淤泥质海岸入海河口闸下港道河相关系

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淤泥质海岸入海河口闸下港道河相关系

陆 倩1，龚 政2，周 曾2,3，张长宽2

(1.上海市水利工程设计研究院有限公司， 上海 200061； 2.河海大学江苏省海岸海洋资源开发与环境安全重点实验室， 江苏南京 210098；3.School of Environment, University of Auckland, Auckland, New Zealand)

摘要：以江苏沿海北部的射阳河闸下港道为原型，建立二维水动力及泥沙输运概化数学模型，模拟了淤泥质海岸闸下港道淤积过程。分别在不考虑径流年内分配变化和考虑径流年内分配变化的情况下，研究了入海径流对港道内水沙动力和冲淤演变的影响。参考前人研究成果，结合量纲和谐准则，根据模型的计算结果，建立了淤泥质海岸闸下港道年均平衡流量与汛期排水比例、河床断面积、外海潮差、潮波变形、港道长度等因素间的河相关系式，对在实际情况中达到动态冲淤平衡的某条特定港道，可简化为港道年均流量与河床断面积间关系式的简化形式，并通过分析实测资料，对公式的简化形式加以佐证。

关键词：淤泥质海岸；闸下淤积；入海径流；河相关系

淤泥质海岸入海河口闸下港道淤积机理与健康运行措施的研究，是20世纪60年代以来中国中小入海河口治理的科学难题。国内外关于闸下淤积机理的研究，主要有河相关系分析、数值模拟计算和物理模型试验3种方法[1-3]。对于中国淤泥质海岸的淤积型岸段，已有的研究成果认为：海相来沙是闸下淤积的主要沙源，潮波变形是闸下淤积的动力特征，涨落潮不平衡输沙是闸下淤积的基本模式，径流是维持河床生命的动力。目前定性的研究成果较多，而定量的研究成果较少，主要的定量研究成果有：张书农等[4]通过量纲分析法，建立了潮汐河口河相关系式；窦国仁[5]根据河床最小活动性原理，提出潮汐河口河相关系式；辛文杰等[6]通过分析海相来沙河口一个断面的实测资料，建立了河口平衡流量关系式；韩曾萃等[7]运用10余条入海河口的资料，建立了河口经验河相关系式等。已有的淤泥质海岸闸下港道河相关系式，其研究方法、选取的研究参量、公式的形式各不相同，且仅研究了流量的年际变化，均未考虑年内汛期、非汛期流量分配不均匀这一因素。

本文基于Delft3D软件，建立淤泥质海岸入海河口闸下港道二维水动力及泥沙输运概化数学模型，分别研究在不考虑径流年内分配变化和考虑径流年内分配变化情况下，入海径流对港道内水沙动力和冲淤演变的影响，参考前人研究成果，结合量纲分析，建立淤泥质海岸闸下港道河相关系式，并通过分析实测资料，对公式的简化形式加以佐证。

1 入海河口概况

1.1 河闸概况

图1 四大港位置、港道平面形态及概化数学模型范围示意
Fig.1 Location and plan shape of four main channels, domain of a schematized numerical model

江苏省海岸线长约954 km，其中95%以上属粉沙淤泥质海岸，沿海共建有大中小型河闸117座[8]。据1991年、2003年两个典型洪水年的水情资料分析，里下河地区涝水由盐城市沿海16条港道外排入海的比例约为85%，其中射阳河闸、黄沙港闸、新洋港闸、斗龙港闸(简称四大港，四大港位置和港道平面形态如图1所示)排水量占里下河地区总排水量的70%以上[9]，维持四大港闸下港道的稳定对里下河地区的排涝问题至关重要。然而建闸后，由于地形因素、纳潮量减少、潮波变形、闸门长期关闭、下泄径流条件改变、滩涂围垦等原因，四大港闸下港道均发生了不同程度的淤积，经统计，至2012年汛后四大港闸下港道平均断面积分别占建闸初的34%、53%、34%和27%，对沿海地区防洪安全和经济社会发展构成严重威胁。

射阳河发源于江苏建湖县境内的射阳湖，向东蜿蜒曲折流入黄海，河口处于废黄河三角洲侵蚀性海岸与辐射沙洲内缘区淤长型海岸的过渡段，北面海岸退蚀，南面海岸淤积。1956年在距离射阳河口32 km处建闸，是江苏沿海最大的排涝挡潮闸，设计流量3 360 m3/s，港道平均底高程-4.24 m(废黄河口基面，下同)，平均断面积2 290 m2(高程0 m至河底之间的断面，下同)，建闸后，闸下港道发生严重淤积，2012年汛后港道平均断面积仅781 m2，港道长度15.14 km。本文以射阳河闸下港道为原型，基于Delft3D软件，建立淤泥质海岸入海河口闸下港道二维水动力及泥沙输运概化数学模型。

1.2 径流

建闸后闸门经常关闭，下泄水量明显减少。经实测资料统计，1978年枯水年，射阳河闸年均下泄流量为34.6 m3/s；2003年丰水年，年均下泄流量为191 m3/s。最大排水流量一般出现在7月，可达770 m3/s，主汛期(6—9月)排水量占一年总排水量的40%～70%。

1.3 潮汐与潮流

射阳河口的潮汐为不规则半日潮，河口段涨潮历时短，平均涨潮历时4 h 49 min，落潮历时较长，平均落潮历时7 h 36 min，涨潮平均流速大于落潮平均流速。潮流在口内顺河道方向成往复流，潮波变形较大，由原来的前进波形转为驻波波形，涨潮历时缩短，落潮历时延长，中潮位时流速最大，高低潮位时转流。河口区平均高潮位1.43 m，平均低潮位-0.72 m，平均潮差2.15 m，最大潮差4.16 m。口外低于-2.0 m等深线的海区，潮流为南北流向，涨潮流由北向南，落潮流由南向北[10]。

1.4 泥沙

射阳河流域为苏北滨海平原，流域来水几乎不含泥沙，泥沙主要来自外海。根据2006年水文测验资料可知，射阳河口及外海悬移质颗粒普遍较细，d50=0.004～0.008 mm，洪季比枯季略细一些，大潮时中值粒径较小潮时大；口门段航道底质d50≈0.026 mm，拦门沙段底质d50≈0.086 mm，口门外海水域水深在-12～-14 m等深线之间底质d50≈0.063 mm；河口附近及外海平均含沙量为0.046～1.06 kg/m3，最大含沙量可达2.34 kg/m3，最小含沙量仅为0.007 kg/m3，含沙量变异较大[10]。

2 平面二维水动力及泥沙输运概化模型

2.1 计算区域及网格划分

根据射阳河口2006年8月实测水下地形及2003年海图，建立平面二维水沙动力及泥沙输运概化数学模型，模型范围如图1所示。闸下港道长14 km，基槽宽240 m，基槽底高程-4 m，港道边坡1∶8，港道滩面高程1.5～2.0 m。外海潮间带坡度1.00‰～1.25‰，外海坡度0.14‰～1.67‰。模型外海南北向长30 km，东西向宽21 km，东边界约至-16 m等深线处。

采用由陆向海自密而疏的矩形网格对计算域进行离散，港道内网格尺寸为40 m×80 m，外海最大网格尺寸为400 m×400 m，共计16 345个网格节点，模型网格及离散后的初始地形如图2所示。

图2 模型网格、初始地形、边界设置和观测点位置示意

Fig.2Model grid mesh, initial topography, boundaries and location of observational points of the numerical model

2.2 基本方程及求解

连续性方程和动量守恒方程：

(1)

(2)

(3)

悬沙输运及床面变形方程：

(4)

(5)

式中：x、y为空间水平坐标；u、v分别为垂线平均流速在x、y方向的分量；U为垂线平均流速，为水深;η为水位;h为全水深,h=d+η,即水面到水底的距离;f为柯氏力系数;g为重力加速度;C为谢才系数;vw为水平涡黏系数;c为悬沙浓度;εx、εy分别为扩散系数;zb为床面高程;E、D分别为侵蚀通量和淤积通量,非黏性沙采用van Rijn[11-12]方法计算,黏性沙采用Parthenniades-Krone[13]公式计算。

模型外海东边界采用M2分潮控制，潮差△H=2.4 m，外海南北边界采用Neumann水动力边界控制，保持沿岸方向水位梯度为常数，闸门处采用流量边界控制，模型边界设置示意图见图2(b)。时间步长△t=0.5 min，底部糙率由曼宁公式确定，根据经验[2,8]，主河道糙率取0.02，滩地糙率取0.045，外海糙率取值根据水深计算，计算公式为n=0.013+0.01/H[14]。

参考前人现场观测、室内颗粒分析实验、数值模拟计算的研究成果和经验[8,15-18]：设置模型初始底床厚度为10 m，由5 m厚的黏性沙和5 m厚的非黏性沙均匀混合组成；非黏性沙中值粒径d50=90 μm；黏性沙沉速为0.4 mm/s，冲刷临界切应力为0.2 N/m2，冲刷率参数为0.001 9 kg/(m2·s)，淤积临界切应力为1 000 N/m2，取值较大，保证黏性沙颗粒始终处于沉降过程。上游流量边界处含沙量为0 kg/m3，外海3个开边界非黏性沙采用Neumann含沙量条件，即边界处的含沙量取值为其内侧相邻网格的含沙量，黏性沙含沙量在外海东边界取0.200 kg/m3，在南北侧开边界从0.020 kg/m3向东边界做线性插值。

3 模型计算结果合理性分析

取上游流量Q=0 m3/s，观察地貌演变初期(模型计算60天后)的水沙特征以及中长期演变(模型计算6年后)的地貌特征，并与实际情况进行比较和分析。

3.1 演变初期水沙特征

3.1.1 潮位、流速、含沙量过程

在港道内、河口附近、外海各取一观测点P1、P2、P3，观测点位置如图2(b)所示，观察地貌演变初期的潮位、流速、含沙量过程，如图3所示。

图3 观测点P1、P2和P3的潮位、流向、流速和含沙量过程

Fig.3 Tidal level, current direction, velocity and sediment concentration variations over two tides at observational points of P1, P2 and P3

由图3(a)可以看出，潮波由外海传入港道，P3、P2、P1点高潮位逐渐抬高，分别为1.24 m、1.30 m、1.33 m；低潮位逐渐降低，分别为-1.25 m、-1.31 m、-1.34 m；潮差逐渐增大，分别为2.49 m、2.61 m、2.67 m。

由图3(b)可以看出，外海涨潮流由北向南，落潮流由南向北，主要沿N-S方向；近岸河口附近为较微弱的逆时针旋转流；港道内呈明显的往复流，模拟区域内涨急、落急流场如图4所示。自外海至港道内，P3、P2、P1点涨潮历时缩短，落潮历时延长，涨落潮历时比分别约为1.00、0.94、0.86。外海P3点涨落潮历时约6.5 h，港道内P1点涨潮历时约6 h，落潮历时约7 h。

由图3(c)可以看出， P3、P2、P1点涨潮平均流速大于落潮平均流速，三点涨落急流速比分别约为1.06、1.17、1.40，涨潮优势特性由外海向港道内逐渐增强。潮波由外海传入港道，发生潮波变形：外海P3点和河口附近P2点流速与潮位间有1.0～2.5 h相位差，表现出移动驻波的特性；港道内P1点涨落急流速出现在中潮位时刻，憩流出现在高低潮位时刻，表现出明显的驻波特性。

由图3(d)可以看出，含沙量过程与流速过程间存在一定的滞后性，最大(小)含沙量的出现滞后于最大(小)流速约1 h。外海P3点平均含沙量约0.200 kg/m3，河口附近P2点平均含沙量约0.260 kg/m3；港道内P1点涨潮平均含沙量约1.14 kg/m3，落潮平均含沙量约0.600 kg/m3，涨潮流带入的含沙量明显高于落潮流带出的含沙量，P1点处于淤积状态。

总体来说，模拟得到的潮位、流速、含沙量等过程与实际河口定量上接近，定性上一致。

图4 外海涨急、落急潮流场

Fig.4Peak flood current fields and peak ebb current fields

3.1.2 水沙通量

观察地貌演变初期，计算域外海北、南、东边界，西与港道连接断面、港道上游闸门边界断面的水沙日通量，列于表1，断面位置示意图分别对应于图2(b)中以N、S、M2、C1、Q标识的断面。可以看出，外海南北边界水通量为东边界的10倍左右，外海南北边界沙通量为东边界的3～4倍，即沿岸向水沙输运相对于横向输运占优。涨潮优势特性使得外海北边界水、沙日通量为流入，南边界水、沙日通量为流出，由外海泥沙净通量可以看出，外海总体处于轻微的淤积状态。

港道上游闸门边界处水、沙通量均为0，即模拟关闸状态下的港道冲淤演变，港道下游与外海连接边界水通量为由外海流出港道，沙通量为由外海流入港道，港道内发生淤积。

3.2 中长期演变地貌特征

模型计算6年后闸下港道和河口附近的地貌如图5所示，河口两侧潮滩上发育有潮沟系统，南侧潮滩淤长速度大于北侧，故入海港道走向呈北偏的趋势。闸下港道初始状态、演变2年、演变4年、演变6年后沿程平均基底高程及演变1～2年、演变3～4年、演变5～6年内港道基底沿程年冲淤强度如图6所示，港道由基底高程为-4 m的初始状态，演变为自闸下到外海依次为淤积段、相对冲淤平衡段和冲刷段的港道地形，越靠近闸下年淤积强度越大，随着计算时间延长，淤积段的最大淤积体向港道下游推移并逐渐淤高，港道年冲淤强度逐渐减小，若计算时间足够长，按照淤积发展趋势，港道最终将淤平。模拟得到的港道淤积发展形态和趋势与实际情况中淤泥质海岸长引河闸下港道的淤积特性[19-20]相一致。

除近闸段局部区域，港道3～4年内的沿程冲淤强度基本小于0.1 m，即演变4年后，港道内冲淤变化量已很小，由于本文需要模拟的组次较多，且每个组次计算时间较长，因此, 以模型计算4年后的港道水沙动力和地貌特征来进行河相关系研究。

表1 断面水、沙通量统计

Table 1 Sectional fluxes of flow and sediment

控制断面水通量/(亿m3·d-1)沙通量/(万m3·d-1)外海北边界4.4304.100外海南边界-4.360-4.990外海东边界-0.45001.370外海与港道连接边界0.0040-0.0900港道闸门边界00外海净通量-0.37000.4900注:对外海北、南、东边界,流入外海通量为“+”,流出为“-”;对外海与港道连接边界断面,自外海流入港道通量为“-”,自港道流出为“+”。

图5 演变6年后模拟区域地貌

Fig.5 Simulated morphology of the study area after 6-year evolution

图6 港道沿程平均基底高程及港道基底沿程年冲淤强度(年冲淤强度淤高为“+”，冲刷降低为“-”)

Fig.6 Bed level and the erosion and deposition rate along the channel (positive values indicate deposition and negative ones indicate erosion)

4 闸下港道河相关系

4.1 不考虑径流年内分配变化

在海相来沙河口，径流是维持闸下港道活力的关键因素，闸下港道的冲淤变化与年均排水流量的大小息息相关。利用概化数学模型，采用单因子分析法，保持模型其他参数不变，仅改变港道上游闸门边界处流量大小，开闸泄水流量在0～300 m3/s之间每隔25 m3/s取恒定值，共模拟了13个组次。不同年均下泄流量下，演变4年后港道内水沙、地貌演变特征统计于表2，平均水深、平均断面积和年冲淤量对整条港道进行统计，港道内涨落潮历时、涨落潮平均流速和涨落潮平均含沙量采用港道中部P1点的计算值进行统计，P1点位置如图2所示。

由表2可以看出，随着年均下泄流量的增大，港道内平均水深越大，港道平均断面积越大，港道中部P1点，涨潮历时缩短，落潮历时延长，落潮和涨潮历时比由1∶1增大到2.5∶1；受径流大小和冲淤变化的港道地形共同作用，涨潮平均流速呈先略微增大后减小、落潮平均流速呈先减小后增大的趋势；涨潮平均含沙量和落潮平均含沙量均明显减小，年均流量Q=300 m3/s时涨落潮平均含沙量比Q=0 m3/s时小接近两个数量级。

结合港道年冲淤强度可以看出：Q=0～150 m3/s时，P1点涨潮平均含沙量大于落潮平均含沙量，港道处于淤积状态；Q=175～300 m3/s时，P1点涨潮平均含沙量小于落潮平均含沙量，港道处于冲刷状态；Q=150～175 m3/s时，P1点涨落潮平均含沙量相当，此时港道基本处于冲淤平衡状态。

表2 不同年均下泄流量下演变4年后港道内水沙、地貌特性

Table 2 Morphological characteristics of a channel after 4-year evolution under different annual mean runoff discharges

序号年均流量/(m3·s-1)平均水深/m涨潮历时/h落潮历时/h涨潮平均流速/(m·s-1)落潮平均流速/(m·s-1)涨潮平均含沙量/(m3·s-1)落潮平均含沙量/(m3·s-1)港道年均冲淤量/(万m3·a-1)平均断面积/m2102.736.06.0-0.2100.2170.9420.879-121.0588225.02.935.37.0-0.2410.2430.5700.449-92.00757350.03.515.07.3-0.2460.2490.4580.278-60.00986475.03.725.07.7-0.2560.2450.4290.254-40.00116051003.934.38.0-0.2560.2420.3420.216-28.00131061254.224.38.0-0.1920.2150.0900.052-21.00143071504.514.08.3-0.1520.2010.0080.007-9.000154081754.684.08.3-0.1300.2060.0050.00513.00166092004.984.08.3-0.1090.2090.0020.00318.001720102255.194.08.3-0.0930.2160.0040.00620.001800112505.393.88.7-0.0790.2220.0050.00623.001870122755.463.88.7-0.0810.2190.0100.01212.001950133005.663.68.9-0.0620.2220.0080.01027.002020注:流速涨潮为“-”,落潮为“+”;港道年冲淤量淤为“-”,冲为“+”,下同。

参照辛文杰等[6]通过分析河口一个断面的实测潮流泥沙资料，得到与河床断面面积、泥沙因素、潮波变形因素有关的河相关系式：

(6)

式中:Q0为落潮平均平衡流量,m3/s;A为河段平均断面面积,m2;VOS为悬沙止动流速,m/s;He/Hf为落潮流期平均水深与涨潮流期平均水深的比值;Te/Tf为落潮历时与涨潮历时的比值;Li为理论潮波长度,km;LR为河口闸实际至海口的长度,km,通常LR>2 km。

本文在满足量纲和谐的准则下,引入外海潮汐和港道地形因素,建立在来沙情况和河床泥沙组成相似的淤泥质海岸入海河口的闸下港道河相关系式,形式如下:

(7)

式中:Q为年均下泄平衡流量,m3/s;K为待定系数，m/s;D为港道内平均水深,m;ΔH为外海潮差,m;L为港道长度,m。

根据表2中的统计数值,以为横坐标,Y1=Q为纵坐标,拟合X1与Y1之间的关系见图7(a),两者符合良好的线性相关关系(自由度N=11,显著性水平α=0.001时,相关系数临界值r0.001=0.801)。即港道年均平衡流量与河床断面积、潮波变形、外海潮差、港道长度等因素间符合式(7)的定量关系式,且在当前模型参数和边界条件设置下可求得系数K=0.062。

图7 X1与Y1、X2与Y2相关关系

Fig.7Correlations between X1and Y1, X2and Y2

4.2 考虑径流年内分配变化

在年均径流量相同的情况下,年内径流量分配过程不同,港道内的水沙动力与地貌演变也会发生改变,在前人研究得到的河相关系式中,均未考虑年内径流分配不均这一影响因素。

维持年均流量为120 m3/s,改变汛期(6—9月)、非汛期(10月—次年5月)排水流量年内分配情况,汛期排水流量在120～230 m3/s之间,每隔10 m3/s取值,使得汛期排水量占一年总排水量的比例在41.9%～80.3%之间,共模拟了12个组次。演变4年后港道内水沙、地貌演变特征统计于表3,港道内平均涨落潮历时采用演变第4年汛期、港道中部P1点的统计值。

由表3可知,汛期排水量占一年总排水量的比例越大,导致港道内平均水深越大、港道平均断面积越大、汛期涨潮历时越短、落潮历时越长,港道内冲淤效果越好。保持年均流量为120 m3/s,当汛期排水量占年排水总量70%以上时,港道内平均水深和平均断面积的大小,与表2中年均流量为150 m3/s时的数值相当。即当年均流量相同时,可以改变径流年内分配情况,优化水资源的配置与调度,使有限水源取得最好的冲淤效果。

表3 年均流量120 m3/s时，径流年内不同分配下演变4年后港道水沙、地貌特性

Table 3 Morphodynamic features of a channel after 4-year evolution on the condition of a constant annual mean runoff discharge of 120 m3/s, and considering the annual distribution of runoff discharge during flood season and dry season

序号汛期流量/(m3·s-1)非汛期流量/(m3·s-1)汛期比例/%平均水深/m汛期涨潮历时/h汛期落潮历时/h平均断面积/m2112012041.94.164.28.31410213011345.44.194.28.51420314010648.94.224.18.51430415098.352.44.254.08.61450516091.155.94.293.98.61460617083.959.44.323.98.71470718076.762.94.363.88.71490819069.566.44.403.88.71500920062.369.94.443.78.715101021055.073.44.483.78.815301122047.876.84.483.68.815301223040.680.34.493.68.81550

根据表3中的统计数值,以为横坐标,Y2=αQ为纵坐标,其中α为汛期排水量占一年总排水量的比例。拟合X2与Y2之间的关系见图7(b),两者符合良好的线性相关关系。即可用汛期排水量占一年总排水量的比例α来表征在年均下泄流量相同的情况下年内汛期、非汛期排水量分配不均匀对港道内冲淤演变的影响,建立河相关系式见式(8),在当前模型参数和边界条件设置下可求得系数K=0.029。

(8)

对于实际情况下淤泥质海岸入海河口某条特定闸下港道，在港道平面形态和外海潮汐、来沙情况相对稳定并达到动态冲淤平衡的情况下，港道长度、港道内涨落潮历时、平均水深、径流年内分配等水、沙动力条件均趋于恒定，则式(8)可简化为Q=RA的形式，其中R为待定系数。

4.3 实测资料佐证

由于2008—2012年间，射阳河闸下港道实施了裁弯取直、航道疏浚等深水港建设工程[21]，影响了港道的自然冲淤规律，因此，本文对四大港其余3条港道的实测资料进行分析。

新洋港闸建成于1957年，建闸初期担负着里下河地区约25%的排涝任务，港道平均断面积为1 840 m2，2012年汛后港道平均断面积为617 m2，港道长度为10.54 km。龚瑜等[22]通过分析2008—2012年新洋港闸水文观测和闸下港道断面实测数据，当港道达到冲淤平衡时，年均下泄流量Q与港道平均断面积A之间符合Q=0.13A的定量关系。

黄沙港闸建成于1972年，闸下港道原是射阳河闸下的一个大河曲，流经1.1 km的引河后汇入射阳河。1980年射阳河裁弯后，黄沙港闸与射阳河闸分港道共入海口排水，1984年汛后黄沙港闸闸下港道平均断面积为653 m2，2012年汛后平均断面积为356 m2，港道长度为14.07 km。斗龙港闸建成于1966年，闸下港道易冲易淤，冲淤变幅大，1970年汛后港道平均断面积冲刷至1 060 m2，2012年汛后平均断面积淤至292 m2，港道长度为11.20 km。拟合2008—2012年汛期和非汛期，黄沙港闸、斗龙港闸阶段平均下泄流量Q′、阶段初港道平均断面积A′和阶段日均冲淤量△V′之间的关系，如图8所示，表4为实测数据。当阶段日均冲淤量△V′=0时，黄沙港闸下港道日均下泄流量Q与港道平均断面积A之间符合Q=0.13A的定量关系(自由度N=8，显著性水平α=0.01时，相关系数临界值r0.01=0.765)，斗龙港闸下港道符合Q=0.18A的定量关系。

图8 2008—2012年黄沙港与斗龙港Q′/A′与ΔV′相关关系

Fig.8Correlations between Q′/A′ and ΔV′ of the Huangsha Channel and the Doulong Channel during 2008—2012

通过分析以上3个典型港闸的实测资料建立的河相关系式，与数值模拟建立的简化公式形式一致。

表4 2008—2012年黄沙港、斗龙港闸下港道冲淤与水情统计

Table 4 Sediment flushing volumes and runoff discharges of the Huangsha Channel and the Doulong Channel during 2008—2012

港道名称时间港道平均断面积/m2港道容积/万m3阶段日均冲淤量/万m3阶段平均下泄流量/(m3·s-1)黄沙港闸2008-05-05/2008-10-06257～381362～5391.14954.72008-10-06/2009-05-04381～264539～390-0.710015.12009-05-04/2009-09-27264～327390～4720.562044.62009-09-27/2010-04-22327～311472～448-0.116034.62010-04-22/2010-10-17311～354448～5010.298049.32010-10-17/2011-04-12354～252501～374-0.718017.02011-04-12/2011-10-13252～340374～4870.614053.32011-10-13/2012-04-23340～285487～417-0.363028.52012-04-23/2012-10-03285～356417～5090.564044.42012-10-03/2013-04-11356～297509～427-0.432028.3斗龙港闸2008-04-29/2008-10-09243～321272～3720.614052.32008-10-09/2009-04-29321～278372～319-0.262033.92009-04-29/2009-09-26278～300319～3440.167054.92009-09-26/2010-04-14300～304344～3450.005049.22010-04-14/2010-10-21304～312345～3600.079062.42010-10-21/2011-04-11312～187360～226-0.779013.52011-04-11/2011-10-11187～268226～3080.448049.62011-10-11/2012-04-19268～180308～207-0.529023.42012-04-19/2012-10-18180～292207～3220.796026.92012-10-18/2013-04-09292～227322～259-0.364030.5

5 结 论

(1)以江苏沿海北部的射阳河闸下港道为原型，建立淤泥质海岸入海河口闸下港道二维水动力及泥沙输运概化数学模型，分别研究了在不考虑径流年内分配变化和考虑径流年内分配变化下，入海径流对港道内水沙动力和冲淤演变的影响。参照前人研究成果，结合量纲和谐准则，根据计算结果，建立了淤泥质海岸闸下港道年均平衡流量与汛期排水比例、河床断面积、外海潮差、潮波变形、港道长度等因素间的河相关系式，对在实际中达到动态冲淤平衡的某条特定港道，可简化为Q=RA的形式。

(2)通过分析2008—2012年新洋港闸、黄沙港闸和斗龙港闸3个典型港闸的港道冲淤与水情资料，得到当港道达到冲淤平衡时，年均下泄流量与港道平均断面积间分别符合Q=0.13A、Q=0.13A、Q=0.18A的定量关系。分析实测资料建立的河相关系式，佐证了通过数值模拟计算建立的Q=RA简化公式的形式。

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*The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.51379003).

Hydro-geometric relation of tidally-influenced channelsdownstream of floodgates along muddy coasts

LU Qian1, GONG Zheng2, ZHOU Zeng2,3, ZHANG Changkuan2

(1. Shanghai Water Engineering Design and Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200061, China;2. Jiangsu Key Laboratory of Coast Ocean Resources Development and Environment Security, Hohai University,Nanjing 210098, China; 3. School of Environment, University of Auckland, Auckland, New Zealand)

Abstract：Taking a channel downstream the Sheyang sluice as a prototype, a two-dimensional generalized morphodynamic model is established to investigate the siltation mechanism of a typical channel downstream floodgate in muddy coasts, China. The influence of runoff on hydro-sediment dynamics, as well as the souring and silting evolution in the channel, has been explored with and without considering the change of annual runoff distribution, respectively. A semi-empirical equation describing the relation between the equilibrium discharge and the ratio of runoff volume in flood season, channel averaged cross-section, offshore tidal range, tidal wave deformation, channel length and other related factors is established. For a particular channel which is practically in dynamic equilibrium state of erosion-siltation, the above-mentioned equation can be simplified as a simple form of expression of equilibrium discharge and channel averaged cross-section. And the simplified form of this formula is validated by observational data.

Key words：muddy coast; siltation downstream tidal sluice; runoff; hydro-geometric relation

DOI：10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.013

收稿日期：2016-02-15;

网络出版：时间：2016-08-31

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1309.P.20160831.1745.014.html

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51379003);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2015B25614)

作者简介：陆倩(1990—),女,江苏南通人,助理工程师,硕士,主要从事河口海岸工程方面研究。 E-mail:[e-mail]

通信作者：龚政,E-mail: [e-mail]

中图分类号：TV122

文献标志码：A

文章编号：1001-6791(2016)05-0751-12