甌江口滯流點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)值模擬

周志敏,徐　群,雷　蕾

(1. 南京水利科學(xué)研究院,江蘇南京　210029； 2. 溫州市水利局，浙江溫州　325000)

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甌江口滯流點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)值模擬

周志敏1,2,徐群1,雷蕾2

(1. 南京水利科學(xué)研究院,江蘇南京210029； 2. 溫州市水利局，浙江溫州325000)

摘要：利用MIKE21軟件建立甌江口二維水流數(shù)學(xué)模型，研究不同徑、潮流條件下滯流點(diǎn)位置的移動(dòng)規(guī)律，并結(jié)合歷史資料，分析了滯流點(diǎn)遷移對(duì)河口攔門沙的動(dòng)力影響。研究表明：徑、潮流水動(dòng)力的改變，會(huì)改變滯流點(diǎn)的位置，其移動(dòng)規(guī)律與口門攔門沙淺灘演變有密切關(guān)系。徑流量較小時(shí)，滯流點(diǎn)上溯，在南北口內(nèi)均形成滯流點(diǎn)活躍的動(dòng)力平衡帶，口外攔門沙沖刷；當(dāng)徑流量增大時(shí)，南北口滯流點(diǎn)下移引起攔門沙淤積，但向口外延伸的程度將受到分流比和河床地形的影響。

關(guān)鍵詞：甌江口； 數(shù)值模擬； 滯流點(diǎn)； 動(dòng)力平衡帶； 攔門沙

滯流點(diǎn)概念的提出最早可追溯至美國(guó)學(xué)者西蒙斯(H. B. Simmons)提出的水流優(yōu)勢(shì)程度(Predominance of flow)理論[1]：在感潮河口沿河道設(shè)若干測(cè)點(diǎn)，分別求出各個(gè)測(cè)點(diǎn)全潮流速過(guò)程線漲、落潮流速曲線與時(shí)間軸包圍的面積，即漲、落潮單寬流量過(guò)程線包絡(luò)面積Af和Ae。計(jì)算參數(shù)φ=Ae/(Af+Ae)×100%，若φ>50%，則下泄流占優(yōu)勢(shì)；若φ<50%，則上溯流占優(yōu)勢(shì)；φ=50%時(shí)，表明漲落潮流程相等，這個(gè)位置即滯流點(diǎn)位置。近年來(lái)隨著對(duì)河口水沙輸移機(jī)理研究的深入，認(rèn)為潮汐河口徑、潮平衡區(qū)域受咸潮影響產(chǎn)生密度流，即表層向海，底層向陸的環(huán)流結(jié)構(gòu)，底部水流從凈的上溯流轉(zhuǎn)變?yōu)閮舻南滦沽鞯牡攸c(diǎn)即為滯流點(diǎn)[2]。1955年D.W.普理查德以鹽度擴(kuò)散方程為基礎(chǔ)，把河口鹽淡水混合類型概括為4種典型情況[3]：A型為高度分層型，或稱鹽水楔型，如珠江磨刀門河口；B型為部分混合型，如長(zhǎng)江口；C型為垂直均勻強(qiáng)混合型，如錢塘江河口；D型為全斷面均勻混合型，自然界中并不多見(jiàn)，僅在數(shù)值模擬中有所應(yīng)用。甌江河口是強(qiáng)混合型(C型)為主的河口[3]，鹽淡水混合強(qiáng)烈，垂向均勻混合，潮流十分強(qiáng)勁，而徑流相對(duì)較弱，受鹽水入侵滯流點(diǎn)變動(dòng)范圍較大，一年中大部分時(shí)間鹽淡水處于高度混合狀態(tài)，垂向鹽度梯度很小，僅在徑流量特別大時(shí)局部出現(xiàn)緩混合。研究認(rèn)為對(duì)于強(qiáng)混合河口而言，河口徑潮流動(dòng)力平衡點(diǎn)與滯流點(diǎn)存在一致對(duì)應(yīng)關(guān)系，可采用優(yōu)勢(shì)流方法研究滯流點(diǎn)[3-4]。

為確保水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全與穩(wěn)定，最大程度降低水輪發(fā)電機(jī)組和電力系統(tǒng)發(fā)生故障的損失，水輪發(fā)電機(jī)組配置保護(hù)需要完成以下基本任務(wù)：

目前對(duì)滯流點(diǎn)的定義和理解雖不盡相同，但認(rèn)為滯流點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律依賴于徑、潮流動(dòng)力的強(qiáng)弱，其位置變化直接體現(xiàn)在對(duì)河口地貌形態(tài)的塑造過(guò)程中。滯流點(diǎn)頻繁移動(dòng)的區(qū)域(即動(dòng)力平衡帶)在河口沉積過(guò)程中對(duì)泥沙的聚集和沉降起著十分重要的作用，在底部水流作用下，泥沙有向此處集中運(yùn)移的趨勢(shì)，引起滯流點(diǎn)附近泥沙富集落淤[2-3]，所以該區(qū)段最易出現(xiàn)攔門沙，對(duì)入海航道產(chǎn)生明顯影響。研究河口滯流點(diǎn)的變化規(guī)律，對(duì)于分析河口段徑流和潮流變化過(guò)程和攔門沙的形成有現(xiàn)實(shí)意義。

大量研究表明，滯流點(diǎn)位置受徑流、潮流、潮差以及地貌等影響呈動(dòng)態(tài)變化，并且對(duì)河口攔門沙的發(fā)育有重要影響[4-5]。沈煥庭等[5]依據(jù)大量的實(shí)測(cè)資料對(duì)我國(guó)一些大型河口進(jìn)行了系統(tǒng)研究，認(rèn)為河口最大渾濁帶與漲落潮優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)換地帶(滯流點(diǎn))存在一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系；徐群等[4]通過(guò)對(duì)甌江口徑潮流動(dòng)力平衡特點(diǎn)的研究，分析了河口攔門沙長(zhǎng)期存在的原因；李澤剛[6]探討了黃河口滯流點(diǎn)位置與徑流及潮流的關(guān)系，進(jìn)而研究了攔門沙的形成機(jī)理；顧偉浩[7]擬合了徑流、潮差和水深3個(gè)主要因子下長(zhǎng)江口南槽滯流點(diǎn)變化的回歸方程，得出的滯流點(diǎn)位置與攔門沙區(qū)域較為吻合；楊云平等[8]分別從實(shí)測(cè)資料、物理模型及數(shù)學(xué)模型等角度，研究了長(zhǎng)江口滯流點(diǎn)和最大渾濁帶的成因及演化規(guī)律，得出：隨流量增加滯流點(diǎn)以正比關(guān)系向外海下移，潮流增大、海平面上升時(shí)滯流點(diǎn)都將向口內(nèi)上溯，對(duì)于河口呈往復(fù)流特性的水域，潮差增加時(shí)滯流點(diǎn)也將向口內(nèi)上溯。近年來(lái)，二維水流數(shù)學(xué)模型在優(yōu)勢(shì)流和滯流點(diǎn)的研究中已廣泛應(yīng)用。

本研究采用丹麥水力研究所(Danish Hydraulic Institute)開(kāi)發(fā)的MIKE21水動(dòng)力軟件建立甌江口平面二維水流數(shù)學(xué)模型，定量模擬不同徑流動(dòng)力條件下滯流點(diǎn)遷移現(xiàn)象，并在已有研究成果基礎(chǔ)上，分析徑、潮流動(dòng)力平衡的轉(zhuǎn)換對(duì)攔門沙演變的影響規(guī)律。

1甌江口二維水流數(shù)學(xué)模型

甌江口位于著名的強(qiáng)潮海區(qū)——溫州灣北部，屬于山溪性強(qiáng)潮河口。河口附近海域潮汐為正規(guī)半日潮，潮高不等現(xiàn)象較為明顯，通常漲潮歷時(shí)小于落潮歷時(shí)，海區(qū)潮差大，河口潮差由溫州灣經(jīng)口門向內(nèi)逐漸增大，至龍灣附近最大，可達(dá)8 m以上，然后向上游遞減[9]。潮流屬正規(guī)半日潮流類型，呈往復(fù)流動(dòng)，潮流動(dòng)力強(qiáng)勁。徑流具有典型山區(qū)河流特征，洪峰流量大，形成歷時(shí)短，根據(jù)圩仁站多年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，最大洪峰流量22 800 m3/s(1952年7月20日)，最小流量10.6 m3/s(1967年10月20日)，洪枯水之比達(dá)2 000倍，徑流下泄時(shí)對(duì)漲潮流有阻礙作用，徑流超過(guò)5 000 m3/s時(shí)，梅岙已無(wú)漲潮流；徑流超過(guò)12 000 m3/s時(shí)，溫州已無(wú)漲潮流[10]。出?？谟伸`昆島分為南北兩口入海，其中北口水深大，航槽長(zhǎng)期穩(wěn)定；南口于1979年上段拋筑潛壩，又因溫州淺灘工程的需要，于2001年將潛壩加高到1.2 m左右 (吳淞基面)，自從實(shí)施南口潛壩工程以來(lái)，潛壩外側(cè)的南口河段河床不斷淤高，低潮時(shí)大片淺灘露出，南口已日趨衰亡。由于口外島嶼眾多，加之溫州淺灘床面不斷淤高，對(duì)于外海傳入波浪起到了較好的阻擋作用[4]，因此本研究不考慮波浪影響。

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模型基于二維不可壓縮和Reynolds值均分布的Navier-Stokes方程，并服從Boussinesq 渦黏假定和流體靜壓假定，采用有限體積法求解，模型控制方程如下。

為準(zhǔn)確研究徑流與潮流條件對(duì)河口動(dòng)力狀態(tài)的影響，分別模擬不同邊界條件下的水流運(yùn)動(dòng)(表1)，對(duì)比分析南北口滯流點(diǎn)的移動(dòng)特征。各采樣點(diǎn)設(shè)置如圖2所示，根據(jù)前文中的φ計(jì)算式算出各采樣點(diǎn)的φ值，從而得到滯流點(diǎn)。

(1)

x方向動(dòng)量方程：

(2)

y方向動(dòng)量方程：

(3)

圖1　計(jì)算域網(wǎng)格Fig.1　Sketch map of grids

采用2005年6—7月的實(shí)測(cè)水文資料對(duì)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，對(duì)大、中、小潮進(jìn)行了復(fù)演，各測(cè)流斷面計(jì)算潮位、流量過(guò)程與實(shí)測(cè)潮位、流量過(guò)程基本吻合，計(jì)算過(guò)程與實(shí)測(cè)過(guò)程的相位一致。驗(yàn)證結(jié)果表明，數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)資料吻合較好，符合精度要求，可以利用此模型開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

模型范圍如圖1所示：上游邊界至圩仁站，外海邊界至20 m等深線處，研究區(qū)域包括甌江口內(nèi)外、樂(lè)清灣和溫州灣部分海域，其中連通靈昆島及霓峪島的靈霓北堤于2005年2月全線出水貫通，堤頂高程8.5 m(吳淞基面)，故將大堤設(shè)置為固邊界較符合實(shí)際情況。計(jì)算域采用不規(guī)則三角形網(wǎng)格剖分，最小空間步長(zhǎng)為30 m，三角形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)36 438個(gè)，三角形單元71 406個(gè)。模型上邊界采用實(shí)測(cè)流量過(guò)程線，外海開(kāi)邊界由8個(gè)主要分潮的調(diào)和常數(shù)計(jì)算求得[11]，糙率取值范圍0.014～0.021[12]。

1.1控制方程

南北口不同邊界條件下的優(yōu)勢(shì)流曲線如圖3所示，其中縱坐標(biāo)為水流優(yōu)勢(shì)程度φ，橫坐標(biāo)為距龍灣采樣點(diǎn)的沿程距離。從圖3可見(jiàn)，不論何種潮型，滯流點(diǎn)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象總體基本一致。各汊道都存在滯流點(diǎn)位置隨徑流增加而下移的現(xiàn)象，相對(duì)而言，滯流點(diǎn)位置變化受潮流的影響較弱。然而，南北口汊道滯流點(diǎn)的位置和移動(dòng)范圍并不完全對(duì)應(yīng)。

1.2模型建立

采苦菜，采苦菜，在首陽(yáng)山之下。 人們所傳的話，暫且不要參合。 拋開(kāi)吧，拋開(kāi)吧，暫且不要附和它。 那么人們傳的話，怎么能產(chǎn)生作用呢？

2計(jì)算結(jié)果

連續(xù)性方程：

圖2　采樣點(diǎn)位置Fig.2　Sketch map of analysis points

上游邊界(圩仁站)外海開(kāi)邊界潮型潮差/m多年平均流量Q=460m3/s多年平均洪水流量Q=3000m3/s大潮5.5950%頻率流量Q=8890m3/s中潮4.9820%頻率流量Q=13100m3/s小潮3.74

圖3　甌江河口優(yōu)勢(shì)流曲線以及滯流點(diǎn)位置縱向分布Fig.3　Curves of predominant current and location of 　stagnation point in Oujiang River estuary

1.3模型驗(yàn)證

我國(guó)關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)械化立法的相關(guān)法律主要有2件，《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》（2004年制定）（以下簡(jiǎn)稱《農(nóng)機(jī)促進(jìn)法》），這部法律共8章35條，就農(nóng)業(yè)機(jī)械化的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了一個(gè)框架制度構(gòu)建，把農(nóng)業(yè)機(jī)械化這一范疇以法律形式進(jìn)行了明確規(guī)定，其中包括科研開(kāi)發(fā)、農(nóng)業(yè)機(jī)械質(zhì)量保障、農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的推廣使用、社會(huì)化服務(wù)、國(guó)家的扶持措施和法律責(zé)任等方面。在《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)法》（1993年制定，2002年、2009年、2012年修改）中，也在第6條和第20條分別提到了與農(nóng)業(yè)機(jī)械化相關(guān)規(guī)定。

當(dāng)徑流量較小時(shí)，徑流作用較弱，潮流為河口段主導(dǎo)動(dòng)力因素，滯流點(diǎn)位置上溯。南北口滯流點(diǎn)活動(dòng)范圍均在口內(nèi)擺蕩，形成了不同長(zhǎng)度的動(dòng)力平衡帶。其中北口段范圍為七里至崎頭段，長(zhǎng)約8 km；南口由于南口潛壩的影響，納潮量較小，徑、潮流動(dòng)力均較弱，自潛壩至口外形成了長(zhǎng)約10 km的動(dòng)力平衡帶，這與南口河床不斷淤高相應(yīng)。此外可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)徑流量小于多年平均洪水流量3 000 m3/s時(shí)，在龍灣處也存在一個(gè)滯流點(diǎn)，說(shuō)明此處潮流與徑流勢(shì)均力敵。造成這種現(xiàn)象一方面有潮流上溯的動(dòng)力大幅減弱、徑流動(dòng)力不斷增強(qiáng)的原因；另一方面與此處獨(dú)特的地形條件密不可分。七都南北兩汊落潮主流匯合于龍灣凹岸，加之七都島末端炮臺(tái)沙磯頭的挑流作用，在此處產(chǎn)生了緩流區(qū)，上溯鹽水與下泄淡水在此充分作用，所以龍灣附近含沙量極大，這也從動(dòng)力因素的角度解釋了龍灣龐大規(guī)模沙灘得以發(fā)育的原因。

流量較大時(shí)，徑流動(dòng)力相對(duì)增強(qiáng)，對(duì)河口潮流有巨大的阻礙作用，口內(nèi)漲落潮流速受洪水影響程度大于口外。此時(shí)，徑流是河口段的主導(dǎo)動(dòng)力因素。靈昆島北側(cè)的磐石至崎頭是潮流作用最強(qiáng)河段，落潮流速普遍大于漲潮流速。出北口崎頭后，水域開(kāi)闊，水流分別向溫州淺灘、中水道和北水道方向擴(kuò)散，徑流動(dòng)力的影響逐漸減弱，落潮流速在攔門沙一帶迅速減小，使滯流點(diǎn)位置延伸至口外。同理，南口滯流點(diǎn)也下移，但其位置明顯延伸至更遠(yuǎn)。南口雖然落潮分流比不足30%，但由于潛壩高度仍在中潮位下，較大徑流量時(shí)落潮流仍有較大流量，加之其河槽寬淺順直，落潮流速得以顯著增大；同時(shí)由于河床不斷萎縮、河床淤高的影響，通過(guò)底層上溯的水量遠(yuǎn)小于北口，使得環(huán)流結(jié)構(gòu)較弱，因而滯流點(diǎn)下移距離大于北口，使其滯流點(diǎn)位置更靠海。該特征與兩汊迥異的河床地形和穩(wěn)定的汊道分流比特點(diǎn)相一致。

當(dāng)k≤10時(shí)，計(jì)算值為模型值，用于檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠裾_。當(dāng)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驼_時(shí)，取k>10，就可對(duì)未來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

綜合甌江口南北口汊道滯流點(diǎn)位置，得出多年平均流量條件下南北口滯流點(diǎn)移動(dòng)距離的范圍，此范圍即為徑、潮流勢(shì)均的動(dòng)力平衡帶。相比較而言，當(dāng)徑流較小時(shí)，南北口在口內(nèi)都存在較長(zhǎng)的動(dòng)力平衡帶，其中北口滯流點(diǎn)上溯至七里，下界面可達(dá)口外，活動(dòng)范圍約為8 km；南口滯流點(diǎn)活動(dòng)范圍上界面在潛壩附近，下界面可達(dá)口外較遠(yuǎn)處，活動(dòng)范圍約10 km。當(dāng)徑流增加時(shí)，潮流動(dòng)力對(duì)于口內(nèi)的作用逐漸減弱，使得兩汊滯流點(diǎn)位置均下移延伸至口外。這與甌江口口內(nèi)河床洪沖枯淤的特點(diǎn)相吻合。

3徑流對(duì)河口地貌的影響

河口段存在著徑流和潮流兩個(gè)主要的動(dòng)力因素，這兩者在塑造河口河床斷面形態(tài)、維持河口水下地貌形態(tài)中起著主要作用，所以這兩種力量的消長(zhǎng)必然會(huì)影響河床的變化。歷年水下地形資料表明，甌江徑流來(lái)沙量不大，口內(nèi)河床斷面沖淤變化受上游洪水來(lái)量影響很大，明顯具有洪沖枯淤的變化規(guī)律。

京港澳高速公路涿州(京冀界)—石家莊段運(yùn)營(yíng)20 a以來(lái)，交通量迅速增長(zhǎng)，服務(wù)水平已趨于飽和。因此，擴(kuò)建本段高速公路是十分必要的。依托京港澳高速公路涿州(京冀界)—石家莊段雙向四車道對(duì)稱加寬為雙向八車道改擴(kuò)建工程，選取某典型斷面進(jìn)行計(jì)算，路基填高為5.0 m，路面寬度為26 m加寬至42 m，邊坡斜率均為1∶1.5。根據(jù)地質(zhì)勘查資料，地面以下土層分別為4.5 m粉土，5.7 m淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，11.3 m粉質(zhì)黏土。

受上游進(jìn)口磐石磯頭和下游出口崎頭磯頭的約束，北口發(fā)育為一微彎河道，河道上寬下窄。作為入海主通道，北口徑流和潮流動(dòng)力強(qiáng)勁，灘槽相對(duì)穩(wěn)定，其深槽水深歷年變化不大。通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算的流態(tài)分析表明，北口斷面落潮歷時(shí)長(zhǎng)、落潮流速大，即使在流量較小的情況下，北口仍以落潮流為主；其次彎道深槽垂線落潮流速大于漲潮流速，而在凸岸邊灘上，漲潮流速大于落潮流速，造成兩岸漲落潮流路分歧，從而形成了彎道環(huán)流。在彎道環(huán)流和落潮優(yōu)勢(shì)流長(zhǎng)期作用下，彎道凹岸深槽沖刷發(fā)展，動(dòng)力平衡帶內(nèi)的泥沙向凸岸邊灘大量堆積，形成沙坎，如圖4所示。

圖4　甌江口水下地形(2005年)Fig.4　Sketch map of underwater topography in Oujiang 　River estuary(2005)

南口是較典型的寬淺順直河段，全長(zhǎng)僅7 km，長(zhǎng)期以來(lái)，南口河床處在緩慢的淤積過(guò)程之中。由于南口潛壩阻斷了北側(cè)的2 m深槽，南口汊道對(duì)于漲潮流阻力的增加要大于北口汊道，加之受較少的分流分沙比影響，泥沙在動(dòng)力平衡帶內(nèi)大量落淤，無(wú)法形成深槽。隨上游徑流量增大，口內(nèi)落潮流優(yōu)勢(shì)不斷增大，所以自潛壩開(kāi)始，動(dòng)力平衡帶內(nèi)的泥沙向下輸移，上下邊灘連成一體，甚至在中部淤積成為心灘。

本次調(diào)研通過(guò)E-mail和現(xiàn)場(chǎng)發(fā)放問(wèn)卷相結(jié)合的方式進(jìn)行，共發(fā)出200份問(wèn)卷。由于個(gè)別問(wèn)卷填寫不規(guī)范，所以將其剔除，共計(jì)62份。最終獲得138份有效問(wèn)卷。被調(diào)查者可以通過(guò)Likert 7點(diǎn)量表所包含的7個(gè)等級(jí)對(duì)問(wèn)卷中各題項(xiàng)的認(rèn)同程度進(jìn)行差異化區(qū)別。

根據(jù)優(yōu)勢(shì)流計(jì)算結(jié)果分析，當(dāng)徑流增大時(shí)，北口口門外落潮優(yōu)勢(shì)度并未明顯增加，一方面是因?yàn)樯嫌螐搅饔屑哟舐涑绷魉?、減小漲潮流速作用的原因；另一方面是由于口外受徑流動(dòng)力的作用明顯減弱，即漲落潮流速受徑流影響程度口內(nèi)大于口外，這與北口外長(zhǎng)期存在大面積的攔門沙淺灘——三角沙有必然的聯(lián)系。北口落潮水流出崎頭后，水域開(kāi)闊，漲落潮沖刷力量均減弱，水流漫溢擴(kuò)散，流速迅速減小，在攔門沙淺灘頂部流速最小，流域來(lái)沙中的細(xì)顆粒泥沙在此大量落淤，這是三角沙形成的原因之一。此外，歷史資料表明，洪季流量較大時(shí)是流域輸沙的主要時(shí)期，此時(shí)徑流含沙量通常也較大，口內(nèi)落潮優(yōu)勢(shì)較大，隨著滯流點(diǎn)位置下移，徑流泥沙遇鹽水而絮凝沉降，向底層集積，并在底層上溯流的作用下，向滯流點(diǎn)附近匯聚成高含沙量區(qū)，這是三角沙形成的原因之二。伴以上述原因以及風(fēng)浪等因素的影響，三角沙得以在口門附近發(fā)育并且長(zhǎng)期存在。由北口優(yōu)勢(shì)流計(jì)算可知，在上游流量小于多年洪季平均流量3 000 m3/s時(shí)，滯流點(diǎn)上溯至北口以內(nèi)，漲潮流優(yōu)勢(shì)使得三角沙發(fā)生沖刷。綜上所述，北口攔門沙具有洪淤枯沖的變化規(guī)律，其部位相對(duì)固定，并且與多年平均洪季流量相應(yīng)，這與多年實(shí)測(cè)水下地形資料基本一致。

徑流和潮流的消長(zhǎng)是導(dǎo)致滯流點(diǎn)位置遷移的主要原因，滯流點(diǎn)頻繁上溯或下移的變化對(duì)河口地貌演變具有深遠(yuǎn)影響?？谕鈹r門沙呈洪淤枯沖的趨勢(shì)，而口內(nèi)河床卻相反，這與滯流點(diǎn)位置的遷移規(guī)律相符。根據(jù)歷史資料，1990—2000年是連續(xù)豐水年，洪水頻發(fā)，多次洪水過(guò)程峰值流量超過(guò)10 000 m3/s，滯流點(diǎn)位置下移至口外，攔門沙淤積，而南北兩汊口內(nèi)河床卻均發(fā)生較大的沖刷，說(shuō)明本研究結(jié)果與實(shí)際情況相符。

4結(jié)語(yǔ)

利用MIKE21軟件建立甌江口二維水流數(shù)學(xué)模型，并對(duì)甌江口南北口汊道滯流點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了定量分析，得出以下結(jié)論：①北口滯流點(diǎn)活動(dòng)范圍多年來(lái)變化不大，在口內(nèi)七里至崎頭段形成了長(zhǎng)約8 km的動(dòng)力平衡帶，該動(dòng)力平衡帶的形成與多年平均徑流量一致；南口滯流點(diǎn)活動(dòng)范圍較廣，上溯可至潛壩附近，下移可達(dá)口外。②作為表征河口攔門沙河段水動(dòng)力特征的重要指標(biāo)，滯流點(diǎn)遷移范圍與口門攔門沙淺灘的消長(zhǎng)關(guān)系密切。本研究對(duì)于認(rèn)識(shí)河口段徑潮流動(dòng)力變化和口外攔門沙現(xiàn)象有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]SCHULTZ E A, SIMMONS H B. Fresh water-salt water density currents, a major cause of siltation in estuaries[M]. United States： Committee on Tidal Hydraulics, 1957.

[2]王昌杰. 河流動(dòng)力學(xué)[M]. 北京:人民交通出版社, 2004. (WANG Chang-jie. River dynamics[M]. Beijing: China Communications Press, 2004. (in Chinese))

[3]嚴(yán)愷. 中國(guó)海岸工程[M]. 南京: 河海大學(xué)出版社, 1992. (YAN Kai. Chinese coastal engineering[M]. Nanjing: Hohai University Press, 1992. (in Chinese))

[4]徐群, 蔣燕, 王俊. 強(qiáng)潮河口徑潮流動(dòng)力平衡特點(diǎn)研究[J]. 水道港口, 2009(1): 20- 25. (XU Qun, JIANG Yan, WANG Jun. Study on dynamic balance characteristics of runoff and tidal current for macro-tidal estuary [J]. Journal of Waterway and Harbor, 2009(1): 20- 25. (in Chinese))

[5]沈煥庭, 賀松林, 茅志昌, 等. 中國(guó)河口最大渾濁帶芻議[J]. 泥沙研究, 2001(1): 23- 29. (SHEN Huan-ting, HE Song-lin, MAO Zhi-chang, et al. On the turbidity maximum in the Chinese estuaries[J]. Journal of Sediment Research, 2001(1): 23- 29. (in Chinese))

[6]李澤剛. 黃河口攔門沙的形成和演變[J]. 地理學(xué)報(bào), 1997, 52(1): 54- 62. (LI Ze-gang. Formation and evolution of the bar on Yellow River estuary[J]. Acta Geographica Sinica, 1997, 52(1): 54- 62. (in Chinese))

[7]顧偉浩. 長(zhǎng)江口滯流點(diǎn)位置的預(yù)測(cè)[J]. 水運(yùn)工程, 1982(9): 8. (GU Wei-hao. Prediction of the location of the stagnation point in the Changjiang River estuary[J].Port & Waterway Engineering, 1982(9): 8. (in Chinese))

[8]楊云平, 李義天, 孫昭華, 等. 長(zhǎng)江口最大渾濁帶懸沙濃度變化趨勢(shì)及成因[J]. 地理學(xué)報(bào), 2013(9): 1240- 1250. (YANG Yun-ping, LI Yi-tian, SUN Zhao-hua, et al. Trends and causes of suspended sediment concentration variation in the turbidity maximum zone at the Yangtze River estuary[J]. Acta Geographica Sinica, 2013(9): 1240- 1250. (in Chinese))

[9]陸永軍, 徐群, 李浩麟, 等. 溫州南口工程對(duì)防洪影響的潮流數(shù)學(xué)模型研究[R]. 南京: 南京水利科學(xué)研究院, 2007. (LU Yong-jun, XU Qun, LI Hao-lin, et al. Tidal current simulation model of flood control impact for south branch engineering in Wenzhou city[R]. Nanjing: Nanjing Hydraulic Research Institute, 2007. (in Chinese))

[10]王順中, 李浩麟. 甌江口攔門沙航道回淤分析[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào), 2006(3): 18- 24. (WANG Shun-zhong, LI Hao-lin. Back silting analyses of sandbar-dotted waterway in Oujiang River estuary[J]. Hydro-Science and Engineering, 2006(3): 18- 24. (in Chinese))

[11]李孟國(guó), 鄭敬云. 中國(guó)海域潮汐預(yù)報(bào)軟件Chinatide的應(yīng)用[J]. 水道港口, 2007, 28(1): 65- 68. (LI Meng-guo, ZHENG Jing-yun. Introduction to Chinatide software for tide prediction in China seas[J]. Journal of Waterway and Harbor, 2007, 28(1): 65- 68. (in Chinese))

[12]陸永軍, 李浩麟, 董壯， 等. 強(qiáng)潮河口圍海工程對(duì)水動(dòng)力環(huán)境的影響[J]. 海洋工程, 2002, 20(4): 17- 25. (LU Yong-jun, LI Hao-lin, DONG Zhuang, et al. Effects of the reclamation projects on hydro-dynamic environment in a strong tide estuary[J]. The Ocean Engineering, 2002, 20(4): 17- 25. (in Chinese))

Numerical simulation of characteristics of motion of stagnation point in Oujiang River estuary

ZHOU Zhi-min1，2， XU Qun1， LEI Lei2

(1.NanjingHydraulicResearchInstitute，Nanjing210029，China; 2.WaterConservancyBureauofWenzhouCity，Wenzhou325000,China)

Abstract：Based on the MIKE21-Flow model, a two-dimensional flow mathematical model has been established to study the characteristics of motion of a stagnation point under different runoffs and tides in the Oujiang River estuary. And based on historical data, this paper analyzes the dynamic effect of the stagnation point migration on the entrance bar. The research results demonstrate that due to the changes of flow conditions, the location of the stagnation point will make appropriate response. And this unique characteristic of motion is in conformity with the evolution of the entrance bar. When river discharge decreases, the stagnation point moves upstream so actively that a dynamic balance zone is formed at both south and north branches, and scouring at the entrance bar occurs. When river discharge increases, affected by the split ratio and the riverbed topography, the stagnation point moves towards downstream with different extensions at the south and north branches, which makes the entrance bar have further deposition. The research results have a great significance in understanding the hydrodynamic changes in the Oujiang River estuary under the influence of the existing works．

Key words：Oujiang River estuary; numerical simulation; stagnation point; dynamic balance zone; entrance bar

中圖分類號(hào)：TV148

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-640X(2016)01-0116-06

作者簡(jiǎn)介：周志敏(1989—)，男，江蘇蘇州人，碩士研究生，主要從事河口水動(dòng)力學(xué)研究。E-mail: zhouzmNHRI@163.com

收稿日期：2015-03-09

DOI:10.16198/j.cnki.1009-640X.2016.01.017

周志敏， 徐群， 雷蕾. 甌江口滯流點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)值模擬[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào), 2016(1): 116-121. (ZHOU Zhi-min, XU Qun, LEI Lei. Numerical simulation of characteristics of motion of stagnation point in Oujiang River estuary[J]. Hydro-Science and Engineering, 2016(1): 116-121.)