何俊輝

摘要：平陸運(yùn)河沿線支流眾多，支流泥沙進(jìn)入運(yùn)河淤積后會(huì)對運(yùn)河通航造成不利影響。為準(zhǔn)確反映平陸運(yùn)河舊州江支流匯入口泥沙淤積情況，文章通過建立舊州江支流口內(nèi)不同坡比消能措施的二維水流泥沙數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬研究，得到了豐水年、平水年、枯水年舊州江支流年平均淤積比，以及淤積在舊州江支流和進(jìn)入運(yùn)河的沙量，并分析了支流口內(nèi)不同坡比消能措施對積淤量、積淤趨勢及積淤分布的影響，研究成果對舊州江支流口治理具有重要工程價(jià)值。

關(guān)鍵詞：平陸運(yùn)河；舊州江；泥沙淤積；數(shù)值模擬

中圖分類號：U617.6 A 01 001 2

0 引言

干支流交匯區(qū)的水沙運(yùn)動(dòng)過程受匯流比、入?yún)R角等因素的影響。當(dāng)挾帶大量泥沙的水流通過交匯區(qū)時(shí)，其流速變小、挾沙能力降低，使大量泥沙淤積，主河道水位抬高，增加洪水漫堤可能性。因此，研究支流泥沙淤積對運(yùn)河正常通航具有重要意義［1-2］。 目前相關(guān)學(xué)者已對支流入?yún)R區(qū)域的泥沙淤積進(jìn)行了大量研究，如：彭萬兵等［3］對重慶市主城區(qū)嘉陵江入?yún)R長江河段的走沙過程及該河段沖淤規(guī)律進(jìn)行了分析；詹磊等［4］針對干支流直角交匯區(qū)水流泥沙運(yùn)動(dòng)，提出了新的包含水深比及回流長度的局部水頭損失系數(shù)計(jì)算公式。本文通過對水流、泥沙運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，為航道的清淤工作及安全運(yùn)行提供重要幫助。

1 工程概況

平陸運(yùn)河以發(fā)展航運(yùn)為主，兼顧供水、灌溉、防洪、改善水生態(tài)環(huán)境等功能。其干流航道是由原西津水庫沙坪河、舊州江、欽江以及分水嶺開挖形成的人工運(yùn)河。整個(gè)干流航道長約135 km，其中內(nèi)河航道部分長約100.5 km，由馬道、企石和青年樞紐3個(gè)梯級庫區(qū)構(gòu)成。平陸運(yùn)河與沙坪河交匯河段上距馬道樞紐約8.7 km，下距平塘江口（沙坪河郁江交匯口）約21 km。舊州江作為平陸運(yùn)河支流在舊州鎮(zhèn)文坳子村匯入運(yùn)河，入?yún)R角度約45°。舊州江枯水期本河段平均河寬約15 m，水深約0.8 m，河床比降約0.8。舊州江匯入口河勢圖見圖1。

本文選取了運(yùn)河干流段長約1.6 km、舊州江長約0.71 km的部分進(jìn)行建模研究。模型采用控制體積法對水沙控制方程進(jìn)行離散，采用三角形網(wǎng)格進(jìn)行剖分。模型網(wǎng)格尺度采用10～15 m，局部加密至5～8 m，總體網(wǎng)格數(shù)量約8 846個(gè)。對舊州江河段建立的網(wǎng)格見圖2。

本文建立的平面二維水流泥沙數(shù)學(xué)模型已得到相關(guān)驗(yàn)證［5］。驗(yàn)證結(jié)果與實(shí)測資料吻合較好，符合相關(guān)規(guī)定要求，說明所建的二維數(shù)學(xué)模型能夠較好模擬研究河段的水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可用于開展河段的泥沙淤積研究。

2 數(shù)值模擬研究

2.1 模擬工況

根據(jù)平陸運(yùn)河干流與支流入?yún)R關(guān)系分析，從不利角度出發(fā)，模擬選取的水文情況見下頁表1。舊州江匯合點(diǎn)上游運(yùn)河流量過程、舊州江流量過程和含沙量過程見下頁圖2～4。

2.2 方案布置

為減小運(yùn)河修建后舊州江對運(yùn)河通航水流和泥沙條件的影響，對支流匯入運(yùn)河口段進(jìn)行了銜接布置?，F(xiàn)狀情況下，由舊州江匯入運(yùn)河河口段的河床底高程約16.0 m，在河口段進(jìn)行放坡銜接，設(shè)置三級消力池，即由原泥面38.5 m放坡至消力池26.2 m后接運(yùn)河河底27.7 m高程。舊州江支流口內(nèi)消能措施有兩個(gè)方案，方案一為1∶15放坡，方案二為1∶4放坡。方案平面布置見圖5。

2.3 計(jì)算相關(guān)參數(shù)

模型計(jì)算范圍內(nèi)運(yùn)河干流段共長約1.6 km，舊州江長約0.71 km。模擬范圍內(nèi)的地形插值到網(wǎng)格后的地形云圖見圖6。

2.4 模擬計(jì)算成果

豐水年、平水年、枯水年淤積分布見后頁圖7。與初始地形相比，豐水年主要淤積部位為支流、支流河口至運(yùn)河的過渡段以及運(yùn)河內(nèi)，豐水年總輸沙量為0.70×104 t，豐水年末研究河段總淤積量約為0.43×104 t。最大淤積厚度位于支流沉砂池附近，最厚約為0.41 m，運(yùn)河外側(cè)最大淤積厚度為0.12 m。支流淤積比（支流淤積量/總淤積量）為61%。

與初始地形相比，平水年主要淤積部位為支流、支流河口至運(yùn)河的過渡段以及運(yùn)河內(nèi)，平水年總輸沙量為0.56×104 t，平水年末研究河段總淤積量約為0.36×104 t。最大淤積厚度位于支流，最厚約為0.48 m，運(yùn)河過渡段和運(yùn)河左側(cè)最大淤積厚度為0.1 m。支流淤積比（支流淤積量/總淤積量）為65%。

與初始地形相比，枯水年主要淤積部位為支流以及支流河口至運(yùn)河的過渡段，枯水年總輸沙量為0.18×104 t，枯水年末研究河段總淤積量約為0.16×104 t。最大淤積厚度位于支流，最厚約為0.1 m，運(yùn)河過渡段和運(yùn)河左側(cè)最大淤積厚度為0.02 m。支流淤積比（支流淤積量/總淤積量）為91%。

方案一和方案二的淤積趨勢基本相同，淤積分布不同的是方案一主要淤積在1∶15的坡上，方案二主要淤積在1∶4放坡后的沉砂池內(nèi)。方案一的淤積部位較方案二更加趨近于運(yùn)河河道邊緣。

2.5 模擬計(jì)算成果分析

（1）從泥沙計(jì)算結(jié)果來看，支流淤積比（支流淤積量/總淤積量）在豐水年、平水年、枯水年分別約為61%、65%、91%，淤積在支流的沙量分別為0.43×104 t、0.36×104 t、0.16×104 t，進(jìn)入運(yùn)河的沙量分別為0.7×104 t、0.56×104 t、0.18×104 t；通過數(shù)據(jù)分析可知，雨量越充沛的年份，淤積在支流的沙量及進(jìn)入運(yùn)河的沙量越多，但支流淤積比會(huì)隨著雨量的增加而變小。

（2）在舊州江放坡方案對比中1∶15和1∶4兩個(gè)方案總的淤積量變化不大，1∶15方案和1∶4方案的淤積趨勢也基本相同，淤積分布不同的是方案一主要淤積在1∶15的坡上，方案二主要淤積在1∶4的沉砂池內(nèi)。方案一的淤積部位較方案二更加趨近于運(yùn)河河道邊緣。這說明坡度越緩，因水流勢能的降低，淤積物更趨于分布在坡道以及運(yùn)河河道邊緣。

3 結(jié)語

從模擬計(jì)算結(jié)果來看，較緩的放坡如遇到特殊水文年導(dǎo)致大量泥沙淤積在坡上，這不利于船舶進(jìn)行疏浚作業(yè)，因此在設(shè)計(jì)階段不宜采用較緩的支流口放坡坡度；同時(shí)，豐水期支流淤積砂量以及進(jìn)入運(yùn)河的砂量相比于枯水期均有較大增加，因此在運(yùn)河后期養(yǎng)護(hù)階段在豐水期應(yīng)加強(qiáng)支流口的疏浚工作，以保障運(yùn)河的正常通航能力。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2023-10-08