２０１０年５月 水运工程 Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｙ ２０１０ Ｎｏ，５ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．４４１ 第５期总第４４１期 综合・ 工 瓯（１．河海大学江海王岸河珍灾害珍及口 防，护挟教徐育沙部群重点力 ，实验公陈室国，式平江 苏， 研南京究２１０９ ８； ２．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２４；３．河海大学交通学院、海洋学院，江苏南京２１００９８） 摘要：借鉴两种河口区常见的公式形式，考虑到挟沙力主要与水流流速ｕ，水深ｈ，泥沙沉降速度∞，以及重力加速度 ｇ有关。进而运用峰值法、半潮平均及全潮平均法处理瓯江口１９９９年以及２００５年水文实测资料，并用不同方法对资料进行 处理后，分别作出垂线平均含沙量ｓ随ｖ２／（ｇｈ）￣ｖ３／（ｇｈｗ）￣变化图，进行相关分析，得出在全潮平均时Ｓ与ｖ２／（ｇｈ）￣相关 系数最好。最后用ｍａｔｌａｂ进行回归分析，得到相关系数较好的瓯江河口抉沙力公式。 关键词：平衡含沙量；海床冲淤指标；海床冲淤演变预测：上海洋山港 中图分类号：ＴＶ １４８ ．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２—４９７２（２０１０）０５—０００１—０５ Ｏｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｃａｐａｃｉｔｙ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｕｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎ—ｚｈｅｎ ．ＸＵ Ｑｕｎ ．ＣＨＥＮ Ｇｕｏ－ｐｉｎｇ ， （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｓｔａｌ Ｄｉｓａｓｔｅｒｓ ａｎｄ Ｄｅｆｅｎｃｅ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００２４，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ ａｎｄ Ｏｃｅａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｃａｐａｃｉｔｙ ｆｏｒｍｕｌａｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｓｔｕａｒｙ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｆｏｒｍｕｌａｓ．Ｉｔ ｉｓ ｄｉｉｃｕｌｔ ｔｏ ａｐｐｌｆｙ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｓｔｕａｒｉｅｓ．Ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ ｔｏ ｔｗｏ ｃｏｍｍｏｎ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｆｏｒｍｕｌａｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｓｔｕａｒｙ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ－ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｕ，ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ｈ，ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｓｅｔｔｌｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ，ａｎｄ ｇｒａｖｉｔｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｈａｌｆ—ｔｉｄｅ ａｖｅｒａｇｅ ａｎｄ ｆｕｌｌ——ｔｉｄｅ ａｖｅｒａｇｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃ ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｕｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ ｉｎ １ ９９９ ａｎｄ ２００５，ｗｅ ｄｒｅｗ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｃｈａｒｔｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｖｅｒａｇｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｓ ａｎｄ ｖ２／（ｇｈ）ｏｒ ｖ３／（ｇｈｗ）．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｆ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｖｅｒａｇｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｓ ａｎｄ ｜ （ｇｈ）ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｗｈｅｎ ｗｅ ｕｓｅ ｔｈｅ ｆｕｌｌ—ｔｉｄｅ ａｖｅｒａｇｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｍａｔｌａｂ，ｗｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｕｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｐｅａｋ ｍｅｔｈｏｄ；ｈａｌｆ－ｔｉｄｅ ａｖｅｒａｇｅ；ｆｕｌｌ－ｔｉｄｅ ａｖｅｒａｇｅ 水流挟沙力…是指在一定的水流泥沙及边界条 运用２００５年水文测验资料，通过经验分析法，对 件下，单位水体所能挟带和输送的泥沙数量，包 括推移质和悬移质在内的全部数量，但习惯上称 资料进行处理，推求适合瓯江河口的挟沙力公式。 １瓯江河口泥沙特性 其为水流挟带悬移质和床沙质的能力。目前建立 河口挟沙力公式的方法主要有以下几种：经验分 析法ｌ ２ｌ，如钱塘江河口挟沙能力经验公式；因次分 析法［３１，如刘家驹公式；能量平衡法 ，如窦 国仁 公式；以及明渠水流挟沙能力公式移植法【ｌ＿。 本文 收稿日期：２００９—１２—１０ 瓯江发源于浙、闽二省交界处的仙霞岑，海 拔高程１ ９２１ ｍ，全长３８８ ｋｍ［ １。河口是在溺谷型 海湾的基础上充填而成的。上游梅岙河宽５００ ｍ 左右，下游口门崎头河宽达１０ ｋｍ以上，感潮河 作者简介：王珍珍（１９８５一），女，在读硕士研究生，从事港口海岸及近海工程研究。 ・ ２ ・ 水运工程 段长８３ ｋｍ。河槽外形成喇叭状，瓯江口属于强 潮、多沙、河口湾型河口。瓯江流域地表植被覆盖 悬移质沉速等的影响，也受到周期性潮汐动力条 件、波浪、风、盐度等的影响，各影响因素相互 作用，水流挟沙力的变化更为复杂。 ２）对于潮汐河口，浙江省河口海岸研究所㈣ 良好，岩石风化不严重，流域来沙量少，水体含沙 量不大，圩仁站多年平均含沙量为０．２２ ｋ＃ｍ，。瓯 江流域来沙不多，集中在汛期输入河口区，枯水期 几乎为清水，口外拦门沙地区含沙量较小，平均为 ０．４ ｋｇ／ｍ 左右，多年平均输沙量大约为２５０￣１０４ ｔ『句。 运用大量实测资料进行相关分析，得到如下公式： ，．．２＼ ｓ ） （２） 瓯江口外区域悬沙中值粒径在０．００４～０．０１０ ｍｍ之 间，最大为０．０１０ ｍｍ，最小为０．００４ ｍｍ，属于粉 砂质黏土和淤泥类型。 图１瓯江河口形势 ２挟沙力公式确定方法 潮汐河口的影响因素较复杂，既受径流的影 响，亦受潮汐的影响。本文拟采用经验分析法建 立瓯江口的挟沙力公式。所谓经验分析法就是指 通过对水流挟沙能力的各种因素进行分析，寻找 主要的影响因素和因子，然后用实测资料进行回 归和统计分析，从而建立适合于特定河口海岸地 区的经验挟沙能力公式的方法。 目前我们常见的河口区挟沙能力公式主要有 两种形式。 １）武汉水利电力学院张瑞谨等＿８＿得出的著名 的水流挟沙能力公式： ＝ 嘉） ㈩ 式（１）形式简单，计算方便，但式中的 ，ｍ两参 数的确定比较困难，并且在不同的河流甚至同一 河流的不同河段也具有不同的值。同时，由于该 公式主要考虑的是在单向流条件下水流的挟沙能 力［９］，而瓯江口属于典型的径流与潮流相互消长非 常明显潮汐河口，水流挟沙力不仅受流速、水深、 式中： ，ｍ由当地实测资料确定，不同河口水流 泥沙条件均不一样，因此，各河口的ｋ和ｍ也不 一样 ３相关性分析 文中运用２００５年水文实测资料，分别包含 ２００５年６月２３日一２４日大潮资料、６月２６日一 ２７日中潮以及６月３０日一７月１日小潮资料。实 测资料包括了含沙量、潮位、水深、盐度等的测 量，测点有４０余个。笔者从这些测点中随机选取 了４个测点的流速、含沙量过程线。 图２～５显示 １， １５，＂２０，＂２９测点的流速、 含沙量过程线，由图可以看出，含沙量的最大值 并不是与流速最大值实时对应。有的滞后于流速， 有的含沙量大的时候是处于流速比较小的时候。 基于此，文中用３种方法对资料进行处理，以此 ８ 瞄 得到相关性较好的公式。 —ｏ一流徕对程线 图２ １测点实测流速、含沙量过程线 —●一流速过程线 图３ １５测点实测流速、含沙量过程线 ４ ¨ ６ ＾ 目 量删第５期 王珍珍，等：瓯江河口挟沙力公式研究 ・ ３ ・ 图４ Ｏ测点实测流速、含沙量过程线 ＋流速过程线 图５＂２９测点实测流速、含沙量过程线 根据瓯江口ｌｌｌ１１ ９９９年及２００５年各个测点的实测 水文泥沙资料，考虑到不同测深的不稳定因素，选 取垂线平均含沙量作为代表含沙量，垂线平均流速 作为代表流速。同时，瓯江口泥沙粒径比较细，基 本属于淤泥质，本文把沉速Ｗ取为常数０．０５ ｅｍ／ｓ。 ３．１峰值法 峰值法是指把各个测点的含沙量、流速变化 过程中两者时刻比较相近的对应峰值找出，再把 所有的峰值进行相关性分析。图６显示含沙量５ 与ｖ２／（ｇｈ１变化图；图７显示含沙量Ｓ与ｖ３／（ｇｈｗ）变 化图。 从图６～７可以看出，５与ｖ３／（ｇｈｗ）及 与 ２／ （ ）相关性均不是很好，其中Ｓ与ｖ２／（ｇｈ）比ｓ与 ３／ ）相关性稍微好一点，这与河口区经常采用公 式形式相符。同时亦说明本文选取拟合公式比较 合理。峰值法相关性不好的原因，究其原因，可 能是受涨落潮影响，含沙量瞬时变化较大造成。 ０ ０ ０４ ｖ￣／（ｇｈ） 图６实测含沙量Ｓ与ｖ２／（ｇｈ）峰值变化 １２５ ｈｗ１ 图７实测含沙量Ｓ与ｖ￣／（ｇｈｗ）峰值变化 鉴于此，下面对数据进行半潮平均。 ３．２半潮平均法 半潮平均法，是对各个测点所测数据分别进 行涨潮平均及落潮平均，再进行相关性分析。图８ 显示涨潮时含沙量５与￣２／（ｇｈ）变化图，图９显示落 潮时含沙量５与ｖ２／（ｇｈ）变化图；图１０是涨潮时含 沙量Ｓ与￣３／（ｇｈｗ）变化图，图１ １是落潮时含沙量Ｓ 与ｖ３／（ｇｈｗ１变化图。 图８涨潮时实测含沙量Ｓ与 ｚ／（ ）变化关系 图９落潮时实测含沙量ｓ与 ２／Ｌ ）变化关系 图１０涨潮实测含沙量Ｓ与 ３／ ）变化关系 ・ ４ ・ 水运图１ １落潮实测含沙量Ｓ与 ｌｊ／ ）变化关系 由图８ １１可见，半潮平均方法比峰值法拟合 结果要好，上面所有的分析显示涨潮时相关系数 比落潮时高。原因可能是数据测量的时间不同， 枯季洪季涨落潮流速关系会发生变化引起。半潮 平均之所以比前面的方法好，因为半潮平均时数 据进行平均化，把不好的数据滤掉，相关系数提 高。和峰值法一样，半潮平均时ｓ与 ２／（ ）相关性 比Ｓ与 ３／ ）相关性好。鉴于数据平均化可使结 果更好，下面进行全潮平均，使得数据更平滑， 结果更好。 ３．３全潮平均法 全潮平均是把各测点水文测量数据在一个涨 落潮周期内平均，进行相关性分析。图１２显示含 沙量Ｓ与 ２／（ ）过程线；图１３显示含沙量Ｓ与 ３／ （ｇｈｗ）过程线。 ｖ２，（ｇ＾） 图１２全潮时实测含沙量Ｓ与 ２／（ ）变化关系 打ｗ） 图１３全潮时实测含沙量Ｓ与 ３／ ）变化关系 全潮平均法比半潮平均法结果好，说明把数 据进行全潮平均数据更加平滑。这样就把不好数 工程 据平均掉。和前面两种方法一样，全潮平均时Ｓ 与 ２／（ ）相关性比５与 ３／（ ）相关性好，再次说 明采用 ２／（ ）形式的公式是合理的。 用全潮平均数据通过回归分析来拟合 ２／（ ） 形式的公式，得出公式形式如下： ，．．２ 、 ｓ一４９ｆ 、 ／ｌ 蚴 （３） 图ｌ４显示用公式（３）计算５ 与实测．ｓ变化图。 ｓＪ（ｋｇ ｍ－３１ 图１４全潮时计算Ｓ＋与实测Ｓ变化关系 ４结语 瓯江河口属于强潮河口，泥沙运动比较复杂。 通过上面的分析可以得出以下结论： １）对于瓯江河ＶＩ，采用ｓ与￣／（ｇｈ）形式的公 式相关性比较好，这与前面所说的Ｓ与 ２／ ）形式 的公式适用于潮汐河口相符。本文拟合出的公式 ２ 、 Ｓ．＝４９ｆ、ｇｎ 竿 鼢是合理的。 ２）对资料进行全潮平均处理，就是把数据平 均化，得出的结果比较好，以后做类似的分析可 以采用这种方法。 ３）文中拟合出来的公式（３）相关性比较高。 公式（３）可为类似的潮汐河口进行挟沙力计算提供 参考。 ４）公式（３）是采用一次的水文测量资料进行 拟合的，还不足代表普遍性的意义，因此，未来 应以较大时间跨度的实测资料为依据进行挟沙能 力的综合线性回归分析，这样可以避免单一资料 带来的数据异常等不合理现象，从而使研究的成 果具有较好的代表性和合理性。 ５）公式（３）没有考虑风浪的影响，由于河口 地区各种动力因素复杂多变，以后对水流挟沙力 第５期 王珍珍，等：瓯江河口挟沙力公式研究 ・ ５ ・ 的研究应尽可能综合考虑风、浪、流、潮汐及高 院．２００１． 盐水等河口普遍存在的动力因素的影响，这样才 ［６】肖烈兵，王义刚．瓯江河口水流挟沙力公式系数最佳确 能使挟沙力公式更加准确。 定［ｅｌ／／中国海洋工程学会．第十三届中国海洋（岸）工程 学术讨论会论文集．北京：海洋出版社，２００７． 参考文献： ［７Ｊ徐群，张继吕，王俊，等．瓯江河口浅滩促淤估算分析ｆＪ】＿ 【１】侯志军，杨晓阳，李岩．黄河口水流挟沙力计算方法研 海洋工程，２００５（３）：３９—４４． 【８】张瑞瑾．河流泥沙动力学 ．北京：水利电力出版社，１９８９． 究【ＪＪ．人民黄河，２００８（１ １）：４９—５１． Ｉ２ 浙江水利科学研究所．２Ｊ钱塘江河口潮流输沙经验公式的 １９Ｊ王义刚，林祥．河ＬＩ边滩围垦后淤积计算方法研究 海 探讨［Ｒ１＿杭州．浙江水利科学研究所，１９６３． 洋工程，２０００（３）：６７—７０． ［３】刘家驹．在风浪和潮流作用下淤泥质浅滩含沙量的确 ［１０］曹文洪，舒安平．潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力 定『Ｊ１＿水利水运科学研究，１９８８（２）：６９—７３． 研究述评ＩＪＪ．泥沙研究，１ ９９９（５）：７４—７９． ｆ４］窦国仁，董凤舞，Ｄｏｕ Ｘｉｂｉｎｇ．潮流和波浪的挟沙能力ＩＪＪ ．［１１］陆建宇，陆永军，李浩麟．瓯江河口挟沙能力的初步探 科学通报，１ ９９５（５）：４４３—４４６． 讨ｆＪ】．海洋工程，２００２（１）：４６—５ １． ［５】李浩麟．瓯江河口演变分析【Ｒ１．南京：南京水利科学研究 （本文编辑武亚庆） ・消 电・ 中交水运规划设计院取得４项专利 由水规院申请的发明专利《直排式真空预压地基处理方法》，实用新型专利（（散货码头带式输送机全 变频控制系统》、 （（一种散货码头生产管理系统》 （注１）、 （（一种散货码头设备综合管理系统》（注２）日 前获得国家专利局批准。 发明专利——《直排式真空预压地基处理方法》，以密闭真空管网直接与软基中塑料排水板相联接， 减少真空压力传递的沿程损失。取代原有处理方法中水平排水砂垫层和真空虑管、滤膜等工序流程，大 大提高了真空传递效能和加固效果，并降低加固费用。 实用新型专利——《散货码头带式输送机全变频控制系统》，可根据不同物料、不同流程进行安全、 灵活、方便、可控调速的运行，具有减少设备运行损耗、提高运行效率、节约运行成本的性能。 实用新型专利——《一种散货码头生产管理系统》，散货码头生产业务管理标准化、数字化信息管理 系统，具有提高散货码头生产效率的功能。 实用新型专利——《一种散货码头设备综合管理系统》，散货码头设备综合信息平台，旨在提高工作 效率，减少人为录入数据错误，保证数据的准确性，为设备运行、安全、维修、采购的科学管理提供充 分的数据。 注１、注２：专利申请单位为中国交通信息中心。 中交水运规划设计院有限公司
