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2007-07-25

青草沙水库动床物理模型试验研究

Filed under: 研究成果 — cjk3d @ 12:30

摘 要中央沙圈围工程及青草沙水库工程作为南北港分汊口工程的重要组成部分,在近期内实施具有相对较好的条件和积极的意义。
动床物理模型验证试验相似性良好,满足模拟规程要求。
根据模型各个方案实施后试验的流场和地形对比分析,主要得到以下几点结论:各个方案对南北港分汊口地区(南支下三沙)大范围的流场和地形的影响不大;中央沙圈围工程工程实施后,中央沙头部及两侧出现明显冲刷,南侧冲刷的泥沙部分进入南沙头通道,部分进入南小泓通道,北侧冲刷泥沙主要进入新桥通道下段,对周边河床产生的影响不容忽视;青草沙水库工程实施后,北港部分过水断面缩窄,深槽有所冲刷;同时青草沙水库的实施堵截了北小泓通道,在堤身北侧流速增强,引起沿堤冲刷;南港和横沙通道受工程的影响较小。
长江口深水航道邻近工程水域,建议在下一阶段的科研和规划设计中能够结合深水航道整治工程,互相配合和协调,以求取得稳定南北港分汊口工程的最佳效果。
目 录
1 前言
1.1 研究背景
1.2 研究内容
1.3 技术依据和质量控制标准
1.3.1 技术要求
1.3.2 基础资料
1.3.3 质量标准
2 自然条件分析
2.1 工程地理位置
2.2 水文泥沙
2.2.1 径流
2.2.2 潮汐
2.2.3 潮流
2.2.4 泥沙
2.3 河床演变
2.3.1 河段演变特征
2.3.2 近期演变情况
2.3.3 南北港航道
3 物理模型
3.1 物理模型简介
3.2 模型设计
3.2.1 基本方程
3.2.2 相似条件
3.2.3 模型沙选择
3.2.4 模型相似比尺
3.3 模型仪器设备
3.3.1 潮汐潮流控制系统
3.3.2 量测仪器设备
3.4 动床模型范围
4 验证试验
4.1 动床验证目的
4.2 动床验证资料选取
4.3 动床验证资料分析
4.4 动床试验动力条件
4.5 动床验证试验结果总体分析
4.6 敏感地区验证结果分析
4.6.1 新浏河沙包、新浏河沙邻近
4.6.2 扁担沙下沙体、新新桥通道、新桥通道
4.6.3 中央沙、南沙头邻近
4.6.4 南港水域
4.6.5 青草沙及北港水域
4.7 典型断面验证
4.8 验证试验小结
5 动床试验方案及试验条件
5.1 动床试验方案
5.2 试验动力条件
6 流场分析
6.1 流场特征
6.1.1 方案0流场
6.1.2 方案1流场
6.1.3 方案2流场
6.2 南北港分流比变化
6.3 采样点流速分析
6.3.1 新浏河沙邻近水域
6.3.2 南沙头通道
6.3.3 新桥通道
6.3.4 南小泓通道
6.3.4 南港
6.3.5 北港
6.4 流场综合分析
7 动床模型试验
7.1 总体趋势分析
7.1.1 方案0
7.1.2 方案2
7.1.3 方案1
7.2 主要沙体变化分析
7.2.1 新浏河沙包
7.2.2 新浏河沙
7.2.3 中央沙
7.2.4 南沙头
7.2.5 瑞丰沙
7.2.6 下扁担沙
7.3 主要通道变化分析
7.3.1 宝山南水道
7.3.2 宝山北水道
7.3.3 新宝山水道
7.3.4 南沙头通道
7.3.5 新新桥通道
7.3.6 新桥通道
7.3.7 南小泓通道
7.3.8 北小泓通道
7.3.9 北港主槽
7.3.10 南港主槽
7.3.11 长兴水道
7.3.12 横沙通道
7.4 综合分析
8 取水口分析
9 结论和建议
9.1 基本结论
9.2 建议

2007-07-22

沧州黄骅港综合港区及20万吨级进港航道潮流数学模型研究

Filed under: 研究成果 — cjk3d @ 09:17

1.1 工程概况
沧州港位于河北省沧州市区以东的渤海湾西岸,地处大口河出海口,向北至天津水上距离 60海里,向东至龙口港水上距离约149海里。朔黄铁路、沧州地方铁路和石黄高速公路在此交汇,是我国北方重要的煤炭输出港之一。
目前,黄骅港有河口港区和煤炭港区组成。黄骅港煤炭港区现有10万吨级煤炭泊位1个、5万吨级煤炭泊位4个、3.5万吨级煤炭泊位1个,设计通过能力6500吨。由于地区经济的发展和经济结构的调整,黄骅港散杂货吞吐量呈上升趋势。黄骅港煤炭港区航道为乘潮通航5万吨级船舶的单向航道,其中内航道长3480m,外航道长32km。有效宽度140m,设计底标高-11.5m,边坡1:5。2005年9月防沙堤二期工程完工,该工程在煤码头一期工程防沙堤的基础上将堤头由原来W0+000断面(2m等深线附近)向外海延伸到W10+500断面(5.5m等深线附近),堤头位置位于外航道里程W10+500处,其中W0+000~W8+000段堤顶高程3.5m,W8+000~W10+500段堤顶高程由3.5m变至-1.0m,外航道掩护段长度大为增加,工程实施后航道疏浚水深稳步增大,2005年底航道达到设计标高-11.5m,2006年8月达到-13m,工程减淤效果经过对本海区有较大影响的大风浪的考验,如麦莎台风后航道回淤量为80万 左右,基本上消除了建港初期在大风浪后出现严重聚淤的状态,航道内淤积物的可挖性也有明显改善,表明这条航道具有进一步增深和加宽实际可能性。
根据当地经济发展战略规划,结合船舶近年来大型化趋势,河北省沧州市临港经济协调发展委员会委托航海航道勘察设计研究院进行了黄骅港现有航道扩建为20万吨级散货船航道建设方案的可行性研究工作。按沧州综合港区规划,拟在北防波堤与神华港池衔接处打开缺口,并浚深加宽进港航道。规划新港区内纳潮量的增加将使防波堤内航道的涨落潮流量相应加大,这样的改变对船舶航行及安全及港池、航道淤积的影响如何,需要进行深入研究。受沧州市临港经济协调发展委员会委托,南京水利科学研究院通过潮流波浪数学模型和泥沙物理模型研究沧州综合港区和20万吨进港航道工程引起的水流变化、泥沙淤积以及对神华港池航道水流、泥沙的影响等重要技术问题,为工程决策、方案设计和优化提供科学依据。1.2 研究目的和研究内容
根据上海航道勘察设计研究院提出的技术要求,受沧州临港经济协调发展委员会的委托,南京水利科学研究院通过现场观测资料分析、物理模型、数学模型等手段,研究沧州综合港区和20万吨进港航道工程引起的水流变化、泥沙淤积以及对神华港池航道水流、泥沙的影响等重要技术问题,为工程决策、方案设计和优化提供科学依据。
采用现场资料分析、数学模型、物理模型和风浪计算分析相结合,对神华港区规划、航道扩建工程及防波堤延长工程的水流、泥沙和大风浪的影响等问题进行综合研究。
本报告是其中的数学模型研究内容,通过建立渤海湾大范围潮流数学模型,验证渤海湾大水域的潮波及流场,分析港区的流场特征,为物理模型提供动力边界条件,并对工程实施后的流场变化情况进行研究。
8 初步结论
本项研究建立了渤海湾平面二维潮流数学模型,模型验证相似性较好,可以进行工程方案的预报研究。研究主要有两个方面工作,第一是确定物理模型的边界;第二是分析各个方案引起的水流变化。
在数学模型中选取了部分物理模型边界采样点进行分析,分析表明,南北两侧边界近岸的个别点流速变化相对较大(最大约为10%左右),两侧边界大部分采样点流速变化均在4%以内,流向变化均在5º以内;物理模型的外海边界,受工程影响相对较小,流速变化相对幅度基本能够控制在3%以内,流向变化在2 º以内;受工程影响流速变化幅度相对较大的主要是两侧边界的近岸部分,根据经验,这些边界并不会对远处的港池航道产生反馈作用,因此可以认为本次物理模型选择的控制边界基本合理。
通过对各个方案的水流模拟研究,主要有以下初步结论:
1)各个方案实施后影响范围仅限于工程邻近水域;
2)规划方案实施后,港池的开挖,在一定程度上增加了进入港池航道的纳潮量,防沙堤掩护段的航道内涨落急流速均略有增加;同时由于进港航道增深加宽,航道内流速略有减小。
3)随着防沙堤延伸,主要的影响范围仅限于延伸段头部及两侧,延伸段两侧的涨落潮流表现为延堤流动,堤头处形成新的绕堤流动;同时堤身掩护区航道内涨落潮流速减缓,流向与航轴线趋于一致,相位滞后约2~3个小时;
4)工程前堤头最大横流流速1.18m/s,规划方案实施后横流减小至0.85m/s;防沙堤延伸至W18+000,堤头处最大横流流速为1.07m/s,也略小于工程前;随着防沙堤继续向前延伸,堤头横流逐渐增加至1.36m/s和1.45m/s,在工程规划中需要引起注意。

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