发布时间：2020-01-22所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要:椒(灵)江属于典型的山溪性强潮河流，水动力泥沙条件异常复杂。潮流和径流共同作用极易引导细颗粒泥沙在特定河段集聚，形成最大浑浊带，并发育浮泥，对河道河床演变起重要作用。尤其是近年来河口围填和河道采砂等人类活动对河流的水动力和边界条件造成较
摘要:椒(灵)江属于典型的山溪性强潮河流，水动力泥沙条件异常复杂。潮流和径流共同作用极易引导细颗粒泥沙在特定河段集聚，形成最大浑浊带，并发育浮泥，对河道河床演变起重要作用。尤其是近年来河口围填和河道采砂等人类活动对河流的水动力和边界条件造成较大的改变，加之上游水库建设致使径流量及洪峰流量减小，配合强潮的顶托作用，枯水期最大浑浊带向上游运动距离更远，导致河道淤涨、江水变浑，影响到河道航运资源开发与保护。在实测资料的基础上分析椒(灵)江山溪性强潮河流的水沙特性，并考虑黏性细颗粒泥沙运动特性和盐度的影响，开发山溪性强潮河流最大浑浊带数学模型，模拟枯季大潮椒(灵)江水沙运动特性和最大浑浊带运移过程。
关键词:山溪性强潮河流;最大浑浊带;水沙特性;数值模拟
椒(灵)江流域位于浙江中部沿海，是浙江省第三大水系，流域面积6603km2，主流全长209km，由西北至东南汇入台州湾。椒(灵)江流域由上游支流(永安溪和始丰溪)、灵江、椒江、椒江口组成。灵江上游永安溪长约144km，始丰溪长约129km。永安溪和始丰溪汇集于临海市西郊三江村，至黄岩三江口为灵江主河段，长约46km，宽200～1400m。三江口处有支流永宁江汇入，永宁江河长78km，上游为长潭水库。三江口以下至口门(牛头颈)河段为椒江，长约12km，宽880～1800m。椒江出口门入海后，河道呈喇叭形向外展宽，称为椒江口，向东南注入台州湾。椒江口口门处宽约1km，离口门约18km的白沙—琅矶山断面宽达19km，白沙以东海域开阔，椒江河口区呈现明显的喇叭口形状，台州湾水下分布着大片浅滩(图1)。
椒(灵)江属于典型的山溪性强潮河流，河道细颗粒泥沙往往形成最大浑浊带，在径流和外海潮流的双向作用下往返运移，并在河道底部发育成浮泥，水流泥沙运动规律异常复杂。早在20世纪80年代，许多专家学者就开始关注椒(灵)江山溪性强潮河流水沙特性的研究。如祝永康[1]对椒江山溪性强潮河口的水沙基本特征开展了研究。毕敖洪等[2]初步研究了椒江口河口过程和沉积结构。符宁平[3]研究了椒江的悬沙运动特征。此后，郭琳等利用遥感和现场实测资料研究了椒江的含沙量分布特征[4-5]。赵龙保[6]研究了椒江河口挟沙力的计算方法。李炎等研究了椒江最大浑浊带的运移特征和影响因素[7-12]。
近年来河口人类活动较为频繁，尤其是河口围填和河道采砂等使河流的水动力和边界条件发生了较大改变，加之上游水库建设致使径流量及洪峰流量减小，配合潮水的顶托作用，枯水期最大浑浊带向上游运动距离更远，导致河道淤涨、江水变浑，并呈不断恶化的趋势。本文根据椒江河口实测水文泥沙测验资料(测验垂位置见图1)，分析椒(灵)江河道水沙运动特征，并考虑黏性细颗粒泥沙和盐度的影响，建立最大浑浊带泥沙数学模型，模拟椒(灵)江最大浑浊带运动规律。
1自然条件
1.1径流
椒江流域受梅雨和台风雨影响，径流量的年内分配极不均匀，主要集中于汛期(4—9月)，占全年总量的75%;枯季(10月至翌年3月)径流量仅占全年的25%。流域洪水暴涨暴落，洪峰一般持续1～2d，径流量变幅极大。历史最大洪峰流量为16300m3s(1962-09-06)，最小流量仅为0.39m3s(1967-09-19)，多年平均流量163m3s。
1.2潮汐
椒江河口属强潮河口，潮型为不规则半日潮。枯季潮区界始丰溪可达到董岸村上游，距三江村6km;永安溪潮区界则位于岭溪大桥下游，距离三江村10km。当椒江流域发生洪水时，潮流界下移。实测资料表明，当洪峰流量达2500m3s时，潮流界下移距口门仅20km处;当洪峰流量达7500m3s时，椒江口无涨潮流;若遇特大洪水，淡水舌可冲抵口外25km。潮波自外海经椒江喇叭口形河口传入椒江河道，随着河宽和水深减小，潮波受到浅海地形摩阻、上游径流顶托和两岸边界的约束反射等影响，上溯过程中变形剧烈，涨潮历时缩短，落潮历时延长，波形呈不对称，且接近驻波。根据近年的测验资料可知，潮差自海门沿江道上溯呈逐渐增大的趋势(表1)，最大潮差在西门附近，达6.85m。总体上，从台州湾—椒江河口—灵江河段，自东向西，由外海沿河道上溯，沿程最高潮位、平均高潮位、平均潮位均呈逐渐升高趋势。潮差也呈增大趋势，至潮流界以上潮差迅速减小。
1.3潮流
椒江河口外台州湾潮流呈现旋转流特征，潮流上溯至椒江口，河道内以往复流为主。2013—2017年河道沿程实测潮流流速数据表明，潮流总体上呈现出台州湾—椒江—灵江逐渐增大的趋势，涨潮流速大于落潮流速。椒江口最大垂线平均涨潮流速为0.57～1.70ms，落潮流速为0.51～1.45ms。椒江河道最大垂线平均涨潮流速为1.57～2.30ms，落潮流为1.01～2.00ms。灵江庙龙港、西岙附近最大垂线平均涨潮流速为1.42～2.28ms，落潮流速为1.33～1.90ms。2013年12月椒(灵)江河道沿程各站垂线平均流速变化见表2。
1.4泥沙
1.4.1含沙量
椒江河口泥沙来源表现为陆域与海域双向来沙。据实测资料统计，径流携带的泥沙较少，椒江流域来沙多年平均输沙量为122万ta，平均含沙量0.236kgm3。根据2013—2014年水文测验资料，灵江、椒江垂线平均含沙量普遍在3.0kgm3以上，台州湾海域则普遍在0.3kgm3以下。含沙量平面分布，呈现由灵江—椒江—椒江口及台州湾逐渐递减的趋势，含沙量沿程变化见表3。可以看出，上游灵江河道垂线平均含沙量最大达18kgm3，椒江河道垂线平均含沙量最大达10kgm3，椒江口河道垂线平均含沙量不超过5kgm3，至椒江口外台州湾海域含沙量较小，均值在0.2kgm3以下。
实测资料表明，在径流很小的枯水期，灵江主流最大垂线平均含沙量达到20kgm3以上，底部含沙量最大可达60kgm3左右，发生在大潮落潮憩流时段;大潮含沙量高、小潮含沙量较低。椒江和灵江的水体含沙量普遍较高，而椒江口外含沙量较小，在涨落潮作用下泥沙形成浑浊带的运动特征。最大含沙量的浑浊带核心部位在潮流作用下往复运动，落潮下移涨潮上溯，大潮运移从牛头颈至西岙区间达30多公里。含沙量垂向分布表现为底部含沙量大，表层含沙量小;涨潮期随着水深和涨潮流速逐渐增大，含沙量垂向梯度较小;落潮期随着水深减小和落潮流减弱泥沙向底部集聚，底部含沙量显著增大，并形成浮泥。图2为2013年冬季大潮和2014年夏季大潮典型时刻不同断面的含沙量垂线分布情况。可以看出，含沙量的垂向分布呈现从表层到底层逐渐增大的现象，分布不均匀且梯度较大。底部平均含沙量超过30kgm3，并形成浮泥。
1.4.2泥沙组成和粒径
2013年12月水文测验期间，除了定点采集悬沙样品，还沿椒(灵)江—台州湾每隔1km定点采集底质泥沙样品96个。从实测椒(灵)江泥沙的粒径和组分看，各垂线的悬沙中值粒径介于0.005～0.0102mm。悬沙中值粒径表现为灵江河道至下游椒江河道逐渐变细的分布特征。灵江河段受上游陆域输沙影响，底质明显粗于椒江和口外段。其他河段悬沙、底质粒径差异小。表明椒江下游至河口外悬沙和河床泥沙交换十分频繁。
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4结语
1)山溪性强潮河流水动力泥沙条件异常复杂。潮流和径流的共同作用极易引导细颗粒泥沙在特定河段集聚，形成最大浑浊带，并发育浮泥，对河道河床演变起到重要作用。
2)河床细颗粒泥沙为高含沙量浑浊带的形成提供了丰富的泥沙来源。潮波变形导致涨落潮的不对称性形成的斯托克斯输移，是浑浊带向上游运移的动力机制。
3)在径流和潮流作用下山溪性强潮河流河床面形成一个由细颗粒黏性悬沙、高含沙浓度层、浮泥体和底质构成的沉积系统，泥沙运动模拟必须充分考虑黏性泥沙的动力特征。
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