虎门港淡水河进港航道工程水流泥沙试验研究.doc

虎门港淡水河进港航道工程水流泥沙试验探讨珠江水利委员会珠江水利科学研究院 杨卫军 郭 珊 黄伟杰摘要：东莞市虎门港淡水河进港航道工程位于淡水河河口，淡水河河口与狮子洋水道交汇，是江海过渡段，受两岸已建码头边界条件和径流、潮流两股水流动力影响，水流、泥沙条件比较复杂。本文采用实测资料整理分析、数学模型模拟计算和物理模型试验等手段，分析论证工程建设后航道的水动力条件变化，航道泥沙淤积情况。关键词：淡水河 航道 水流 泥沙拟建东莞市虎门港淡水河进港航道工程（简称“航道工程”）位于淡水河河口，淡水河又称倒运海水道，地理坐标为北纬225747225947，东经11332321133442，在麻涌镇与沙田镇之间，与珠江狮子洋相接。按照东莞市虎门港总体布局规划，淡水河出口规划建设为虎门港港内航道。航道工程东起沿江高速公路淡水河特大桥，西至狮子洋的广州港3.5万吨级出海深水航道止，航道全长约4km。航道工程具体位置见图1。拟建工程位置图1 东莞市虎门港淡水河进港航道工程位置示意图淡水河口段位于淡水河出口，与狮子洋水道交汇，处于潮流与径流两种水动力的混合区，加之该水域与珠江三角洲网河区水体相互贯通和影响，水流泥沙条件十分复杂。本文采用数学模型计算、局部物理模型试验、实测资料分析等多种技术手段，分析航道工程段的水动力特性，分析航道工程实施后水流动力的变化，泥沙淤积分布。1 工程边界条件本航道工程考虑了5000吨级与10000吨级两个方案，并进行方案比选后推荐10000吨级方案，本文仅对10000吨级方案进行计算、试验分析。10000吨级航道工程方案说明（详见图2）：航道总长6630.458m，设计有效宽度104m（单向航道），设计底标高-10.0m（珠基）。航道疏浚开挖土质以淤泥为主，有少量淤泥混砂，航道设计开挖边坡为：调头圆区为13，其余为110。图2 10000吨级航道工程方案平面布置图2 潮流计算、试验和分析水文条件选取“98.6”洪水大潮组合、“99.7”中水大潮组合、“2001.2”枯水大潮组合三组水文组合。2.1 工程对潮位影响分析航道工程实施后，对淡水河河道潮位产生了一定的影响，工程附近及上游河道各潮位测站变化趋势为：高高潮位抬高，低低潮位降低，变化幅度在3cm以内。潮差有所增大，潮汐动力有增加趋势。潮位变化的原因是：航道的开挖增大了过水断面面积，潮汐动力增强，从而造成高潮位抬高、低潮位降低及潮差增大。2.2 工程对分流比影响分析受航道开挖作用的影响，工程上游河道汊口的分流比有所变化，分流比统计结果见表1。从表1可知，在10200年一遇频率洪水条件下，工程建成后，淡水河的分流量有所增加，增加约0.26%；北干流的分流量有所减少，减少约0.26%。表1 航道工程实施后频率洪水对上游河道分流比影响计算表频率洪水分流比淡水河断面北干流断面P=0.5现状值20.99%79.01%变化值0.27%-0.27%P=1现状值21.04%78.96%变化值0.27%-0.27%P=2现状值21.17%78.83%变化值0.26%-0.26%P=5现状值21.22%78.78%变化值0.26%-0.26%P=10现状值21.22%78.78%变化值0.26%-0.26%2.3 工程对流态影响分析工程建设后，受航道开挖吸流作用，各水文组合涨、落潮时航道附近水流向槽内偏转，局部流态有较为明显的向槽内汇流趋势。航道工程方案实施后，进港航道水域流向最大偏转角度为6.56（“2001.2”枯水落潮）。另外由于航道开挖后与广州港出海航道相通，受到河道深槽汇流作用的影响，水流进入广州港出海航道中部后，又略微向深槽方向偏转，广州港出海航道水域流向最大偏转为5.21（“98.6”洪水落潮）。2.4 工程对流速影响分析航道工程的实施使工程附近水域的流速分布发生变化，流速变化受两个方面因素的影响：一方面，由于航槽开挖增加了工程所在水域的过水断面面积，有减小该断面流速的作用；另一方面，航槽开挖对周围水体产生的引流效应又相应地会加强局部水流动力，流向沿航道走向会有所偏转，流速有增加趋势。这些因素此消彼长，综合作用下，使得航槽及附近水域流速有增有减，变化较为复杂。工程附近水域流速变化的特点主要表现为：（a）航道调头圆区、航道中段、航道下段除个别点涨落潮流速略有增加外，大部分测点涨、落潮流速普遍减小。由于各测点所在位置工程前水深情况不同，开挖后过水断面面积增加幅度有所不同，导致流速变幅有差异。（b）广州港出海航道正对航道工程的出口处的流速采样点落潮流速略有增加。（c）涨、落潮最大流速变化在-0.180.06m/s之间，涨、落潮平均流速变化在-0.130.04m/s之间。影响范围仅局限在航道上、下游各500m范围内。3 泥沙淤积计算、试验和分析淡水河的泥沙淤积主要是由悬沙造成的，其悬沙一是来源于潮流和径流带来的悬沙，二是来源于冲刷河床掀起来的泥沙；推移质泥沙主要来自东江上游，但其数量很小，以往研究表明推移质泥沙约为悬沙输沙量的2，因此只对悬移质泥沙淤积进行探讨。采用了物理模型试验、经验公式和数学模型计算共三种方法进行分析。计算结果见表2，各种方法计算出的结果普遍反映：航道出口段的淤积强度比航道上段大，航道上段的淤积强度比航道中段大。主要原因是：航道出口段位于淡水河与珠江主干水流汇合处，沙源比较充足，径流、潮流相互顶托，流态复杂，水流动力较弱，加之航槽开挖，泥沙在附近汇流口容易沉积；航道上段淤积强度小则是由于该处水流流速相对较大而含沙量相对较小造成的。表2 航道工程实施后泥沙回淤分析统计表位置物理模型试验经验公式估算数学模型计算淤积强度(m/a)淤积量(万m3/a)淤积强度(m/a)淤积量(万m3/a)淤积强度(m/a)淤积量(万m3/a)航道上段调头圆0.131.30.080.80.121.2航道上段0.212.40.121.40.161.8航道中段0.250.90.180.60.200.7航道下段0.297.80.225.80.215.7平均/合计0.2412.40.168.60.189.44 结论和建议（a）航道开挖致使工程附近水域河床加深，高高潮位抬高，低低潮位降低，潮差加大，但变化幅度均不大；淡水河的分流量略微增加，北干流的分流量略微减少。（b）航道开挖吸流导致工程附近水流向槽内偏转，局部流态有较为明显的向槽内汇流趋势；涨、落潮最大流速变化为-0.180