水利水电技术第４４卷２０ｌ３年第ｌ２期 钱塘江东江嘴弯道切滩工程数值模拟 史艳华 ，李磊岩 ，韩曾萃 （１．浙江省钱塘江管理局勘测设计院，浙江杭州 ３１００１６；２．浙江省钱塘江管理局，浙江杭州 ３１００１６； ３．浙江省水利河口研究院，浙江杭州 ３１００２０） 摘要：以钱塘江河口内的东江嘴切滩工程为例，对该切滩工程实施前后的弯道水位、弯道流速流向 分布及回流特征等水流特性变化情况进行数值模拟分析。分析结果表明：通过切滩工程的实施，急弯 效应得到有效改善，对降低凹岸防洪风险起到了较好作用。研究结果为弯道的切滩治理提供参考 关键词：切滩工程；弯道治理效果；数值模拟；东江嘴切滩工程；钱塘江 中图分类号：ＴＶ８５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００—０８６０（２０１３）１２一Ｏｌ３０—０４ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｎｇｊｉａｎｇｚｕｉ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｓｈｏａｌ－ｃｕｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｆｏｒ Ｑｉａｎｔａｎｇｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ ＳＨＩ Ｙａｎｈｕａ ，Ｉ，Ｉ Ｌｅｉｙａｎ ，ＨＡＮ Ｚｅｎｇｃｕｉ （１．Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｑｉａｎｔａｎｇｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １００１６，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ ２．Ｔｈｅ Ｑｉａｎｔａｎｇｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １００１６，Ｚｈ￣ｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ＆Ｅｓｔｕａｒｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２０，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｔａｋｉｎｇ Ｄｏｎｇｊｉａｎｇｚｕｉ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｓｈｏａｌ—ｃｕｔｔｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｓｔｕａｒｙ ｏｆ Ｑｉａｎｇｔａｎｇｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ ａｓ ａ ｃａｓｅ，ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｉｌｅ ｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｆｅｒｉｓｔｉｃｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ，ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗ，ｔｈｅ ｂａｃｋｆｌｏｗ ｐｒｏｐｅｒ— ｔｉｅｓ。ｅｔｃ．ａｔ ｔｈｅ ｂｅｎｄｉｎｇ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｌｔｅｒ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｏａｌ—ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｒｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｈｅｒｅｉｎ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅ ｓｈａｒｐ—ｂｅｎｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｅｔＹｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｎｄ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｒｏｌｅ ｉｓ ｐｌａｃｅｄ ｆｏｒ ｌｏｗｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｌｏｏｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｃａｖｅ ｂａｎｋ ｔｈｅｒｅｉｎ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｒｅｓｕｌｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｈｏａｌ—ｃｕｌｔｉｎｇ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｏａｌ—ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｒｏｊｅｅｔ；ｂｅｎｄｉｎｇ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｄｏｎｇｊｉａｎｇｚｕｉ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｓｈｏａｌ—ｃｕｔｔｉｎｇ Ｐｒｏ— ｊｅｃｔ；Ｑｉａｎｔａｎｇｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ 河道过度弯曲时，凸岸因弯道环流、同流作用容 易产生淤积，形成滩地。滩地的进一步发展，可致使 河道严重缩窄，主流进一步逼向凹岸 ，造成凹岸 堤防冲刷严重。弯道滩地卡口阻水及凹岸冲刷，对防 洪极为不利 Ｊ。为消除险情，工程上常应用退堤切 河段的水位、流速空间分布和潮流顶冲 流向分布等 洪水要素的变化情况，研究在强潮河口，东江嘴切滩 工程对闻堰河段的水流运动演变规律，据此分析切滩 治理效果。 滩的方法 Ｊ，扩大弯道过水断面，导顺潮流运动流 １ 工程简介 东江嘴切滩工程地处钱塘江闻堰河段，位于钱塘 江、富春江、浦阳江三江汇流点急弯的凸岸（见冈 １）。钱塘江河道在此折转成１１０。急弯，凸岸南于弯 道环流作用产生淤积，彤成高滩，滩地高程４．２～ 路，缓解弯道环流回流过程。但是，对于钱塘江的强 潮河口地区，目前无类似工程的实践经验可供参考。 因此，钱塘江闻堰河段东江嘴切滩］二程的实施对强潮 河口的弯道治理问题，具有重要的＿丁程实践意义和学 术研究价值。 本文以钱塘江东江嘴切滩丁程为例，应用数学模 型 ，对比分析东江嘴切滩工程前后，钱塘江闻堰 １３０ 收稿日期：２０１２－０８—２１ 作者简介：史艳华（１９８１一），女，Ｔ程师，硕｛：。 头部，说明工程完工后滩地头部对水流的阻水作用降 低，有利于行洪。 （ａ）实施前 （ｂ）实施后 图７工程实施前后流场对比 （ａ）实施前 （ｂ）实施后 图８工程实施前后流速等值线对比（流速：ｍ／ｓ） 水利水电技术第４４卷２０１３年第１２期 史艳华，等∥钱塘江东江嘴弯道切滩工程数值模拟 ３．３流速分析 （１）流速峰值等值线变化。根据数学模型计算结 果，工程实施前、后的流速峰值等值线分布如图８所 示。由图８可知，在２０００年大潮（潮差１．８０ ｍ）期间， 河段内最大流速工程实施前后为２．９ ｍ／ｓ和１．９ ｍ／ｓ， 减小幅度为３４．５％。说明了工程实施对大幅降低闻堰 河段的最大流速具有很好的效用，从而减小了河段主 槽冲刷深度，减小两岸防护工程的基础冲刷。 （２）代表点流速变化。为进一步对治理工程实 施后的流速分布情况进行比较，选取了区域内的部分 代表点进行比较分析，各代表点的位置如图９所示。 图９各代表点位置 表２ ２０００年潮水工况各代表点最大流速变化ｍ／ｓ 与凹岸距离 计算方案 １ ２ ３ ４ ５ ６ 切滩前 １．８５ １．９８ ２．１ ２．ｏ２ １．９９ １．７６ ５０ ｍ 切滩后 Ｏ．８５ ０．８７ １．１２ １．１７ １．１９ １．２７ （Ａ系列点） 变化 —１ 一１．１ｌ 一Ｏ．９８ —０．８５ —０．７９ —０．５ 平均变化 一Ｏ．８７ 切滩前 ２．３６ ２．６８ ２．７７ ２．４４ ２．３ ２．１９ １５０ ｍ 切滩后 １．１３ １．１９ １．４４ １．４３ ｌ｜４５ １．６ （Ｂ系列点） 变化 —１．２３ 一１．４９ —１．３３ 一ｌ —０．８５ 一Ｏ．５９ 平均变化 一１．Ｏ８ 切滩前 ２．５７ ３ ３．０４ ２．４９ ２．４５ ２５０ ｉｎ 切滩后 １．４８ １．４３ １．４８ １．６ １．５９ （Ｃ系列点） 变化 一１．ｏ９ 一１．５７ 一１．５６ —０．８９ 一Ｏ．８６ 平均变化 一１．１９ 切滩前 １．３７ １．２８ １．９８ ２．１１ ２．４４ ３５０ ｍ 切滩后 １．４４ １．３８ １．７６ １．７９ １．７７ （Ｄ系列点） 变化 Ｏ．０６ ０．１ 一Ｏ．２２ 一Ｏ．３２ —０．６７ 平均变化 切滩前 Ｏ．９５ ０．９ｌ Ｏ ０．５５ １．３４ ４５０ ｍ 切滩后 １．６ １．６４ １．９ １．７８ １．９５ （Ｅ系列点） 变化 Ｏ．６５ Ｏ．７３ １．９ １．２３ ０．６１ 平均变化 １．０２ 切滩前 ０ ０ ０ Ｏ Ｏ ５５０ Ｉｎ 切滩后 １．６３ １．８２ １．９５ １．７２ ｌ＿６ （Ｆ系列点） 变化 １．６３ １．８２ １．９５ １．７２ １．６ 平均变化 １．７４ １３３ 史艳华，等∥钱塘江东江嘴弯道切滩工程数值模拟 ２０００年潮水工况下的各代表点最大流速变化统计如 表２所列。由表２可知，在治理工程实施后，距离凹 岸５０～２５０ ｍ为流速减小区，至距离凹岸３５０ ＩＴＩ处， 逐步过渡至最大流速增大区。计算结果表明，切滩工 程的实施一方面使闻堰江塘前最大流速减小，减缓了 凹岸闻堰塘前的冲刷，缓解潮流对闻堰海塘的冲击， 岸（东江嘴）回流区减小有利于行洪，可减小东江嘴 滩地及浅滩的回淤。（３）闻堰河段流速平面分布发生 调整，最大流速相对治理前分布更为均匀。（４）水流 对凹岸堤脚的顶冲角度有不同程度减小，水流顶冲作 用减弱，进一步降低凹岸防洪风险，保障钱塘江南岸 广大平原的防洪安全。 参考文献： ［１］ 谈广呜，宁磊，李付军．汉江皇庄至泽口河段撇弯切滩演变研 降低了防汛抢险压力；另一方面使东江嘴切滩附近最 大流速增大，减小了切滩后的回淤。（３）顶冲区流向 比较。闻堰弯道的凹岸冲刷，是该段防洪安全最难解 决的问题，使海塘承受巨大的抢险压力和溃堤风险， 因此判断工程是否达到预期的的效果，需要特别关注 凹岸水流流态的变化，包括顶冲凹岸流向的大小。应 用数学模型可以得到工程实施前后的流向分布（见图 ｌｏ），工程实施前闻堰凹岸顶冲区域明显，水流流向 与岸线成一定夹角，近岸水流顶冲海塘，对闻堰海塘 堤脚防冲极为不利。治理后该现象明显改善，近岸水 流流向基本沿岸线方向，从而对减小凹岸冲刷深度， 降低河段防汛抢险压力形成十分有利的条件。 （ａ）实施前 （ｂ）实施后 图１０工程实施前后顶冲区流向分布 ４结论 应用ＭＩＫＥ２１二维水流数学模型计算东江嘴切滩 前后闻堰河段水力参数变化。根据计算结果分析可 知，切滩工程实施后：（１）闻堰河段水位平面分布趋 于平缓，弯道效应及阻水作用得到较好改善。（２）凸 １３４ 究［Ｊ］．泥沙研究，１９９６（２）：ｌ１３・ｌ１７． ［２］ 谈广呜，卢金友．河道主流摆动与切滩演变初步研究［Ｊ］．武 汉水利电力学院学报，１９９２，２５（２）：１０７－１１２． ［３］ 柴晓玲，余启辉，要威，等．复杂河网地区航道整治工程对防 洪的影响分析［Ｊ］．人民长江，２０１１，４２（１Ｏ）：１—６． ［４］ 钟国泉．东平水道大刀湾弯道切嘴工程［Ｊ］．水运工程，１９９０ （３）：２５—３Ｏ． ［５］ 张家琪．黄浦江鳗鲤咀弯道整治工程研究［Ｊ］．水运丁程， １９９７（１Ｏ）：ｌ７一ｌ９． ［６］ 夏军强，王光谦．考虑河岸冲刷的弯曲河道水流及河床变形的 数值模拟［Ｊ］．水利学报，２００２（６）：６０—６６． （责任编辑郭利娜） （上接第１２９页） 度管理，以及计划调度与市场调度相结合的调度 方式下，分别探讨了流域级和省级水资源调度计划的 生成机制和水价的形成机制。所提出的水资源调度计 划生成机制和水价形成机制，充分体现了部门在 其中的主导作用，同时能够保证各调度主体具有参与 的机会。这种水资源调度管理机制，对保障海河流域 民生和经济社会协调发展，以及促进水资源的高效利 用等方面均将产生积极的影响。 参考文献： ［１］ 王卓甫，杨志勇，丁继勇，等．南水北调后海河流域水资源调 度管理分析［Ｊ］．水利经济，２０１３，３１（２）：１—４． ［２］ 郑通汉，任宪韶．水利工程供水两部制水价制度研究［Ｍ］．北 京：科学出版社，２００６． ［３］ 曹瑜，于翠松．国内外水价比较研究［Ｊ］．节水灌溉，２０１０ （７）：８１－８４． ［４］ 王卓甫，李雪淋．南水北调中线工程水价新论［Ｊ］．人民黄河， ２００８．３０（８）：１—２． ［５］ 朱卫东，张元教．南水北调工程实行两部制水价的思考［Ｊ］． 水利经济，２００８，２８（４）：３７—３９． ［６］ 冯文芳，张丽，李克勋．水利工程供水两部制水价基本水量确 定方法的比较［Ｊ］．水利经济，２０１０，２８（３）：３２—３５． ［７］ 穆东雪，李克勋．跨流域调水工程两部制水价研究［Ｊ］．水资 源与水工程学报，２０１１，２２（６）：８７—９Ｏ． （责任编辑郭利娜） 水利水电技术第４４卷２０１３年第１２期
