均是向上游方向输移;各断面中、小潮期间泥沙大多 向下游方向输移。 5结论 (1)北支河段1958年以来呈弱流多沙特征,己成为涨潮流 (下转第48页) 33 思路,使与会人员加深了对信息网工作重要性的认识,对促进各 南组3O个;西南组37个;共159个。与2007年相比,华东组增 加了1个,中南组减少了3个。总的来说,网员单位数量还是比 较稳定的,这表明水文水资源科技信息网具有吸引力,但还应继 续努力、再接再厉,多为网员单位解决一些生产和科研中遇到的 实际问题,在西部大开发、中部两型社会试验区、南水北调工程、 单位水文水资源科技信息交流起到积极的作用。 在肯定成绩的同时,与会代表就如何更好开展华东组信息 网工作进行了座谈,提出了很好的建议。大家认为,各网员单位 领导要高度重视信息网工作,这是新形势下水文水资源信息交 流的重要平台,对促进水文发展,具有重要的现实意义;水文水 水资源规划工作及民生水利中做出应有的贡献。 资源科技信息交流要充分利用互联网平台,建议在淮委水文局 网站上建立华东组信息网网页,及时发布网员单位科技信息及 技术成果,供网员单位学习交流;建议组长单位组织到重点水利 工程和基层水文站考察,加深华东各单位之间的了解;要加强网 4 2010年度工作计划 认真学习十七次及各届代表大会精神,加强信息 网的信息化建设,借助《中华人民共和国水文条例》实施和事业 单位分类改革的大好时机,努力贯彻执行好《条例》赋予我们的 员组织管理工作,各单位要把水文水资源科技信息网工作落实 到处室,工作纳入正常业务工作考核,同时选取有责任心的联络 员负责这项工作。 会议决定2011年华东组年会在福建省举行,淮委水文局为 主办单位,福建省网员单位作为协办单位。 权利的义务,在调结构、保民生的大背景下,促进水文水资 源专业融入社会并服务于社,为全面实现小康社会贡献一份力 量。具体工作如下: (1)加强与上级主管单位的联系,争取各级领导对信息网 工作的指导和最大限度的支持力度。各位联络员也要加强与本 单位领导的沟通,力争最大的生存空间,为我国水文水资源事业 的发展做出贡献。 (2)协调并指导东北组、西北组、华北组和中南组分组交流 会议的召开。 2网刊出版情况 优质完成《水资源研究》杂志全年4期约60万字的编辑出 版任务。全年共处理来稿150余篇,约150万字。刊出论文68 篇、信息资料21篇、小消息1条。论文登载内容分布如下:水资 源18篇;水文计算12篇;水文测验1篇;水文气象1篇;水环境 4篇;水管理6篇;灾害研究l篇;水质11篇;水生态1篇;水文 预报5篇;地下水3篇;网员天地5篇。 (3)加强攻关,在保证《水资源研究》出版和编辑质量的同 时,争取早日获得公开出版的资格。 (4)组织召开2010年网组长工作会议。 3组织发展情况 截至2008年底网员单位情况如下: 东北组20个;西北组23个;华北组21个;华东组28个;中 (5)完善网上交流,使广大网员单位都能够从中获益。 水利水电水文水资源科技信息网 2010年1月20日 (上接第33页) 动力占优势的河道,分流比目前在5%以下。 (2)北支河段涨落潮流速及输沙量均很大,水流动力结构 复杂,泥沙来源丰富,泥沙上下往复输移量大,导致河段内河床 冲淤多变,河道淤积萎缩。 槽频繁易位,河床多变的主要原应。 参考文献: [1] 余文涛,张志林.关于长江口近期河床演变的若干问题.人民长 江,2008,39(8),86—89. (3)北支河段径流作用较弱,河床宽浅,动力条件复杂,存 在明显的冲淤不平衡现象,复杂多变的水沙运动是北支河段滩 [2] 鞠俊,夏云峰,闻云呈.长江口段流速沿垂直分布规律.人民长江, 2008,39(15),46—48,73. (上接第38页J 表5说明:横江、豆沙关两站的预报精度高于马路村和牛 街,与前述方案成果一致,其中,横江站的洪峰合格率、径流深合 格率达100%,但确定性系数合格率较方案研究的95.1%要低 一江模型建立横江流域水文预报方案是可行的,随着横江于支流 梯级水电站的建设,其洪水在干、支流河道的汇流情况也会随之 变化,应加强水电站建设对横江干、支流洪水传播时间影响的研 些,仅达6O%。 究,以便及时在预报方案中调整河道演算参数,提高洪水预报精 睁 3结语 综上所述,薪安江模型在横江流域的适应性较好,利用新安 ~ 48 

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