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A能控制B,如果闸门能够控制水流,请写出另外6中A控制B的例子
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A能控制B,闸门控制水流.重要的是,A,B,闸门,之间有联系没?按你题目的意思,好像是 A控制B,B控制闸门,闸门控制水流.就是这样了.那A控制B的例子又指什么?A控制B,机器能工作?是这样的关系?那把物体换下,狠多例子就有了么.
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扫描下载二维码导读：Vol.29No.5潮汐河口闸上河床演变对建闸的响应，(1.绍兴市曹娥江大闸管理局,浙江绍兴.浙江省水利河口研究院,浙，3.浙江省河口海岸重点实验室,浙江杭州310016)，摘要:针对挡潮闸闸上河床演变的响应研究较少的问题,以浙江省强潮河口曹娥江口门建闸，关键词:潮汐河口;动床数学模型;水流挟沙能力;挡潮闸;河床响应中图分类号:TV1，潮汐河口口门建闸后,闸上河道变为水库,平时
第29卷第5期文章编号:11)05-0099-04
水 电 能 源 科 学
Vol.29No.5潮汐河口闸上河床演变对建闸的响应
王柏明,史英标
(1.绍兴市曹娥江大闸管理局,浙江绍兴.浙江省水利河口研究院,浙江杭州310020;
3.浙江省河口海岸重点实验室,浙江杭州310016)
摘要:针对挡潮闸闸上河床演变的响应研究较少的问题,以浙江省强潮河口曹娥江口门建闸为例,基于建闸前水沙输移特点及河床演变分析,采用动床数学模型研究了建闸对闸上河床演变的影响。结果表明,建闸后闸上河道蓄水及口门侵蚀基面抬高,闸前至新三江闸河段内呈壅水淤积,新三江闸以上河段发生单向冲刷。关键词:潮汐河口;动床数学模型;水流挟沙能力;挡潮闸;河床响应中图分类号:TV145;TV131 2
文献标志码:A
潮汐河口口门建闸后,闸上河道变为水库,平时关闸挡潮,闸上水位超过正常蓄水位时开闸放水,与建闸前相比,来水来沙条件发生了很大变化,必将引起闸上河床演变问题。水沙运动与河床变形不仅对工程自身的安全和效益影响很大,且对河流系统河势的演化乃至周围人类的生存环境均有一定影响。目前,研究此类问题一般常采用基于河床演变分析的平衡断面河相关系法、基于挟沙水流运动和河床变形方程的动床数学模型及基于相似理论的动床河工模型试验等三种方法。关于挡潮闸闸下泥沙运动及河床冲淤问题研究已有很多,但涉及闸上河床演变的响应分析研究却很少。鉴此,本文以浙江省强潮河口曹娥江口门建闸为例,采用动床数学模型研究了闸上河床演变对建闸的响应,研究结果对河流、河口及大闸的运行管理具有指导意义。
图1 曹娥江形势及原型观测点位示意图
Fig.1 SketchmapofCao eRiverpositionand
prototypeobservationpoints
多年平均径流量为77.3m/s,曹娥江的平滩流量约0.0m3/s,保证率为1%~2%的日平均洪水流量约/s。
(2)潮汐。曹娥江河口口门建闸前,受钱塘江河口潮汐影响,潮波进入曹娥江河道后进一步变形。桑盆殿潮位站资料表明,多年平均高潮位3.88m、低潮位2.76m,平均潮差1.12m,最大潮差5.40m;涨潮历时1.83h,落潮历时10.50h。曹娥江河口的潮汐除受钱塘江河口影响外,还受自身江道地形冲淤的影响,潮汐年际、年内变化较大。江道地形又与上游径流大小、钱塘江尖山河段主槽走向、曹娥江口门外主槽出口方向和外海潮汐强弱等因素有关。
1 建闸前曹娥江河口水动力与河床
1.1 水沙动力特性
曹娥江东沙埠以下为感潮河段(图1),根据各段水动力特性差异及河道冲淤特性,可将曹娥江感潮河段分为两段,其中上浦闸以上为近口段,以径流作用为主;上浦至口门为河口段,径流和潮流共同作用,河床冲淤变化剧烈。
(1)径流。统计曹娥江花山站实测径流资料,
收稿日期:,修回日期:
基金项目:水利部公益性行业科研专项经费资助项目()
作者简介:王柏明(1967-),男,高级工程师,研究方向为水利工程管理,E-mail:
通讯作者:史英标(1967-),男,教授级高级工程师,研究方向为河口海岸水沙动力学,E-mail:shiyb@
水 电 能 源 科 学
(3)泥沙。曹娥江陆域来沙量较少,花山站多年平均含沙量0.237kg/m3,多年平均输沙量58.5 10t,其中年多年平均含沙量0.293kg/m3,多年平均输沙量69.0 104t,最大输沙量133.0 104t,出现于1962年;年多年平均含沙量0.169kg/m3,多年平均输沙量45.9 104t,最大输沙量88.5 104t。受上游水库对泥沙的拦蓄作用及中游河段的采砂影响,曹娥江陆域来沙呈明显下降趋势。口门建闸前,河口的泥沙主要来自海域。据实测,一般小潮期含沙量低,垂线平均含沙量小于1kg/m,大潮期和洪水期含沙量高,大于10kg/m3,涨潮含沙量大于落潮含沙量。曹娥江河口的泥沙属细粉沙,易冲易淤,中值粒径一般为0.02~0.04mm。1.2 河床冲淤特性
(1)洪冲潮淤
N-S方程和三维泥沙对流扩散方程出发可导得平面二维浅水流动和泥沙输移的耦合方程,包括连续方程与动量守恒方程、不平衡泥沙输移方程与河床变形方程。散度形式表示的控制方程见文献[5]。
(1)水流紊动粘滞系数 t。一般可用经验公式计算得到,由于计算网格一般不均匀,紊动粘滞系数也随空间变化。因此,本文的紊动粘滞系数根据Smagorinsky经验公式确定
(2)底部含沙量与挟沙能力的定量计算。为泥沙数学模型的关键问题之一,是反映泥沙运动和床面变形速度的重要参数。本文根据钱塘江、曹娥江河口水沙观测资料,分析得出含沙量沿垂线分布基本符合指数分布,即:
s( )/sa=exp(-
。非汛期,曹娥江来水量较
式中,s( )为垂线含沙量; 为相对水深;sa为近底含沙量; 为与泥沙悬浮指标Z= /(ku*)( 为泥沙沉降速度;k为卡门常数;u*为摩阻流速)有关的系数,反映了不平衡泥沙输移条件下含沙量垂线分布特性。利用钱塘江及曹娥江河口段的实测水沙资料回归分析,按涨、落潮分别建立 与泥
沙悬浮指标Z的相关关系,涨潮时:
=3.96exp(-13.7Z) (R=0.73)式中,R为相关系数。
=5.21exp(-64.2Z) (R=0.78)
对式(1)沿垂线积分得不平衡条件下底部含沙量与垂线平均含沙量的关系:
s (R=0.93)
小,涨潮流量大于径流量,河道主要受潮流控制,涨潮输沙量大于落潮输沙量,河床表现为自上而
下淤积;洪水期,河道受径流控制,包括径流在内的落潮流速大于涨潮流速,落潮输沙量大于涨潮输沙量,河床表现为自上而下冲刷。根据近十次实测江道地形资料分析,河床年际变化表现为丰水年冲刷、枯水年淤积的特征。同年3、7月地形,因径流的丰、枯差异,上浦至桑盆殿河段河床容积差一倍多。河床年内变化特征为汛期冲、枯水期淤,一般在春汛前(3月)河床淤积最高,随着汛期到来,径流量增大,河床冲刷逐渐降低,一般秋季大潮汛前河床容积达最大,以后随径流量的减小,河床又处于淤积状态,直至第二年春汛前河床容积达最小。河床的季节性冲淤幅度大于年际变化。(2)大冲大淤。径流的年际、年内变化影响河床的冲淤变化,从而间接影响曹娥江口内的潮汐大小。若前期径流大,河床冲刷,容积增大,则进潮量增大,潮汐动力强,带进的泥沙多,河床的淤积量也大,故河床大冲后必大淤;反之,若前期径流小,河床淤积,容积减小,则进潮量及潮差小,带进的泥沙少,河床的淤积量小。一般在秋季大潮期间,河床的回淤速率最大,随河床的淤积潮汐动力减弱,淤积速率也随之减小,因此冬季的枯水弱潮期,泥沙淤积速率并不大。
若 =6 /(ku*),式(4)即反映输沙平衡条件下底部含沙量与垂线平均含沙量的关系。对于非恒定水流挟沙能力经验公式的建立,先在实测非恒定含沙量过程的样本中选取沙峰和沙谷的含沙量及其对应的水动力要素(流速、水深等),通过回归分析获得垂线平均挟沙力关系:
cs*=0.0673gh
式中,Uc为泥沙的起动流速,采用张瑞瑾等[7]公式计算,当水流流速小于起动流速时,水流挟带床沙质的能力为0;U为水流合成流速;g为重力加速度;h为水深。
因此,利用式(4)、(5)可分别计算河床近底的沉降通量D
2 动床数学模型建立及验证
2.1 动床数学模型
对大范围的自由表面流动,因水深尺度远小,和上扬通量E
第29卷第5期王柏明等:潮汐河口闸上河床演变对建闸的响应
求解,为准确拟合实际河道的不规则岸边界,选用不规则三角形单元作为控制体,计算变量置于三角形形心。控制体界面通量采用基于近似黎曼解的格式计算。为获得更高的计算精度,通过网格变量的线性重构,并辅以变量的坡度限制,得到一个稳定且空间计算精度为二阶的数值格式。数值计算方法详见文献[5]。2.2 模型验证
采用日~8月2日实测水文泥沙资料验证计算动床数学模型。模型计算域上边界取在曹娥江上浦闸与钱塘江河口盐官断面,下边界在钱塘江河口的澉浦断面。模型验证包括潮位、流速和含沙量,潮位主要验证曹娥江口、迎阳闸、新三江闸、桑盆殿、百官及上浦闸等潮位站,流速和含沙量验证布置了6条观测垂线,1~
图3 流速验证计算结果比较Fig.3 Comparisonbetweencalculated
andmeasuredflowvelocity
测点位置见图1。比较桑盆殿、迎阳闸计算潮位
和实测潮位过程(图2)及#2、4测点流速与含沙量的计算值和实测值(图3、4)。由图可看出,各站潮位和测点流速变化过程的计算值与实测值较吻合,潮位计算误差在0.1m内,
流速计算的相对
图4 含沙量验证计算结果比较
Fig.4 Comparisonbetweencalculatedand
measuredsedimentconcentration
水挡潮。因此,闸上河道在每年汛期洪水作用下呈单向冲刷的格局,最终达到冲淤平衡。利用曹娥江闸上河道动床数学模型模拟建闸后河床的冲淤过程,模型的上边界上浦闸采用能
图2 潮位验证计算结果比较Fig.2 Comparisonbetweencalculated
andmeasuredtidallevel
反映河床演变的造床流量给定,口门大闸及其运行调度作为内边界闸孔出流条件给定,闸前正常蓄水位3.9m,最低水位3.0m。上边界流量通过统计花山水文站历年洪水资料获得(表1),根据马卡维也夫的造床流量计算方法得到流量与频率之积(Q P)最大的流量级,即造床流量约/s,考虑区间及萧绍平原河网排涝的流量,曹娥江口门的流量约/s。因此本次数学模型计算中上边界流量定为
表1 曹娥江花山流量站洪水流量统计结果Tab.1 Statisticsresultsofflooddischarge
误差在10%内;含沙量的计算精度虽较潮位和流速的计算精度稍差,但基本能反映含沙量随潮变化过程。表明所建的平面二维水流泥沙数学模型
可信,所选取的计算参数也基本与实际情况吻合,可用于研究建闸后闸上河道河床演变响应。
3 闸上河床演变对建闸的响应分析
口门建闸后,水闸运行调度使河床演变的水动力条件发生了明显变化。平时关闸挡潮,阻挡外海泥沙入江;当闸前水位超过正常蓄水位3.9m时,开闸放水,将建闸前淤积的泥沙逐步冲
matHuashanStation
流量级/(m3 s-1)
81029频率P/%
水 电 能 源 科 学
2000m3/s,新三江闸、马山闸等排涝流量合计为1000m3/s。计算地形采用建闸前的平均江道地形。在上述边界条件下进行建闸后洪水冲刷计算。图5为建闸前、后河床纵剖面变化。由图可看出: 建闸前,曹娥江河口段在径流和潮流两种动力共同作用下形成沙坎地貌,沙坎位于桑盆殿至曹娥河段,平均高程2m以上; 建闸后,在洪水水流作用下呈冲刷状态,冲刷幅度以桑盆殿至曹娥河段最大约2m,河底平均高程0~0.5m;桑盆殿至新三江闸冲刷幅度较小约1m,新三江闸以下河段由于河宽大、流速小,河床发生淤积
该段为曹娥江建闸前的沙坎位置,建闸前洪冲潮淤,年内基本平衡,但建闸后口外的泥沙来源消失,河床呈单向冲刷,对两岸防洪堤的冲刷影响较大,为重点的保护地段。
基于建闸前曹娥江河口水动力与河床演变特
性分析,建立了曹娥江河口二维动床数学模型,对水流紊动粘性系数、近底含沙量和近底水流挟沙能力等关键参数提出了处理方法,验证计算结果表明模型较好地模拟了曹娥江口水沙运动特性,进而利用该模型分析了建闸对曹娥江闸上河床演变的影响,研究结果对闸上河道堤防的保护及大闸的运行管理具有实际的指导意义。
图5 建闸前、后河床纵剖面变化Fig.5 ChangeofriverbedlongitudinalprofilebeforeandafterbuildingCao eRivergate
[1] 潘存鸿,卢祥兴,韩海骞,等.潮汐河口支流建闸闸
下淤积研究[J].海洋工程,):38-44.[2] 罗肇森,顾佩玉.建闸河口淤积变化规律及减淤措
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[7] 张瑞瑾,谢鉴衡,王明甫,等.河流泥沙动力学[M].
北京:水利电力出版社,1989.
淤积厚度小于0.5m。由此可见,建闸后河道纵比降呈减缓趋势。主要原因在于建闸后闸址底板高程为-0.5m,正常蓄水为3.9m,比建闸前的水位抬高3~4m,因此闸前河段平均水深增加、
流速减缓、水流挟沙能力降低,闸前河段发生壅水淤积。而桑盆殿以上河段枯水期淤积的海相泥沙被挡于闸外,而流域来沙量又很小,泥沙补给大幅减少。因此洪水期水流挟沙能力大于水体含沙量,河道在7~10月的汛期洪水作用下呈单向冲刷,直至冲刷平衡。据曹娥江径流的长系列分析,达到平衡的时间与来水条件、河床地质条件等因素有关,估计约5~6年。由动床模型计算结果可知:新三江闸以下河段江道宽约1km,洪水流速小,河床断面呈淤积变小趋势,对两岸防洪堤的冲刷影响较小;新三江闸至曹娥河段冲刷幅度较大,
ResponseofRiverBedEvolutiononConstructionTideLockinTidalRiver
WANGBaiming1,SHIYingbiao2,3,YANGYuanping2,3
(1.ShaoxingCao eRiverFloodgateAdministration,Shaoxing.ZhejiangInstituteofHydraulicsandEstuary,
Hangzhou.KeyLaboratoryofEstuarineandCoastofZhejiangProvince,Hangzhou310016,China)Abstract:Therearelittleachievementsforstudyingresponseofriverbedevolutionontidelock.TakingthetidelockconstructionatCao eRiverinZhejiangstrongtidalriverforanexample,mobilebedmathematicalmodelisappliedtoana-lyzetheinfluenceoftidelockconstructiononriverbedevolutiononthebasisofcharacteristicsofwater-silttransportationandriverbedevolutionanalysis.TheresultsshowthattheriverchannelstorageanderosioncardinalplaneareliftedafterbackwaterdepositionbetweenXinsanjianggateriversegmenandtheupperreachofXinsanjianggateriversegmentoccursunidirectionerosion.
Keywords:mobilesediment-responseofriverbed
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