长江口深水航道工程南导堤越堤水通量时空变化数值研究

发布时间：2017-08-06 06:26

  本文关键词：长江口深水航道工程南导堤越堤水通量时空变化数值研究

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【摘要】：长江河口为中国最大的河口,三级分汊,四口入海,丰水多沙。为提高长江口通海航道水深,自1997年起在北槽河段实施了深水航道整治工程,并于2010年正式交工。工程主体包括双导堤以及丁坝群,工程的建设使南北槽的水动力条件、河床地形以及泥沙输运等发生显著变化。工程结束后,北槽深水航道出现明显的泥沙回淤问题。针对回淤泥沙可能的来源,众多学者从多角度、利用多种技术手段进行了分析研究,并取得系列成果。但对于南导堤的挡沙功能,以及要否提高南导堤缓解北槽深水航道的回淤压力有争议。显然,研究长江河口深水航道整治工程不同阶段南、北槽水沙交换特点具有重要的应用价值和科学意义。本研究依据实际的地形资料,利用适合于河口地区的FVCOM数值模型,对长江口深水航道工程后北槽南导堤的越堤水通量进行了模拟研究。在此基础上,分析了南导堤加高对南北槽分流比以及北槽关键断面输沙量的影响,并且从潮位和断面流速两个方面对影响越堤水通量变化的因素进行了初步的探讨。通过上述工作,我们发现：1.在深水航道整治工程之前,南北槽之间横向水流交换净通量,在北槽上段和中段指向北槽,在北槽下段指向南槽；在深水航道整治工程之后,南导堤全段越堤水净通量指向北槽。工程之后南导堤越堤水通量的沿程分布主要特征为：以S4-S5段为界,上半段逐渐减小,下半段逐渐增大,上半段净通量小于下半段净通量。工程之后南导堤越堤水通量在季节上变化不大,洪季比枯季总净通量略高；在潮周期内变化较大,越堤单宽净水通量在大潮期间的波动幅度大于在小潮期间的波动幅度,大潮期间的单宽净水通量最大值约为小潮期间最大值的2倍。从越堤净水通量的总量来看,一期工程之后总量显著减小,减小幅度为21.7%,二期工程后显著增大,增大幅度为43.3%,三期工程后基本维持不变。2.讨论南导堤加高至5m的工况,通过计算,在南导堤加高5m的情况下,北槽涨潮分流比变化较大,入口处减小0.8%,出口处增大1.6%,而入口及出口落潮分流比均小幅增大。3.潮位的变化与越堤水净通量的变化具有显著的线性相关关系,研究中导堤上段和下段两个控制点的潮位与越堤水净通量的相关系数分别达到了0.87和0.94。长江口深水航道整治不同工程阶段南导堤越堤水通量研究成果有助于人们深入开展南导堤越堤沙通量的研究,能为人们客观评价南导堤的挡沙功能、科学诠释深水航道回淤泥沙来源打好基础。
【关键词】：北槽 南导堤 越堤水通量 时空变化 FVCOM
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U612.2
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-16
• 第1章 绪论16-23
• 1.1 研究意义16-17
• 1.2 研究现状17-20
• 1.3 研究思路20-21
• 1.4 本文研究内容21-23
• 第2章 FVCOM数值模型的设置及验证23-38
• 2.1 FVCOM数值模型简介23-30
• 2.1.1 σ坐标系下的控制方程组24-25
• 2.1.2 二维垂直积分方程25-26
• 2.1.3 湍流模型26-27
• 2.1.4 有限体积离散方法27-28
• 2.1.5 导堤-丁坝模块介绍28-30
• 2.2 FVCOM数值模型的设置30-32
• 2.2.1 计算区域30-31
• 2.2.2 边界条件31-32
• 2.2.3 初始条件32
• 2.3 FVCOM数值模型的验证32-37
• 2.3.1 潮位验证33
• 2.3.2 流速、流向、盐度验证33-35
• 2.3.3 单宽净通量验证35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 长江口北槽越堤水通量时空变化特征38-50
• 3.1 越堤水通量沿程变化特征38-44
• 3.1.1 枯季越堤水通量沿程变化特征38-41
• 3.1.2 洪季越堤水通量沿程变化特征41-44
• 3.2 越堤水通量随时间变化特征44-47
• 3.2.1 全导堤越堤水通量随时间变化特征44-45
• 3.2.2 导堤典型位置越堤水通量随时间变化特征45-47
• 3.3 本章小结47-50
• 第4章 工程后北槽及邻近区域关键断面水通量分析50-69
• 4.1 工程前后北槽及邻近区域关键断面水通量分析50-57
• 4.2 南导堤加高对北槽及邻近区域关键断面通量分析57-68
• 4.2.1 南导堤加高后南北槽分流比的变化57-59
• 4.2.2 南导堤加高后南北槽关键断面流速变化59-61
• 4.2.3 南导堤加高前后南北槽关键断面输沙量的变化61-68
• 4.3 本章小结68-69
• 第5章 讨论及结论69-77
• 5.1 讨论69-71
• 5.1.1 潮位对越堤水通量的影响69-70
• 5.1.2 流速对越堤水通量的影响70-71
• 5.2 结论71-75
• 5.3 不足与展望75-77
• 参考文献77-81
• 附录81-82
• 致谢82

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本文编号：628771