珠江口蕉门延伸段悬沙不淤流速的确定和其.docVIP

珠江口蕉门延伸段悬沙不淤流速的确定及其 在河口治理中的应用 吴小明 谢宇峰 （水利部珠江水利委员会科研所 广 州） 摘 要 近年来，凫洲水道逐渐冲深扩大，蕉门延伸段逐年淤浅抬高，为阻止这种演变趋势继续发展，需对蕉门口进行综合治理，提高蕉门延伸段的泄流排沙能力，其中涉及一个重要课题：确定蕉门延伸段的悬沙不淤流速。本文采用水槽试验、经验公式估算、原型河道挟沙能力分析等手段综合研究确定蕉门延伸段的悬沙不淤流速，并以此运用于河口治理中的方案比选，运用于蕉门延伸段的中水河道整治规划，取得了较为满意的结果。 伶仃洋接纳珠江流域一半以上的迳流量，它的演变发展对珠江流域的防洪、航运，以及对珠江三角洲的经济发展都有重大的影响。蕉门是珠江流入伶仃洋的四大口门之一，其迳流量分别由左汊凫洲水道流入伶仃洋的首部及右汊蕉门延伸段流入伶仃洋的中部。近年来，凫洲水道逐渐冲深扩大，其迳流量、输沙量不断增加，而蕉门延伸段的迳流量、输沙量相应减少，河道逐年淤浅抬高，这种变化使凫洲水道的泄流对珠江干流虎门出海形成顶托，不利于广州市的防洪；凫洲水道水流挟带的大量泥沙则加速了伶仃洋首部的淤积。为了合理地开发整治蕉门口，有关部门规化了蕉门口综合整治工程，并进行了相应的河工模型试验（限于客观条件，没有开展悬沙动床模拟试验），整治的主要措施是减少凫洲水道泄入伶仃洋首部的水量和沙量，提高蕉门延伸段的泄流排沙能力，其中涉及一个重要课题：确定蕉门延伸段的悬沙不淤流速。 1 河道概况 珠江多年平均迳流总量和输沙总量分别为3?124亿m3和8?872万t，其中53.4%的水量和47.7%的沙量经虎门、蕉门、洪奇门、横门等四口门汇入伶仃洋海区。虎门以潮流作用为主，进潮量占四口门的80%以上，其余三个口门以迳流作用为主。 蕉门水道多年平均年迳流量和年输沙量分别为565亿m3和1?289万t，分别占珠江八大口门总量的17.3%和18.1%。由于凫洲水道近年来冲深扩大较快，蕉门延伸段的分流量有不断减小的趋势。目前蕉门延伸段迳流量约占蕉门水道迳流量的15.5%，水深约为2～6m，水面比降约法0.05%，含沙量汛期为0.153kg/ m3，而枯期为0.073kg/ m3（南沙站资料）。 蕉门延伸段悬沙资料可借用设在蕉门延伸段上游的南沙站资料。1984年汛期，在该站水文断面上对悬沙组成级配进行了多次检测分析，取其平均列入表１，其中值粒径为0.013mm。1987年汛期对蕉门延伸段的床沙组成进行河道取样分析，两组资料中值粒径分别为0.015、0.017mm。1991年汛期对河道床沙取样两组，中值粒径分别为0.096、0.112mm。取4次检测结果的平均值，代表床沙的中值粒径为0.06mm。 表1 蕉门口悬沙级配数据表 d(mm) 0.150 0.100 0.050 0.025 0.010 0.005 小于某粒径的重量百份数（%） 100 98.14 83.74 68.20 44.58 31.42 中值粒径（mm） 0.0131 2 悬沙不淤流速的确定 河口地区水流泥沙运动受内陆迳流和外海潮流的双重作用，其运动规律十分复杂。必须对蕉门延伸段的水文泥沙条件作了一些必要的简化，以便在现有的条件下开展多途径的分析研究，达到相互验证的目的。 蕉门延伸段是一条以迳流作用为主的河流，潮流作用相对较弱，其枯季悬沙含沙量仅0.073kg/ m3，河道淤积以汛期落潮流悬沙淤积为主[4]，我们将只研究汛期落潮流情况。 蕉门延伸段水体含盐度较低，在汛期落潮流时水体含盐度一般在0. 3%以下，所以不考虑盐水对悬沙淤积的影响。 2.1用悬沙不淤流速经验公式进行估算 目前，由于悬沙不淤流速的研究还没有统一的公式，我们借用一些经验公式进行估算。 2.1.1河床为沙粒或淤泥的渠道不淤流速公式： (1) 式中u＇为不淤流速(m/s)；f为系数；d为泥沙中值粒径(cm) ；R为水力半径(m)；取d=0.0013cm,R=4.5m (R取值与河道规划设计部门相同)，计算结果u＇=0.58m/s。 2.1.2由数个我国北方渠系的实测资料和室内水槽试验资料总结出来的不淤流速公式： (2) 式中(为悬沙含沙量(kg/m3)，(为泥沙加权平均沉速(m/s)，其余符号同上。 取(=0.153kg/m（汛期平均含沙量），R=4.5m；按表1中泥沙级配资料计算悬沙加权平均沉速，其中级配分组粒径的悬沙沉速，由常用的武汉水利电力学院公式进行计算，(=0.097cm/s，计算得 u＇=0.53 m /s 。 2.1.3河流、渠道