长江口航道整治工程干预下的汊道演变规律研究

Yangtze Estuary is a branching estuary with mud and silt. Since 1998, a Deep Navigation Channel（DNC）of 92.2km long and 12.5m deep has been realized along one of the branches (North Passage) by dredging in combination with the construction of two training dams (about 50km long) with 19 groins between them. However, the sedimentation rate has increased to a high level and the deposition is more concentrated in the channel with the channel water depth from 10m to 12.5m. So it is difficult to maintain DNC by dredging. In this study, we will investigate the characteristics of flow and sediment transport before and after DNC Project, the effect of change of the water distribution ratio on the development of the branching channels and the tendency prediction of the branching channels, by generalized model experiment, numerical model and theoretical analysis. The results of the study will provide for branching estuaries training and further improving of the DNC Project.

长江口是典型的分汊型河口，呈"三级分汊、四口入海"格局。1998年以来在河口一汊（北槽）上分期建设长约50km的南、北导堤以及19条丁坝等整治建筑物，通过疏浚逐步形成水深8.5m、10m和12.5m的深水航道。然而，自2006年起，随着北槽航道由10m向12.5m浚深，航道回淤量大幅增加且分布集中，2012年回淤量超过1亿m3，大大超出当时预测的回淤量，成为长江口深水航道维护的最大障碍。本课题以长江口深水航道整治工程为背景，采用分汊河口概化试验和三维泥沙数学模型以及理论推导等手段，研究河口汊道实施整治工程前后的水流泥沙运动特性、分流比和分沙比变化对汊道演变的影响、河口汊道演变预测技术等亟待解决的基础性和应用性问题，为分汊河口航道治理和长江口深水航道减淤提供理论依据。

长江口是典型的分汊型河口，呈“三级分汊、四口入海”格局。1998年以来在南北槽分汊口的一汊（北槽）分三期建设长约50km的南、北导堤和19条丁坝等整治建筑物，并通过疏浚逐步达到12.5m深水航道。然而，自2006年起，随着航道由10m向12.5m浚深，回淤量大幅增加且分布集中，2012年回淤量超过1亿m3，成为航道维护的最大障碍。针对航道治理工程建成以来北槽汊道分流比和分沙比减少、三期航道回淤强度大且分布集中等问题，通过资料分析、概化物理模型试验、数学模型和理论分析等手段，研究了航道整治工程对汊道流量分配、与航道回淤关系、对汊道稳定性等影响。得出如下主要结论：.（1）构建了分汊河口纵向和横向水沙运动解析模型，揭示了整治工程布置、滩槽高差对泥沙纵向和横向输移的作用机制；系统分析了长江口深水航道回淤分布和回淤强度，采用分形理论建立航道回淤计算公式，得到正常年回淤量在8023.7万m3 ～10303.2万m3，年最小回淤量为5516万m3，与实际情况符合良好。.（2）概化物理模型试验表明，一汊采取单纯疏浚工程，可以使疏浚汊分流比略有增大，非疏浚汊水动力强度减弱，滩槽交换区横向流速有所增强。综合性整治工程（导堤、丁坝和疏浚）实施后，丁坝群内下游段的流速增大，最大流速可增加3倍，但上游段流速增大不多，无工程汊道内的涨、落潮速均单调增大。工程汊滩地和滩槽交换区涨潮流速出现脉冲现象，滩地及滩槽交换区泥沙对航槽回淤有一定影响。.（3）数学模型计算表明，对分汊河口一汊实施航道整治工程时，导堤和丁坝都存在最优长度，导堤长度达到临界长度后，分汊河口外海段涨落急流速由增大变为减小，丁坝长度达到一定长度后过流阻力发生骤变，斯托克斯单宽流量显著减小，滩槽交换区纵向流速减小，最佳相对丁坝长度约为0.53。整治汊道内航道泥沙淤积主要是由涨、落潮泥沙输运不平衡所致，河道断面形态由宽浅型向窄深型转变，滩槽高差增大，非工程汊发生冲刷。.（4）本次概化分汊河口分流比50%，为单汊航道整治工程。下一步结合长江口南、北槽同时开通航道实例，系统研究双汊同时整治的演变规律，提高河口综合治理水平。