青草沙水庫庫區(qū)流態(tài)及淤積分布特征研究

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1、2012年9月第9期城市道橋與防洪防洪排水181青草沙水庫庫區(qū)流態(tài)及淤積分布特征研究袁建忠，李杰(上?？睖y設計研究院，上海2~434)摘要：該文采用De~3D二維數學模型，分析了青草沙庫區(qū)流態(tài)和淤積分布特征。研究成果表明，青草沙庫區(qū)除北堤中段附近和青草沙墾區(qū)附近外，不存在明顯的死水區(qū)，庫內的水質點都可在不同的時間內運動出庫；青草沙墾區(qū)南水道的流速大于北水道，南水道是主要的輸水和輸沙通道，青草沙墾區(qū)南部水道淤積遠大于北水道。就整個庫區(qū)而言，淤積主要在上游水閘與引水道兩側、青草沙墾區(qū)南部水道，而庫區(qū)中部和庫尾淤積較少。庫區(qū)年平均淤積量一般在10o

2、萬t左右。如果取水泵站長期不用，應采取一定措施防止取水泵站出水池的淤積。關鍵詞：長江口青草沙水庫；數值模擬；流場特征；泥沙淤積分布特征中圖分類號：TV62文獻標識碼：A文章編號：1009—7716(2012)09—0181—03年水庫總庫容分別為4．85億m和5．27億m，0前言2020年水庫供水規(guī)模為719萬m3／d，水庫水質符青草沙水庫工程位于長江口長興島西北側水合《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838—2002)II類標域，南側為長江口南港河段，北側為長江口北港河準。工程于2007年l2月正式開工，2011年6月通段。圖1為青草沙水庫工程

3、地理位置圖，圖2為青水運行。草沙水庫泵閘工程平面布置示意圖。由于長江含沙量較大，青草沙水庫上游引水泵閘的取水會將泥沙同時引入庫內。泥沙人庫會對青草沙水庫的安全運行產生一定的影響，泥沙淤積將導致水庫的有效庫容減少，降低水庫的保證率，泥沙淤積將導致水庫的水流狀態(tài)發(fā)生變化，產生死水區(qū)；上游取水泵站出水池的泥沙淤積也將直接影響取水泵站的安全運行。因此，研究青草沙水庫庫區(qū)的淤積分布特征有著重要的現實意義。1數學模型及計算條件青草沙水庫庫區(qū)模型采用Deft3D二維數學模圖1青草沙水庫工程地理位置圖型【l】l2]，計算范圍為青草沙庫區(qū)和中央沙庫區(qū)，計算區(qū)域

4、的面積約為66kmz。網格的疏密根據需要確定，上游閘和下游閘等主要部位網格布置較密，非主要部位相對較疏。最小網格間距約17m，最大網格間距約120m?？偩W格數為337×60(個)。計算的地形資料采用2008年4月實測的庫區(qū)地形資料。采用曼寧糙率系數用于模型的計算，n值取0．023～0．027；計算時間步長取7．5s。泥沙計算采用懸移質模式。考慮兩組粒徑，分別為0．007mm和0．014mm，含沙量分別取0．16kg，m和0．14km，干容重為500—750kg／m。泥沙計算的方法圖2青草沙水庫泵閘工程平面布置示意圖和原理及有關參數參考《崇明越

5、江通道北港橋梁工程的主要功能是在非成潮期自流引水入庫通航孔布設數模研究》[3】[4]。供水，在咸潮期通過水庫預蓄的調蓄水量和搶補青草沙水庫設計水平年為2020年，在青草沙水來滿足上海市的原水供應需求。2010年和2020水庫的中央沙庫區(qū)維持現有地形、青草沙庫區(qū)除收稿日期：2012—05—21疏浚引水外也不開挖的條件下，設計庫容能夠滿作者簡介：袁建忠(19M一)，男，江蘇如東人，碩士，教授級高級工程師，從事河口海岸工程和水利規(guī)劃研究工作。足2020年的供水目標。選取能夠反映非咸潮期上182防洪排水城市道橋與防洪2012年9月第9期引下排調度時的

6、平均水文條件；庫內起調水位按3．0in計算。2庫區(qū)流態(tài)特征2．1流場特征中央沙庫區(qū)的流場：上游閘引水時，水流由青草沙頭部區(qū)域經上連通口和2號連通口沿著隨塘河和中央沙港汊進入中央沙庫區(qū)，進入港汊的水流在兩個港汊交叉點分流，一部分至中央沙南堤涵閘處和沿隨塘河的水流匯合出中央沙庫區(qū)，另一部分沿著港汊繼續(xù)向下流動，經下連通口進入青草沙庫區(qū)，中央沙庫區(qū)內流速大小為0．02—0．17m／s。上游閘關閉，下游閘排水時，中央沙庫區(qū)內大8潮部分水體經過連通口流向青草沙庫區(qū)，僅有部分圖3青草沙庫區(qū)流速大小分布圖16．8d，從下游閘處流出庫外的水質點平均運動時通過

7、兩涵閘流出庫外，中央沙庫區(qū)港汊內流速大間為12．3d。青草沙尾部下游閘以下的水質點運動小為0．O1～0．07m／s。青草沙庫區(qū)頭部水體在上游軌跡均為繞著青草沙尾部運動至輸水泵閘，軌跡閘關閉時存在0．O1～0．03m／s的流速，這有利于該為一弧線，經輸水泵閘流出庫外。圖4為青草沙水水體的運動置換。庫部分水質點運動軌跡圖，基本反映了上面描述青草沙庫區(qū)流場：上游水閘進水時，水流經青的水質點運動特征。草沙墾區(qū)分流由南北兩側進入庫區(qū)，庫區(qū)內沒有明顯的回流區(qū)和緩流區(qū)，流場較為平順，庫區(qū)流速為0．O1～0．19m／s。靠近上游閘的區(qū)域流速稍大，大于0．2m

8、／s。上游閘關閉，下游閘出水時，水流主要經由青草沙墾區(qū)的南側流向下游閘和輸水泵閘，流速大小為0．O1～0．03m／s，在下連通口和下游閘處部分水體流速大于0．1m／