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摘要：横沙东滩促淤圈围工程建设后，位于长江口北槽北导堤的北侧附近水域，由于水动力条件和河床冲淤发生变化，对北槽深水航道维护带来一定影响。该工程紧邻长江口北槽深水航道，因此需要对北槽深水航道受到的影响进行深入的分析，本文通过建立泥沙数学模型，三维潮流，工程建设给长江口深水航道及横沙东滩促淤圈围带来的滞流点的影响进行论证。
关键词：长江口深水航道横沙东滩促淤圈围；滞流点影响；数学模型
对于参加建设的长江口深水航道及横沙东滩大型工程进行分析，是建立在该工程建设中的相关数据基础上进行的。该工程位于长江口北槽，属于大型滨海沙洲上的重点工程，是对于滩涂资源进行开发利用和保护的重点项目。工程实施，累计形成了促淤面积97.3平方公里，圈围面积达到了47.43平方公里，新建的长堤，高程4.0米-8.4米。深水航道开通之后，长江口的维护期开始，回淤量处在较大的数值范围，沿程分布高度非常集中，航道范围内维护较为困难。
工程位置示意图
工程建设进行了横沙东滩的促淤圈围建设滞后，附近的河床冲淤和水域的水动力条件都发生了一定的变化，给长江口的北槽深水巷道的维护工作带来了一定的难度。产生的影响，通过工程建设计算分析、泥沙数学模型、三维潮流的建立，可以得到详细的数据[1]。
1 泥沙数学模型和三维潮流的计算
1.1模型控制方程
在静压近似值的计算公式中，流体不可压缩，引入垂向坐标系和水平正交曲线，设置三维潮流控制方程组，分别包括了连续、温度、动量、盐度和密度方程。
1.2对于悬沙的运输方程进行求解。建立在悬沙运输物理机制的基础上，明确了三维水动力的模式，耦合了泥沙运输模块，将模块中的悬沙运输方程设定为：
1.3确定重要系数和参数
为了对泥沙沉降速度进行更好的参数的确定，要考虑含沙量对絮凝的影响，还要考虑盐度，引进含沙量影响因子和盐度，构造了絮凝公式。
W=F.D.W0，W0指的是某一粒径单颗粒泥沙的沉降速度，F是絮凝因子，D是含沙量和盐度、温度有关系的影响因子。根据不同的温度和盐度，能够计算出沉降的速度[2]。
对于底切应力进行验证，根据现场实测的资料，可以对模型进行初步的估算，得到的冲刷系数范围为0.0002-0.00006之间。根据模型调试冲刷系数对模型进行取值。
文献中关于长江口的沉降概率，取值为0.2-0.9之间，模型取值为0.7。
1.4模型计算的网格范围，从上游大通开始，达到了下游的绿华山以东的部分，南部达到杭州湾，北部到达了大丰港。为了对工程区域的潮流场进行准确的反映，采用模型网格的方法，对深水航道进行了模拟，包括长江口的自然岸线，经过对工程局部的加密之后，工程附近的计算网格单元为751×755，最小达到20米，时间步长采用变时间进行计量。
观测的内容包括悬移质含沙量、流速流向等。采用对水流和盐度、进行模型水文测试的方式加以验证，最终计算得到的数值，与实测值基本是吻合的。说明模型计算的数值和实测中的数值基本一致，模型的验证是合理的。
2 工程对深水航道的影响
2.1通过对各个河段分流比的变化进行记录，可以看到工程实施后常见沟的各个断面分流比的变化情况，各个河段经过工程建设，在落潮分流上没有很大的变化，涨潮分流上，南港和北槽有所增加。
2.2水位的变化，主要对于工程是时候的高潮的抬高的情况进行了变化的记录，站点设置在吴淞基面，平均水位和低潮位没有发生很大的变化。
通过对北槽航道的流速和流向的变化的计算和记录，工程实施前后沿途的疏浚单元的落急流速以及底层涨的变化不大，南港和北槽中断的涨潮最大流速有所增加，北槽中下段的涨潮最大流速有所减弱。
2.3对于北槽航道的潮量的变化，通过对工程实施前后的北槽巷道的1500米范围内进行的断面涨和落潮量的变化进行的统计，发现落潮的潮量有所减少，涨潮的潮量发生了增加。
2.4北槽航道的工程实施之后，含沙量的变化和流速的变化，随着涨潮的流速有所增加，低流速的历时减少，减幅在0.4小时之内，通过对工程实施后北槽航道底层的流速期对应的含沙量发生的变化情况，发现在工程实施前，航道的维护困难度的含沙量低于流速期间的航道含沙量，而在工程实施之后，北槽内的含沙量有所增加。
2.5经过对工程施工后北槽回淤量进行计算，工程实施之后，低流速历时的幅度有所减小，航道的落淤时间变短，含沙量增加，回淤减少，航道的回淤相应增加。
航道回淤量减少以及增加量统计 单位：万m3
地段 数值
南港-圆圆沙段 -25.6
北槽上段 - 9.6
回淤困难段上段 -48.5
回淤困难段下段 57.4
北槽下段 42.3
建立长江口水动力和盐度输运三维数学模型，运用验证好的数学模型模拟和分析滞流点位置的变化、长江口深水航道工程及横沙东滩促淤圈围工程对河口滞流点位置的影响，用实测资料对模型的潮位、流速、流向和盐度进行验证河口拦门沙的形成和泥沙淤积具有极大的影响[3]。结果表明，①确定滞流点的位置，应用改进的近底层平均单宽通量计算公式，验证结果良好。②深水航道工程的建设增大了水深和涨落潮流速，且滞流点均向下游移动且各汊道内落潮流量的增加明显增加。
结语：
本文对长江口深水航道及横沙东滩促淤圈围对滞流点的影响，采用泥沙数学模型计算以及三维潮流计算的分析方法，经过论证，结果表明横沙东滩实施促淤圈围之后，工程对长江口北槽深水航道的影响是十分巨大的。工程施工后，北槽下段的航道回淤量减少了，中段的航道回淤量有所增加，工程实施对于北槽航道的维护产生了不利，但是相对来说区域内抛泥增加的回淤时间不长，总体上对于航道维护的费用不需要增加。
参考文献：
[1]匡翠萍，董智超，陈括，等.长江口深水航道及横沙东滩促淤圈围对滞流点的影响[J].同济大学学报（自然科学版），2017，（11）：1621-1628.
[2]黄佳雯.浅谈促淤圈围工程特点[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（27）.
[3]奚立平.促淤圈围工程动态监测与分析[J].浙江水利科技，2015，（2）：76-79.
论文作者:申自富
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/12
标签：航道论文; 深水论文; 工程论文; 含沙量论文; 流速论文; 流点论文; 盐度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;