汊河

第３１卷第５期

２０１０年１Ｏ月

水道 港 口

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒｗａｙ ａｎｄ Ｈａｒｂｏｒ

Ｖ０１－３１ Ｎｏ．５

Ｏｃｔ．２０１０

长江下游南京河段马汊河口航道流态及泥沙淤积特性研究

陈长英 ，张幸农 ，方明华

（１．南京水利科学研究院，南京２１００２９；２．南京市航道管理处，南京２１００３６）

摘要：选择南京八卦洲河段马汊河人江口门，建立二维潮流、泥沙数学模型，对人江口门航道流态、水流

泥沙运动特征以及口门泥沙淤积特性进行研究。结果表明，中、洪水条件下，八卦洲河段内不存在涨潮流，

但口门内仍然存在往复流。河床冲淤变形计算结果表明，口门向内泥沙淤积呈由大到小的分布规律，口门

回流区淤积厚度最大。不同水文特征年泥沙淤积程度不同，随淤积历时增长，泥沙逐年淤积量略有减少，

且淤积泥沙由口门逐渐向航道推进。

关键词：流态；淤积特性；南京河段；马汉河口

中图分类号：ＴＶ １４２；Ｕ ６１７．５ 文献标识码： Ａ 文章编号：１００５—８４４３（２０１０）０５—０４９６—０５

南京沿江主河道全长百余公里，其内陆北侧主要有滁河、划子河、鸭子河、马汊河、城南河、驷马山河，南

侧有秦淮新河等支流汇人长江，是沟通内陆河网与长江的关键，其河床稳定性对航道畅通有重大作用 ］。

因而，维护入江口门处的航道条件，保障航道宁波轻纺城 畅通，对南京沿江地区水运的发展至关重要。

本文选择南京河段八卦洲汊道马汊河人江口门，建立二维潮流、泥沙数学模型，对入江口门航道流态、水

流泥沙运动特征以及口门泥沙淤积特ｌ生进行研究。研究结果可为人江口门的防淤减淤及航道养护提供参考。

１河道基本情况长陵

马汊河口位于长江南京河段八卦洲汊

道左汊（图１），八卦洲汊道为鹅头型分汊河

道，长约１０．１ ｋｍ，最大宽度７．５ ｋｍ，左汊弯

曲，为支汊；右汊顺直微弯，为主汊，目前左、

右两汉分流比分别为１７％和８３％。

八卦洲左汉是１个长约２１．７ ｋｍ的复合

弯道，由进口段、南化弯道、马汊河浅滩段、

皇厂弯道和出口段组成，河床呈缓慢衰退之

势。１９８５年八卦洲洲头分水鱼咀工程实施

后，左汊淤积衰日月两泉明白水 退以及分流比减小趋势有所

减缓，但分流比减小的现象依然存在，特别

是低水位时。八卦洲右汉顺直微弯，现长约

１０．５ ｋｍ，河宽约１．１ ｋｍ。汊道内存在４个深

槽近岸段，分别位于八卦洲头右缘、燕子矶、

天河口和新生圩，２０世纪８０年代后对八卦

洲右汊进行河道整治工程，右汉河势开始趋

于稳定

图１八卦洲汊道河势图

Ｆｉｇ．１ Ｒｉｖｅｒ ｒｅｇｉｍｅ ｏｆ Ｂａｇｕａｚｈｏｕ ｒｅａｃｈ

作者简介：陈长英（１９７４一），女，江西省吉安人，工程师，主要从事河道港口水流、泥沙工程研究。

Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＣＨＥＮ Ｚｈａｎｇ—ｙｉｎｇ（１ ９７４－），ｆｅｍａｌｅ，ｅｎｇｉｎｅｅｒ．

２０１０年１０月 陈长英，等长江下游南京河段马汊河口航道流态及泥沙淤积特性研究４９７

马汊河入江段位于八卦洲左汉浅滩段左岸，马汊河西起南京市六合区小头李与滁河相接，流经六合、浦

口两区向东至三航预制厂人长江，河道全长１３．６ ｋｍ，马汊河是滁河重要分洪道，滁河中游汊河集闸泄洪流

量大约有９０％通过马汊河排入长江。目前，按等外级航道标准进行维护，防洪标准为２０ ａ一遇，设计流量为

１ ０１８ ｍ３／ｓ。马汊河人江段基本上与长江主流呈６０ｏ交角，人江口门附近河宽约１８５ ｉｎ，长江侧河口上游１ ｋｍ

左右为南京长江二桥副桥。

２马汊河口二维水流、泥沙数学模型

２．１数学模型建立

２．１．１基本方程

采用贴体正交曲线网格系统，克服边界复杂及计算域尺度悬殊所引起的困难。贴体正交曲线网格系统

控制方程组如下

水流连续方程

警＋ 毒（ 壶 ｏ町（Ｈ －ｏ （１）

动量方程

方向动量方程

Ｏ Ｈｕ＋ ［毒（ｃ 咖茜（ 鲁 警］：

一ｇ去冀一 ＋壶［妾（ｃ ＋￣－－（ｃ￣／ｃＦ 一日 硼警］ ｂ ｄ ’ ａ 、ｕ ｕ姑，。ｄ叼 ｕ …ｕ抑ａ …硼ａ

叼方向动量方程

警＋壶［毒（ｃ批 （ 删 筹］西单附近的电影院 ＝

一ｇＨ去茜一 ＋ ｃ毒ｃｃ ＋ ｃ 警 ％鲁

（２）

（３）

式中 叩分别为正交曲线坐标系中２个正交曲线坐标；ｕ、 分别为沿 、 方向的流速；万，为水位； 为水深；

、ｃ 别为正交曲线坐标系中的拉梅系数；Ｏ－￣ｔ－、％、（ 、 仰为紊动应力。

悬沙不平衡输移方程

警＋ ［壶（ ｕｓａ＋ｄａ－ －（ｃＡ￣ｓＶ］＝

［ （旦 芒 Ｊ＋芒（ 旦 ）］＋ （５ —Ｓ ） （４） Ｃ

ｑ

ａ毛 盯ｂ Ｃ ａ毛 ａｑ盯ｓ Ｃ ｑ ａ …’

式中：Ｓ 为第，Ｊ组泥沙的挟沙能力； 为第，Ｊ组泥沙的沉速； 为第 组泥沙的含沙量恢复饱和系数。

推移质不平衡输移方程

＋壶［未（ （ ］＝ｏｌｔ￣ｏ） ５ （５）

式中ＩＳ＊ｂ 为第 组推移质的挟沙能力；ｓＭ为床面推移层的含沙浓度； 为第 组推移质泥沙的恢复饱和系

数；ｔＯ她为推移质的沉速， ＝１。

河床变形方程

生＝ＯｔＬ（

．ＯＬ（ 一ｓ ）＋ ６￡∞ （Ｊｓ 一Ｓ＊ｂＬ） （６）

２．１．２计算范围确定及网格

模型上起长江梅子洲尾，下至南京栖霞山炼油厂，中间包括八卦洲左、右汉水道，左汊宝塔水道长约２２

ｋｍ，右汊草鞋夹水道长约ｌＩ ｋｍ，马汊河ＶＩ位于左汊南化弯道与皇厂弯道之间的浅滩段。本次计算采用２００３

４９８ 水道港 口 第３１卷第５期

年１：１０ ０００实测地形图，马汉河浅滩段以及马汊河支流为重点研究区域，模型对该区域进行了局部加密，计

算区域内共布置６０５￣２６１个正交曲线网格。

２．２数学模型验证

模型验证包括水动力条件验证及河床冲淤变形验证。水动力条件验证内容有洪、中、枯３级流量条件下

的长江主江道水面线、垂线平均流速分布以及汊道分流比，运城特产 验证试验依据的原型水文资料如下：（１）２００３年

１月５日枯水水文测量资料，大通流量２２ ７００ ｍ ／ｓ；（２）２００３年５月４ １３中水水文测量资料，大通流量

３０ ５００ ｍ３／ｓ；（３）２００３年７月５ １３洪水水文测量资料，大通流量５１ １３５ ｍ３／ｓ。河床冲淤变形验证计算起始地

形采用２００３年地形，计算验证地形为２００６年实测河道地形。通过水动力条件验证以及河床冲淤变形验证

计算，模型与原体相似度较好。

３数值计算与分析

３．１水流特征计算与分析

人江１３门水流运动特征复杂，受多种因素影响［ｓ圳，为分析研究马汊河１５ １５门区及航道内水流运动特

征，选择验证计算中的中水流量（ｑ＝３ｏ ５００ ｍ￣／ｓ）和洪水流量（Ｑ＝５１ １３５ ｍ３／ｓ）作为计算流量，下游以大潮潮

位过程控制。

计算结果显示，中洪水时，１３门外长江无涨潮流，但是随长江潮位变化，口门内存在明显往复流。在１个

潮周期中，口门外长江水流始终表现为向下游的单向流，并无涨潮流出现，口门内航道则存在涨潮流，涨潮

流速距离１３门越近，流速值越大，口门附近涨急时流速值明显大于落急时流速值。从断面流速分布看，１３ ｆ－ｊ

区附近断面流速分布沿河宽方向变化较为明显，表现出较强的二维水流运动特征，随着水流向航道方向推

进，断面流速分布沿河宽方向的变化逐渐减小，流速沿河宽方向基本上没有变化，说明航道内侧基本呈一维

明渠水流运动特征。

从口门流态特征看，１５门区存在回流，且口门内的回流范围及强度随潮位的涨落与长江来流量而改变。

图２为１３ ｆ－ｊ回流随潮位涨落的变化情况，由图２可见，开始涨潮时，首先在口门中部形成回流，回流强度较

小，为０．０５ Ｉｎ，ｓ（图２一ａ）；随着潮位的升高，回流产生位置的范围及强度发生变化，中潮位附近口ｆ－１回流位于

口门右侧，回流范围有所减小，回流强度略有增强，为０．０６ ｍ／ｓ（图２－ｂ）；其后回流强度又减弱，回流的位置

向口ｆ－Ｉ内侧偏移，高潮位附近的口门回流见图２－－Ｃ；转为落潮时，口门偏左侧形成回流，回流强度为０．０７ ｒｒｄｓ

；；；；二 ； ； ：ｉ ：ｌ／ ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，

Ｊ，，，，，，，，，，，，／，，，，，，

２－ａ涨潮开始时

…，，，，，，，，，，，，，，，，，

， ，，，，，，，，，，，，，，，，，，

，，一，，，，，，，，，，一，，一，，，

２－ｂ涨急时

２－ｄ开始落潮时

２－ｃ涨至高潮位附近

２－ｅ落急时

图２马汉河口１：３门水流流态（Ｑ＝３０ ５００ ｍ３／ｓ）

Ｆｉｇ．２ Ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎ ｉｎ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｍａｃｈａ ｒｉｖｅｒ ｍｏｕｔｈ（Ｑ＝３０ ５００ ｍ３／ｓ）

２０１０年１Ｏ月 陈长英，等长江下游南京河段马汊河口航道流态及泥沙淤积特性研究４９９

（图２－ｄ）；落至低潮位时，又恢复为Ｅｌ门中部形成一个回流（图２－ｅ ｏ

３．２泥沙淤积计算及分析

当遭遇长江不同水文条件时，人江口门泥沙淤积规律不同，选择１９９８大水中沙年和２００６小水小沙年，

计算不同典型水文年条件下人江口门泥沙淤积特征。

计算结果显示，自口门向内泥沙淤积呈现由大到小的分布规律（图３、图４）。口门附近回流区泥沙淤积

厚度最大，泥沙淤积较大区域主要集中在自１３ ｆ－Ｉ向内６００ ｍ处，口门向内６００～１ ２００ ｍ泥沙淤积相对较小，

１ ２００ ｍ以外航道泥沙淤积很小。对比１９９８大水中沙年与２００６小水小沙年可见，１９９８大水中沙年口门泥沙

淤积较为严重，１９９８年全年口ｆ－１区最大淤厚为０．３８ ｍ，２００６年全年口门区最大淤厚为Ｏ．１４ ｍ。年内泥沙淤积

主要集中在汛期，１９９８年６ １０月口门区最大淤厚达０．２８ Ｉｎ，约占全年７４％；２００６年６￣１０月口门区最大淤厚

达０．０９ ｍ，约占全年６５％。

为分析泥沙逐年淤积的累积情况，以２００６年水沙条件为基础，进行了长系列水文年计算，计算结果显

示，１ ａ后白鹿洞书院在哪里 口门区最大淤厚为０．１４ ｍ，２ ａ后口ｆ－１区最大淤厚为０．２６ ｍ，３ ａ后口ｆ－Ｉ区最大淤厚为０．３５ ｍ。以上

数据说明，随淤积历时的增长，泥沙逐年淤积量略有减少，并且淤积泥沙由口门逐渐向航道推进。

三 ：

图３ １９９８大水中沙年马汊河口淤积纵剖面图

Ｆｉｇ．３ Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｎ Ｍａｅｈａ ｆｉｖｅｒ ｍｏｕｔｈ ｉｎ １ ９９８

互

０

图４ ２００６小水小沙年马汊河口淤积纵剖面图

Ｆｉｇ．４ Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｎ Ｍａｃｈａ ｆｉｖｅｒ ｍｏｕｔｈ ｉｎ ２００６

４结论

马汊河口潮流以及泥沙数学模型计算结果说明，中、洪水条件下，长江八卦洲河段内不存在涨潮流，但

是由于潮位的涨落，马汊河口口门区及口门内航道仍然存在往复流。口门附近断面流速分布沿河宽方向变

化较为明显，表现较强的二维水流运动特征，随着水流向口门内航道方向推进，断面流速分布沿河宽方向变

化逐渐减小，说明航道内侧基本呈一维明渠水流运动特征。口门区域存在较大的回流，口门区回流随潮位涨

落和流量变化而发生变化。河床变形计算结果说明，自口门向内泥沙淤积呈现由大到小的分布规律，口门附

５００ 水道港 口 第３ｌ卷第５期

近回流区泥沙淤积厚度最大，丰水中沙年泥沙淤积较为刷刷瘦 严重，小水小沙年泥沙淤积较少，年内泥沙淤积主要

集中在汛期。长系列年计算结果说明，随淤积历时的增长，泥沙逐年淤积量略有减少，并且淤积泥沙由口门

逐渐向航道推进。

参考文献：

［１］张幸农，陈长英．南京人江口门航道流态及演变分析［Ｒ］。南京：南京水利科学研究院，２００９．

［２］张幸农，吴济难．张家港二线船闸下游引航道泥沙淤积及其口门布置型式的分析研究［Ｒ］．南京：南京水利科学研究院，１９９７．

［３］张幸农，杨红，孙波．感潮河段支流引航道泥沙淤积的研究［ＲＩ．南京：南京水利科学研究院，２０００．

［４］张幸农，陈长英．张家港船闸扩建工程下游引航道泥沙淤积计算分析［Ｒ］南京：南京水利科学研究院，２００４．

［５］刘青泉．盲肠回流的水流运动特性ＥＪ］．水动力学研究与进展，１９９５，ｌｏ（３）：２９０—３０１．

ＬＩＵ Ｑ Ｑ．Ｔｈｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆＷａｔｅｒ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｅｃｕｍ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ Ｆｌｏｗ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，１９９５，ｌＯ（３）：２９０－３０１．

［６］岳建平．港渠口门回流淤积概化模型试验和研究［ＪＪ．泥沙研究，１９８６（２）：４１—５０．

ｒＵＥ Ｊ Ｐ．Ｅｘｐｅ上海chinajoy ｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃａｕｓｅｄ ｂｙ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｆｌｏｗ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ

Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９８６（２）：４１—５０．

［７］刘青泉．盲肠河段口门掺混区的泥沙扩散［Ｊ］．泥沙研究，１９９５（２）：１１－１７．

ＬＩＵ Ｑ Ｑ．Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｄｉｆｕｓｉｏｎ ｉｎ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｍｉｘｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ａｔ ｔｈｅ ｍｏｕｔｈ ｏｆ ｃｅｃｕｍ ｒｅａｃｈ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，

１９９５（２）：１１—１７．

［８］林健，窦国仁．潮汐河口挖入式港池淤积研究［Ｊ］．水利水运科学研究，１９９６（２）：２２—２９．

ＬＩＮ Ｊ，ＤＯＵ Ｇ Ｒ．Ｓｉｌｔａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｄｒｅｄｇｅｄ ｈａｒｂｏｕｒ ｂａｓｉｎｓ ｏｎ ｔｉｄａｌ ｅｓｔｕａｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，

１９９６（２）：２２—２９．

［９］张瑞瑾．河流泥沙动力学［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９８９．

Ｓｔｕｄｙ ０１３ ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ Ｎａｎｊｉｎｇ

Ｍａｃｈｏ ｒｉｖｅｒ ｍｏｕｔｈ ０ｆ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ

ＣＨＥＮ Ｚｈａｎｇ・ｙｉｎｇ１，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎｇ－ｎｏｎｇ１，ＦＡＮＧ Ｍｉｎｇ－ｈｕａ２

（１．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００２９，Ｃｈｉｎａ；

２．ＮａｎｊｉｎｇＭｕｎｉｃｉｐａｌ ＷａｔｅｒｗａｙＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｍａｃｈａ ｒｉｖｅｒ ｍｏｕｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ａ ｔｗｏ—

ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｆｌｏｏｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｂａｇｕａｚｈｏｕ ｒｅａｃｈ，

ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ｓｔｉｌｌ ｅｘｉｓｔｓ ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ ｔｉｄａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ Ｍａｃｈａ ｒｉｖｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｏｏｄ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ

ｒｅｓｕＩｔｓ ｏｆ ｒｉｖｅｒ ｂｅｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ Ｍａｃｈａ ｒｉｖｅｒ ｍｏｕｔｈ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎｓｉｄｅ

ｔｈｅ Ｍａｃｈａ ｆｉｖｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ．Ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ

ｉｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｙｅａｒｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｉｌｔｉｎｇ

ｄｕｒａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；Ｎａｎｊｉｎｇ ｒｅａｃｈ；Ｍａｃｈａ ｒｉｖｅｒ ｍｏｕｔｈ