罗源湾滩槽演变及深水航道回淤研究
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长江河段的航道高回淤量整治措施探究作者:薛生科来源:《科技资讯》 2015年第5期薛生科(江苏省徐州市睢宁县航道管理站江苏徐州 221200)摘要:作为长江航运开发的重要课题,长江中下游河段的航道治理研究越来越得到重视。
长江口深水航道的治理工程分为一期、二期、三期工程,主要是对北槽和南北槽分流口进行大规模地河口整治工作。
三期工程自2006年开工之后,航道的维护疏浚量迅猛上升,沿航道的回淤分布不均匀。
该文从实践角度提出了河口治理中高回淤量整治的相关措施。
关键词:航道治理长江河段高回淤量整治中图分类号:U612 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)02(b)-0110-01长江河口是我国最大的河流入海口,它的水文特征是水丰沙多,其地貌特征是四口通海、三级分汊及口门处的拦门沙沉积浅滩[1]。
长江河口是在泥沙丰富、径流量大、潮流强的条件下形成的一个分汊型河口。
自徐六泾以下,长江河口被崇明岛分为北支与南支,在浏河口以下南支被横沙岛和长兴岛分为北港、南港,南港在九段以下又被九段沙分为北槽、南槽,形成了三级分汊四口入海的格局[2]。
长江口是咸淡水交汇区,由于外海的入侵,在垂线分布上咸水峰呈现密度环流的形态,加上径流的影响,逐渐形成了利于泥沙淤积的环境,促成了河口的浅滩区。
在浅滩区内,滩槽中的泥沙交换频繁,形成了河口最大的浑浊带高含沙区。
这个区域不仅河道的宽浅沙洲汊道交替、河势复杂多变,同时,这里也是淤积疏浚困难的地方,进而成为长江河口的入海通道的瓶颈所在之处。
长江口的深水航道治理采用“疏浚整治”与“固基相结合”的治理方针,由南导堤、分流口、北导堤、航道疏浚与丁坝群五部分组成。
第一期的工程航道浚深度为8.5 m;第二期的工程航道浚深度10m;第三期的工程航道浚深度12.5m;远景规划的航道浚深度是15m。
第一、二期的疏浚工程量现已基本完成计划量,但三期工程的航道疏浚量增多,并且沿航道的回淤分布较为不均匀。
中国港湾建设Research review on siltation prediction of channel on muddy coastCAI Xin-yu,SUN Lin-yun,SUN Bo,XIAO Li-min,TANG Lei(Nanjing Hydraulic Research Institute,Nanjing Jiangsu 210029,China )Abstract :The related problems of siltation prediction of channel on muddy channel was studied,the research methods were systematically summarized,especially the empirical formula method.The common characteristics of siltation formula of muddy channel and typical sediment concentration formula of muddy coast were analyzed and discussed.The main prediction method for future research on related problems were prospected.It is considered that numerical simulation will become the main method with its advantages of low cost,fast speed and great development potential.We put forward some thoughts on the application of the semi-theoretical and semi-empirical formula,and the formula which comprehensively considers the theory and the actual situation is deemed more suitable for the application.Key words :muddy coast;siltation formula;sediment concentration;numerical simulation;siltation prediction;review摘要:研究淤泥质海岸航道回淤预报相关问题。
福建罗源湾南部沉积物的工程地质特征孙全【摘要】结合可门港建设中获取的实测资料,研究了福建罗源湾南部海底的地形地貌特征和沉积物的工程性质.研究发现,罗源湾海底存在3个地形分区,即浅滩区、斜坡区和深水区;不同地貌区的海底淤泥的厚度整体上与水深有一定关系,浅滩区淤泥厚度整体上随水深的增大而增大,而在斜坡区和深水区,却恰好相反;研究区淤泥的含水量较高(平均为65.4%),孔隙比较大(平均为1.8),具有明显的高含水量、高孔隙比、高灵敏度、低渗透性、低强度、低重度的工程地质特征;研究了罗源湾南部沉积物的沉积和运移的一种模式,发现岸边侵蚀的土体主要沉积在离岸约1 000 m的范围内,而土体的二次侵蚀、滑坡或重力流均可造成沉积物的再次运移与沉积.【期刊名称】《海洋科学进展》【年(卷),期】2016(034)001【总页数】8页(P50-57)【关键词】罗源湾;沉积物;淤泥;强度【作者】孙全【作者单位】国家海洋局第三海洋研究所,福建厦门361005;中国海洋大学海洋地球科学学院,山东青岛266100【正文语种】中文【中图分类】P736海湾是与人类活动关系最密切的海洋环境[1],由于受周边地形的包围,水动力作用相对于开敞式海岸较弱,淤积作用更强,因此海湾底部往往沉积有厚度较大、强度较低的软土,主要为淤泥和淤泥质土。
由于这些新近沉积的软土具有较低的强度和较大的压缩性等不良工程性质,了解软土的分布和工程性质对海洋工程建设是非常必要的。
罗源湾位于福建省福州地区的东北部,闽江口以北约50 km,由罗源鉴江和连江黄岐半岛合抱而成,是福建省六大优良深水港湾之一。
罗源湾受自然条件和人为活动影响较大,每年的强台风均会引起大量岸段侵蚀和泥砂运移[2]。
有学者对其沉积环境和波浪对沉积物的侵蚀进行研究,闫勇和杨树森[3]研究了罗源湾的水文泥砂和沉积环境特征;林舟[4]讨论了罗源湾围海造田对湾内淤积的影响;王爱军等[5]测试了罗源湾的悬砂粒度及沉降速率的关系。
淤泥质海岸港口适航水深应用研究许保华河海大学交通学院 海洋学院,江苏南京( 210098)E -mail :xbh21c@摘 要:随着淤泥质海岸港口水深的加大,港口回淤加剧,会引起浮泥的发育,将给港口水深维护增加困难。
本文论述并分析了浮泥的特性,详细论述了适航水深、适航增深应用的原理与方法,以及在实际应用中取得的良好经济效益。
因此,在淤泥质海岸港口水深维护中应用适航水深、适航增深的方法成为必然趋势。
关键词:回淤,浮泥,适航水深,适航增深0. 引言我国淤泥质海岸主要分布在辽东湾、渤海湾、莱州湾、苏北、长江口、浙闽港湾和珠江口外等岸段,其总长度在4000km 以上,约占全国海岸线长度的四分之一。
淤泥质海岸的主要特征为:岸滩物质组成较细,泥沙中值粒径<0.031mm ,泥沙颗粒间有粘结力,在海水中呈絮凝状态;在潮、浪作用下,泥沙运动主要呈悬沙输移,在沙源充沛地区,能发现“浮泥”现象。
50D 淤泥质海岸滩宽水浅,建港难度较大,但有的大河河口或河口湾也可找到掩护条件较好的深水岸段,这里往往腹地广阔,水陆集疏运条件好,可发展为重要港口,如上海港、天津新港、广州港等。
随着船舶大型化趋势的发展,船舶吃水越来越深,因此港口对水深要求越来越高。
随着水深的增大,淤泥质海岸港口的回淤将十分严重。
以下为淤泥质海岸航道回淤的计算公式[1]: {}θθγωcos 121sin 121212321101⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=d d d d K d d K t S P (1) 式中―浅滩平均水深(m ),―航道开挖水深(m) 1d 2d 由2212121422289121⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−d d d d d d 可知,航道开挖水深增大时,航道回淤强度会显著增大。
2d 淤泥质海岸港口回淤加剧给港口水深维护增加了困难。
以天津港[2]为例,该港因25-26号泊位的设计水深达-16.5m ,形成一个相对水深较大的凹坑,泥沙迅速汇集,回淤速率剧增,若按原来的水深静态维护方式,每年至少需维护挖泥4次,这是很难实施的。
宁波三江河道水沙特性及冲淤变化规律严文武【摘要】The water and sediment characteristic in Yongjiang River is described qualitatively from the point of view of changes in water runoff, tidal volume and sediment concentration in the history, then the principles of riverbed evolution in Fenghua River, Yaojiang River and Yongjiang River is illuminated. The river bed was stable previously, but the construction of Yaojiang barrage in 1959 and the sea wall in Zhenhai in 1975 caused marked siltation all over the river that making the river adjust to the change in water flow characteristic, and it took many years to recover balance. With the rapid development of economy, many projects are constructed on Yongjiang River such as reservoirs, bridges, wharfs and so on, which making siltation occur slowly in Yongjiang River especially the side beach. Fenghua River is also in the station of tempered siltation. The downstream reach of barrage of Yaojiang River is in the station of siltation due to the weak characteristic of flow when the barrage is closed. The research of the principle of riverbed evolution of Yongjiang River can improve the theory of riverbed evolution of the tidal estuaries and provide suggestions for siltation remove in the similar tidal estuaries.%从径流量、潮量和含沙量的历史变化角度,对宁波三江水沙特性做定性描述,并阐述了奉化江、姚江和甬江的河床演变及冲淤规律.历史上三江河床较为稳定,河道处于相对冲淤平衡状态,但1959年姚江大闸和1975年镇海拦海大堤两大工程的相继建成,引起甬江河道发生剧烈淤积以适应水动力条件的改变,经过多年调整才渐趋平衡.随着社会经济的迅速发展,三江沿岸涉水工程(桥梁、码头等)、水资源开发利用(水库等)及人类活动(建筑垃圾和淤泥违规倾倒)逐年增多,甬江河道尤其边滩进入缓慢淤积期.奉化江河道亦处于缓慢淤积状态,但总体淤积强度相对较小.姚江闸下河段在大闸不泄流的情况下水动力条件较弱,河道整体处于单向淤积状态之中.研究宁波三江河道的演变历史规律,不仅可丰富河床演变学关于潮汐河口的理论,还可为我国类似感潮河流的淤积治理提供相应的参考.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】6页(P143-148)【关键词】涉水工程;水沙特性;河床演变;甬江【作者】严文武【作者单位】宁波市水利水电规划设计研究院,浙江宁波315192【正文语种】中文【中图分类】TV1420世纪60年代以来,许多学者研究了宁波三江河道的冲淤变化规律以及因涉水工程引起的水沙特性改变问题,取得了不少研究成果[1-4],袁美琦[1]、沈承烈[5-6]分析了姚江建闸和镇海建堤对甬江河床演变的影响,并研究了1983年前甬江河床冲淤规律及其影响因素;张定邦[7-8]则针对20世纪70年代中期镇海建港及整治工程对甬江河床形态的影响做了分析,并建立了建港后河床形态与水力条件的相关关系;蒋建华[9]等应用一维和二维泥沙数值模型,阐述了姚江建闸前后的泥沙冲淤特性及动力机理,探讨了泥沙运动的垂向效应及其对冲淤的影响程度;李文杰[10]针对甬江流域的降雨径流特性和水资源变化特点,利用水力学非恒定流计算模型,对降水和人类活动对入海径流量的影响做了初步分析.关于1985年前的三江河道河床演变及单项涉水工程对河道的冲淤影响,已有较多文献,但对1985年后三江河道的水沙特性及冲淤变化规律的研究却较为少见.本文拟从径流量、潮量和含沙量的历史变化角度,对甬江水沙特性做定性描述,并根据实测资料分析1985年后奉化江、姚江和甬江的河床演变及冲淤规律,最后得出河床演变规律,为今后三江河道的综合整治提供科学依据.1 区域概况甬江流域位于浙江省东部沿海,杭州湾之南,属浙北平原区和浙东低山丘陵区,具有四季分明,温暖湿润,雨量充沛的气候特征.甬江流域的降水量除时间上分配不均外,在空间分布上也有差异,且易受台风影响发生洪涝灾害.甬江流域的主要河流包括姚江、奉化江及甬江干流.北支姚江和南支奉化江于宁波市区三江口汇合成甬江干流后东流入海,流域总面积为5 683.6 km2.甬江干流河道弯曲,江面一般宽300~450 m,平均水深4~5 m,水面比降小于0.01‰.姚江、奉化江和甬江干流合称“三江”,是宁波市主要的行洪排涝通道,同时也是沟通内陆与出海海运的重要通道,已成为宁波市城市文化发展的重要标志和载体.解放以来,在甬江流域上修建了多项涉水工程,其中对水沙特性有较大影响的工程有:姚江大闸1座,镇海拦海大堤1座,大中型水库17座,桥梁18座,以及码头212个,并且在河道两岸分布多座挡潮排涝闸.2 水动力特性甬江流域径流来源于降水,因此径流的时间和空间分布均与降水相似,其在年内分配上呈现两峰两谷.实测资料表明,姚江大闸多年平均排水量为11.39亿m3,奉化江和甬江的多年平均年径流量分别为16.855和30.3亿m3.甬江河口为弱潮河口,属不正规半日潮,为往复流性质,每日有2个高潮和2个低潮.宁波站历年平均高潮位1.19 m,平均低潮位-0.5 m,多年平均潮位0.4 m.1958年姚江大闸兴建前,姚江潮区界上溯至距宁波96.5 km的通明堰,大闸建成后,使得潮区界下移至闸下,甬江进潮量减少一半.1975年镇海港拦海大堤合龙后,甬江河道纳潮量进一步减小,白沙站进潮量减少14.3%.1990年后,随着城市发展进程加快,人类活动对甬江河床影响加剧,根据2010年7—8月全潮水文测验结果,当潮差为1.76 m时,梅墟断面的进潮量为1247万m3,甬江大桥断面的进潮量为1 069万m3,落潮平均流量减小至435 m3/s,不同时期甬江潮量的变化,引起了甬江河床发生不同程度的淤积.3 泥沙特性甬江干流的泥沙来源主要是海域来沙.河道冬春含沙量大于夏秋含沙量,3月份为高峰,7和8月份为低谷,其平均值分别为1.27和0.79 kg/m3.甬江河道含沙量有从上游到下游逐渐增大的趋势,即越靠近入海口,含沙量就越大,同时大潮潮段的含沙量沿程变化幅度比小潮潮段大.据2010年7月各断面实测,大潮时最大、最小含沙量基本上大于小潮时的相应量值,大、小潮含沙量的垂线分布均呈现“表层低、底层高”的分布规律.甬江河道的悬沙和底沙均以黏土质粉砂为主,其次为粉砂.悬沙和底沙的中值粒径范围分别为0.004~0.009 mm和0.010~0.118 mm.这种悬、底沙细而一致的性质,为海域来沙的属性,且决定了泥沙运动以悬移为主.河床底质以逆向分异为主,在洪期也会发生顺向分异.图1 奉化江断面位置Fig.1 Schematic diagram of cross section's location in Fenghua River4 河床演变4.1 奉化江近期河床演变奉化江的平面形态呈蛇曲形,是冲积平原上比较典型的蜿蜒型河道.20世纪中叶以后,随着地区经济建设发展,自宁波市区开始,逐步将河岸建成浆砌块石的直立式岸墙,如今市区的奉化江已是平面上有弯曲的人工渠化河道,基本上不具备河床大幅冲深和平面上横向摆动的条件.现对比奉化江鄞州大桥—三江口25个断面2004年11月至2009年8月间的测量资料(图1),各典型断面变化情况见表1.从断面变化情况可见,有23个断面的宽深比增加幅度为6.64% ~54.57%.从河床形态看,水深减小的幅度大于河宽,使宽深比值逐年增加,断面趋于宽浅.2004年11月至2009年8月期间,研究河段在宏观上呈现出以淤积为主的特征,累计淤积量达到168.59 万 m3,河段各处的年淤积厚度为 0.5 ~8.6 cm,年平均淤积厚度为5.2 cm.沿程冲淤量及冲淤厚度见图2.淤积主要发生在河道主槽以及滩槽交界处,一些断面的左右岸冲淤交替发生,以及个别断面发生轻微冲刷.自鄞州大桥至铁路桥为蜿蜒河段,河道具有凹冲凸淤的演变特点;铁路桥至三江口为顺直河段,河道整体淤积较为缓慢,但在河道的局部河段,由于河道宽浅,边滩存在明显的淤积.此外,奉化江沿线的涉水工程建设对局部河段淤积影响较为突出.表1 2004—2009奉化江断面变化情况(部分断面)Tab.1 Change of cross sections in Fenghua River during 2004 to 2009 year2004—2009■■年冲淤比较断面积减少百分比/%B/H 2004年 2009年断面号平均淤积厚度/cm断面号B/H 2004年 2009年年冲淤比较断面积减少百分比/%2004—2009平均淤积厚度/cm fhj01 1.85 1.97 6.28 40.9 fhj04 1.78 2.25 20.84 145.5 fhj07 2.55 2.97 13.99 74.6 fhj14 2.91 3.68 21.00 103.8 fhj17 3.47 4.18 17.08 75.2 fhj20 2.71 3.32 18.25 94.0 fhj13 2.77 3.68 24.88 133.0fhj25 1.62 2.50 35.31 259.5图2 奉化江沿程冲淤量和冲淤厚度(2004—2009年)Fig.2 Amount and depth of scouring and silting sediment of Fenghua River during 2004 to 2009 year图3 姚江分析断面位置Fig.3 Cross section's location in Yaojiang River4.2 姚江近期河床演变自1959年姚江大闸建成后,从大闸至三江口河段一直处于淤积状态,虽然姚江大闸放水对下游河道具有一定的冲刷作用,但由于放水量和放水时间的限制,闸下河段的冲刷量远小于回淤量.对比三江口―永丰桥12个断面2005年10月至2010年8月间的测量资料(图3),各典型断面变化情况见表2.由表2可见,从2005年10月至2009年8月,该河段处于全线淤积状态,累计淤积量约45.5万 m3,各处淤积厚度为0.66 ~4.03 m,平均淤厚 1.83 m,各处断面面积减小幅度为29.06% ~93.57%.整体而言,新江桥—解放桥河段的淤积严重程度要大于解放桥—永丰桥河段,前者淤积量比后者多6万m3,两者的平均淤厚分别为1.26和0.73 m.姚江沿程冲淤量和冲淤厚度见图4.姚江闸下至永丰桥河段的冲淤主要受大闸泄流影响,除局部深槽有所冲淤外,河床基本保持稳定;永丰桥至新江桥河段受大闸挡潮及沿线桥墩阻水影响,潮流动力较弱,河道处于单向淤积的状态;新江桥下游河段位于弯曲河道的凸岸,河道主流偏左,该河段主要受三江口水动力条件影响,冲淤特性表现为右岸边滩的淤长及三江口深槽的萎缩.表2 姚江断面变化(部分断面)Tab.2 Change of some river bed cross sections in Yaojiang River断面编号2005-10—2008-05断面积减少百分比/% 淤积厚度/m 2008-05—2009-05断面积减少百分比/% 淤积厚度/m 2009-05—2009-08断面积减少百分比/% 淤积厚度/m YYJ01 24.6 1.203 40.7 1.501 28.2 0.616 YYJ04 45.1 1.751 3.2 0.074 17.1 0.352 YYJ07 9.1 0.222 0.8 0.020 19.1 0.420图4 姚江沿程淤积量和冲淤厚度Fig.4 Amount and depth of silting sediment of Yaojiang River4.3 甬江近期河床演变自1959年以来,甬江河床经历了全河段强烈淤积-冲淤渐趋平衡-平衡打破再次淤积-冲淤动态平衡-缓慢淤积-边滩淤长的演变过程.1959年姚江大闸建成后,甬江进潮量减少一半,水动力条件大大减弱,而海域来沙条件又几乎不变,导致甬江全线河床发生普遍淤积,约经过13 a的调整,甬江河床才基本达到新的相对平衡.1975年9月,镇海港拦海大堤合龙,甬江口门由原来的多向潮流改为单一潮流,原有的基本平衡状态再次被打破,镇海段河床和甬江河床发生不同程度的淤积.从1979年开始,航道部门和水利部门每年分别对甬江航槽和姚江闸下河床进行疏浚维护和清淤,甬江河床在此期间处于冲淤动态平衡期.1986年后,随着城市发展速度加快,至2000年甬江沿岸码头总数达到181个,促使河道凹岸边滩进一步淤长,顺直河段的两侧边滩也开始淤积.同时期甬江流域建成14座水库,总库容达到5.9亿m3,不仅减少了甬江径流量,并且削弱了洪峰流量,进一步加剧了甬江的淤积.2000年后,三江上大规模新建桥梁,至2010年总数达到19座.三江口区域桥梁密度接近每千米2座,桥梁群效应开始显现,导致三江口区域水位壅高,涨落潮流速减缓,三江口边滩发生淤积,深潭下移,面积逐步萎缩.对比三江口—甬江口50个断面2004—2008年间的测量资料(图5),各典型断面变化情况见表3.图5 甬江分析断面位置Fig.5 Schematic diagram of cross section's locationin Yongjiang River表3 甬江河道断面变化(部分断面)(2004—2008年)Tab.3 Statistical table of some cross sections'change of Yongjiang River during 2004 to 2008注:“-”代表冲刷;平均每500 m测1个断面.断面编号2004—2008年2008—2010年断面积减少/% 淤积厚度/cm 年均淤积厚度/cm 断面积减少/% 淤积厚度/cm 年均淤积厚度/cm YJ01 4.67 49.6 12.4 -1.76 -15.20 -7.60 YJ11 4.96 28.5 7.1 2.02 8.10 4.05 YJ21 8.26 47.7 11.9 -0.98 -4.55 -2.27 YJ31 2.03 11.0 2.7 7.5141.32 20.66 YJ41 -3.69 -32.8 -8.2 7.70 59.98 29.99由表3可见,2004—2008年,有37个断面面积不同程度地减小,甬江河道冲淤交替发生,但宏观上呈现淤积态势,淤积总量为36.2万m3.究其原因,在姚江大闸、镇海拦海大堤、沿线涉水工程阻水(码头、桥梁等)等影响下,甬江河道潮流动力较弱,河道处于缓慢淤积状态之中.但与2008年相比,2010年发生冲刷和淤积的断面各为25个,冲刷总量为23.26万m3.虽然断面面积变化既存在自然因素(河道泥沙的自然冲刷和落淤),也存在人为因素(如各单位对局部河段的清淤),但这也说明尽管甬江河道处于缓慢淤积状态之中,但在遭遇大洪水时,如2009年8月的“莫拉克”台风,随着径流量不断增加落潮流量也大幅增加,河道主槽由缓慢淤积变为单向冲刷,但边滩由于淤积泥沙外露风干后固结,在洪水期难以形成冲刷.甬江沿程淤积量和淤积厚度见图6.图6 甬江沿程冲淤量和冲淤厚度变化Fig.6 Amount and depth of scouring and silting sediment of Yongjiang River5 结语三江河道位于我国东部沿海,在河口类型上属于缓混合海相河口,其河床演变不仅受到上游径流和下游潮汐的影响,而且还对河床边界、泥沙条件等十分敏感.历史上三江河床较为稳定,河道处于相对冲淤平衡状态,1959年姚江大闸和1975年镇海拦海大堤两大工程的相继建成,使甬江进潮量分别减少40%和14%,从而引起甬江河道发生剧烈淤积以适应水动力条件的改变,之后分别经过13 a和5 a的调整才渐趋平衡.1985年后,受沿岸涉水工程(桥梁、码头等)、水资源开发利用(水库等)及人类活动(建筑垃圾和淤泥违规倾倒)等影响,甬江河道尤其边滩进入缓慢淤积期,但在遭遇大洪水时河道主槽会发生一定程度的冲刷.奉化江河道亦处于缓慢淤积状态,但总体淤积强度相对较小.姚江闸下河段在大闸不泄流的情况下水动力条件较弱,河道整体处于单向淤积状态之中.参考文献:[1]袁美琦.甬江河道淤积问题的分析[J].水道港口,1982(2):11-14.(YUAN Mei-Qi.Analysis of sediment deposition of Yong River[J].Journal of Waterway and Harbor,1982(2):11-14.(in 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影响长江口深水航道骤淤的非常态天气过程Ⅰ:台风的路径特征及数值验证黄华聪;贾晓;路川藤【摘要】为归纳长江口深水航道台风期骤淤的发生规律及特征,分析了发生骤淤时刻的气象条件与对应的波浪条件.研究发现,牛皮礁站的波能与骤淤具有较好的相关性;从台风路径上分析,长江口东侧过境台风对航道的骤淤影响显著.结合历史台风路径,选取3个典型路径的台风,选择藤田-高桥圆形经验风场和CFSR(climate forecast system reanalysis)风场的混合风场复演了台风场,然后采用SWAN模型模拟了不同路径台风期间的波况,最后以牛皮礁站的浅水波能流为判别参数,分析不同路径台风对长江口深水航道骤淤的影响.研究表明长江口东侧过境的台风是较易产生较大波能并进一步诱发骤淤的典型台风路径,这一分析结果与2010年以来的骤淤实测台风路径结果吻合.%To summarize the occurrence regularity and characteristics of sudden siltation during typhoon period in the deepwater navigation channel of Yangtze Estuary, the meteorological conditions and corresponding wave conditions during sudden siltation are analyzed. The results show that the wave energy correlates well with the siltation in NPJ station. The analysis of typhoon paths suggests that the sudden siltation in the navigation channel is significantly influenced by the taphoon passing through the east part of Yangtze Estuary. In this study, three typical typhoon paths are selected with reference to the historic typhoon paths in Yangtze Estuary, and the typhoon field was replicated by combing the empirical circular ( Fujita and Takahashi ) wind field and CFSR ( climate forecast system reanalysis) wind field. SWAN model is then used tosimulate the wave conditions under different typhoons paths. Finally, the effects of different typhoon paths on the sudden siltation are analyzed by taking the shallow water wave energy in NPJ station as the discriminant parameter. The study indicates that the typhoon passing through the east area of the Yangtze Estuary is found to be a typical typhoon path, which can readily induce relatively large wave energy and subsequent sudden siltation. And such analysis result agrees well with that of measured typhoon path causing sudden siltation since 2010 .【期刊名称】《河海大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(045)005【总页数】7页(P432-438)【关键词】长江口深水航道;骤淤;台风路径;藤田-高桥经验风场;CFSR风场;SWAN 模型;波能【作者】黄华聪;贾晓;路川藤【作者单位】上海河口海岸科学研究中心,上海 201201;上海河口海岸科学研究中心,上海 201201;上海交通大学水动力学教育部重点实验室,上海 200240;南京水利科学研究院河流海岸研究所,江苏南京 210029【正文语种】中文【中图分类】TV148;P732骤淤是港口航道工程十分关心的水沙事件,其因淤积量大且淤积时间短,给疏浚造成很大的压力,甚至会影响到船舶的安全通航。
中国港湾建设Construction difficulties and control measures of 300000tons waterwaydredging project in Lianyungang PortLIAO Hong-gang 1,ZHU Lin-lin 2(CC Dredging (Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200082,China;CC Guangzhou Dredging Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510290,China )Abstract :Taking the second phase of the 300000tons waterway project of Lianyungang Port as an example,aiming at the construction difficulties such as long channel length,difficult soil excavate,and complicated weather,we proposed more comprehensive control measures to enable dredging ships to exert higher dredging efficiency,effectively control costs,complete engineering tasks safely and smoothly,and summarized a set of technical experience,which can provide better reference and demonstration for follow-up projects or similar projects.Key words :Lianyungang Port;300000tons waterway;dredging project;construction difficulties;control measures摘要:以连云港港30万吨级航道二期工程为例,面对航道里程长、土质难挖、气象复杂等施工难点,提出了较为全面的控制措施,可使疏浚船舶发挥较高的挖泥效率,有效控制成本,安全顺利地完成工程任务,并总结了一套技术经验,可为后续工程或同类型项目提供借鉴和示范。
沙质海岸外航道回淤计算方法及其检验马进荣;徐相波;刘信华【摘要】开挖航道的泥沙回淤已经有相对成熟的计算公式,但各公式及其参数的选取需结合具体海域及泥沙条件而定.在沙质海岸外航道回淤计算中,应考虑底沙和悬沙两种形式的淤积.针对现有公式的理论基础及适用条件,探讨了采用组合公式进行计算的方法及可行性.采用半理论半经验公式(刘家驹公式和罗肇森公式)估算了铁山港规划方案外航道开挖后的回淤强度,比较工程竣工和历时一年半后航道地形测图,该方法预报的回淤成果符合实际,说明在沙质海岸采用刘式计算悬沙落淤、采用罗式计算底沙回淤,组合得到航道回淤强度是一种有效的计算方法.%Some formulas have been used to calculate the siltation ratio in offshore waterway. Each formula and its parameters should be set according to the actual conditions of flow and sediment in certain water areas. In sandy coast area, the siltation ratio of waterway should consist of both bed load and suspended load. The method of combining different formulas, which are deduced from different theories and limited in kinds of conditions, is discussed in this paper. The semi-theoretical and semi-empirical formulas, Liu Jia-ju formula and Luo Zhao-sen formula, are applied to calculate sediment siltation ratio in the planned offshore waterway of Tieshan harbor. The results accord well with the natural siltation situation obtained by analyzing the filed data in the waterway measured after the dredging project one and a half years later. It is proved that Liu Jia-ju formula can be used to calculate the suspended load silting and Luo Zhao-sen formula canbe used to estimate the bed load silting in offshore waterway of sandy coast.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2011(000)001【总页数】5页(P66-70)【关键词】沙质海岸;航道;泥沙回淤【作者】马进荣;徐相波;刘信华【作者单位】南京水利科学研究院,港口航道泥沙工程交通行业重点实验室,江苏,南京,210029;北海市港务管理局,广西,北海,536000;广西交通规划勘察设计研究院,广西,南宁,530011【正文语种】中文【中图分类】TV148沿海港口建设基本上都涉及到外航道的开挖问题,航道的选线及开挖后回淤速率是关系港口运行成本的重要因素.从泥沙性质区分港址所在海岸,有淤泥质海岸和沙质海岸,尽管港区及航道沿程的泥沙条件千差万别,利用水流和泥沙相互作用的基本理论仍然可以建立半理论半经验的航道回淤预测方法.以刘家驹、罗肇森为代表的老一辈学者分别提出了开挖航道的回淤计算方法,其中刘家驹公式[1-2]被编入《海港水文规范》,这些公式在沿海港口航道新建和扩建过程中得到了广泛应用[3-4].各公式均有较完整的理论体系,但不同公式在同一海域计算的结果均有差别,有些差别还相当大.鉴于泥沙回淤问题的复杂性,在不同的港域应用时需遵循当地的水沙运动特点.通常认为开挖航道的回淤泥沙分悬移质和推移质两部分,但也有学者提出在风浪作用下,引起粉沙质外航道淤积的泥沙有3部分,即上部主体水流的悬移质、临底高浓度水体中的流移质和底沙中的推移质[5].这说明在泥沙回淤机理上的认识并没有统一,推导出的公式在实际工程中不可随便套用.在沙质海岸外航道的泥沙回淤计算中,因底沙回淤所占比例较大而不可忽略,底沙和悬沙的组合计算问题尚有待明确.本文在广西北海港铁山港区航道规划方案研究过程中,采用刘家驹公式对开挖的外航道进行悬沙回淤强度预测,采用罗肇森风浪流共同作用下的底沙输运公式计算底沙回淤,预测工程竣工及其后一年半的回淤强度.1 工程区自然条件广西沿海东部的铁山港地处北部湾东北部顶端,位于109°26'00″~109°45'00″E,21°28'35″~21°45'00″N,港湾形似指状,湾口朝南敞开,呈喇叭状(图1).口门宽32km,全湾岸线长约170km,其中人工海岸约70km.海湾面积约340km2,其中滩涂面积约173km2[6].铁山港潮汐属非正规全日潮[6],没有形成独立的潮波系统,其潮波振动主要受北部湾传入的潮波所控制.在港内,全日分潮效应比半日分潮大得多,潮振幅分布由湾口向湾顶逐渐递增.该港1年中约有60%的时间为1天1次潮,其余时间为1天2次潮.潮汐日不等现象相当显著,此外,还有月不等、年不等现象[6].工程海域潮差为华南沿海最大区域之一.据石头埠多年资料统计,平均潮差2.45m,最大潮差6.25m.平均涨潮历时在13~16 h之间,平均落潮历时为9~12 h,最高潮位6.31 m(理论最低潮面),最低潮位-0.09 m[7].由于涨潮历时大于落潮历时,因此落潮流速一般大于涨潮流速.铁山港主要日分潮椭圆长轴方向与水道走向一致,为S-N向,旋转率在0.03~0.32之间,为逆时针方向旋转.潮流的运动形式,属往复流性质.铁山港沿岸没有实测波浪资料,海域受到东部雷州半岛的掩护,波浪相对较弱.由于铁山湾及其周围海岸无大河注入,地表径流输送泥沙的作用微弱,海区水体含沙量仅为0.001~0.010kg/m3,2005年5月水文测验表明,各垂线平均含沙量为0.009~0.012kg/m3.铁山湾水域沉积物以较粗的砂质物占优势,海湾北段潮流槽分布有砾砂、中砂、中细砂、砂等;两侧浅滩以细砂为主,仅南部浅滩为粗中砂或砂.东槽及两侧浅滩为砂、细中砂、中细砂、粗中砂、中粗砂和砾砂等.西槽自北向南,分布着砾砂和细砂.大牛石西南的边缘沙坝,自岸向海依次分布着砾砂、粗砂、中粗砂和中砂.落潮三角洲东南部较深水域和丹兜港南侧外海分布着粉砂质砂、黏土质砂、中细砂、砂和砂-粉砂-黏土等物质,是细粒沉积物含量较高的区域. 2006年1月13日工程海域沿航道及两侧底质调查表明,近岸区泥沙相对较粗,外侧深水区逐渐细化.航道G点以北底质中径一般在0.3mm以上,最粗采样中值粒径达0.7mm,也有个别点的中径为0.007mm;G点至C点之间包括原航道两侧滩地水域,底质中径一般在0.2~0.5mm之间;中间沙附近底质较粗,中径在0.7mm左右;B点以南底质逐渐变细,航道两侧绝大部分采样点的中径在0.2mm以下,航道中有较细泥沙,中径在0.012mm左右.图1 铁山湾示意图Fig.1 Sketch of Tieshan bay2 工程方案简介铁山港港口建设方案包括航道建设工程方案和铁山港总体布局规划方案,拟先建设外航道,外航道在北海电厂航道基础上升级而成.航道工程方案由广西交通规划勘察设计研究院提供(2006年2月,见图1).航道建设首先实现5万t级标准,然后分阶段实施港域布置并对航道作相应的浚深与拓宽,航道先后达到10万t和15万t级标准.实现5万t级航道需开挖ABC段,浚深至-11.5m,航道宽160m.该段航道于2006年6月竣工,竣工后进行了地形观测,1年半后(2007年12月)又进行了地形检测.3 开挖航道回淤预测本文回顾2006年3月完成的航道回淤预测和现场回淤对比,评价沙质海岸外航道开挖回淤计算公式的适用性.铁山港外航道ABC航段升级至5万t级时,挖深幅度不大,其中A点附近及BC段无需开挖,AB段内开挖区的平均开挖深度相对较小(约2m).因水深改变幅度不大,流速变化也相对较小,仅在开挖区段及附近稍有变化,流速变化值一般仅1cm/s左右.刘家驹的开挖航道回淤估算公式虽然是在淤泥质海岸试验、推导、检验下确定的,但公式的推导理论基础在沙质海岸并没有被破坏.刘家驹认为引起海岸工程泥沙淤积的3个前提条件分别是:第一要有泥沙;第二要有产生泥沙运动的水流动力;第三要有促使泥沙淤积的环境.在沙质海岸上述3个条件也同样具备:沙质海岸近岸水体中同样存在悬移质泥沙,悬沙粒径依然很细,与淤泥质海岸水体的悬沙粒径没有显著差别;沙质海岸开挖航道引起的水流动力减弱形成了水体中悬沙在航道的落淤环境.水体中悬移质泥沙、水流运动及航道工程的相互关系,淤泥质海岸与沙质海岸并没有本质差别,存在差别的主要是水体中泥沙与床面泥沙的交换,沙质海岸床面泥沙补给水体悬沙的沙源相对较少,再悬浮的几率与淤泥质海岸可能有所差别,这将在风浪引起的水体含沙量修正中得到体现.刘家驹推导开挖航道淤积计算公式时将水流输沙在航道的淤积概化为横越航道引起的淤积和顺沿航道引起的淤积,推导过程中应用到的含沙量、水深、流速等主要变量,与底床为沙质或是淤泥质并无直接联系,底床泥沙粒径对水流的作用体现在水流阻力项,这一影响可以体现在水流流速的计算中,对淤积机理并不影响.因此,2006年3月研究[8]时,航道悬沙回淤强度预测计算采用刘家驹公式[1-2]如下:式中:P为T时段内的悬沙淤积强度(m);ω为细颗粒泥沙的絮凝沉降速度(取0.0005m/s);S为浅滩水域的平均含沙量(kg/m3);T为淤积历时(s);γ0为淤积物的平均干密度(kg/m3),采用中值粒径关系式计算,γ0=1750D0.18350 ;k1,k2分别为横流和顺流淤积系数,在缺少现场资料的情况下,可分别取为 0.35,0.13;H1,H2分别代表浅滩平均水深和工程开挖后水深(m);V1,V2分别为工程前后的流速(m/s);θ为航道轴向与水流流向之间的夹角.含沙量修正计算公式为:式中:K为当地含沙量系数,与淤积物、潮流动力及波浪动力等有关,根据黄建维[9-10]、辛文杰[7,11]等的研究,工程区K值约为12~30;Vtd为潮流与风吹流的合成速度;Vw为波浪水质点平均水平速度.风浪引起水体含沙量的变化与海域具体位置有关,一般近岸水浅,波浪作用到底部的概率相对大于深水区,因此浅水域的含沙量系数K一般大于深水域.在沙质海岸应用时,K值依据实测资料确定,不宜直接套用刘家驹在淤泥质海岸获得的经验系数值(0.0273γs=72.345).工程海域多年平均风速约5.0m/s,多年平均波高0.67m.采用式(2)计算多年平均含沙量,根据2005年5月实测资料推算式(2)的系数K(假定测量期无风浪影响).涨潮时K约为9.04,落潮时K约为5.48,全潮平均为7.26.计算得到考虑平均风浪因素条件下的多年平均含沙量为0.027kg/m3,该含沙量约为实测含沙量的2.5倍. 沙质海岸滩面泥沙的含泥量明显少于淤泥质海岸,泥沙运动形式并非以悬移输运为主,底沙输移不可忽略,需补充底沙运动引起的淤积.底沙回淤强度预测采用罗肇森的风、浪、流共同作用下近底泥沙输沙率公式[12]:式中:qsb为近底泥沙单宽输沙率;C0为无量纲谢才系数;γs和γ分别为泥沙和水的重度;ubmax和ub分别为波浪垂线平均的最大轨道速度和平均轨道速度,,其中,h,T,L,H分别为波高、周期、波长和水深;uc和ω分别为泥沙起动流速和泥沙沉降速度,,ν为水的运动黏滞系数,d为泥沙粒径(mm);Vm为波浪传质速度ut,潮流速度ud和风吹流速度uw的合成速度,,uw=0.03W,W为风速,ud取数学模型计算的平均流速;θ为Vm方向与计算区域(港池或航道)轴向的夹角;Kb为综合系数,Kb=(0.12~0.18)d0.365,当Kb计算值大于0.10时,取0.10.当泥沙粒径较大时,底沙输沙作用引起的淤积强度大于悬沙.铁山港外航道2007年12月测图范围为AB段全部和BC段局部(约900m航段),对比竣工后测图,绘制AB段两次地形的差值等值线见图2,淤积0.10m的等值线与冲刷0.10m的等值线交错分布,淤积分布范围略大于冲刷分布.统计得到AB段实际回淤总量为12.03×104 m3,折算为1 a的回淤量为8.02×104m3,AB段年平均淤积强度为0.045m/a.悬沙回淤计算时沿航道轴线每1km取1采样点,底沙回淤计算时沿航道两侧每1km各取1采样点.表1列出了航道沿程计算结果,平均悬沙淤厚和平均底沙淤厚分别为0.026和0.021 m,进一步得出AB段常年回淤强度为0.047m/a,与实测值非常接近,说明采用的回淤计算方法有效,可在沙质海岸外航道建设中推广应用. 图2 外航道实测淤积强度分布Fig.2 Measured siltation distribution in offshore waterway表1 航道泥沙回淤计算结果Tab.1 Calculated siltation in waterway悬沙淤厚/m距A点距离/km床沙中值粒径/mm开挖幅度/m工程前流速/(m·s-1)工程后流速/(m·s-1)底沙淤厚/m 0.168 0.0 0.43 0.43 0.000 0.0001 0.168 -1.4 0.36 0.36 0.029 0.0002 0.178 -2.8 0.33 0.33 0.050 0.0003 0.178 -3.2 0.33 0.32 0.059 0.0004 0.182 -2.6 0.35 0.35 0.048 0.0015 0.182 -1.1 0.37 0.37 0.023 0.0006 0.180 0.0 0.41 0.42 -0.001 0.0957 0.180 0.0 0.43 0.44 -0.001 0.0078 0.189 -2.6 0.46 0.44 0.035 0.0099 0.189 -2.6 0.50 0.48 0.033 0.03210 0.198 -2.0 0.53 0.51 0.028 0.0750 110.135 -0.4 0.52 0.52 0.008 0.0354 结语铁山港外航道工程实施1年半后的回淤监测成果证明本文采用的沙质海岸开挖外航道回淤计算方法有效.沙质海岸外航道开挖后的回淤计算应分为悬沙回淤和底沙回淤分别计算,悬沙回淤可采用刘家驹公式计算,底沙回淤可采用罗肇森公式计算.悬沙回淤计算时应采用风浪修正后的代表年均含沙量,公式中的横流和顺流淤积系数宜采用规范推荐值.参考文献:[1]JTJ 213-98,海港水文规范[S].(JTJ 213-98,Code of hydrology for sea harbour[S].(in Chinese))[2]刘家驹,张镜潮.淤泥质海岸航道、港池淤积计算方法及其应用推广[R].南京:南京水利科学研究院,1994.(LIU Jiaju,ZHANG Jing-chao.Siltation prediction for navigation channels and harbour basins on muddy beach [R].Nanjing:Nanjing Hydraulic Research Institute,1994.(in Chinese)). 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第1期2008年3月水利水运工程学报HYDRO⁃SCIENCE AND ENGINEERING No.1Mar.2008 收稿日期:2007-05-22 作者简介:莫思平(1960-),男,广西梧州人,高级工程师,主要从事河流动力学研究.E⁃mail:spmo@广州港深水出海航道伶仃航段回淤规律分析莫思平,辛文杰,应 强(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)摘要:根据实测资料分析了广州港出海航道泥沙冲淤时空变化以及伶仃航道的回淤原因,运用数学模型对伶仃航道不同开挖尺度方案回淤量进行预测.结果表明,航道的平均淤强随开挖深度的增加而增大.回淤量除与平均淤强有关外,还与开挖深度㊁宽度有关,不同方案的年回淤量在274~690万m 3之间.关 键 词:深水出海航道;回淤量;伶仃航道;数值模拟中图分类号:TV148 文献标识码:A 文章编号:1009-640X (2008)01-0042-05Law governing back silting in Lingdingyang reach of the seaward deepwater channel of Guangzhou HarborMO Si⁃ping,XIN Wen⁃jie,YING Qiang(State Key Laboratory of Hydrology ,Water Resources and Hydraulic Engineering ,Nanjing Hydraulic Research Institute ,Nanjing 210029,China )Abstract :Based on field observation data,the temporal and spacial variations of the deposition and erosion in the seaward channel of Guangzhou Harbor are analyzed,and the reasons for the back silting in the channel are presented in the paper.Prediction of the amount of siltation in the seaward deepwater channel for various excavated projects is performed by using the mathematic model.Results show that siltation intensity in the navigation channel increases with the increase of the excavation depth.The amount of siltation is relative to not only the siltation intensity but also the excavation depth and width,which ranges from 2.74×106to 6.9×106m 3annually for various projects.Key words :seaward deepwater channel;amount of siltation;Lingding channel;numerical simulation伶仃洋为一喇叭状河口湾,是珠江口东四口门(虎门㊁蕉门㊁洪奇沥和横门)的主要入海口(见图1).湾顶由沙角和大角山对峙形成峡口,湾口面对万山群岛天然屏障.东部沿岸多湾,由北往南有交椅湾㊁大铲湾㊁深圳湾等;西岸由北往南多滩,蕉门㊁洪奇沥和横门的出口附近都发育有大片浅滩;中部有淇澳岛和内伶仃岛扼守湾腰.伶仃洋水下地形以 三滩两槽”为基本格局,并具有湾顶窄深㊁湾腰宽浅㊁湾口宽深的分布特点.本文研究范围为整个广州港深水出海航道,即从桩号(疏浚)KP0到桩号KP115的航道段(见图1),其中,桩号 第1期莫思平,等:广州港深水出海航道伶仃航段回淤规律分析KP0~KP23为南航段,桩号KP24~KP67为伶仃航段,桩号KP68~KP115为北航段,伶仃航段为本文研究重点.珠江水系主要由西江㊁北江和东江组成,多年平均入海径流量约3260亿m 3,平均入海沙量7098万t,其中西江的径流量和输沙量最大,北江次之.与黄河㊁长江相比,珠江具有径流丰富㊁输沙量较小的特点.珠江水系输沙量年内分布与径流分布相似,沙峰与洪峰出现时间基本一致,但输沙量比径流的年内分布更不均图1 伶仃洋河势及广州港出海航道走向示意图Fig.1 Sketch of Lingdingyang reach and seaward channel of Guangzhou Harbour 匀,汛期(4~9月)多年平均输沙量占全年的92%.伶仃洋海域悬移质的中值粒径一般为0.005~0.008mm,其中大潮粗些,中㊁小潮差别不大.床沙的中值粒径为0.002~0.64mm,有北粗南细㊁东粗西细㊁槽粗滩细㊁峡粗湾细等空间分布特征.自20世纪90年代中期以来,随着上游水土保持工作的加强㊁多座水利枢纽的建设以及河网内水道出现的大规模人工采沙,珠江三角洲年均输沙量呈明显下降趋势.伶仃洋潮汐为不正规半日混合潮,平均潮差0.80~1.40m,黄埔至虎门受潮流和径流共同作用,虎门以下伶仃洋海域主要受潮流控制.伶仃洋海域含沙量具有西北高㊁东南低,西槽大于东槽,洪季大于枯季的分布规律.根据1991年㊁1992年和1999年实测含沙量统计,伶仃洋西航道平均含沙量自川鼻水道向外海逐渐减少,涨㊁落潮平均含沙量介于0.06~0.16kg /m 3,属低含沙海区[1].1 航道冲淤的时空变化1.1 航道淤积沿程分布选取2004年第二季度至2005年第一季度航道维护疏浚的资料进行分析.在这一年中,广州出海航道中的南航道和伶仃航道已浚深至▽-13.0m,可通航5万t 级海轮,北航道正在进行疏浚,具备通航3万t 级海轮的能力.内伶仃岛至桂山岛南航段(KP0~KP23),2004年第二季度淤积38万m 3,第三季度淤积82万m 3,2004年第四季度至2005年第一季度,航道内共淤积42万m 3.伶仃航道段(KP23~KP67)2004年第二季度淤积18万m 3,第三季度淤积32.7万m 3,2004年第四季度至2005年第一季度,航道内共淤积86.9万m 3,最大淤积区出现在航道开挖段的中北部(KP53~KP63,见图2).对于第二季度出现冲刷的反常现象,从航道疏浚图2 2005年伶仃航道段秋季淤积厚度沿程分布Fig.2 Variation of siltation depth along Lingdingyang channel in autumn of 2005部门了解,是按 随淤随挖”的原则对广州港出海航道进行维护性疏浚.在回淤较重季节,疏浚时往往采用较深的超挖方式,从而造成回淤较重季节,航道水深增加的假象.广州港出海航道北段(KP67~KP115)最大淤积量出现在冬季,即2004年第四季度浚后至2005年第一季度浚后;而伶仃航道南段内伶仃岛至桂山岛航段(KP0~KP23)最大淤积量出现在春季,时段为2004年第一季度浚后至2004年第二季度浚后,其中KP14~KP23的水深相对较浅(13~15m 之间)[2].3444水利水运工程学报2008年3月1.2 航道淤积的季节变化伶仃航道开挖段2001年㊁2004年和2005年内的航道总淤积量的统计结果见表1.由表1可见,不同季节伶仃航道的泥沙回淤变化较大,且不同年份的冲淤情况也不同.2001年秋冬两季回淤最小,且差别不大;春季回淤要比前两者增加近1倍;夏季回淤最突出,比冬(或秋)季增加近2倍[3].2004年春㊁秋两季航道以淤积为主,且春季的淤积量大于秋季的淤积量.2005年测量资料分析表明,春季沿程以淤积为主,夏季航道水深却普遍增加,秋季以淤积为主;淤积量以春季最大,秋季次之.表1 2001,2004,2005年伶仃航道各季度累计淤积量Tab.1 Siltation amount in various seasons of2001,2004and2005资料组次年份/季节统计天数/d统计起止桩号淤积量/104m312000/冬季70KP27~KP6759.722001/春季60KP27~KP5566.232001/夏季70KP27~KP6598.742001/秋季70KP27~KP6517.252004/春季47KP23~KP6759.762004/夏季59KP60~KP67-18.072004/秋季55KP31~KP6732.782005/春季45KP23~KP6786.992005/夏季40KP23~KP67-168.9102005/秋季48KP23~KP6767.0 注: +”为淤积, -”为冲刷.2 伶仃航道的回淤原因分析2.1 潮流与河口锋的减淤作用实测资料显示,伶仃航道的涨㊁落潮流速经常超过1m/s,大潮时垂线平均流速最大可达1.5m/s.如此强的潮流,在涨急或落急时会形成底部流速大于床沙起动流速㊁平均流速大于悬沙扬动流速的状况,造成泥沙在航槽内少淤㊁不淤甚至冲刷,这也是伶仃水道多年来保持稳定㊁深水航槽回淤不大的主要原因.与伶仃航道紧邻的西滩是蕉门㊁洪奇门和横门径流水沙的宣泄地,落潮时由这几个口门下泄的淡水径流与来自虎门相对较咸㊁较重的冲淡水在西滩与航槽的边上相遇,出现密度梯度而形成河口锋.该锋面北起舢板洲,循流而下绵延几十公里而至内伶仃岛附近.这条锋面所形成的垂向环流(双环环流)在纵向潮流的作用下以螺旋流的形式向海洋运动,流速很大(据参考文献[4]介绍可达1.0~1.5m/s),强有力地冲刷槽底和西滩边缘部分.伶仃洋西槽(即现在的伶仃航道)百余年来长期保持稳定,即使西滩淤长甚至部分成陆也没有使该深槽发生大的变迁,这与河口锋的淘刷作用是密切相关的.上述分析表明,含盐少沙的强劲潮流是保持伶仃洋深槽稳定的主要动力,河口锋所形成的密度环流是减少西滩泥沙淤入航道的有效屏障.2.2 来水来沙的季节变化本文研究结果和以往的调查实践都表明,伶仃航道具有春夏多淤㊁秋冬少淤的季节特点.据2001年的实测地形资料分析,该航道春夏季的回淤量约占全年的70%,而秋㊁冬季仅占30%,这一结果与伶仃洋在洪㊁枯季受纳河流的来水来沙密切相关.比较2001,2004和2005年春季航道资料的分析结果,其中2001和2004年春季疏浚维护航道底标高为▽-11.5m,2005年春季维护航道底标高为▽-13.0m.将3年春季的统计淤积量化为单位长度和单位时间的淤积量,可得出2001,2004和2005年的数值分别为390,290和440m3/(km㊃d).也就是说2001年与2004年航道水深相同,两者淤积相差100m3/(km㊃d).据统计,珠江水系每年有80%的径流和90%以上的泥沙在4~9月的春㊁夏季输入到河口,其中由东四口门排入伶仃洋的径流达1400亿m3㊁泥沙超过3000万t,如此多的径流来沙使伶仃洋在春夏季节增加淤积是理所当然的.秋㊁冬季(10月至翌年3月)各口门注入伶仃洋的水沙锐减,在缺乏外部沙源的环境下淤积减缓也是顺理成章的. 第1期莫思平,等:广州港深水出海航道伶仃航段回淤规律分析2.3 絮凝和浮泥对回淤的影响悬浮于河口水体中的细颗粒泥沙在盐淡水混合作用下会加快絮凝.实验表明,泥沙絮凝后沉速将增大数倍甚至数十倍.伶仃洋在汛期有丰沛的淡水径流,与随潮而来的高盐陆架水混合后形成极有利于泥沙絮凝的电化学环境.伶仃洋的悬沙颗粒很细,其中值粒径为0.005~0.008mm,符合絮凝的条件.伶仃航道在春夏季(汛期)回淤比较大,除了河流来沙量增大的原因以外,由絮凝引起泥沙沉积速率加快也是重要因素.细颗粒泥沙经絮凝沉降至床面后,其初期密度很小,并具有一定的流动性,这种淤积体被称为浮泥.浮泥形成的原因有多种,在河口地区,最大浑浊带所形成的高含沙区会产生浮泥,被风浪悬扬的浅滩细颗粒泥沙潜入航槽中可形成浮泥,疏浚土如抛卸不当亦可回到航槽形成浮泥.现场观测结果[2]表明,伶仃航道有浮泥存在(特别在汛期),虽然浮泥的范围和厚度均不大,但也说明了浮泥与航道回淤之间有一定的关系.分析伶仃洋的水沙环境,夏季最大浑浊带正好在伶仃航道的中㊁北段徘徊,航道靠西滩和中滩也比较近,还有一个因素就是在进口浅滩一带吹填㊁围垦㊁抛泥等人类活动近年来比较频繁,这些都可能使伶仃航道形成浮泥.另外,航道的浚深,也使浮泥更易于集聚.以上分析可见,伶仃航道回淤环境可概括为潮流动力较强,含沙浓度较低,河口锋成屏障,滩槽长期稳定,悬沙容易絮凝,局部聚成浮泥,洪季回淤为主,淤积强度不大,疏浚可保航深.伶仃航道的工程实践证明,在没有任何整治建筑物的情况下,伶仃航道底标高从原来的▽-8.6m 浚深到▽-11.5m 及▽-13.0m,其淤积强度及回淤总量并没有与航道增深成比例提高,更没有发生碍航性骤淤,预示了该航道具有良好的开发前景.3 航道回淤的数值模拟计算在笛卡尔直角坐标系下,根据静压和势流假定,运用连续方程㊁动量方程㊁悬沙扩散输移方程和河床变形方程作为控制方程进行数值计算,计算方法和参数选择详见参考文献[5].整体模型的计算区域,北起虎门,南至桂山岛外,东接香港汲水门,西临澳门洪湾水道,纵向长75km,横向宽50km,控制面积达3750km 2.计算网格为边长500m 的正方形单元,水深取自1︓50000的海图,并根据近期南沙港区建设和中山港横门出海航道工程所测的1︓10000水下地形图对模型边界地形进行了修正.局部模型嵌套在整体模型中部偏西北区域,伶仃航道二期工程的主要开挖段位于模型中部.模型计算域南北长35km,东西宽25km,控制面积达875km 2,计算网格为边长50m,模拟范围见图1.选择2005年7月6~7日(洪季大潮)作为整体模型的验证潮型.这组潮型有10条垂线的同步水沙资料和5站潮位资料可供模型验证.结果表明,模型能够真实地复演工程水域的潮流运动和悬沙分布,可作为伶仃航道工程泥沙回淤研究计算的工具.模型对伶仃航道不同开挖尺度方案的淤积量与强度进行了计算,统计结果见表2.模型计算出的航道平均淤强和累计淤积量与实测结果比较接近,平均淤强的偏差率不大于5%,回淤总量的偏差率不大于4%,能满足模拟精度要求.数学模型计算得出的沿程回淤分布在KP55以南段,与航道实测情况比较吻合,但在KP56~KP62段与实测结果相差较远,前者在KP59处出现冲刷,而后者在此处淤强最大.分析其原因,是模型未能反映南沙港区二期工程施工影响所致.表2还表明,航道的淤强随开挖深度的增加而增大.表2 伶仃航道不同开挖尺度方案回淤量预测Tab.2 The prediction of silting amount of different projects方 案航道开挖尺度航宽/m 航深/m 航道长度/km 平均淤强/(m ㊃a -1)回淤量/(104m 3㊃a -1)0160-13.038.00.502741200-15.038.00.644412243-17.038.00.705843220-19.238.00.9269054水利水运工程学报2008年3月4 结 语(1)伶仃洋是一个丰水少沙㊁潮量巨大㊁滩槽稳定的河口湾,对各站的水沙资料分析表明,在上游径流量无明显变化的情况下,进入伶仃洋的输沙量呈逐年减少趋势,这对航道水深的维护是有利的.伶仃航道开挖段▽-13.0m 贯通后,经过近2年维护疏浚期的水深检测发现,春秋两季航道内淤积较为显著,淤积量较一期工程有所增大.最大淤积区出现在航道开挖段的中北部(KP53~KP63).(2)伶仃航道冲淤特性受伶仃洋动力地貌环境控制,在山潮比较大的季节,滞流滞沙点位于伶仃航道上段,故此段回淤强度较大,中㊁下段主要受高盐陆架水控制,泥沙淤积极少或甚至出现冲刷.山潮比较小季节,伶仃洋被高含盐水团所控制,垂向密度环流不复存在,航道中㊁上段的泥沙向虎门 倒灌”,下段泥沙则向海输移,航道内的泥沙走向出现 各奔南北”的局面.广州港出海航道北段(KP67~KP115)最大淤积量出现在冬季,而伶仃航道南段内伶仃岛至桂山岛航段(KP0~KP23)最大淤积量出现在春季.(3)采用平面二维嵌套网格模式所建立的潮流泥沙数学模型,对伶仃洋水域的水沙验证结果与现场实测资料吻合良好,模拟结果充分反映了伶仃航道二期工程的回淤特征和量级变化,表明该模型对航道泥沙问题具有较好的预测能力.计算表明,航道的淤强随开挖深度的增加而增大.(4)分析认为,洪汛期(春夏季)应集中对伶仃航道进行疏浚清淤,枯水期(秋冬季)则需加强对虎门以内局部航道的水深养护.疏浚施工安排在汛期有利于泥沙往下游深水区扩散,选择落潮期挖泥可以减轻疏浚扰动对航槽回淤的影响.参 考 文 献:[1] 张华庆,朱三华.珠江河口水沙数学模型研究[R].天津:天津水运工程研究所,珠委勘测设计院,1999.[2] 辛文杰,莫思平,应 强.广州港深水出海航道回淤规律与维护方式研究[R].南京:南京水利科学研究院,2007.[3] 辛文杰.广州港出海航道一期工程实施后伶仃航段的回淤分析及模拟验证[R].南京:南京水利科学研究院,2003.[4] 应秩甫,罗章仁.伶仃洋沉积动力环境及航道选线研究[C]//杨干然.海岸动力地貌学研究及其在华南港口航道建设中的应用.广州:中山大学出版社,1995:243-277.[5] 辛文杰.差分模型网格嵌套边界技术在工程潮流计算中的应用[J].水利水运科学研究,1999,(4): 355-360.南京水利科学研究院新增一名 新世纪百千万人才工程”国家级人选 近日,人事部㊁科学技术部㊁教育部㊁财政部㊁国家发展和改革委员会㊁国家自然科学基金委员会㊁中国科学技术协会等7部委联合印发了‘关于公布2007年 新世纪百千万人才工程”国家级人选的通知“(国人部发〔2007〕155号),2007年 新世纪百千万人才工程”国家级人选已确定,我院教授级高工㊁水文水资源研究所所长刘九夫入选,全国水利系统共有两人入选.截至目前,我院共有 百千万人才工程”㊁ 新世纪百千万人才工程”国家级人选5名,他们分别是:张建云㊁赵维炳㊁李云㊁陈生水㊁刘九夫. 摘自‘南京水利科学研究院网站“()64。
收稿日期:2002!0l !ll作者简介:王义刚(l955—),男,浙江定海人,教授,硕士,主要从事河口海岸动力研究.福建铁基湾围垦对三沙湾内深水航道的影响研究王义刚,王超,宋志尧(河海大学交通与海洋工程学院,江苏南京2l0098)摘要:从三沙湾的平面二维潮流数值模型入手,计算铁基湾泥沙冲淤情况,比较围垦工程前后流场的变化,着重比较不同点位的流速,分析研究了海湾围垦工程改变纳潮量对湾内深水航道以及有关区域的影响.研究发现,围垦工程使得湾内纳潮量减少,从而对湾内的深水航道产生影响,故不宜进行大规模围垦.通过对3个备选方案的计算、分析和比较,得到方案一的影响最小,围垦面积不宜超过2800hm 2的结论.关键词:三沙湾;海湾围垦;纳潮量;深水航道中图分类号:P73l.23文献标识码:A文章编号:l000!l980(2002)06!0099!05三沙湾(亦称三都澳)位于福建省东北部沿海,地处霞浦、福安、宁德、罗源四县市滨岸交界处,东北侧近邻福宁湾、西南侧与罗源湾紧密相连,是我国的天然良港之一.三沙湾形状似伸展的右手掌,海湾被罗源、东冲半岛环抱,仅在东南方向有个狭口———东冲口与东海相通,口门宽仅3km ,是个半封闭型的海湾.三沙湾四周为山环绕,海岸线曲折,主要有基岩、台地和人工海岸组成,岸线总长度为449.98km.三沙湾水域开阔,海湾总面积达570.04km 2,其中滩涂面积达308.03km 2,水域面积为262.0l km 2.(滩涂面积指从岸至0m 等深线的面积).湾内海底地形崎岖不平,侵蚀和堆积地形都很发育,湾中有许多可航水道、暗礁、岛屿和浅滩.三都、东安、青山等岛屿是湾内主岛;东冲水道、青山水道和金梭门水道是湾内主要航道;湾内各小湾顶及浅水航道两侧常有浅滩和干出滩发育.湾内最大水深达90m.湾的西北侧有赛江、霍童溪等中小河溪注入.三都澳内有白马河注入[l ].图1三沙湾地形、方案、点位布置Fig.1Terrain ,alternatives ,and point arrangement at Sansha Bay第30卷第6期2002年ll 月河海大学学报(自然科学版)JOURNAL OF HOHAI UNIVERSITY (NATURAL SCIENCES )Vol.30No.6Nov.2002铁基湾围垦工程位于三都澳内,距离宁德市城区仅5km (图1).工程的实施至少可使宁德市土地面积增加2600hm 2以上,围垦海堤建成可对罗宁高速公路及附近乡镇起重要屏障保护作用,并可进行农业、水产、林业和工商贸等的综合开发,大大促进地方经济的发展.对于近岸海域,潮流是泥沙搬运的主要动力.由于铁基湾围垦工程实施后会使三沙湾水域各水道的纳潮量重新分配,继而影响到附近水域的潮流动力特性,以及邻近的深水航道.故通过三沙湾水域平面二维潮流数值模型,计算工程前后的潮流场,比较流场的变化,特别是不同点位的流速变化,并计算泥沙的冲淤情况,模拟及分析研究了铁基湾围垦工程对三沙湾内深水航道的影响.1数学模型1.1基本方程采用平面二维潮流运动的基本方程.在矩形单元上,变量采用交错网格技术布置,以提高方程离散的精度.将方程离散为差分方程时对时间的全导数项(即时间偏导数加对流项)采用E-L 格式,而潮位的梯度变化项采用中心差分格式.离散后的差分方程应用改进型的ADI 法进行计算.1.2模型验证1.2.1潮位验证结果为配合数值计算,除在东冲口东冲半岛一侧设立临时水尺作模型外海边界条件外,还在三沙湾内设有两个(三都和下白石)临时水尺观测水位,作为模型的验证资料.潮位无论量值上还是位相上都吻合较好.以三都站为例,参见图2.图2三都站潮位过程验证Fig.2Verification of tidal level for Sandu Station1.2.2流速验证结果用于模型验证的是3个测流点,验证包括了大、中、小潮的持续时间段(计8d ).流速过程验证结果表明两者吻合较好,参见图3.图3测流点1流速过程验证Fig.3Verification of current velocity for point 11.2.3三沙湾的流场特征由三沙湾海域的大潮涨急流场(图4)可以看出,自东冲口进入的潮流,至青山岛后,除少部分流入东吾洋外其余分成两股,一股在其西侧进入三沙湾航道;另一股在其东侧主要沿三都岛东侧深槽北上,分别注入三都岛北侧水域、白马港和盐田港;少部分经三都岛和青山岛之间通道,汇入三沙湾航道.进入三沙湾航道的潮流,在橄榄屿一分为二,一支沿宁德水道继续上溯,另一支通过三都岛西侧航道北上,并与三沙湾北侧的来流汇合,最后北上到达云淡山(帮门)水域.从该流场还可以看出,宁德水道是三沙湾航道潮流上溯的必要延伸段,出三沙湾航道的潮流主要是进入宁德水道的.三沙湾海域的落急流场,其趋势基本与涨急流场相反.2河海大学学报(自然科学版)2002年11月图4三沙湾海域涨急潮流(无工程)Fig.4Tidal current field for waters at Sansha Bay(without an engineering project )2计算方案2.1方案布置方案布置见图1.图中(1)为方案一,围垦面积约2800hm 2.(1)+(2)为方案二,围垦面积约3200hm 2.(1)+(2)+(3)为方案三,围垦面积约5500hm 2.2.2计算结果为分析工程前后的流速变化,布置了流速取样点,点位布置参见图1.从计算结果得到:3个方案,大、中、小潮的特征流速(涨、落平均和最大流速)较之天然状况变化趋势是:1~14点减小;15~18点增加;19~22点减小;3个方案大、中、小潮,涨、落潮特征流速的变化趋势是:减小点涨潮减幅要大于落潮;同样增加点涨潮的增幅也大于落潮;涨(落)潮最大流速与平均流速的增减幅度基本一致;同一方案,从大、中、小潮各特征流速的变化趋势看:增减绝对值大潮最大,中潮次之,小潮最小;但相对变化百分比则相差不大;同一潮型、不同方案,从各特征流速的变化趋势看:方案一增减幅度最小,方案二次之,方案三最大.3围垦工程后深水航道回淤计算和分析3.1深水航道回淤计算由于三沙湾海域在天然情况下属于冲淤平衡的,为了定量地了解围垦工程对深水航道的影响,在计算淤积强度围垦工程实施前后的潮流数值后,采用刘家驹公式进行回淤估量[2]p =!st "i 11-121()1[]3Sin #+ 21-122111+121()[]1coS {}#式中:!———絮凝泥沙沉降速度,m /S ;s ———含沙量,kg /m 3;t ———时间,S ;"i ———淤积干容重,kg /m 3;11,12———工程前后半潮平均流速,m /S ;#———水流与航道轴线的夹角; 1=0.35, 2=0.13分别为横流和纵流淤积常数.根据本次水文测验资料,有关参数的确定如下:平均含沙量:大潮取0.080kg /m 3,中潮取0.032kg /m 3,小潮取0.023kg /m 3;泥沙絮凝沉速为0.0004m /S ;淤积干容重"i =1750i 0.18350kg /m 3.根据潮流数值计算结果,并将有关参数代入上式,计算得到深水航道上围垦后的年平均回淤强度.取大潮和小潮各占25%,中潮取50%来计算一年的平均回淤强度.3第30卷第6期王义刚,等福建铁基湾围垦对三沙湾内深水航道的影响研究从表1可以看出,各主要水道的年平均回淤强度为:三沙湾航道(点1~14)方案一在1.9~11.1cm /a 之间,方案二在2.2~12.7cm /a 之间,方案三在3.7~19.9cm /a 之间;宁德水道(点19~22)比三沙湾航道淤积严重!橄榄屿与三都岛间水道(点15~18)工程后由于流速增大可能会产生一定的冲刷(即表中回淤量为0的点)!表1各方案计算点年淤积强度Table 1Annual silt-up intensity at calculating points of each scheme!!cm /a!!点号方案一方案二方案三点号方案一方案二方案三!!1 1.9 2.2 3.71210.512.019.0!!2 3.2 3.8 6.21311.112.719.9!!3 4.0 4.67.61410.712.219.4!!4 4.2 4.87.9150.00.00.0!!57.48.413.6160.00.00.0!!69.310.717.3170.00.00.0!!79.911.418.1180.00.00.0!!89.911.318.11927.228.5-!!99.110.416.62020.923.9-!!1010.211.718.72119.524.6-119.711.017.62212.523.7-3.2计算结果的合理性分析三沙湾海域沿岸的海岸稳定,且四周为低山丘陵环绕,山上植被茂密,水土保持较好,故湾内的陆域来沙很少,仅有东冲口与外海贯通,海域来沙甚少,其沙源主要来自赛歧上游的河流来沙.据海岸带调查,三沙湾海域滩地自然淤积速率在1975~1985年间滩面淤高年平均为0.5~2.0cm /a ;并根据多年平均含沙量资料,本次水文测验具有一定的代表性,因而此次泥沙回淤分析也具一般意义.任美锷院士曾指出,凡是落潮流速大于涨潮流速的水道,一般都能维持其水深,或甚至被刷深,如美国太平洋沿岸的汊道;反之水道则易淤浅退化,如美国墨西哥湾的汊道[3].同样,我国的情况亦是如此.在福建的罗源湾,1980年完成大官坂围垦,围区面积达2750hm 2,堤线与航道近似平行.1992年又建成松山围垦,围区面积2300hm 2,围区位置在湾顶,与铁基湾此次围垦相仿.据1954年、1977年和1993年3月所测地形图对比,发现对整个海湾的促淤作用并不明显,除了在海堤外侧稍有淤积外,其它海域则受影响甚微.从三沙湾海域的情况来看,三沙湾航道基本上是落潮流速大于涨潮流速,有利于泥沙向湾外运移,而且陆域来沙也很少,所以建国以来,尽管湾内也有一定数量的围垦,但并未对湾内主航道产生明显淤积.通过数值模拟计算,围垦后三沙湾航道上涨潮流的减幅要大于落潮流的减幅,这表明三沙湾航道上仍维持落潮流速大于涨潮流速的状况,它对深水航道的维持是有利的.4结论a.铁基湾围垦工程使得三沙湾内各主要水道的纳潮量重新分配,其中三沙湾航道纳潮量减少,但各方案对海域的潮流落潮流占优运动特性影响不大.b.3种围垦方案中,方案三面积大,并且将宁德水道完全截断,对周边各水道的影响甚大;方案二面积次之,但将宁德水道尾段截断,对周边各水道产生一定影响;方案一面积最小,未将宁德水道截断,相对而言对周边各水道的影响较小.c.三沙湾海域的陆域来沙很少,海域来沙也少,其沙源主要是河流来沙.根据多年平均含沙量资料,其含沙浓度较小,加之围垦后三沙湾航道仍能维持落潮流速大于涨潮流速的状况,所以采用方案一对三沙湾深水航道产生回淤量相对不大.d.就影响最小的方案一而言,三沙湾深水航道年平均回淤强度1.9~11.1cm /a ,而围堤前沿的宁德水道比三沙湾航道淤积严重,年平均回淤量12.5~27.2cm /a.e.海湾围垦减少纳潮量,必然对湾内的深水航道产生影响.为了减少回淤量,避免对天然环境造成大规模的破坏失去原有平衡,因此不宜进行大规模围垦.考虑潮流动力的变化和泥沙回淤,并对3个备选方案进4河海大学学报(自然科学版)2002年11月行计算、分析和比较,可以认为方案一对环境的影响最小.为避免对环境造成大的影响,铁基湾围垦面积不宜超过方案一.参考文献:[1]中国海湾编撰委员会.中国海湾志,第七册[M ].北京:海洋出版社,1994.45~47.[2]刘家驹,喻国华.海岸工程泥沙的研究和应用[J ].水利水运科学研究,1995(3):221~233.[3]任美锷.中国的潮汐汊道及其在海港建设中的意义[A ].全国海岸带和海涂资源综合调查学术会议论文集[C ].北京:海洋出版社,1992.331~340.Impacts of Tieji Bay reclamation project on deep channel at Sansha BayWANG Yi-gang ,WANG Chao ,SONG Zhi-yao(College of Traffic and Ocean Engineering ,Hohai Unio.,Nanjing 210098,China )Abstract :In combination with the 2-D numericai modei of tidai current in the waters of the Sansha Bay ,sediment scour and siiting at the Tieji Bay is caicuiated ,and the fiow fieids before and after the reciamation at the Tieji Bay are compared ,with emphasis piaced on the comparison of veiocities at different points.Besides ,an anaiysis is made on the impact of reciamation-induced variation of the tidai capacity on the deep channei and reiated waters.The research shows that the reciamation wiii reduce the tidai capacity of the Tieji Bay ,and bring about negative effects on the deep channei at the Sansha Bay ,so iarge-scaie reciamation shouid be avoided.By anaiysis and comparison of the three aiternatives for the reciamation project ,it is conciuded that the impact of the aiternative 1is the smaiiest ,and that the reciamation area shouid be iimited within 2800hm 2.Key words :Sansha Bay ;bay reciamation ;tidai capacity ;deep channei5第30卷第6期王义刚,等福建铁基湾围垦对三沙湾内深水航道的影响研究。
岸滩演变对入江口门航道的影响
彭秀琴;罗秀娜
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2011(000)012
【摘要】各支流入江口门是沟通各支流和长江的关键部位,其河床稳定性对保持航道畅通具有重大作用.选择南京河段梅子洲汉道段秦淮新河口和城南河口为研究对象,分析入江口门岸滩演变特征,并结合入江口门历年疏浚资料,分析岸滩演变对入江口门航道的影响.研究成果表明,岸滩演变不仅形成了入江口门的河道局部条件,并且制约口门的水沙条件,因此,对入江口门的水流、泥沙运动和航道产生重大影响.【总页数】4页(P123-126)
【作者】彭秀琴;罗秀娜
【作者单位】扬州市勘测设计研究院有限公司,江苏扬州225007;扬州市勘测设计研究院有限公司,江苏扬州225007
【正文语种】中文
【中图分类】TV148
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罗源湾滩槽演变及深水航道回淤研究A Study on Furrow Evolution and Deep2W ater w ayB ack2Silting in Luoyuan B ay林国雄LI N G uo2xiong(福建省港航勘察设计院福州350002)(Fujian Surveying and Designing Institute of Port&Waterway,Fuzhou350002) 摘 要 罗源湾自然条件优越,为适应港口发展,应建设深水航道。
本文根据大量的现场实测资料,对罗源湾的水沙特性和滩槽演变规律进行了分析探讨。
在此基础上,对航道工程实施后的泥沙回淤和淤积量进行了分析和计算。
研究结果表明,罗源湾滩槽稳定,工程实施后的回淤不会对航道产生较大影响。
关键词演变回淤航道罗源湾 罗源湾位于福州市北部,北邻三沙湾,南隔黄岐半岛与闽江口连接,是福建省六大天然港湾之一;湾内纵深约25km,平均宽度为7km,最大宽度约15km,海湾水域总面积约179km2。
罗源湾为半封闭式海湾,呈口小腹大形状,仅在东北角有一个约2km宽的狭窄水道———可门水道与东海相通。
罗源湾属基岩溺谷海湾,周边以侵蚀剥蚀的低山丘陵为主,大部分地区岩体直逼海岸,构成了基岩岬角和小型海湾相间的分布格局。
湾内水深条件良好,口门水道水深平均在-30m以上,最大水深可达-80m;湾内东北侧为深水区,一条-5m水深的深槽贯穿湾内,西侧则为广大的浅水区域。
罗源湾具有良好的自然水深优势,且受岛屿屏障的掩护,湾内海面比较平静,水体含沙量较小,具有建设深水港口的基础条件,其开发对于福州港的发展具有重大意义[1~2]。
但由于湾内存在广大的浅水区和东北侧深槽的水深由东南向西北明显变浅等不利因素的影响,天然航道不能满足大型船舶安全通航的要求,必须及时开挖建设深水航道。
因此,罗源湾的水沙特性、滩槽演变规律以及航道开挖的回淤强度等相关问题引起了人们的广泛关注。
根据现场资料,对这些问题进行了深入分析和探讨,为罗源湾深水航道的开发建设提供科学依据。
1水文泥沙特性111流域来水来沙罗源湾周边流域面积532km2,陆域输沙每年约816×l04t,其量有限[3]。
海湾基本无大河溪注入,仅在湾西北侧有起步溪和南门溪等小溪流的汇入,其径流作用较小,且主要发生在洪季暴雨时期。
随洪季径流下泄的冲积物则是湾内的主要沙源,而自大官坂、松山和白水围海工程建成后,已基本截断了各溪流输沙的直接影响。
112潮汐与潮流罗源湾海区潮汐属正规半日潮型,潮高不等现象较为明显。
罗源湾为强潮型海湾,最大潮差达8114m;潮差呈现从口门至湾内沿程递增的变化趋势,可门、将军帽、下屿和迹头平均潮差分别为4190、5105、5100和5116m,最大潮差分别为7123、7143、7150和7167m。
湾内涨、落潮水流为往复流,流向基本与深槽平行,且随时间的变幅不大,旋转性很小。
湾内东北侧深槽水域,涨潮主流向平均约311°,落潮主流向平均约133°;湾内南侧门边至可门深槽段,涨潮主流向平均约237°,落潮主流向平均约54°。
湾内流速较小,其分布具有深槽大于浅水区、口门大于 第20卷 第4期福 建 地 理V ol120,N o14 2005年12月F J I ANG GE OG RAPHY Dec1,2005湾内的特点。
北侧深槽涨潮平均流速介于0129~0146m/s之间、落潮平均流速介于0131~0138m/s 之间;南侧涨潮平均流速介于0112~0123m/s之间、落潮平均流速介于0116~0127m/s之间;口门段涨潮平均流速0160m/s,落潮平均流速0148m/s。
湾内余流流速较小,均介于0101~0119m/s之间,流向主要集中在NNE—SW范围内,即大部分都是指向湾内的浅滩水域。
113风浪简况据统计,罗源湾口门附近强风向为SSE和NE 向,常风向为E NE向,出现频率2312%,多年年平均风速为511m/s;湾内强风向为W NW向,常风向为SE向,出现频率13%,多年年平均风速为218m/s。
罗源湾海域因周边岛屿掩护的作用,湾内波浪一般情况下都很小。
据统计,湾口海区常浪向为NNE向,出现频率25%;湾内实测最大波高114 m,年内波高≥018m仅为18天。
每年7~9月为台风季节,平均每年约514次;受台风影响,最大风速可达40m/s,期间往往伴随大浪和暴潮增水,具有一定的破坏力。
114悬沙分布特性罗源湾海区表层沉积物主要由黏土质粉砂和粉砂质黏土等细颗粒物质组成,平均中值粒径介于010039~010082mm,在潮流为主的动力作用下,湾内泥沙的运移形态主要呈悬移质运动。
由于周边无较大河溪注入,且受岛屿的掩护作用,罗源湾海域水体含沙量较低,湾内平均含沙量仅0105kg/m3,属低含沙量海区。
涨潮平均含沙量为010497kg/m3,最大含沙量为011693kg/ m3;落潮平均含沙量为010437kg/m3,最大含沙量为011531kg/m3。
大风天气时含沙量有所增加,但增幅不大。
湾内含沙量的平面分布一般是东南高、西北低,口门水道大于湾内水域,但各量值间差异不大。
含沙量垂线分布具有由表层往底层逐渐增高的规律。
表层实测含沙量过程线一般较为平缓,含沙量低,最高值为0.118kg/m3;底层实测含沙量过程线峰态高大、显著,含沙量高,最高值为01163kg/m3。
2滩槽演变规律211滩槽成因分析从罗源湾水下地形的分布来看,除了东北侧有一个-5m深槽贯穿湾内水域外,其余均为广大的浅水区。
其中,-5m等深线以下深槽面积约29K m2,约占总面积的20%;-5m等深线以上的浅水面积约112km2,约占80%;而仅西侧潮滩带0m等深线以上的浅水区面积就达5413km2,约占总水域面积的39%。
此外,罗源湾不仅口小腹大,而且湾内向北逐渐缩窄,由将军帽附近的15km宽缩至湾顶迹头的215km;这种地貌形态必然会引起局部水流的改变,其特征表现为外海水流经可门水道传入内口门后,由于过水断面的突然放宽而分散成3股水流流态,主流绕过将军帽岬角,沿岗屿水道顺东北侧深槽向西北流动,另外2股较弱的水流则流向广大的浅水区,这种动力分布与其湾内水深的变化具有很好的对应性和稳定性。
据上述地形地貌和水流运动特征的分析可知,罗源湾西侧广大浅水区域的形成,除与湾内边界条件和水流运动条件有关外,还与南门溪、起步溪等小溪流的流域来沙影响密切相关。
其变化规律为:流域来沙由SW—W NW向注入湾内后,落潮时随落潮流往湾口方向运移,过浮曦角一狮岐断面后,过水断面不断放宽,东北主槽动力较强,泥沙不易落淤,西南侧水域动力较弱,且沿程流速随着断面的扩大而逐渐减小,使运动着的泥沙主要沿西南部水域扩散和沉积;涨潮时,涨潮流经可门水道传入位于将军帽的内口门后,形成3股水流流态,由湾顶注入的泥沙受其顶托被挤压至西南部广大水域落淤。
在这样一个过程的反复作用下,使得西南侧水下地形随着泥沙的淤积而不断抬高,浅水面积也就不断增大,同时西南侧水域的动力也将随着滩面阻力的不断增大而逐渐减弱;相反,随着西南侧水域浅水面积和动力的改变,深槽内的水流会更加集中而强劲,并以浅滩不断淤积和深槽不断冲刷来达到湾内的新平衡。
通过上述演变过程的长期作用,最终则形成罗源湾东北侧深、西南侧浅的地形格局,从而也就使得东北侧深槽水域成为潮汐水流的主要通道。
潮汐主通道的较强水流,对维护罗源湾深槽走向呈近似直角形状起着根本性的作用。
212海床演变特点据1976年、1999年和2001年水深测图的对比分析,罗源湾冲淤变化存在如下特点:7第4期林国雄:罗源湾滩槽演变及深水航道回淤研究1)罗源湾周边岸线除大官坂、松山和白水3个围海工程区明显外移外,西部岸线因人工护岸堤坝的建设,也有所改变。
2)狮岐东北侧水域,0m等深线以下地形由于受围海工程的影响,呈淤积趋势,但淤积速率极小,基本可认为不变。
3)湾内中间部位,在0m以下可比的水域内, 1976~1999年不同等深线均向西拓宽,其规律呈微冲刷状态,各断面年平均冲刷厚度介于012~311cm,特别是临近鸟屿西侧出现了明显的冲刷区,冲刷深度最大可达十几米。
从1999~2001年水深断面冲淤变化来看,冲淤幅度基本不超过±011m,均在测量误差范围之内,因此可断定,其基本处于冲淤平衡状态。
4)可门水道基本处于冲淤平衡,呈稳定状态。
3深水航道的泥沙回淤计算与分析311深水航道规划方案平面布置根据罗源湾港区发展的需要,深水航道分期建设。
一期工程拟满足港区近期需要,兼顾远期发展[4]。
根据一期工程的建设规模,罗源湾深水航道可分为3个航段(图1):图1罗源湾深水航道布置示意1)口门经可门角、担屿北水道至将军帽航段(A—B—C)。
该航道长1218km,底宽350m,底标高-2610m。
2)将军帽经牛坑湾作业区至碧里作业区航段(C—D—E—F)。
该航道长1215km,底宽350m,底标高-1510m;一期工程设计尺度为底宽200 m,底标高-1315m。
3)可门角经担屿南水道至可门作业区航段(B—C1—D1—E1)。
该航道长1019km,底宽200 m,底标高-1510m;一期工程设计底标高-1315m。
312深水航道泥沙条件分析1)外界泥沙来源。
影响罗源湾航道稳定的泥沙主要有流域来沙和海域来沙2个方面。
对于流域来沙,如前所述,罗源湾围海工程的建设已经基本截断了各溪流输沙的影响,这一结果可由1976年和1999年狮岐西北侧水下地形近似不变而得以证实。
海域来沙主要有沿岸河流输沙与口外海底来沙的影响。
罗源湾口外以北海岸无大河流注入,仅在西南方向距口门48km和57km附近有敖江和闽江入海。
据闽江口水流和泥沙的变化规律可知,其高浓度含沙水体的扩散主要向东和东南方向,出海泥沙向北产生的影响不大:即使闽江和敖江有泥沙北上,但因多个岬角和海湾的拦截,能抵达罗源湾海域的泥沙也很少。
因此,闽江和敖江出海泥沙的影响甚微,基本不会出现沿岸输沙现象。
此外,罗源湾口外附近的底质以砂砾和粗砂为主,且深水区紧邻岸边,距岸400m水深即达-10m以下,大部分水深达-30m左右。
故此种条件下,一般波浪掀动底部泥沙的可能性很小;虽然台风暴浪有可能掀动底部泥沙来增加水体的含沙量,但因其出现机率很小,基本不会改变本区水体的低含沙属性,对工程后航道水深的维护较为有利。
总之,罗源湾海区外界泥沙来源不充分,供沙8福 建 地 理第20卷量甚少,航道工程实施后的泥沙淤积将会十分有限,是本湾建设深水航道的有利条件。
2)湾内泥沙的再搬运。
罗源湾内的泥沙运移特征主要为潮流作用下的悬移运动。
虽然湾内泥沙以细颗粒物质为主,但由于缺乏充分的沙源供给和必要的水流动力,并不具备形成浮泥的条件。