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内河航道港口回淤

2020-04-09 21:01

具有一定水深和平面尺度的内河航道和港口水域由于泥沙输沙的不平衡而产生的淤积。

内河航道回淤量计算

以悬沙为主的情况下,可采用不平衡输沙关系式计算。对于稳定流,通过航道后的水流含沙量为

式中,S为通过航道后的水流含沙量,kg/m3;S0为进入航道的含沙量,kg/m3;S*为航道的水流挟沙能力,kg/m3;ω为泥沙沉降速度,m/s;ΔL为水流横跨航道的长度,m;α为综合系数,由现场实测资料确定,无资料时初步估算一般可取α=0.25~0.5;q为水流横跨航道ΔL长度的流量,m3/s。

一般可认为,航道开挖前原河床基本处于不冲不淤的输沙平衡状态,即来沙量近似等于水流挟沙能力。航道开挖后,破坏了原来的河床地形,航道水深加大,横跨航道的水流流速减小,水流挟沙能力降低。

由式(1)得出S后,S0与S之差就是淤积在航道内的含沙量。将此含沙量乘以相应的单宽流量和时间即为单宽航道的淤积量。

底沙运动对航道开挖后的回淤影响很大,存在底沙淤积时,底沙淤积与悬沙淤积可分开计算,根据航道内外的水流条件变化,直接按底沙输沙平衡关系式计算航道内的淤积量。如果存在波浪作用,应加入风浪掀沙的淤积因素。

内河港池回淤量计算

开敞式港池回淤量计算与内河航道回淤量计算方法基本一致。

内河挖入式港池回淤量计算中应考虑回流淤积、异重流淤积、河流水位上升灌入的泥沙淤积。

回流淤积

港池口门与河道水流常呈一定交角,从而在此产生回流,由于河道水流含沙量较大,在河道水流与回流间的法线方向存在着含沙量梯度,通过水流的紊动扩散作用,不断促使河道中的泥沙向回流区转移,进入回流区中较粗的泥沙发生累积性沉积。

单位时间内回流的淤积量可表示为

式中,Gs为单位时间内回流的淤积量,kg;U为靠近口门处河道水流流速,m/s;S为靠近口门处河道含沙量,kg/m3;B、H分别为口门的宽度和水深,m;φ为综合系数,中国长江某工程根据实测资料计算的φ值为0.0036~0.0039。

未能下沉的较细泥沙,回流可以起到转运的作用,在转运过程中,较细泥沙以异重流的形式进入港池淤积。

异重流淤积

港池外的河道中含有一定的沙量,港池内水流接近静水,含沙量甚少,存在着含沙量梯度,从而将形成以异重流的方式向港池口门回流以内的范围淤积。单位时间内由异重流带入港池内的沙量为

式中,G′s为单位时间内由异重流带入港池内的沙量,kg;b为异重流潜入断面的宽度,m;h′为潜入断面附近的异重流高度,m;U′为潜入断面附近的异重流流速,m/s;S′为潜入断面附近的异重流含沙量,kg/m3

异重流高度h′与异重流潜入断面的水深H成正成,h′=K1H。中国青山运河观测资料为K1=0.68,长江某河段为K1=0.50。异重流流速U′可表示为

,其中g′为有效重力加速度。中国青山运河实测资料为K2=0.415,长江某河段为K2=0.405。异重流含沙量S′与主流含沙量S也存在一定关系。因此式(3)可改写为

式中,φ为综合系数,在长江某河段实测并结合模型分析得出φ=0.014,青山运河为φ=0.0191。

河流水位上升灌入的泥沙淤积

根据增加的水体积及其含沙量确定。

回流淤积、异重流淤积和河流水位上升灌入的泥沙淤积三者组成了内河挖入式港池的淤积总量。

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