潮汐河口闸下淤积模拟理论研究

我国潮汐河口建闸之多，闸下河道淤积之严重，世界罕见。由于河口动力条件复杂，影响因素多，目前还无法从理论上解释闸下泥沙的动力特性和运移规律，闸下淤积平衡计算还多依赖于经验公式，现有的泥沙数学模型还难以反映三维水流条件下的闸下淤积，闸下淤积物理模型的相似理论也需进一步完善。本项目拟在以往工作基础上，采取现场测量资料分析、理论研究、物理模型试验和数学模型计算相结合的研究手段，进一步研究河口潮差、口外含沙量、风浪等因素对闸下泥沙淤积的贡献率；着重甄别浮泥运动、异重流对闸下淤积的作用；在此基础上，研究能够反映河口闸下淤积特性的挟沙能力表达式和底部浮泥输移公式，构建闸下淤积预测的理论模式，提出闸下淤积物理模型的相似理论。项目在研究方法和内容上具有特色和创新，预期成果可揭示闸下淤积的动力过程，提出闸下淤积的模拟方法，为挡潮闸淤积治理、闸址设计提供科学依据，不仅具有重要学术价值，而且具有重要的实际意义。

在对以往闸下淤积模拟研究回顾和总结的基础上，分析了物理模型和数学模型在模拟闸下淤积过程中存在的困难和问题。建立了建闸河口概化物理模型，研究了闸下不同引河长度下潮波变形特征，分析了模型沙选择和不同潮动力对闸下淤积分布和强度的影响。建立了闸下河道潮波变形和泥沙淤积二、三维数学模型，研究了不同引河长度下潮波变形的特征，计算了不同条件下的闸下淤积过程，分析了闸下淤积的影响因素及其时空分布特征，对比了不同类型闸下淤积的特性。通过闸下淤积概化物理模型和数学模型的研究，对潮汐河口闸下淤积模拟技术进行了系统研究。得到以下主要结论：.（1）挡潮闸关闭时形成闸下淤积的动力机制是潮波经挡潮闸反射后由前进波变为驻波，潮波变形是造成闸下河道淤积的动力因素；当海域存在泥沙来源时，由于涨潮流速增加、涨潮历时缩短，落潮流速减少、落潮历时增加，随涨潮流进入闸下河道的泥沙无法被落潮流全部带出，在闸下形成淤积。因此，不平衡输沙是闸下淤积的基本模式。.（2）闸下淤积概化物理模型试验表明，河口外的泥沙在潮动力作用下，经历了悬浮-输移-落淤-再悬浮-再输移-再落淤的过程，并不断向闸下移动。近闸段虽然流速几乎为零，但是仍可以观察到泥沙向闸下潜入的过程。因此，在闸下淤积数学模型计算时需要考虑泥沙潜入的运动模式。试验还表明，通过加强潮动力（增加潮差）可以将泥沙不断向闸下输移，形成闸下淤积强度最大。.（3）数学模型计算表明，进行闸下淤积计算时必须要考虑泥沙的物理化学和运动特性，对粘性泥沙的起动、冲刷、输移和沉积过程进行合理的表述，通过对相关参数计算公式的改进，可以较好的模拟闸下淤积的过程和形态。.（4）由于目前缺乏建闸河口闸下淤积过程和形态的实测资料，下一步将结合现场测量，对闸下淤积物理模型和数学模型进行进一步验证。