强潮河口拦门沙航道回淤及治理措施

1、 基金项目 作者简介 主要从事泥沙及河流动力学研究 强潮河口拦门沙航道回淤及治理措施陆永军 水工水力学研究所江苏 南京 摘要 分析 了强潮河口拦门沙演变规律及成因应用波浪与潮流共同作用下的二维泥沙数学模型研究拦门沙航道开挖后的 数学模型中引进前期含沙量的概念 得到了潮流挟沙能力公式给出了波浪作用下浮泥引起航在瓯江口潮流与含沙量验证基础上 淤的验证计算计算的淤积厚度及沿航线分布趋势与实测值比较接近 在此基础上研究了瓯江口拦门沙航道治关键词 强潮河口拦门沙航道治理波浪潮流 数学模型悬沙 日久之后堆积成为水 河口拦门沙是 强潮河口平均潮差一般超过 潮波变形剧烈由于 大风使海面上形成风吹流 合作用下二

2、维泥沙数学模型 水文泥沙特性流域来水来沙 径流下泄时河口潮流涨入有阻碍作瓯江年平均输沙量为万万流域来沙主要集中推移质输沙量约为悬移质输沙量的河口潮流及泥沙口门附近黄华站最大潮差平均潮差平均涨潮历时然后向上 图瓯江河口形势瓯江口内外悬沙特征 在河口外拦 这是由于落潮时口 瓯江口悬沙粒径组成介于 的砂质 洞头列岛逐渐变细显示出瓯江另外一部分来自浙江沿岸流输沙 底质分布 于 风浪简况 海湾全年呈现两个主要波浪向东同东南向波浪频率为瓯江拦门沙演变及成因 图 年年年共下延约 中水道冲刷发展同两侧的温州浅滩和三角沙滩面淤高以及北口至中水道的落潮分流量增加有 拦门沙演变特征 其中年经疏浚后浅滩长度最短浅滩长

3、度变化趋势同中 滩顶最小水深见表 年水深的航宽为 年水深的航宽仅为多年来拦门沙航槽位置明显向东南方 年已南移年南移年南移近 由于中水道深槽年共年间 年又下延拦门沙航槽则随着中沙移动 中水道和拦门沙冲刷的大量泥沙下泄为中沙发育和沙嘴延伸提供了丰富的泥沙来表拦门沙浅滩长度和水深变化 拦门沙形成原因中水道分汊使水流 分散另一方面乌仙咀拦中水道深槽落潮流向为 滩面多为中值粒径为 可以形成较大的纵向 底层流速大落潮时结果在拦门沙地区存在净向上游的余流波浪与潮流共同作用下数学模型及关键问题的处理 对大多数河口海岸而言早期研究中切应力潮流共同作用下的挟沙能潮流共同作用下的泥沙扩散或在潮流方程中引入辐射应力然

4、后结合悬沙扩散方程讨论波流共同作用下的泥沙扩散 不同潮位下的波浪场由波浪数学模型这里主 初始条件 边界条件上游边界给定流量过程线 上游边界给定含沙量与流量的关系 开边界给定潮位过程线和开边界给定含沙量过程线分别为 底床冲淤判别条件 考虑淤泥容 ? 式中 潮流挟沙能力 回归得到瓯江河口的水流挟沙能力公式 表分区域取值区域 瓯江口门瓯江口外 式中为系数 取值列于表 波浪挟沙能力 波浪挟沙能力采用窦国仁公式 式中波浪与潮流联合作用下的挟沙能力 波浪与潮流联合作用下的挟沙能力为 浮泥流动及回淤强度估算 瓯江河口床面泥沙中值粒径为 以后大部分流动的泥沙 当湿容重小于时这种流动本文采用罗肇森建立的浮泥挟沙

5、能力及其回淤强度计算公式 浮泥的单宽输沙率可表述为式中 为为波浪速度方向与航道轴线间夹 为浮泥输沙百分数 时 本文取 浮泥的淤积厚度为 式中为作用时间 拦门沙航道回淤的验证年月 日温州港务管理局对拦门沙浅滩进行了航槽开 并于 月 月 月 月 月 日进行了 于图 由图 可见 月底航槽内平均水深为月初淤积了 均水深为 月初淤积了 月底航槽内平均水深为 月初淤积了 月间没有大的流量过程 月份大体相同仅不过在航槽前半段 至月中旬航槽内平均水深为 造成月泥沙很快淤积可能与风浪有关月日遇级 月日受 图拦门沙航槽开挖后航槽淤厚沿航线变化计算与实测的比较图航槽开挖后航槽内平均水深沿航线的变化年年月的实测过程

6、计算得到月无风天悬沙及底沙引起的回淤厚度为 月日计算风速取为和月日计算风速取 和计算的有效波高与实测的比较见表 年月日及月向风力达级平均风速约为 风速作用本海区的时间为衰减恢复期一般为 浪回淤强度为这样拦 门沙 相比 部分尚未密实至月份航槽内淤积厚度较月份减小了 表 拦门沙航道治理措施 拦门沙航道的治理原则其中灵霓海堤工程可作为本航道治理工 应与温州浅滩围涂工程相结合采用双导堤整治和疏浚相结合的治理措施 经 所示的工程布置方案该方案已被工程设计采纳 航槽浚深至理论深度基面以下由于工 而乌仙头和黄华的多 年平均海平面分别在浙江吴淞零点上 为尽量利用涨 落急最大流速 导堤的高程略高于中潮位 为 对

7、北导堤来说 整个堤身高度也为 可部分阻挡三角沙滩面风浪掀沙的影响 南导堤拟 利用温州浅滩围涂工程的北堤 其堤顶高程为 可有效阻挡温州浅滩滩面风浪掀沙的影响 图 瓯江口拦门沙航道治理工程布置 工程对灵昆岛南北口涨落潮量的影响 约 少 化 工程引起各水道流速的变化 涨潮平均流速增加 增加了 潮流平均流速增加 潮流平均流速减小 纯挖槽与治理工程方案的回淤强度比较 方案的计算结果 纯挖槽 给出了中水年 年 与 及 年 涨潮量增加 约 涨潮量减小 瓯江北口 温州浅滩围涂工程使瓯江北口落潮量减小 涨潮量减 此后的拦门沙航道治理工程 落潮量较现状减小 瓯江南口 温州浅滩围涂工程使南口落潮量增加约 涨潮量基本

8、没有变 此后的拦门沙航道治理工程使南口落潮量较现状增加了 拦门沙航道治理工程使中水道落潮平均流速增加了 拦门沙落潮平均流速增加了 涨潮流平均流速减小 小门水道落潮流平均流速增加 涨潮平均流速 大门水道落 涨 沙头水道落潮流平均流速增加 涨潮流平均流速减小 为便于比较航槽开挖后的回淤强度 本文给出了纯挖槽 及 年 表 月这种不 由表 可见 纯挖槽方案回淤率 方案分别表示航槽浚深至理论深度基面以下 月风况作用下的年回淤强度 也就是说 即使是遇到 相当大 有整治工程后 情况大为改观 回淤率为 利的风况 航槽经过适量的维护即可满足通航水深要求 表 方案 纯挖槽 纯挖槽 整治 挖槽 中水年 含 年 中水

9、道 月风况 各方案中水道 拦门沙航道回淤强度 单位 拦门沙 回淤强度 开挖深度 回淤强度 占开挖深度 开挖深度 由表 还可看出 中水道回淤强度要远小于拦门沙航道 究其原因 中水道的走向与涨落潮流方向 基本一致 而拦门沙航道与涨落流向有 道一直能保持 的偏角 水流斜跨航槽 泥沙易在此处落淤 这也是中水 的重要原因之一 左右水深而拦门沙的水深仅为 结语 针对强潮河口水文泥沙特点 分析了拦门沙的演变规律及成因 应用波浪与潮流联合作用下二维泥 沙数学模型 进行了瓯江口拦门沙航槽开挖至 后潮流与风浪作用下悬沙 底沙与浮泥引起航槽回 淤的验证计算 计算的淤积厚度及沿航线分布趋势与实测值比较接近 可用于该河口航道治理工程引起 的水动力及航槽回淤的预测 沙航道开发与治理提供借鉴 参 考 文 献 水利学报 预测了瓯江口航道治理工程对水动力泥沙环境的影响 包括该工程引起 的瓯江口潮量 各水道流速变化及航槽的年回淤强度 为工程决策提供了重要依据 也为强潮河口拦门 陆永军 李浩麟 强潮河口上游建库引水后的再造床过程 李浩麟 钟修成 瓯江河口演变分析 南京 南京水利科学研究院 窦希萍 罗肇森 波浪潮流共同作用下的二维泥沙数学模型 窦国仁 董风舞 潮流和波浪的挟沙能力 科学通报 海洋学报 水运工程 曹祖德 王桂芬 波浪掀沙 潮流输沙的数值模拟 王红川 左其华 不规则波折射绕射