研究论证主要成果分析与总结

2.4.3.1 数学模型模拟研究成果

数学模型计算结果表明，高低潮位影响范围仅局限在北港区域，且变化不超过0.04m，所以方案实施对长江口的防洪、排涝不会产生明显影响。

中央沙和青草沙水域实施水库坝工程后，北港的涨落潮分流比均有所降低，南港的涨落潮分流比有所增加，但变化都不超过1.3％，北槽基本没有影响。仅实施中央沙对南北港、南北槽分流比几乎没有影响。因此青草沙水库坝工程的实施没有改变南北港分流口分流格局，也不影响长江口深水航道。

中央沙和青草沙水域水库坝工程实施后，南支上段、南港、北槽区域的涨落急流速变化较小，工程的实施不会对现有南北港分流口河势稳定产生明显不利影响。但工程实施后，北港涨落急流速变化较大，落急流速增加最大幅度为北港，增加0.07～0.20m／s，变幅在15％以内；涨急流速增加最大幅度为北港上段，增加0.18～0.30m／s，变幅在18％以内。以上流速变化是由于青草沙水库工程坝线封堵了长兴岛的北小泓，使北港过水断面缩小，北港工程段的落急流速增加，但主流轴线位置仍基本保持稳定，所以工程对上海长江大桥主通航孔的位置影响不大。

若仅实施中央沙圈围，工程对分流口区域的河势几乎没有影响，但新桥通道的下边界仍未得到固定，仍将延续冲刷态势。因此，中央沙和青草沙水域宜同步实施圈围，这既有利于水库的建设，也可为南北港分流口整治创造条件。

2.4.3.2 定床物理模型试验研究分析成果

定床物理模型试验结果与数学模型模拟计算分析成果总体上基本一致。

试验表明：宝山北水道、新宝山水道、南沙头通道下段、新新桥通道、新桥水道的涨落潮流速基本不变或稍有增加，变化幅度在0.03m／s以内；新桥通道涨落潮流速略有减小，减小幅度在0.05m／s以内；南港主槽、长兴涨潮沟、北槽流速基本不变。因此，青草沙水库工程的实施不会对现有的南北港分流口河势的稳定产生不利影响，而且工程实施可起到固定中央沙沙头作用，有利于分流口河势稳定。

青草沙水库工程缩小了北港的河宽，减小了北港河床的过水断面面积。工程实施后，北港中下段涨落急流速有明显增加，落急流速增加0.08～0.2m／s，最大增幅16％；涨急流速增加0.2～0.29m／s，最大增幅19％，但落急主流线基本保持不变。因此，各方案的实施对上海长江大桥主通航孔影响不大。

青草沙水库工程实施后，横沙通道水流动力有所减弱，落急流速减少0.07m／s，涨急流速减少0.18m／s，横沙通道会有所淤积。

仅实施中央沙圈围工程，南北港分流口、南港、北港及横沙通道的潮位与流速基本没有变化，仅青草沙上段坝线流速略有增加，中央沙圈围工程的实施对青草沙水库的建设影响不大。

取水口附近：工程实施后由于北港上段缩窄、涨潮流向南偏，以及沿北小泓上溯的一股水流被切断，造成取水口附近的涨急流速在工程实施后明显增加，增加幅度为0.27m／s，落急流速流向北偏，流速略有减小，减小约0.05m／s。从取水口处附近的流速变化来看，落急流速略有减小，落潮动力没有明显减弱，涨潮动力有较大加强，因此取水口附近工程后发生明显淤积的可能性不大，拟定的取水口位置是合适的。

北港落急主流线：仅实施中央沙圈围工程，北港落急主流线基本没有变化。实施青草沙水库工程后，不同水文条件下北港落急主流线的位置总体变化不大，在洪峰流量下，北港六滧断面附近北港落急主流线北偏最大幅度约260m。而在上海长江大桥处落急主流线则基本保持不变。

2.4.3.3 动床物理模型试验研究分析成果

（1）仅实施中央沙圈围工程。5年后河势变化与无工程情况基本相似，只是中央沙沙头附近受工程保护冲刷后退速度受到抑制，但青草沙上段靠新桥通道侧仍然出现较大冲刷，冲刷泥沙部分淤在青草沙下段，也有部分淤在长兴岛北小泓，将造成拟建青草沙水库库容的损失。从总体上看，长兴岛涨潮沟河床变化趋势与无工程情况基本相同。

（2）同时实施中央沙圈围和青草沙水库工程。中央沙、扁担沙、新浏河沙、新浏河沙沙包、南港、长兴岛涨潮沟等处河势演变与仅实施中央沙圈围工程情况相似，主要差异在于对北港河床变化影响的不同。由于北港过流断面缩窄，北港主槽普遍刷深2m左右，河床宽深比变小，断面形态从宽浅向窄深方向变化，有利于北港河势保持稳定。从北港长江大桥轴线断面地形图来看，主通航孔范围内水深均有增加，而且完全满足通航标准需要（－10m水深）。横沙通道出现一定的淤积，淤积厚度约为0.5m。(www.xing528.com)

拟建取水口位于新桥通道中段南侧，工程后该处没有发现明显的淤积现象，取水口位置的设置基本可行。

2.4.3.4 青草沙水库护滩防冲三维数值模拟研究成果

东北围堤自P～S点，将青草沙与北港分割（图2-22）。东堤将靠长兴岛一侧的深槽阻断，而东侧堤坝与北侧堤坝连接点处于两条深槽的分汊口。

对涨落急时刻工程前后的底层流速及床面应力比较可见：

（1）涨落急时刻北侧堤坝与东侧堤坝连接点附近流速及床面应力有所增加，高流速区逼近堤坝。

（2）P点附近工程后涨急时刻流速增加，400m范围内增幅0.1m／s；落急时刻流速增大，400m范围内增幅0.15m／s，但工程后却有所降低。

（3）Q点附近工程后涨急时刻流速增加，400m范围内增幅0.2m／s；落急时刻流速增大，400m范围内增幅0.25m／s，但工程后却有所降低。

（4）R点附近工程后涨急时刻流速减小，400m范围内增减0.35m／s；落急时刻流速减小，400m范围内减幅0.45m／s。

东侧堤坝将北港两条深槽阻断，北侧堤坝与东侧堤坝连接点工程后流速增大，不利于岸滩保护及围堤安全。北侧堤坝近连接点（P～Q）段工程后靠围堤流速有所降低，但远离堤坝流速增加，堤坝致使部分水流归槽。

由此可见，北侧堤坝与东侧堤坝连接点附近的流场变化剧烈，有必要对该连接段采取必要的工程措施，以确保大坝的安全。

图2-22 涨、落急时刻底层流速示意图

2.4.3.5 绕流物理模型试验主要成果

根据东侧堤坝和北侧堤坝连接段的水动力特征，导致其产生绕流及冲刷影响滩地、大坝安全的主要原因是涨潮流动力，尤其涨急时作用十分明显，因此，防护措施的基本思路是将涨潮流动力调离堤身。为此，在连接段靠北处设置一条桩石坝，坝长400m，坝顶高程由坝根4.0m渐变至坝头－2.0m。

根据物理模型试验成果，通过对东侧堤坝有桩石坝与无桩石坝方案情况下，各典型断面局部冲刷坑的对比分析发现，东侧堤坝桩石坝建设后，在桩石坝的南北两侧靠近大坝附近都形成了较大的掩护区，泥沙在桩石坝的两侧均有较大幅度的淤积，但是在坝头形成了7～8m的冲刷坑。

由于桩石坝的建设，减小了东侧堤坝附近的局部冲刷坑。作用最为明显的部位是东堤转弯段，在转弯段北侧护排外侧甚至出现淤积，可见加丁坝的效果明显。为了配合桩石坝实施，对东侧堤坝弯段进行调整，减小曲率半径，即曲率半径由原来的800m减小为300m。