潮汐河口淹没丁坝群坝田水沙运动及淤积机理研究

For the runoff and tidal current, there are various flow structures such as current along breakwater, overtopping flow and back-flow in the groyne fields which raise the complexity of sediment motion and silting in groyne fields. The flow structure is changed for the groyne fields sedimentation, and bed configuration and volume are closed to groyne fields sedimentation. Based on Yangtze estuary deepwater channel regulation, the flow structure of submerged spur-dikes is studied to reveal the mechanism of sedimentation in groyne fields with the method of flow flume experiment and 3D tidal current and sediment mathematical model. Because of gronye fields sedimentation and river bed deformation occurred at the same time, 3D mathematical model is built to study the correlation of groyne fields silting and river bed volume and describe the relationship between them.

潮汐河口淹没丁坝群在径流、潮汐共同作用下，坝田内存在沿堤流、越堤流、回流等多种水流结构，这增加了坝田内泥沙运动及淤积的复杂性。坝田内的泥沙淤积不仅改变了坝田内自身的水流结构，而且与整治水域河槽型态、河床容积的变化密切相关。本项目以长江口深水航道治理工程为依托，通过双向流丁坝水槽物理模型和三维潮流泥沙数学模型，研究潮汐河口淹没丁坝群坝田内水流结构，揭示潮汐河口丁坝群坝田内泥沙淤积形态及其淤积机理。坝田内泥沙淤积与整治水域河床调整同步发生，利用三维潮流泥沙数学模型研究坝田淤积过程与整治水域河床容积变化的相互响应，并建立二者之间的定量关系式。

丁坝群作为一种常用的航道整治建筑物，合理的丁坝群平面布置，不仅要考虑河床的冲刷效果，同时也要兼顾坝田的淤积效应。长江口作为典型的潮汐河口，丁坝群坝田水动力条件复杂，坝田水流结构决定了坝田内的泥沙淤积过程及淤积形态的多变性。基于长江口北槽丁坝群坝田的实测资料分析、物理模型水槽试验及概化北槽数值水槽模拟等方法，针对长江口北槽水沙条件下进行了丁坝群坝田内的水流结构和泥沙淤积过程的研究。.（1）根据长江口深水航道治理工程实施以来的北槽历年实测地形资料，分析发现各坝田淤积速率均存在明显时间拐点的特征，各坝田内的淤积过程基本相似，均为初期淤积快后期淤积慢可分为加速淤积阶段和缓慢淤积阶段，并在淤积过程中出现由快转慢的速率拐点。.（2）不同于主流的往复流特征，中心和强度周期性变化的回流是潮汐河口丁坝群坝田内水流的主要特征，是主流往复流和坝田水流之间动量交换的结果；主流流速是影响坝田回流中心位置的主要因子，主流流速和坝田初始水深是影响坝田回流强度的主要因素。.（3）相比单向流，潮汐往复流作用下坝田回流的周期性变化使淤积分布更为均匀，呈中部淤积向四周扩散的态势，坝田两侧冲刷范围较小，淤积过程中达到淤积平衡的历时较长；随着丁坝相对间距增加，长江口北槽丁坝群坝田从内侧淤积转向外侧淤积，并从中部淤积转向两侧淤积；当丁坝相对间距3~4倍时，回流完全充满坝田，回流强度最大，坝田内淤积较为均匀。.（4）径流、潮差、含沙量、水深等是影响坝田淤积形态和淤积强度的主要因子，其中主流流速是影响坝田内回流尺度的主导因子，主流流速和含沙量是影响坝田淤积形态及速率的主导因子。.（5）综合考虑坝田内的淤积分布均匀性、初期淤积速率最大以及坝田淤积平衡时间和相对平衡淤厚的合理性，认为潮汐河口航道整治丁坝群布置采用3~4倍相对间距效果最优。该结论可为《航道整治技术规范》修订提供技术支撑。