航道推移质淤积算例讲解

崖门出海航道大风天泥沙骤淤分析侯佳艳;何杰;辛文杰【摘要】Yamen waterway passes through Huangmao sea. This is a main channel from Ngan Chau Lake to the sea. Results from wave climate and bedload characteristics analysis show that the high and rapid of back siltation appeared in the Yamen navigation channel in storm condition. Bedload and suspended sediment deposition in the east and west channel under the same conditions can be estimated by an empirical formula. Under the effect of simultaneously of "three main factors" (wind, wave and flow) for a whole day and night, the average siltation thickness of the east waterway is 0. 15 m and the maximum thickness is 0. 30 m, while in the west waterway is about 0.30 m and 0.62 m, respectively. The possibility of sudden siltation and ranges in the western channel are much greater than the eastern channel. This is due to the west waterway is located in the open sea of Huangmao Sea. However, the east waterway passes through many islands which are covering against the storm. In a period of development of Yamen navigation channel, the sudden siltation in the west channel under heavy storm conditions should be paid a special attention to sudden sileation during the development of Yamen waterway.%崖门出海航道穿越黄茅海,是银洲湖出海的主要通道.通过对黄茅海风浪情况和海床泥沙特性的分析,认为崖门航道存在大风天发生航道骤淤的可能性.采用经验公式估算的方法,对崖门东线和西线航道在同等工况下的底沙、悬沙淤积进行了计算.在“三碰头”(风、浪、流)水情作用24 h后,东线航段平均淤浅0.15m,最大淤厚0.30m；西线航段平均淤浅0.30m,最大淤厚0.62m.西线航道骤淤的可能性和幅度都要大于东线航道,这主要在于西线航道处在黄茅海中口门的开阔海域,而东线航道途径水域则有众多岛屿对风浪的掩护作用.在崖门出海航道的开发过程中,西线航道大风天形成的骤淤应予以特别重视.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】7页(P55-61)【关键词】黄茅海;崖门航道;泥沙【作者】侯佳艳;何杰;辛文杰【作者单位】南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029;南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029;南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029【正文语种】中文【中图分类】TV148;U612.3崖门是珠江口八大口门中最西边的两个河口之一，处于黄茅海海域，呈走向为NNE－SSE的喇叭状河口湾，海湾面积大于500 km2，湾顶通过崖门、虎跳门分别与银洲湖和虎跳门水道相通，湾口由一系列岛屿(南水、三角山、大杧、大襟、小襟、荷包、高栏)形成屏障，通过岛屿间的峡口与南海相连.黄茅海湾顶狭窄，湾口宽阔，水下地形总体呈中部浅、南北深、西北高、东南低的态势，以3 m等深线为界，该海湾呈“三滩两槽”(西滩、东滩和拦门沙浅滩，东槽和西槽)地貌格局.黄茅海属于潮流型河口湾，径流量小，纳潮量大，其水沙分布和滩槽演变主要受潮动力控制、但波浪和径流对其影响也很明显［1］.根据我国沿海港口建设的经验，平常情况港池、航道的泥沙回淤并不很大，而大风浪往往会带来骤淤.据研究，台风浪或冬季寒潮形成的大风浪都可能引发骤淤，而在同样风浪条件下，粉沙质海床最容易发生严重骤淤.因此，要判断港口是否存在骤淤问题，一要看当地风浪大小，二要分析海床泥沙特性.徐啸等曾对国内外发生过泥沙骤淤的近海港口航道资料进行介绍分析，探讨了泥沙骤淤的类型和特点［2］.顾杰等运用Delft-SWAN建立了长江口波浪场数值模型，并考虑反射、折射、底部摩擦等对环境的影响，对台风产生航道淤积的机理进行了分析［3］.丁坚等从悬移质不平衡输沙方程出发，导出估算挖槽回淤的计算公式，并估算极端水文条件下不同方案的回淤强度和回淤量，分析表明崖门出海航道及其所在水域在台风、大潮、大汛同时作用下有较大淤积，且西航道在大风浪作用下的回淤比东航道要大得多［4］.解鸣晓等采用代表潮和代表波浪场对长期水动力进行模拟，研究了淤泥质海岸大风作用下的泥沙运动特征及进港航道回淤特性，得出大风作用下的含沙量分布形式与正常天气相似，但含沙量数值大幅增高，一次大风对航道回淤的影响时间应为大风期间与风后一段时间的总和，其中航道回淤最强的时刻发生在风后1 d左右，然后随时间推移而逐渐降低至正常天气状态［5］.何杰结合黄茅海的水文泥沙环境，分别从航道沿程水深变化、航道回淤特征分析以及航槽断面形态变化等方面对航道的泥沙冲淤强度及时空分布进行了计算和分析，得出航道沿程回淤分布总体呈“南高北低、中部突出”的变化趋势，季节变化呈现“洪淤枯冲”的特点;开挖段主槽回淤量最大，东西边坡随季节有冲有淤，回淤总量很少;拦门沙航段仍是主要的回淤段;航道的边坡稳定性对航槽回淤的影响应重视［6］.目前的崖门出海航道采用东线航道，通航标准为5 000 t级.规划中的崖门出海航道通航标准提升至3万t级后，将出现航道加长、航槽变深、回淤增加等新问题，继而将会出现航道选线的新问题，即东线航道和西线航道两个方案究竟哪个更适合建3万t级深水航道(位置见图1).由于黄茅海水域风浪较大，崖门航道遭受大风天泥沙骤淤的可能性也较大.本文将采用罗肇森提出的航道骤淤计算方法［7－9］，结合崖门出海航道的实际工程研究［10］，对大风天的航道骤淤进行分析和计算.图1 崖门出海航道示意图Fig.1 Schematic diagram of Yamen outfall waterway1 黄茅海风浪情况和泥沙特性1.1 风浪情况黄茅海受季风气候影响，冬半年以北向风为主，夏半年以东南向风为主，而且夏秋季常受台风侵袭.黄茅海的波浪包括湾外传入的涌浪和当地的风成浪，受台风入侵的影响，潮水位可出现激烈的升高或降低，可使海湾内滩槽出现淤积.由于湾口有诸多岛屿掩护，涌浪向湾内传播距离有限，一般从中部湾口(大襟岛—大芒岛间口门)向内传入，到拦门沙外坡水浅处即破碎消失.因此，黄茅海湾内水域主要受风成浪影响，湾口水域则要受到风浪和涌浪的叠加影响.黄茅海湾内的风浪主要受风区、风时和地形三大因素制约.东、西方向因风区太短，很难形成大浪，南、北方向风区较长，具备风浪发展的空间.南北向风区与黄茅海的常风向(NNE)以及季风方向(冬季偏北风、夏季偏南风)基本趋同，因此偏北向浪和偏南向浪应是黄茅海湾内的主要风浪.据估算，平均风速如果超过6 m/s，就会形成波高大于0.6 m的浪，如果风速大于20 m/s的偏北风持续作用，深水区可能出现超过2 m的大浪，浅水区就会形成破波带.这种风浪对黄茅海西滩和拦门沙浅滩的泥沙掀扬作用最为显著，波生流亦会加强落潮挟沙水流偏西运动，使黄茅海西岸一带水体更加浑浊.黄茅海湾口海域的大浪主要由寒潮和台风引起.据南海海洋调查中心的分析，如出现10 m/s以上大风，可引起1.5 m以上的浪高.荷包岛站实测资料表明，秋冬季节最大H1/10的波高在2.5 m左右，远不及台风引起的浪高.规划中的西航道以及部分东航道仍处于水深小于10 m的浅水开敞海域，黄茅海的风浪条件具备了发生骤淤的动力环境.根据1981年10月至1982年9月荷包岛为期1 a波浪观测资料的统计分析，该站常浪向和强浪向均为SE向(图2).荷包岛站年平均H1/10为1.1 m，表现为冬季波高略大.月平均H1/10最大和最小值分别为1.4和0.8 m，分别出现在11月和5月.该站月最大H1/10和月最大H1/100最大值均出现在7月，由8208号台风引起，分别为4.7 m和5.6 m.荷包岛站年平均周期¯T为5.1 s，月平均¯T年内波动较大，秋冬季大于其他季节，¯T均大于5.6 s，最大值为6.0 s，出现在12月，最小值为4.4 s，出现在5月.荷包岛站各月的月最大¯T在6.6～11.3 s之间.多数月份月最大¯T在7.0 s以上，8～11月月最大¯T均在8.0 s以上，月最大¯T为11.3 s，出现在10月，最小值 6.6 s，出现在5 月.图2 荷包岛站年H1/10波高玫瑰图Fig.2 Rose map of annual H1/10wave height in Hebao island station1.2 泥沙特性泥沙运动既有机械沉积作用，也有絮凝沉积作用，因以潮流作用为主，所以推移质泥沙较少，在涨落潮冲刷力较强的情况下，比较容易维持较大水深;但河口湾在环流、絮凝及底层优势流所形成的盐水楔影响下，沉积作用较强.据观测，黄茅海深槽南端含沙量较高，形成河口湾最大浑浊带，使细颗粒泥沙絮凝沉积形成拦门浅滩.以往调查研究表明，黄茅海湾内广大边滩和浅滩为粉砂质黏土或黏土质粉砂类沉积物，中值粒径一般小于0.008 mm，沉积在西滩上的泥沙颗粒更细一些;在赤鼻以北的落潮冲刷槽内，有细砂、砂和砾砂分布，中值粒径在0.05～0.50 mm;在湾口东侧海峡水道附近，也分布有细砂、砂－粉砂－黏土等较粗的床沙.2010年1月份海床底质取样资料表明，黄茅海海床大部分区域底质中值粒径小于0.01 mm，底质取样中黏土含量大部分在20%以上，这表明海床表层沉积物主要由黏性细颗粒泥沙组成，黄茅海海床属于淤泥质海岸类型，海床床沙细而密实，黏结力较大，该类型的海床在平常水情下不易发生大冲或大淤的情形.但由于黄茅海台风浪发生次数频繁，该海床具备产生骤淤的可能性条件.2 经验公式估算淤泥质海岸的大风骤淤目前尚无规范算法.由于黄茅海海床以细颗粒泥沙为主(d＜0.01 mm)，这里把黄茅海作为淤泥质海岸进行大风骤淤估算［7－9］.2.1 风浪引起的浮泥淤积浮泥引起的航道淤厚由下式［8］求得:式中:B为航道宽度(m);T为淤积历时(s);γc为淤积体干密度(t/m3);浮泥单宽输沙率qsf可用下式表达:式中:Mc为冲刷系数，γ和γw分别为水和淤泥的密度(t/m3);Ubmax为波浪水质点最大轨道速度，泥沙起动流速，H 为水深;Ub为波浪水质点平均轨道速度，Ub=为潮流、波流(传质速度)和风吹流的合成速度，Vm=为潮流流速，取涨潮平均值，UW为风吹流流速，UW=0.03W，W为风速;φ为水流与航槽的平均夹角.2.2 风浪引起的悬沙淤积悬沙淤厚可用下式计算:式中:α为泥沙沉降机率;¯ωf为泥沙絮凝沉降速度;S为大风天时水体平均含沙量(kg/m3);H1，H2分别为航道开挖前后的平均水深;θ为水流向与航道轴向的夹角;n 为转向系数，nθ=0.934θ－3.61.大风浪引起的海床骤淤，本质上是波浪掀沙、潮流水体含沙量增大，而潮流挟沙能力不足造成的悬沙落淤.悬沙的挟沙力与水流流速、水深及海底的泥沙重度有关，可采用下式估算:式中:S为平均含沙量;H为水深;V为波浪流与风吹流的叠加流速;γs为泥沙颗粒的密度(t/m3).2.3 大风淤积总厚度大风浪形成的淤积由浮泥淤积与悬沙淤积按不同情况组合而成，其总淤厚P按下式确定:式中:k值根据海床表面物质密度的不同分别取值［8］，当γw＜1 100 kg/m3时，浮泥输沙是主要形式，其输沙量占总量的56%，k=0.56;γw=1 100～1 200kg/m3时，悬浮输沙占88.8%，过渡段占9.2%，浮泥仅占2%，k=0.11;γw＞1 200 kg/m3时，垂线上仅存在悬沙一种输沙模式，k=0.3 计算成果分析3.1 海床表面物质密度与参数k根据现场调查，工程海区大部分海床表层沉积物的密度都大于1 250 kg/m3.考虑到基础资料有限，并且大风到来之前，一般海域都会先刮6～7级风，海床上泥沙被搅动，考虑到危险的情况，假定海床表层存在密度为1 150～1 200 kg/m3之间的薄泥浆层，在大风浪作用下有可能形成浮泥运动.这样，在式(5)中取k=0.11，表示既考虑浮泥淤积，也考虑悬沙淤积，只是后者权重更大一些.3.2 计算采用的风浪条件和骤淤时段“三碰头”水情:潭江上游洪水流量3 660 m3/s，风速取黄茅海20年一遇最大风速31.5 m/s，按最大风速作用5 h推算，湾口水域将产生6.5 m的有效波高，航道沿程波要素按波浪折射原理和海底摩擦损耗估算.本次骤淤计算时段为24 h.计算方案选东航道和西航道2种方案，均考虑SE向、S向和SW向3个方向的风浪作用，计算水情按“三碰头”考虑.2个方案进港航道的工程尺度为:东航道方案，底高－12.7 m，底宽160 m，长度26 000 m，方位角为 N178、N142、N170;西航道方案，底高－12.7 m，底宽 160 m，长度 25 000 m，方位角为 N180.表1列出了“三碰头”水情下东、西航道骤淤计算结果，结合图3所示2个航道的骤淤沿程分布可以看出:东航道回淤分布比较均匀，SE向风浪造成的航道淤厚相对较大，在“三碰头”水情(20年一遇)作用24 h情况下，该航段平均淤厚约0.15 m，最大淤厚约0.30 m;西航道骤淤分布呈“中间大、两头小”分布，S向风浪造成的航道淤厚相对最大，在“三碰头”水情作用24 h后，该航段平均淤厚0.30 m，最大淤厚0.62 m.表1 东、西航道沿程各参数值Tab.1 Parameters of the east and the west waterway里程/m东航道西航道H/m Vm/(m·s－1)涨潮流流速Ut/(m·s－1) 流向/°H/m Vm/(m·s－1)涨潮流流速Ut/(m·s－1) 流向/°53(Q) 5.3 2.33 0.54 354 5.7 2.90 0.54 354 54(R) 5.5 2.27 0.50 346 5.4 2.97 0.54 347 55 5.2 2.24 0.56 332 5.3 2.96 0.54 349 56 5.2 2.22 0.56 331 6.9 3.13 0.57 350 57 5.4 2.240.56 332 3.2 3.76 0.49 351 58 5.5 2.25 0.51 331 2.7 3.90 0.45 352 59 5.32.14 0.51 330 2.5 4.07 0.46 354 60 5.5 2.00 0.52 328 2.4 4.14 0.47 356 615.5 1.56 0.52 325 2.4 4.15 0.47 358 62 5.5 1.44 0.51 322 2.6 4.23 0.48 1 63 5.8 1.40 0.50 322 2.7 4.15 0.47 2 646.0 1.41 0.48 321 3.0 4.18 0.47 2 65 6.4 1.43 0.54 320 3.1 4.10 0.48 1 66 6.2 1.39 0.52 331 3.4 4.01 0.46 357 67 5.8 1.33 0.43 332 3.8 3.95 0.50 354 68 5.4 1.29 0.40 329 4.3 3.79 0.49 353 695.1 1.32 0.39 325 4.9 3.69 0.46 353 70 5.2 1.45 0.37 321 5.3 3.69 0.44 35371 5.7 1.68 0.40 318 5.8 3.60 0.43 352 72 6.9 2.10 0.44 317 6.4 3.52 0.41350(续表)注:H为开挖前水深(m，理基);沉降机率α=0.6;絮凝沉速ωf=0.000 5 m/s;淤积物干密度γc=723 kg/m3;计算时段T=24 h.里程/m东航道西航道H/m Vm/(m·s－1)涨潮流流速Ut/(m·s－1) 流向/°H/m Vm/(m·s－1)涨潮流流速Ut/(m·s－1) 流向/°73 8.4 2.43 0.46 320 6.7 3.50 0.37 348 74(S) 8.3 2.45 0.46 332 7.2 3.44 0.34 346 75 8.3 2.34 0.43 355 8.0 3.31 0.30 345 76 7.3 2.33 0.37 9 8.6 3.24 0.28 345 77 8.8 2.11 0.26 14 9.6 3.11 0.26 345 78 10.6 1.93 0.22 14 10.2 3.09 0.24 346 79 11.5 1.96 0.17 357 11.1 3.02 0.22 347 80(T) 13.2 1.96 0.16 327 12.2 3.02 0.54 354平均 6.7 1.89 0.44 296 5.6 3.59 0.43 301图3 “三碰头”时东、西航道淤厚沿程分布Fig.3 Silting thickness distribution in the east and the west watenway of“three main factors”(γw=1 200kg/m3)3.3 骤淤估算结果分析表2列出了东、西航道在“三碰头”水情下航道沿程的泥沙回淤值，图3显示了两个方案航道的沿程骤淤厚度分布状况.表2 “三碰头”时东、西航道骤淤计算结果统计Tab.2 Statistics of the calculated results under sudden siltation of“three main factors”in the east and the west waterway航段γw=1 150 kg/m3时的淤厚/m γw=1 200 kg/m3时的淤厚/m γw=1 250 kg/m3时的淤厚/m最大平均最大平均最大平均东航道R－T段SE 向 0.520 0.272 0.302 0.156 0.201 0.104 S 向 0.378 0.178 0.215 0.102 0.141 0.067 SW 向 0.347 0.192 0.201 0.110 0.134 0.073西航道R －U段SE 向 0.506 0.227 0.293 0.131 0.195 0.086 S 向 1.061 0.514 0.615 0.297 0.410 0.197 SW 向 0.550 0.227 0.319 0.131 0.212 0.087结合淤厚统计可以看出:(1)不同泥沙密度下的骤淤数据表明，密度越小淤厚越大.考虑到历次调查工程海域表层泥沙密度一般都在1 250 kg/m3以上，为稳妥起见，本次估算取γw=1 200 kg/m3作为床面条件.(2)在大忙、荷包等岛屿的掩护下，东航道水沙运动受S向和SW向风浪影响较小，SE向风浪则影响较大，平均淤厚为0.16 m(“三碰头”)，淤积由悬沙和浮泥落淤所组成.据分析，该平均淤厚值与20世纪90年代崖门航道试挖槽台风骤淤0.13 m的实测结果比较接近.(3)西航道处于中口门水域，湾口风浪传入后将直接面对西航道.骤淤计算结果也表明，各向风浪对西航道造成的骤淤都比较明显.其中S向风浪形成的最大淤厚达0.62 m.由于S向风浪与西航道走向趋于一致，航道骤淤主要是悬沙落淤所致.4 结语崖门航道所在的黄茅海海域台风浪发生较频繁，海床具备产生骤淤的条件.“三碰头”水情下的骤淤估算结果表明，崖门出海航道在拦门沙航段可能发生较大的大风天骤淤;从东线航道和西线航道的骤淤计算结果来看，无论是平均淤厚还是最大淤厚，西航道都要比东航道大1倍左右.从这一角度评价，东航道的风浪掩护条件要好于西航道.文中对骤淤厚度的估算均是按淤积物密实后的体积折算的(γc=723kg/m3，换算成湿密度γw=1 430 kg/m3)，而在实际骤淤刚形成时，其淤积物并未密实，厚度会比密实后大很多，此后新淤泥面会随时间逐渐降低，但这并不影响对两个航道骤淤情况的比较.参考文献:［1］中国海湾志编篆委员会.《中国海湾志》第十一分册［M］.北京:海洋出版社，1993.(Compiling Commission of China's Bay.China's bay，Vol.11［M］.Beijing:Ocean Press，1993.(in Chinese))［2］徐啸，佘小建，崔峥.港口航道泥沙骤淤问题初探［C］∥中国水力发电工程学会水文泥沙专业委员会.中国水力发电工程学会水文泥沙专业委员会第四届学术讨论会，北京:中国水利水电出版社，2003.(XU Xiao，SHE Xiao-jian，CUIZheng.Primary study on sudden siltation of sediment in habor and channel ［C］∥Hydrological Sediment Protessional Committee of CSHE.The Fourth Academic Symposium of Hydrological Sediment Professional Committeeof CSHE，Beijing:China Water Conservancy and Hydropower Press，2003.(in Chinese))［3］顾杰，韩冰，黄静，等.模拟分析台风引起长江口骤淤的原因［C］∥吴有生，刘桦，许唯临.第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会，北京:海洋出版社，2009.(GU Jie，HAN Bin，HUANG Jing，et al.Simulation analysis on the cause of flash silting 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航道开挖后的淤积计算方法
罗肇森
【期刊名称】《泥沙研究》
【年(卷),期】1991()2
【摘要】<正> 笔者拜读原文开阔了思路,提出以下问题开展讨论. 1.关于角度校正问题作者从饱和输沙法和不饱和输沙法导引公式时都依据同一个概念:把开挖的航槽作为沉沙池,当航槽方向与水流方向交角大时,△L短,当航槽方向与水流方向交角小时,△L长(参阅原文图1).作为沉沙池考虑,水流沿一个方向,流速大小相同,自然,【总页数】5页(P81-85)
【关键词】航道;开挖;淤积;计算法
【作者】罗肇森
【作者单位】南京水利科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】U615
【相关文献】
1.广利港口拦门沙航道开挖后淤积强度预测 [J], 陈静;冯秀丽;李安龙;邓声贵;周松望
2.淤泥质海岸航道,港池淤积计算方法及其推广应用：兼论连云港建大堤后的泥沙问题 [J], 刘家驹;张镜潮
3.航道开挖后的淤积计算方法 [J], 陈兴伟;乐培九
4.航道开挖后的淤积计算方法探讨 [J], 刘冰
5.航道开挖后的淤积计算方法 [J], 乐培九;阎金祥
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淤泥质海岸港池回淤计算方法对于单港池的环抱式港口，口门处、港池、回旋区域的平均淤积可以由下式进行计算：31/3011002(1)1(1)1()exp ()2K S t d A P A d αωγ⎡⎤+⎡⎤=+ψ-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦其中：ψ为推移质淤积厚度与悬移质淤积厚度的比值，对于淤泥质海岸，取为0； 0K 为经验系数，缺少资料的情况下，可取值0.14~0.17；ω为泥沙的絮凝沉降速度，连云港约为0.4~0.5mm/s ；1S 为波浪潮流综合作用下浅滩水体的平均含沙量(kg/m 3)，缺少现场观测资料时，可按下式子计算：2111(12)0.0451;20.2ss T U V V S gd H V V V V C d γγγ+=-=+=t 为淤积历时(s)；0γ为淤积物的干容重(kg/m 3)，0.1830501750D γ=，淤泥质海岸一般取为600~900 kg/m 3；1d 为港池口门外半径为R 范围内的平均水深，半径R 的计算公式为：平均流速(m/s)*涨潮历时(s)；2d 为港池开挖后的水深；A 为港池内水下浅滩的面积(m 2)；0A 为港池内的总水域面积(m 2)；对于港池水域较大、泊位较多的大型港池，港池淤积计算应分区进行。

分区回淤计算公式相同，主要是分区递进，推算关心区域的含沙量，分区计算公式如下：31/301()0()02()(1)1(1)1()exp ()2i i i i K S t d A P A d αωγ⎡⎤+⎡⎤=+ψ-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎣⎦ 0()01001()()i i i i i n i i A A P S S A A H Nγ+=-=--∆∙∑其中：H ∆为平均潮差；N 为一年的潮数；1S 为进港的含沙量；对于环抱式港池纳潮量很大，口门区流速较大，口门区淤积也会减少，则淤积计算公式变为：1()21/301()0()012()(1)1(1)1()()exp ()2i i i i i V K S t d A P A V d αωγ⎡⎤+⎡⎤=+ψ-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎣⎦。

瓯江口航道淤积特征分析第32卷第2期2011年4月水道港口JournalofWaterwayandHarborV()1.32No.2Apr.2011瓯江口航道淤积特征分析孙决策,麦苗(1.温州市瓯江口开发建设总指挥部,温州I325027;2.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456)摘要:根据实测水文泥沙和水深图资料,对瓯江口航道的淤积特征进行了分析.研究结果表明:1二程海区潮汐属于正规半日潮类型,为强潮海区;工程海区潮流性质属于不规则半日浅海潮流,潮流运动呈往复流形式;航道水域范围多年来总体上处于0m浅滩水域略有淤积,0m下深槽略有冲刷,总体呈现略有冲淤变化的平衡状态;瓯江航道泥沙淤积主要发生在汛期洪水下泄和台风后,且以骤淤为主,其他时期冲淤变化甚微.关键词:潮流;泥沙;航道;淤积;瓯江口中图分类号:u617.6文献标识码:A文章编号:1005—8443(2011)02—0107—05瓯江是一条山溪河流,其出海口被灵昆岛分为南口和北口(图1).瓯江口外岛屿林立,浅滩密布,滩槽交错,地形复杂.瓯江口外有温州浅滩,j三角沙,中沙3大沙滩,有沙头水道,中水道,黄大岙水道,南水道,重山水道等几条水道,在青山岛和状元岙之间存在一个深水区,在龙湾和七里有温州港龙湾港区和七里港区;中水道——黄大岙水道是目前温州港瓯江口的出海航道,其问存在拦门沙浅滩.瓯江口航道疏浚一期治理T程于2004年9月开工,2006年4月通过验收.工程南4.0km的北导堤和总长16.8km,宽140m,深6.0m的单向航道组成.本文根据历次实测水文泥沙和水深图资料,对瓯江口的水沙特征,冲淤演变,航道的淤积特征进行分析,为航道的进一步整治提供科学依据.图1瓯江口形势图Fig.1SketchoftheOujiangestum7l水动力泥沙特征工程海区位于瓯江口北口,自然条件比较复杂.1.1河道径流据瓯江圩仁站,楠溪江石柱站近50a实测资料统计:瓯江平均年流量为469.1m3/s;多年平均年径流人海148.05亿rn3;瓯江干流圩仁站最大洪峰流量为22800ln3/s,最小流量为10.6m3/s,年际问最大与最小年平收稿日期:2010—08—12;修回日期:2010—09—14作者简介:孙决策(1977一),浙江省永嘉人,男,工程师,硕士,从事水环境与水生态方面的研究及水利工程建设管理.Biography:SUNJuee(1977-),male,engineer.108水道港口第32卷第2期均流量和径流总量变化达3.4倍.就其径流实测资料(1991～2004年)年内变化统计,径流主要发生在3～8月(占全年下泄流量的76.1%).1.2河道输沙据圩仁和石柱站输沙量统计,瓯江为山区性少沙河流,多年平均年悬移质输沙量为205.1万t,年平均含沙量为0.131kg/m,年最大,最小输沙量变化可达l3倍.若考虑推移质,按其悬沙量的10%量级估算,推移质也仅有20～50万t.径流和输沙量年际间和年内都有较大的变化,这必然影响到强潮河口的潮流与泥沙淤积变化.1.3潮汐特征瓯江口为强潮河口,据2005年6月水文全潮测验统计,各潮位站(H+Ho)/HM2=O.24～0.28,均小于0.5,因此潮汐属正规半日潮类型.一昼夜2个潮,潮高不等现象较为明显.瓯江河口平均潮差和最大潮差均以龙湾一黄华站为最大,并分别由河内和海域外侧向龙湾一黄华区段增高.河口外海域各站涨落潮历时基本一致,而往河口内涨潮历时减短,落潮历时逐渐增加.1.4潮流特征据1999～2005年瓯江河口及其附近海域历次水文全潮各站潮流速资料调和分析和计算,该水域潮流属正规浅海半日潮流类型;由于涨落潮流受水域地形限制,基本呈往复流运动.从整个潮流场强弱程度分布而言,瓯江河口龙湾一七里一黄华一中水道一乌仙头西浅滩一黄大岙水道为该海域涨,落潮流较强的区域,其中七里港断面深槽处流速最大,乌仙咀西侧浅滩相对较小,但流速绝对值仍较大.这就是瓯江通海航道水深能够得到维护和保持的主要原因.1.5余流特征根据1999年10月～2005年7月水文全潮测验各站余流分析,瓯江河口及湾内余流的变化错综复杂,其中受到河道径流下泄量,施测时风浪,潮型大小,测站位置等多种因素影响.就该海域各站位余流大小特征值而言,一般表层余流大于底层余流(如1999年,2005年),2002年则表现为底层余流大于表层.就其量值而言,该海域总体余流强度较大,其中河道内一七里一黄华一乌fIlI头的余流较大,而状元岙,北水道等水域相对较小.就其余流方向而言,河道径流下泄量大时,均表现为由西向东,指向海域方向(2005年),而在正常潮型情况下有些部位较为复杂,北水道各站余流指向NE向,其余站位余流指向s向,并向三角沙中部集中.总体上看,主水道龙湾一七里一中水道一黄大岙水域余流指向E向.1.6含沙量根据河口及邻近河口范围各站涨落潮潮段垂线平均含沙量,垂线平均最大含沙量以及测点最大含沙量的平面分布统计分析,含沙量分布有如下特征:(1)同一地点含沙量的值有较大变化,这主要是因为历次观测时水文泥沙自然条件不一致.例如2005年水文全潮河道发生较大径流时,河口附近明显的高含沙量浑水带消失,河口附近的含沙量成倍减少,整个水域的潮段平均含沙量在1.1kg/m以下.各站每年同期实测的大,中潮含沙量基本一致,但小潮含沙量却明显减小,表明潮段平均含沙量与潮汐动力明显相关.2002年水文全潮海域有S向风浪作用时,水域内含沙量大增,同时出现大量浮泥.测验期间瓯江河口及其附近(包括龙湾,七里,黄华,北水道三角沙)范围为该海域含沙量较大的区域,小门岛水域含沙量最小,其潮段平均含沙量在0.3kg/m以下.2005年水文全潮实测含沙量都在1.1kg/m以下,但河口及其附近含沙量大,其外侧海域含沙量逐渐变小直至最小.(2)河口及邻近海域的含沙量呈现涨潮大于落潮的规律.(3)在龙湾,七里,黄华,乌仙咀西浅滩,状元岙等处底层含沙量相对较大,同时其临底层存在高浓度的含沙水体(浮泥).这些含沙量水体和临底层的浮泥将推向中水道和乌仙头西浅滩水域,成为航道骤淤的泥沙来源.近期由于温州浅滩围涂工程北导堤的形成,s风向产生的波浪掀沙受到阻挡,中水道泥沙发生骤淤的程度将大大减小.1.7悬沙粒径根据水文测验各站全潮期悬沙取样分析,全水域(龙湾一湾内水域)1999年悬沙平均粒径d.为0.0055～0.0084mm.各站间悬沙粒度相差不大.2005年悬沙平均粒径d为0.0159mm,较1999年实测粒径值大1倍以上.这主要是由于实测期大潮遇到河道径流洪水,将悬浮和沉积于河口附近大量较细颗粒泥沙冲向海2011年4月孙决策,等瓯江口航道淤积特征分析l09域,在潮流和波浪动力作用下还未来得及发生沉积而致.1.8底质根据1999年10月～2005年7月水文测验各站底质表层取样粒级分析,龙湾,七里,黄华,乌仙头西浅滩,乌仙头,黄大岙,中沙,青菱屿等地除个别靠近边滩与深槽水域站位底质为粘土质粉砂,粉砂质砂外,大部分被砂覆盖,而北水道,小门岛除局部有粘土一砂一粉砂出现外,绝大部分为粘土质粉砂所覆盖.河口及主流水道水域底质粒径相对较粗,且夏季(7月)较秋季(10月)要细,这主要是夏季沉积于床面的泥沙未经风浪掀沙的影响,而秋季EsE—sw向风向的波浪掀沙将沉积于床面的细颗粒泥沙掀起,参与水域悬浮泥沙的运动,显露了原河床质为砂的本质分布.在温州浅滩围涂丁程灵霓大堤筑成后,黄华一乌仙头主水道内波浪掀沙作用减弱,在中水道挖槽范围内,底质中值粒径相对较细,为粉砂质粘土,改变了原来为砂质的特征,这种变化对航道维护非常有利.1.9泥沙来源1.9.1河道输沙瓯江流域多年平均每年经河道向下游输沙205.1万t,在径流,潮流作用下于河口及其两侧沉积堆积,造成了河口拦门沙浅段,北水道与中水道问的j角沙浅滩和灵昆岛东南侧的温州浅滩,且沿着落潮水流两侧和主流末端淤积,说明其泥沙来源于河道输沙.1.9.2海域来沙浙江沿海海域潮流主要由进人浙闽海域的太平洋黑潮暖流(称台湾暖流)和沿岸流2个系统组成,其中台湾暖流每年春初至秋末在南风作用下沿岸线北上,由于其水清,含沙量小,使沿岸区域泥沙随流北上,岸滩冲刷,每年秋末至春初该岸线海域盛行东北,西北风,台湾暖流势力减弱,长江口淡水舌向南偏移形成向南运动的沿岸流,具有水深,含沙量高的特点,作用范围仅限离岸4050海里的狭长水域,沿岸流携带的泥沙于沿程和水域相对平静的海域淤积,造成长江门南侧大部水域冬,春季的泥沙淤积.据浙南(北起玉环岛乐清湾,南至平阳咀)沿岸一10Ill等深线内水深冲淤变化统计,1931～1971年间平均每年淤积3000万111,平均淤积速率为2.2em/a.而该区域瓯汀,飞云江,鳌江3条江平均输沙量仅为350万与其海域有很大差别.因此长江口外泥沙的南下扩散是造成温州海域泥沙淤积的重要原因.河道及浅滩水域广泛分布着粉沙质泥沙,其中小于0.004mm的细颗粒物质含量达60%,这部分泥沙在波浪作用下起动,悬浮,随潮流运动并在动力环境较弱的水域中落淤,形成泥沙的局部再搬运.综上所述,温州湾航道水域的泥沙来源主要为瓯江河流来沙,外海海域来沙及局部水域的泥沙再搬运.2航道区附近滩面冲淤演变分析对1986年,1999年,2002年,2005年历年水深测网进行了比较分析.通海航道岐头以下～乌仙咀西侧2km,东西长6.5km,南北宽3000～7000m的范围里,每隔250rn作一个断面(与测图1:25000精度一致),进行历年冲淤分析,从中可以看到:1986～2005年间,3.7m(平均海面)至理论深度基准面0m问浅滩部分以淤积为主,19a间淤积322.7万111,年均淤积17.0万ill,年平均淤积强度为4cm;0m 下水域以冲刷为主,19a间冲刷208.8万m,年均冲刷11.0万Ill.,平均冲刷强度为1cm/a,总观3.7m以下19a问淤积114万m,年均淤积6.0万m.,水深年平均冲刷强度为0.32(2ffl.综上所述,多年来该航道水域范围总体上理论基面以上浅滩略有淤积,0m下深槽略有冲刷,总体呈现略有冲淤变化的平衡状态.3航道淤积特征3.11984年,2002年航道试挖槽的冲淤变化1984年1012月和2002年4月分别对中水道浅滩段长1800m,3200m的航道进行了疏浚,浚深分别达到5.20nl和5.50t以上,分别平均增深0.65m,0.68Ill,其后分别对挖槽段航道水深进行了多次观测分析,航道水域平均冲淤变化如下:按平均水深变化,其泥沙淤积可以分作3个阶段,第一阶段分别为1984110水道港口第32卷第2期年12月～1985年7月19日和2002年5月31日～7月12日,该时段航道平均水深分别由5.22m,5.60m变至5.24m,5.44133,水深分别增加0.02m,减小0.161TI,平均水深变幅在0.20m以内.第二阶段分别为1984年7月19日～8月2日和2002年7月12日～8月27日,航道平均水深分别减小0.68m和1.10m,为航道泥沙骤淤时段.第三阶段分别为1984年8月2日～12月和2002年8月27日～l1月16日,航道平均水深分别增加0.32m和0.111TI,使航道水深由最不利的情况逐渐冲刷到航道疏浚前的状况.由此可以看出:中水道水域航道在正常情况下有冲淤变化,但对整个航道水深影响不大,基本呈现冲淤平衡或略有淤积的规律.但7～8月问有骤淤现象,其后航道滩面水域将发生一定的冲刷,使之恢复原滩槽水深维持的状况.3.22005年和2006～2007年浅滩航道疏浚后泥沙的淤积情况通海航道浅滩段于2004年10月30日疏浚施工,2005年1月19日施工完成,4月通过航道5.5m阶段的验收,2005年10月～2006年2月进行第二阶段疏浚施工,疏浚至一6.0m.其间进行了航道水深的检测.各段时间测图水深的变化见图2和图3.2005年3月航道平均水深疏浚至6.13m后,近2个月(3月～5月)平均淤厚仅为0.10m,而5-8月期间经历了瓯江洪水(流量最大达5000m3/s)及"海棠","麦莎"等台风过程,航道平均水深分别减少0.33m,0.61m,航道竣工后至8月总淤厚达1.04m;2006年3月航道平均水深疏浚至6.64m,3-6月淤厚0.34m,6-8月淤厚0.84m,总淤厚达1.14rn.2006年航道平均水深虽然比2005年竣工后增加了0.5m,但2a淤积强度基本一致.2006年9月～2007年8月该海域未经历大的洪水下泄和台风过程,航道平均水深相对发生了冲刷变化,平均冲刷0.261TI.图2和图3显示了航道水深等深线不同时间的变化过程.瓯江每年3～5月为春汛时间,7-9月为夏汛时间,而此时正值该海域台风季节,由上航道冲淤变化分析,航道发生淤积变化时间正是瓯江汛期洪水下泄和台风期间;其他时期冲淤变化甚微,因此瓯江出海航道泥沙一一4.5苗一5.0—5.5-6.0-6.5—7.O一7.55+56+06+57+07+58+08+59+09+510+010+5l1+011+512+012+5】3+013+514+014+515+0航道里程(km)网22005年航道沿程平均水深变化Fig.2V ariationofaveragewaterdepthalongchannelin20055+56+06+57+07+58+08+59+09+510+0】0+5l1+011+512+0l2+513+013+514+014+515+0航道里程(km)图32006～2007年航道沿程平均水深变化Fig.3V ariationofaveragewaterdepthalongchannelin2006and20072011年4月孙决策,等瓯江口航道淤积特征分析111淤积的时期为汛期洪水下泄,台风经过时的强淤过程(或称骤淤),1984年,2002年航道试挖槽以及2006年8月～2007年8月的航道冲淤过程正说明了这一点.综上分析,瓯江口航道泥沙淤积以骤淤为主,航道治理工程应以控制骤淤的措施为主.4结论(1)工程海区潮汐属正规半日潮类型,为强潮汐海区.工程海区潮流性质属不规则半日浅海潮流,潮流运动基本呈往复流变化,落潮流速大于涨潮流速.(2)工程海区的泥沙来源主要为瓯江河口悬浮来沙或浅滩沉积泥沙再搬运,组成相对较单一,且颗粒较细,不易沉积.(3)航道水域范围多年来总体上处于浅滩上)略有淤积,0m下深槽略有冲刷,总体呈现略有冲淤变化的平衡状态.(4)瓯江出海生在汛期洪水下泄和台风经过后的骤淤,且以骤淤为主,其他时期冲淤变化甚微.(5)措施应以控制骤淤为主.参考文献航道泥沙淤积主瓯江出海航道的(0m要发治理n1赵良奎.瓯江口航道治理工程对策研究[c],/中国海洋工程学会.第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集?北京:海洋出版社,2005.『2]王顺中,李浩麟.瓯江【__=1拦门沙航道回淤分析EJ].水利水运工程,2006(3):18—24?W ANGSz,LIHL.BacksiltinganalysesofsandbardottedwaterwayinOuj'iangRiverestuary [J]?Hydro—ScienceandEngineering,2006(3):18—24.『3]王顺中,李浩麟.瓯江口航道治理工程模型试验研究[J]冰利水运工程,2006(4):28—33?W ANGSz,L1HL.ModeltestofOujiangRiverestuarychannelregulation[J].Hydro—ScienceandEngineering,2006(4):28—33?『4]郑敬云,李孟国,麦苗,等瓦江口水文泥沙特征分析[J].水道港口,2008,29(1):1-7?ZHENGJY,LIMG,MAIM,eta1.Hydrographicandsedimentanalyses.ftheOujiangestuary[ J].JournalofWaterwayandHarh.,2008.29(1):1—7.E5]郑敬云,李孟国,麦苗,等.温州状元岙化工码头程潮流泥沙数模研究[J]冰道港口,2008,29(4):259—261?ZHENGJY,LIMG,MAIM,eta1.Mathematicalmodelingoftidalcurrentandsedimentonthe chemicaldockproj.ofZhuangvuan,aoHarbor0fWenzhouPort[J].JournalofWaterwayandHarbor,2008,29(4):25 9—261?『6]李孟周,麦苗,李文丹,等.瓯江口航道治理工程二期工程方案数学模型研究[R].天津:交通部天津水运工程科学研究所,2008 SiltationcharacteristicsofnavigationchannelintheOuiiangestuarySUNJue.ce.MAIMiao.(1.GenereadquartersforExploitation&amp;ConstructionofOujiangEstuaryinWenzhou, We,.325027,Chin.;2.znResearchInstituteforWarerTransportEngineering,KeYLaborat.r yofEn雪tneeringSediment,MinistryofTranspon,Tianjin300456,China)Abstract:ACCOrdingtotheobservedhydrologicaldataandthebathymetriccharts,thesiltati oncharacterstcs0fnavigati0nchannelintheOujiangestuarywereanalyzedinthispaper.Theresultsshowthatt idelntheengineeringseaaI℃aisn0rnlalsemidiurnaltidewithaveragetidalrangeover4m,andthetidelSstronginthis area.Tida1currentintheengineeringseaareabelongstoshallowseaabnormalsemidiurnaltid eCtlrrentandassumest0一and—focurrent.Theseabedgenerallyremainsstablewithlittleerosionanddeposition.Thesiltation ofthenavigati0nchannelintheOujiangestuarymainlyoccursduringflooddischargeandtypho on,that1s'thesuddensiltati0n,whilethereislittlesedimentationduringothertimes.Keywords:tidalcurrent;sediment;navigationchanneJ;siltation;theOuJiangestuary。

沙质海岸潮汐河口挖入式港池淤积模式初探挖入式港池与顺岸式港池相比具有占用深水岸线少，港池内风浪小等优点，越来越受到重视，但淤积问题是必须解决的一个问题。

因此本文以沙莫夫的推移质单宽输沙率公式为基础推导出了沙质海岸挖入式港池的一个淤积模式，并用广西铁山港物理模型试验的结果与利用该模式计算的结果进行了对比分析，结果较接近。

因此该模式在预报挖入式港池淤积问题时具有一定的参考价值。

标签：挖入式港池；沙质海岸；淤积1 前言随着我国国民经济的发展和对外开放的需要，挖入式港池由于自身的优势越来越多地在港口建设中应用。

但挖入式港池的淤积一直是影响其发展的主要问题。

在淤泥质海岸和沙质海岸上建挖入式港池，造成其淤积的原因也不同。

前人的研究多着重于淤泥质海岸的悬沙淤积，而对沙质海岸的挖入式港池的淤积研究较少。

本文根据推移质输沙率公式，考虑几个主要影响因素，推导建立了挖入式港池淤积量的估算模式。

论文结合铁山湾挖入式港池的物理模型试验，应用建立的淤积估算模式验证了工程中一个挖入式港池的淤积量，结果较接近。

2 挖入式港池淤积的主要影响因素受潮汐影响的挖入式港池，港内水位、流速、含沙量等均随时间变化，口门回流强度较弱，也难形成异重流，其淤积主要由进出港池的潮流造成的。

窦国仁等通过物理模型试验发现[2]，在涨落潮过程中港池水体的“震荡”将使港池内外的水沙交换增加，同时发现由于受涨落潮的影响，在港池口门内不可能形成比较稳定的回流，只是在一些短暂时段出现比较明显的回流，回流造成的淤积也不可能很大。

2.1口门方向对淤积的影响窦国仁的物理模型试验[2]还得出了不同口门方向对淤积厚度的影响，主要决定于每个潮周期的涨潮流历时和落潮流历时的比值，当涨落潮流历时的比值小于0.5时，港池口门与潮流方向成钝角的港池淤厚度较小；反之，涨落潮流历时的比值大于0.5时，港池口门与潮流方向成锐角的港池淤厚度较小。

总的来说，口门方向对淤积量的影响远远小于恒定流内挖入式港池。

回淤量计算公式回淤量是指在港口、航道、水利工程等水域中，由于泥沙的淤积而导致的底部淤积物的增加量。

计算回淤量对于评估水域的淤积情况、规划疏浚工程以及保障航道和港口的正常运行都具有重要意义。

咱们先来说说回淤量计算公式的重要性哈。

就拿我曾经参与的一个港口建设项目来说吧。

那时候，港口刚建成没多久，可是船只进出却变得越来越困难。

一检查才发现，底部淤积得厉害。

这可把大家急坏了，如果不能准确算出回淤量，就没法制定有效的疏浚方案，港口的运营就会大受影响。

常见的回淤量计算公式有很多种，每种都有其适用的条件和范围。

比如说，最简单的一种是通过测量前后两次的水深差来估算回淤量。

假设第一次测量的水深为 H1，一段时间后再次测量的水深为 H2，那么回淤量 V 就可以大致计算为：V = S × (H1 - H2) ，其中 S 是测量的面积。

但是这种方法比较粗糙，只适用于淤积情况相对均匀的区域。

如果水域的水流情况复杂，泥沙淤积不均匀，那就得用更复杂的公式了。

比如考虑水流速度、泥沙颗粒大小、淤积时间等多个因素的公式。

还有一种常用的方法是基于泥沙输运模型来计算回淤量。

这就像是给水域里的泥沙流动建立一个“数学画像”。

通过输入水流速度、泥沙浓度、地形等数据，模型就能模拟出泥沙的淤积过程，从而计算出回淤量。

不过，这些公式在实际应用中可不是那么简单的。

就说那次港口的事儿吧，我们测量水深的时候，天气不太好，海浪有点大，这就导致测量的数据有一定的误差。

而且港口附近的水流受到潮汐的影响，变化很大，这让选择合适的计算公式都变得特别头疼。

另外，在计算回淤量的时候，还得考虑到周边环境的变化。

比如上游有没有新建的水利工程，会不会导致更多的泥沙下来；或者附近有没有大规模的填海造陆活动，改变了水流的走向。

总之，回淤量计算公式虽然看起来就是几个数字和符号的组合，但背后涉及的因素可多了去了。

要想准确计算回淤量，不仅要熟悉各种公式，还要对实际的水域情况有深入的了解，更要有耐心和细心，不放过任何一个可能影响结果的细节。