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张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 摘要 在相对稳定的海岸上，正常情况海底泥沙处于冲淤相对平衡状态。但遇到大风浪时，风浪和 潮流合成作用，这时，平衡状态被破坏，泥沙被掀起成为悬沙。风停后，水体紊动强度逐渐减弱， 海流携沙能力减小，超饱和悬沙沉降，含沙量逐渐减小，直到海底泥沙再次形成某种冲淤相对平 衡状态为止。波流共同作用使构筑物原滩面受到不同程度的冲蚀和淤积，而地基稳定性与该区 冲蚀深度有着密不可分的关系，当冲刷深度达到一定程度后，不仅构筑物可能笈生倾斜、倒塌， 造成重大损失，而且将影响周边海底地形的变化，形成与构筑物和复杂海洋水动力的动态联动 耦合作用。本文主要研究张家埠新港建成后对海洋环境的影响，港区建设改变了原来的自然岸 线和水域状态，流速流向发生一定的变化。码头建设，引堤、围堰工程及航道疏浚工程的建设 对局部流场流向有所改变，新的岸线形成以后工程附近涨、落潮流向均较小角度的变化，造成 冲淤环境的改变，地形地貌发生相应的变化。本文运用e c o m s e d 三维模型模拟潮流、波浪( 施 加风) 作用条件下工程周围海域海底地形的演化，对工程建成后的冲淤状况进行模拟，并对流 场和浪场二者进行耦合，求得波浪和潮流共同作用下对海底的切应力，与沉积物临界起动剪切 力比较，分析其冲淤变化。对于冲刷区域，选择适当的水深步长，迭代计算波流作用下的床面 切应力，直到停止冲刷，预测冲淤平衡时的极限冲刷深度，为工程设计和防护提供科学依据。 关键词：数值模拟波流共同作用极限冲刷深度临界起动剪切力 t h e c h a n g eo fs c o u r i n ga n d 丘l l i n ge n 访r o n m e n ta f t e rt h e c o n s t r u c t i o n6 fz h a n 西i a b un e wp o r ta n dt h es t u d yo f i i m i t c o n s t r u c n o n0 i 乞n a n 2 l l a b un e wd 0 r ta n dt n es t u d v0 fl i m i t d e p t ho fs c o u r i n g a b s t r a c t i nn o m l a lc o n d “i o r l s 也es e a b e ds e d i l 删sa r ei n ar e l 撕v e l yb a l a n c e d 吼a ：t l l so f e r o s i o na 1 1 dd 印o s i t i o n0 n ar e l a t i v e l yg t 暑l b l ec o a s t b u ti ns 呐n g 砌c a s e ，s y 刀曲e s i s e 虢c t sb o 也o fw i n d - i i l d u c e dw a v e a n dt i d ed e s 协l c t e dm es t a t eo fe q u i l i b r i u m ， s e d i l e n t sw e r es e to 仃a ss _ l l s p e n d e dl o a d w h e n 诚n d 哟p p e d ，虹l ew a t e rt 1 1 由u l e n t 砷舫s 时鲈讪l a l l yw e a k e n e d ，a sar e s l l l t ，t h ec a p a c 埘o fc u r r e mt oc a r r y s a n dr e d u c e 也s o 也a ts u p e r s 狐删e ds u s p e n d e ds e 曲n e md 印o s i t e d ，r e s l l l 血gi n d e c r e a s e ds e d h e n tc o n c 洲0 n 眦t i lan e wr e l 撕v e l yb a l a n c e ds 眦i i so fe r o s i o na n d d 印o s i t i o no ft h es e a b e ds e d 血e n t1 0 m e d t h ec 0 加b i n i 耐e 丘e c t so fw a v ea n dc u r r e n t c a _ u s ed i 丘- e r e n td e g r e e so fe r o s i o na n ds i l t a 士i o no ft h eo r i g 砌b e a ( i h 舭t u r e t h e d e p 也o fe r o s i o ni sc l o s e l yr e l a t e dt 0 也es t a b i l 毋o fs e d i m e n t i f 血es c o u rd e p 也 r e a c h e sac e r t a i ne x 把n t ，n o to n l y 也eb u i l d i n gm a yt i l ta n dc o l l a p s e ，c a l l s i n g s i 班矗c a n tl o s s e s ，b u ta l s ot 1 1 es u 玎0 u i l 曲培s e a b e dt o p o g r 印h y 、) l ，i l lc h a 吨e ，f 0 珊血g d ) ，n a m i cl i n k a g ec o u p l i l l ge c t 晰t h 昀m c t u r ea n dc o m p l e xm a 面w a t e rp o w 盱 t 1 1 i sp 印e rs n l d i e sm e 呻a c t so ft h ec o i l s 饥l ( 洒o no f 殂西i a b un e w p o r to n 缸1 e m a r i l l ee i r v i r o n m e n ta n di n d i c a t e s 也a t 也en 删p o r th a sd e 鲫r o y e dt 1 1 eo r i g i i l 脚s t a t eo f m em l l 加湖s h o r e l i l l e 扯l dw a t e r s ，c a l l s i n gc u l t e n tt oc h a n g ei nd i r e c 石o na n ds i z e t h e c o n s t r i l c t i o n0 fp i e r ，e m b a i ：妞d 1 钮t ，c 0 f f e r d a ma n dd r e d g i n gw o r ! k so fs e a r o u t ek 峪 c h a n g e d 也en o w f i e l d1 0 c a u y ，i i lw k c h 也ed 晚嘶o n0 ff l o o d m d e 硒de b b “d en e a r t h ep r a j e c tc h 姐g e di nas m a l la n g l ea 触m ef o m a t i o no fan e w 或1 0 r e l i r l e ， c o n s e q u e n n y ，也e 筋【v 西。砌e n to fe r o s i o na n dd e p o s i t i o nc h a n g e d ，a n ds od i dt h e t o p o g r a p h ya c c o r d i l l g l y i nt h i sp 却e r ，t 1 1 r e e - d i m e n s i o n a lm o d e le c o m s e dw a sl l s e d t 0s i 加1 1 1 a t e 也ee v o l 而o no ft h es e a b e dt e i r a i nu | 1 d e rt h ec o n d i t i o no ft i d ea n dw a v e ( i i r l p o s e db y 也ew i l l d ) ，a n dm e 谢a t i o no fs c o 证n ga n d 丘l l i n ga r e rt h ec o m p l e t i o n o fm ep r o j e c t b o mm ec u n l e n ta n dw a v e 丘1 e d sw e r ee s 讪l i s h e da i l dt h e nc o u d l e dt o g e t t 1 1 es h e a rs t r e s st 0 也es e a b e d 。t h i s 啦心dg 吮s sw 嬲c o i n p a r 甜、i t l lt l 嘶t i c a l s t r e s so ft 1 1 r e s h o l dm o t i o no fs e d i l n e n ts o 也a t 也ev 撕a t i o no f5 c o u 血ga n d 丘1 1 i 1 1 9c a i l b e 觚a l y z e d f o rt h es c o u d i 培a r e 也es c o u r i n gd 印也l i 1 i tw a sp r e d i c t e db y c h m g i n g 也ed e p 也a 1 1 di t e r a t i v ec a l c m a t i o no f 诎l ed e c ks h e a 血gs 订e s si n l d u c e d b y w a v ea n d 伽【玎e n 0 、) 1 7 ：h i c h ，c o i l s e q u 豇l 廿y ，p r o v i d e s _ as c ie ；n t i f i cb a l s i sf o re n g i i l e e 面1 9 d e s i g na n d 脚c t i o n k e y w o r d s ：m a ：吐l e m a t i cm o d e l ；e 丘- e c t so fw a v ec o m b m e d 、) l ，i mc u r r e n t ；也e 拄1 血d e p t l l o fs c o u ng ，t h ec r i t i c a js h e a rs t r e s s 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包含未获得( 注! 翅遗直墓他盖墨挂别直明丝：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位 或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名：蒲倩侑 签字日期：砌甲年6 月伊日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部 ： 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编 学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据 库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：随俩侑 导师签字： 签字日期：弛缉 包含一个二阶湍流闭合子模型提供垂向混合系数； 净垂向采用s i g i n a 坐标系统，能够比较方便地处理浅海变化的海底地形； 水平采用正交曲线网格可以比较好地拟合岸线，采用a r a k a w ac 交错网格； 水平方向时间差分采用显式格式，垂向时间差分采用隐式格式。后者减小了对垂向时 间步长的限制，并允许对海面边界和底边界使用较小的垂直分辨率； 模型有一个自由面和一个分离时间步长。外模态是二维的，使用较小的时间步长，此 时间步长基于c f l 条件和外重力波速确定。内模态是三维的，使用较长的时间步长， 此时间步长基于c f l 条件和内重力波速确定； 1 2 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 使用完整的热力学方程组。 在近些年的发展当中，粘性沉积物再悬浮、沉积、输运等概念被引入到e c o m 模式中，e c o m 在加入了一般的开边界条件，考虑了示踪物、底边界层、表面波模型、沉积物输运，以及溶解 物和沉积物的边界示踪物容量等，从而发展成为目前的e c o m s e d 模式。 。 e c o m s e d 是一个模拟水动力、波浪和沉积物输运的三维数值模型。此模型可以用来模拟海 洋和淡水系统中的水位、海流i 波浪、水温、盐度、示踪物、有粘性无粘性沉积物的时空分 布。具体功能如下：( 1 ) 水动力数值模拟：( 2 ) 有粘无粘沉积物输运；( 3 ) 沉积物边界示踪 物输运；( 4 ) 溶解物输运；( 5 ) 中性悬浮颗粒追踪；( 6 ) 加入风浪影响到水动力和沉积物输运 模块中。 e c o m s e d 是_ 个集成化的模型，它包含以下几个模块：水动力模块、沉积物输运模块、风 浪模块、热通量模块、水质模块和颗粒物追踪模块。用户可以根据实际需要调用整个模块，或 者屏蔽其中某些模块。例如：独立运行水动力模块，把输运信息存储到单独的文件，然后运行 沉积物输运模块使用先前存储的输运信息。 e c o m 水动力模块有三种候选计算方案：二维正压( b a r o t r o p i c ) 、三维预报( p r o g n o s t i c ) 和三维诊断( d i a g n o s t i c ) 。其中二维正压是垂直积分的外模态方程组，三维诊断计算时温盐场 是固定不变的，三维预报计算考虑温盐随时间的变化。 2 1 ：2 连续方程 v 矿+ 坐：o a z 动量方程： 詈+ 矿v u + 形警一一去芸+ 鲁( 翰詈 + b 规a z 。 z 、a x娩ma z ) 4 詈+ 矿v 矿+ 警+ 一去爹+ 昙( 如尝_ ) + 毋 西瑟 。 z n 却瑟”包j 1 z g ：一竽 c 2 以= 旦 2 钆豢 + 与卜( 詈+ 尝) ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 c ，= 专 2 彳m 詈 + 去 4 ( 詈+ 豢 。2 6 ， 矿：盟 日+ 矽 ( 2 7 ) 式中：po 墙准密度；p 海水密度；p - 压力；k m 一垂直紊流混合涡动扩散 率；- 柯氏系数；矿水平流速矢量；形一垂向流速；u ，y 对应于x ，y 轴的水 平流速分量；f 时间坐标；z - 越海水表面，z 。叩( x ，y ，r ) ，2 在海底，z = 一日( x ，y ) ； g - 重力加速度；兄，e 湍流扩散项； 2 2 工程区设计波浪要素的计算 2 2 1 模式介绍 海浪从深水传至岸边的过程中，折射、绕射、变浅、摩擦和破碎的综合作用是非常复杂的。 影响波浪量值和方向的因素主要是波浪的折射作用和浅水效应，因此我们利用s w a n v e r 4 0 5 1 波浪数值模型对文登张家埠新港区影响较大的e 、s e 、s s e 、s 和s s w 五个方向的波 浪折射和浅水效应进行计算。 s w a n ( s i 而u l a t i n gw a v e sn e a r s h o r e ) 是适用于近岸海域、湖泊和河口的波浪数值模型， 是国际上成熟、通用的海浪数值计算模式。s w a n 包含了以下波浪传播过程：空间的传播、因 流场和水深场的改变而导致的波浪折射、波浪向浅滩的传播、波浪的反射和衍射、波浪生长和 衰减过程、风浪的生长、波浪破碎对能量的消耗、波浪白帽的能量消耗、底摩擦效应、波一波 相互作用等。s w a n 模型的功能：适用于海岸、湖泊、河口水域风浪、涌浪及混合浪的预报， 在直角坐标和球坐标下以矩形网格进行嵌套计算、以曲线网格进行数值计算，适用于大、中、 小水域；模拟水底地形和流场的变化引起的波浪折射、浅化，逆流时波浪的反射和破碎， 波浪遇到障碍物的透射及阻碍，波浪增水；能预报计算域内波高、波周期、波长、波陡、 波浪行进方向、近底水质点的运动速度、波能传播方向、能量耗散、单位水面所受波力等海岸 工程所需的重要参数；由于引入透射系数，该模型能预报防波堤、潜堤对计算域波场的影 响。s w a n 模型的局限性：未将绕射效应计入，若在一两个波长的水平范围内波高变化太大， 则模型计算结果将出现偏差，因此在障碍物附近及港湾内计算结果不理想，但大量研究表明， 与规则波相比，不规则波的绕射效应远低于规则波，其影响约在一个波长范围内；s w a n 虽 1 4 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 能模拟流场中的波浪场，却不能计算出波生流。 模式采用基于动谱平衡方程，现已经发展到第三代。本文采用s w a nv e r 4 0 5 l 进行计算。 2 2 2 主要控制方程 选择s w a n 在球坐标系上的作用量平衡方程： 昙+ 昙c f + c c 。s 胸1 缸c 。s 心+ 专c 矿+ 去勺= 軎 c 2 删 其中经度为九，纬度为9 。n ( o ，o ) 为动谱密度，s 为以谱密度表示的源汇项，包括风 能输入：波与波之间非线性相互作用和由于底摩擦、白浪、破碎等引起的能量损耗。g 、 c 矿和q 分别代表在经度、纬度、o 和e 空间的波浪传播速度： s w a n 模式的风场模式基于的p h i l l i p s 共振机制和反馈机制。由于风引起的能量输入项为： s 加( y = 4 + b e ( y 如果入射波浪的方向谱不是很窄，模式会合理地解决波浪的衍射问题。s w a n 假设波浪衍 射后频率不发生变化。有效波高的变化率为： 0 5 1 - s i l l 易譬+ z ) 】，一u 二z 等 d( 2 1 8 ) t b 兰海底剪应力( d y n e s 咖一2 ) ；下d = 沉积临界剪应力( d y n e s 舳_ 2 ) 。 p a r t h e n i a d e s 提出了经验公式，表述了絮凝颗粒大小对沉积概率的影响，其沉降概 率公式如下： 皇小去0 矽( 2 - 1 9 ) ( 1 ) = 虚拟变量； 一艄斗2 任一妒妯 一删， cb ，m i n = 底剪应力，小于tb ，m i n 时p l = l ( d y n e s 姗吨) ： 对2 1 9 式进行积分后，公式如下： 丑= 去e 一等( d 4 3 6 2 z o 1 2 0 2 孑2 + o 9 3 7 3 2 3 、 ( 2 - 2 1 ) z = ( 1 + o 3 3 2 7 y ) - 1( 2 2 2 ) y o ，p l ( 一y ) = l p 1 ( y ) ( 4 ) 非粘性土再悬浮 根据v a nr i j n 等提出的方法计算非粘性土再悬浮，公式如下： 无量纲颗粒参数的确定 归 学卜 浯2 3 ， s ：颗粒比重；g ：重力加速度；1 ，：粘滞系数；d 5 0 ：中值粒经； 底床临界起动流速的确定 u 水b e d = 【( s 1 ) 如以t ( 2 2 4 ) e 。：临界起动参数： 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 e 。，= 0 2 4 d 半一1 d 木4 0c ，i 0 1 4 d 半一0 6 4 4 d 木1 0 e 。，= 0 0 4 d 半一0 1 0 l o d 木2 0 0 。，= 0 0 1 3 d 木一0 2 9 2 0 1 5 0 再悬浮临界剪切速度 u 木，c r s u s = w s ， 2 w s 。2 云哆也卅5 5 t 5 w 。2 为非粘性土沉降速度；d k 为有效粒径。 底床剪切速度 u 。 悬移载荷搬运 z ：二一1 搬运参数： “砷耐 底床以上的参考水位：a = m a x ( 0 0 1 h ，k s ) h 为水深；k s 为粗糙度； c a = 骂笋 计算b 因子： z= l + 2 甜 ( 2 2 5 ) ( 2 2 6 ) ( 2 2 7 ) ( 2 2 8 ) ( 2 2 9 ) ( 2 3 0 ) ( 2 3 1 ) o 1 竖 1 玑 ( 2 3 2 ) 计算。因子：y = 2 5 ( 罟) 0 8 ( 岳) n 4 。 4 o 则为正规曰潮流。式中阡t 、和，分别为k ，、 0 和m ：分潮潮流椭圆长半轴之值( 见表3 4 ) 。据此计算得本海区各站、层的潮流性质判据k 如表3 3 所示。 表3 3 各站、层潮流性质判据 站号 c lc 2c 3 表层 03 6o 0 8d 2 8 中层 04 30 0 8o 3 6 底层 o4 70 0 80 1 6 由表3 3 看出，本海区各站的k 值均小于0 5 ，为正规半日潮流。 3 1 2 潮流的运动形式 潮流的运动形式取决于本海区主要分潮流的椭圆要素。由表33 得知，本海区的潮流为不 正规半日潮流。因此，主要半日分潮流( 地和s 。) 的运动形式即代表调查海区潮流的运动形式。 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 反映潮流运动形式的参量为旋转率( 亦称椭圆率) k ，其值为该分潮流椭圆短轴与椭圆长轴 的比值，其符号有“+ ”、“一 之分，正号表示分潮流为逆时针旋转，负号则为顺时针旋转。 由表3 4 看出，各站m ：分潮流和s 。分潮流的k 均为正值，即主要分潮流的旋转方向为逆 时针的。 表3 - 4 各主要分潮流的椭圆要素 层椭圆长轴长轴方向椭圆短轴大潮流发生 旋转率 站号分潮流 位 ( c m s )( o)( c m s )时间( h )( k 7 ) 0 l 6 0 1 1 2 7 1 7 4 5 0 2 8 k l 6 81 1 2 71 99 1 0 2 8 表m 2 3 5 62 5 6 52 5 96 2 0 7 3 层s 2 6 37 6 54 62 00 7 3 m 4 1 8 99 6 22 81 00 1 5 m s 4 6 79 6 21 02 00 1 5 c l o l 6 01 2 5 02 57 2一o 4 l k 1 6 81 2 5 o2 81 1 70 4 l 底m 2 2 7 12 7 2 11 7 85 40 6 6 层 s 2 4 89 2 13 11 20 6 6 m 4 1 3 61 0 9 83 51 10 2 6 m s 4 4 8 1 0 9 81 2 2 1o 2 6 o l 2 39 5 40 4 50 1 6 k 】2 6 9 5 40 4 9 7o 1 6 表m 2 5 9 71 1 8 43 6 0 5o 0 6 层s 2 1 0 51 1 8 40 62 50 0 6 地 93 5 8 81 20 60 1 4 m s 4 3 23 5 8 8o 41 60 1 4 c 2 0 1 1 71 2 8 50 42 1o 2 4 k ， 1 91 2 8 5 0 56 90 2 4 底m 2 4 8 71 1 36 70 30 1 4 层 s 2 8 6 1 1 31 2 2 30 1 4 地 3 82 9 9 60 1 2 7 0 0 2 m s 4 1 41 1 9 600 70 0 2 c 3表o l 6 11 7 5 50 73 90 1 1 层k 1 6 91 7 5 50 88 60 1 1 m 2 4 6 48 7 61 1 20 50 2 4 s 2 8 28 7 622 5 0 2 4 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 地2 3 41 3 5 6 90 。2o 2 9 m s 。8 31 3 52 41 2o 2 9 0 l 2 1 5 2 30 7l o 1 0 3 6 k l 2 4 2 3 2 30 82 4 一o 3 6 底 m 2 2 88 2 18 00 60 2 8 层 s 2 4 98 2 11 42 60 2 8 地1 1 82 0 2 83 72 70 3 1 m s 4 4 22 2 81 3o 6o 3 l 3 1 3 潮流的实测最大流速和最大可能流速 海港水文规范中规定，按准调和分析方法分析的结果，确定潮流椭圆要素，并用下列 公式计算潮流的最大可能流速： 对规则半日潮流海区： 圪戤= 1 2 9 5 ：+ 1 2 4 5 + 吸，+ + + 对规则全日潮流海区： 圪缸= ，+ + 1 6 0 0 畋，+ 1 4 5 0 对不规则日潮流和不规则半日潮流区则取上式中较大者。 式中元。和吆分别为太阴1 4 分潮流和太阴太阳1 4 分潮流的椭圆长轴。 表3 5 各站潮流实测最大流速和可能最大流速 巧 涨潮流落潮流最大可能流速 警x 流速流向流速流向流速流向 ( c m s )( o )( c t r i s )( o)( c m s )( o) 表层7 87 88 66 8 9 62 6 7 c i 中层 7 05 85 687 8 82 7 2 底层 5 21 1 45 06 67 0 32 8 2 表层 7 43 2 29 09 21 0 0 81 2 3 c 2中层 6 83 0 28 41 1 49 9 o1 1 5 底层 7 0 3 0 26 8 1 1 6 8 2 o1 1 4 表层9 03 0 29 04 08 1 o7 5 c 3 中层 7 03 6 06 21 2 87 8 21 2 8 底层 6 42 2 64 81 0 65 6 56 6 表3 5 列出各站不同潮期表、底层潮流的平均最大流速和最大可能流速矢量。由此看出， 各测站潮流流速都不大，由表及底逐渐减小；流向的变化：c 2 、c 3 站涨潮流向偏西北向，落 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 潮流二般偏东南向；c1 站由于受附近岛屿影响，流向比较杂乱。 各站表、底层最大可能流速为5 6 5 1 0 0 8 c m s 。 3 1 4 潮流水质点的运移距离 按海港水文规范的规定，潮流水质点的最大可能运移距离为： 对规则半日潮流海区： k 戤= 1 8 4 3 ：+ 1 7 1 2 ：+ 2 7 4 3 畋。+ 2 9 5 9 + 7 1 2 + 6 9 9 对规则全日潮流海区： 三。戤= 1 4 2 3 ：+ 1 3 7 5 + 4 3 8 9 + 4 2 9 1 对不规则半日潮流区和不规则全日潮流区，采用上两式中较大者。 式中三代表潮流水质点的运移距离矢量，其它符号的含意同前。 由本海区各分潮流的相应参量代入上式，计算得本海区各测流点表、底层潮流水质点的最 大可能运移距离( 方向) 列于表3 6 。 。 本海区潮流水质点的最大可能运移距离，c 。站表层达1 3 1 l 【m ，底层达l o 8 k ；c ：站表层 达1 5 1 k m ，底层达1 1 8 k m ；c 。站表层达1 5 9 k m ，底层达8 4 l 【i i l 。水质点最大可能运移距离的 方向大致也在潮流的主流方向，详见表3 6 。 3 1 2 余流 表3 6 潮流水质点的最大可能运移距离( 1 【i i l ，。) 最大可能 站号 。水质点运移 表层 底层 距离1 3 1 1 0 8 c 1 方向 2 6 72 8 2 距离 1 5 11 1 8 c 2 方向 1 1 81 1 2 距离 1 5 98 4 c 3 方向 8 07 2 这里的所谓余流是指从实测海流中扣除潮流后各种海水流动的总和。本次三个测流点的余 流流向和流速列于表3 7 。 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 表3 7 各站层余流流向流速( c m s ，。) 站层jc 。表层c 底层c ：表层c 。底层c 。表层c 。底层 流速 5 14 32 73 22 81 8 流向 1 2 7 1 1 7 1 0 61 3 3 1 3 0 1 3 3 从表3 7 中看出，此次观测期间，各站的余流均不大，都在5 1 c m s 以下，余流流向为偏 东向。 3 1 3 海流观测结果分析 ( 1 ) 工程区的海流主要为潮流，属正规半日潮流型。潮流以逆时针的旋转形式为主，涨、 落潮流方向c 2 、：c 3 为n w s e ，c 。受附近岛屿、礁石影响，流向规律性不强。 ( 2 ) 各站表、底层最大可能流速为5 6 5 1 0 0 8 c m s 。它们的方向均在涨、落潮流主流 方向上。 ( 3 ) 潮流水质点的最大可能运移距离，c 。站表层达1 3 1 k m ，底层达1 0 8 l ( i n ；c 。站表层 达1 5 1 k m ，底层达1 1 8 l ( m ；c 。站表层达1 5 9 l ( l ，底层达8 4 k m 。水质点最大可能运移距离的 方向大致也在潮流的主流方向。 ( 4 ) 调查区的余流主要为风海流和潮汐余流，余流流速不大，一般在5 1 c m s 以下。 3 1 4 波浪 靖海湾没有波浪观测资料，但其周边海域有三个长期的波浪观测站，即：石岛海洋站( 本 工程区的东南侧3 4 k m 处) 、乳山口海洋站( 位于乳山南黄岛即本区西南偏南向4 2 l ( i i l 处) 和千 里岩海洋站( 本工程区西南部外海水域9 0 l ( m 处) ，通过对三个海洋站资料的分析，以千里岩站 资料作为工程区波浪状况分析的代表性最好。 通过对千里岩站波浪资料的分析并结合靖海湾海区地形水深特点，可以判断工程区域的强 浪向为s e 向，次强浪向为s s e 向；常浪向为s s w 向，年频率1 0 5 ，次常浪向s s e ，年频率 8 9 。 3 1 5 研究区地形地貌特征 研究区位于靖海湾和五垒岛湾之间，靖海湾为一浪控和潮控复合型海湾；五垒岛湾原为一 干出海湾，高潮时海水漫淹，低潮时海底干出，全为滩地，由于近3 0 年来海水养殖的发展， 海湾大部已被开辟为养殖池。 研究区的地貌主要包括陆地地貌、海岸地貌和水下地形地貌。 ( 1 ) 陆地地貌 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 研究区的陆地地貌主要为剥蚀残丘，分布在泽库附近及以南沿海陆域，高度多在5 0 7 0 m ， 形态均为较浑圆、平缓的孤丘，如泽库镇东北侧6 9 o m 高地，前岛后侧的西山( 6 3 0 m ) 、北墩 ( 6 6 7 m ) 、前岛东部的5 6 o 加高地、二山( 7 3 o m ) 及6 5 3 m 高地等，其组成物质为胶东群变 质岩及风化物，这种地形是陆地长期缓慢抬升遭剥蚀而形成的。 ( 2 ) 海岸地貌 研究区及其附近的海岸地貌主要有海蚀崖、海蚀平台、海积平原、潮滩、沙嘴。 1 ) 海蚀崖 主要分布在西山至五古墩一带的靖海湾西侧海岸，海崖一般不是很高，在5 o m 左右，崖 前及座基处常有海蚀穴发育；海崖凹入陆地处经常发育有砂砾海滩。 2 ) 海蚀平台 主要分布在上述的海蚀崖前缘以及海岛( 如二岛子、中心岛、里子岛、长石栏) 等处，主 要是由于波浪侵蚀海岸线或海岛而形成的凹凸不平的基岩台地，宽度为2 0 0 m 5 0 0 m 不等，台地 上还分布有砂质或砂质沉积。 3 ) 海积平原 主要分布在五垒岛湾沿岸( 如五垒岛至后岛辛立庄以北、以西) ，高程多在5 o m 以下，地 面平坦，水道较多，主要组成物质为粉细砂及粘土质粉砂之类，现已多辟为农田。 4 ) 潮滩 主要分布在五垒岛湾内，由河流输沙及潮水( 流与潮) 作用形成的。现已大部分被辟为水 产养殖池。 5 ) 海滩 主要分布在泽库半岛两侧及五垒岛湾西侧的东西里岛大沙嘴以南，宽度在1 0 0 m ( 波罗岛 林场以南) 至2 5 0 m 左右( 前岛东南) ，为中粗砂至中细砂组成；牛心岛和二岛子以西则为沙砾 滩。 6 ) 沙嘴 沙嘴为位于五垒岛湾西口门的小里岛大沙嘴，该沙嘴是万家寨沿岸堤的东延部分，其长度 约3 0 0 0 m ，宽在1 0 0 0 2 5 0 0 m 左右，是波罗岛林场的主体所在。该沙嘴末端指向东，指明了本 区沿岸泥沙运动由西向东输运的事实。 ( 3 ) 水下地形地貌 里子岛和倭岛以北海域，含牛心岛至二岛子( 琵琶岛) 周围海域，该区地形比较复杂，特 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 别岛屿近岸海底坡降较大，比降在2 6 之间，海底凸凹不平，常有暗礁突出海底：5 o m 外， 里子岛以东、牛心岛以南3 0 5 0 m 等深线间比较平缓，比降为1 3 ；5 0 7 o m 之间比降为 0 6 7 。 研究海域水下地貌并不复杂，大体分为三个类型： 1 1 水下侵蚀台地及干出台地 主要为母猪石、长石栏及里子周围的岸岩干出礁及暗礁，是陆上残丘或台地向海延伸而突 出海底部分，经长期海洋动力剥蚀而形成，其组成物质主要为变质岩或脉岩。 2 ) 水下岸坡 主要分布靖海湾西侧和五垒岛湾南侧，是零米线到泥沙显著活动水深之间的、以波浪作用 为主形成的堆积地貌，地形近岸较陡，远岸较缓，主要组成物质为粉砂和砂质粉砂。 3 1 浅海平原 主要分布在7 o m 水深以深海域，由潮汐、潮流形成广阔平缓的堆积地形，组成物质以黏 土粉砂为主，是一种比较稳定的地貌单元。 3 1 6 工程附近海域泥沙运移特征 ( 1 ) 海底地形地貌 威海港张家埠新诺区位于泽库半岛以南、，东南、西侧附近海域。泽库半岛南部海域即 ： 。 里子岛和倭岛以北海域，含牛心岛至二岛子( 琵琶岛) 周围海域，该区地形比较复杂，特 别岛屿近岸海底坡降较大，比降在2 6 之间。海底凸凹不平，常有暗礁突出海底。 5 o m 外，里子岛以东、牛心岛以南3 o 5 o m 等深线间比较平缓，比降为1 3 ；5 o 7 0 m 之间比降为0 6 7 。另外在里子岛南侧7 0 m 等深线明显向北突出，形成一个宽浅的 深槽，这对航道的选取比较有利。泽库半岛东南部海域，即靖海湾西南部海域，地形比较 简单，也比较平缓，2 o 5 o m 之间的海底坡降为0 5 ，应指出的是该区5 o m 等深线明 显的呈舌状向外突出，说明该区受靖海湾向海输沙影响。泽库半岛西侧海域与上述两海域 海底地形有所不同，其一，该海域有数处礁石出露，如母猪石( 一3 1 m ) 长石栏( 干出) 及前岛西侧数处干出礁。第二，海底地形比较陡，5 o m 等深线离岸最近者为3 5 k m ，o o m 5 o m 之间取大比降为3 ，2 0 3 o m 之间最大比降为2 7 ，3 0 5 o m 之间比降为4 ，而5 o m 等深线向陆侧突出。 海底地貌主要有水下侵蚀台地及干出台地、水下岸坡、浅海平原三个类型。 ( 2 ) 泥沙来源 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 拟建工程区的泥沙来源有河流输沙、海岸侵蚀来沙和海底来沙三个方面。 河流输沙 注入本海域及邻近海域的主要河流有母猪河、昌阳河、青龙河和黄垒河。 母猪河有二源，西源干流发源于昆嵛山、夹山；东源发源于正旗山、林子顶，在高岛湾西 侧入海，干流长6 5 k m ，流域面积1 1 1 5 1 8 姘。母猪河流域有大、中型水库4 座，小型水库和 塘坝若干，现河流入海段已渠化，独流入海。母猪河在有水文记录期间( 1 9 5 3 年1 9 5 6 年) 输 沙量在1 4 5 8 2 4 1 0 。饥之间，年均为3 5 8 9 1 0 4 讹。 青龙河发源于天福山镇北部的岳家口、天福山一带，在望海倪家村西南入黄海( 靖海湾) ， 全长3 1 k m ，流域面积2 3 5 8 1 虹2 。该河流域建有中型水库一座，小型水库多座。 昌阳河发源于张家产镇北部庙山、神仙椅子山，在西海庄入黄海( 五垒岛湾) ，河长2 3 5 k m ， 流域面积1 1 9 2 3 姘。该河上游有中型水库一座，小型水库若干。 黄垒河发源于昆仑山西，在浪暖口入海，全长6 5 k m ，流域面积6 5 6 7 k m 2 ，该河有中型水 库一座，小型水库数座。 由于青龙河、昌阳河和黄垒河没有水文记录，故不可能有准确的输沙数据，为了给出这些 河流的可能的输沙量值，采用侵蚀模数法来估算其输沙量。侵蚀模数取自母猪河1 9 5 3 1 9 5 7 年的平均值( 2 4 7 8 8 1 0 4 饥矗) ，而且认为各河流域的情况与母猪河相似。各河输沙情况见表 3 8 。 表3 8 青龙河等河流输沙量( 单位：1 0 ) + 河流黄垒河 昌阳河青龙河合计 流域面积( k n l 2 )6 5 6 7 1 1 9 2 32 3 5 8 1 输沙量 1 6 2 73 0 05 8 52 5 1 3 由表3 8 可知，上述3 条河年均输沙量为2 5 1 3 1 0 4 讹，加上老母猪河的年均输沙量为 6 1 0 2 1 0 a 。 上述的输沙量指上述各河未建水库之前的情况，各河水库建成之后，河流入海径流大量减 少，相应河流向海输沙也大量减少。根据山东各入海河流建库前后入海泥沙统计结果表明：建 库后，河流入海泥沙大约减少6 0 左右，即按此值算，建库后各河共向海输沙2 4 1 0 4 t a 左右。 这些水库中有4 座建成于1 9 6 0 年底之前，两座完成于1 9 7 7 年之前，一座完成于1 9 9 0 年。由 上述可知河流向海输沙从2 0 世纪6 0 年代末初期就开始大量的减少了。 海岸侵蚀泥沙 张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测 工程区附近海岸有基岩海岸和砂质海岸两种，基岩海岸主要分布泽库半岛两岸以及牛心岛 和里子岛周围，此处岩岸组成物质为风化较易