滩槽泥沙交换对长江口北槽深水航道回淤影响的分析

黏性细颗粒泥沙在潮汐水流中运动的主要特性之一是存在多种不同尺度的输运形态。就长江口而言,其中1～2 m近底水流驱动下的高浓度悬沙输运应加重视。现场观测表明,近底高浓度悬沙的生成与黏性细颗粒泥沙在潮汐水流中的沉降特性有关,其输运对航道回淤的影响表现为滩槽之间的泥沙交换。初步估计横向水体高浓度悬沙输运造成12.5 m深水航道中段2 000万～3 000万m3的年回淤量是可能的。这可能是造成航道中段集中回淤的重要原因之一。     

细颗粒泥沙运动及滩槽交换对航道回淤的影响

潮汐河口细颗粒泥沙为主的泥沙运动方式呈现出复杂的形态,其不同的运动形态对河口演变和航道回淤问题的研究十分重要。讨论在潮汐、波浪条件下,非黏性沙的层移运动和黏性细颗粒泥沙近底高浓度悬沙层的类推移运动,以及浮泥层的推移运动等泥沙运动形态的特点、发生条件和运移规律。针对长江口南槽水动力条件,利用前人水槽试验成果,估算了主槽水体含盐度高于浅滩时,航道两侧浅滩近底高浓度悬沙横向输移进槽的输沙量,得到与实际基本相符的结果。     

泥沙粒度对航道回淤的指示——以丹东港出海航道为例

根据鸭绿江河口西水道水流、悬浮泥沙和底质粒度特征的分析,研究丹东港出海航道泥沙淤积的动力机制以及泥沙粒度对回淤的指示作用。分析表明,海域来沙为西水道的主要泥沙来源,泥沙运动以“波浪掀沙、潮流输沙”为主要特征;悬沙和底质粒度对比表明,上航道和中航道段航道回淤以悬沙落淤为主,下航道和外航道段航道回淤以底沙推移为主。航道回淤泥沙作为泥沙运动的“指示剂”,能够较好地揭示航道回淤的机理;采用刘家驹悬沙淤积模式和罗肇森底沙输移模式相结合的方法,估算丹东港大东港区20万吨级航道回淤量为679万m,,与物理模型试验结果较为接近,上述分析方法和公式可适用于砂质海岸航道回淤计算,也为类似航道回淤研究提供了重要的参考和借鉴。     

新时期长江口航道建设深化研究方向的探讨

长江口航道的建设与管理面临着河势背景深刻变化的新情况和生态优先等新要求。为了进一步提高航道的综合通过能力,分析近几十年来长江口河势的主要变化,归纳长江口深水航道的治理(设计)思路。基于对长江口在盐、淡水交汇和潮汐环境中的黏性细颗粒泥沙运动物理过程和航道回淤机理的认识,包括盐度和含沙量的层化、紊动抑制、悬沙斜压效应以及纵向及横流输沙、悬沙近底高浓度层的类推移输运、浮泥的重力流输运以及非黏性沙的层移输运等,提出长江口航道建设、维护需要注意的问题和进一步的研究方向,以及开展河口开敞边界泥沙收支、生物对河床稳定性影响等研究的建议。分析结论和工作建议可作为深化长江口航道治理的参考。     

长江口12.5 m深水航道回淤变化及其影响因素*

基于2010—2018年长江口12.5 m深水航道回淤、水文、泥沙、地形资料，对航道回淤变化及影响因素进行分析。结果表明：1）长江口12.5 m深水航道常态回淤量大，年际间存在波动，多年平均年常态回淤量约为6 500万m3，2012年后总体呈减小趋势，目前基本稳定在5 000万m3，年回淤强度约1.3 m/a；2）回淤量与回淤强度具有明显的时空分布特征，即洪枯季分布不均、航道中段回淤集中；3）影响航道回淤时空分布的因素主要包括洪枯季泥沙来源和输沙强度、水沙盐结构和泥沙落淤条件、北槽中段水沙盐结构及滩槽泥沙交换能力等。对于北槽中段航道而言，主要受南导堤越堤泥沙影响较大。4）年际回淤变化总体呈减小趋势，其中南港—圆圆沙航道与滩槽高差的缩小和上游底沙输沙量的减少有关；北槽航道则是由于南坝田挡沙堤加高工程的实施有效改善了北槽内水沙环境，其实测减淤幅度为17.6%。     

长江口12.5 m深水航道悬沙分布特征*

利用长江口12.5 m深水航道洪、枯季水文测验资料,分析深水航道悬沙的时空分布特征。结果表明：南港圆圆 沙段含沙量小,垂线分布相对均匀;北槽中段含沙量大,垂向分布不均匀。细颗粒泥沙絮凝、盐淡水分层与河口滞流点是 北槽中段形成高含沙量且垂向分布不均匀的主要原因。北槽中段含沙量的时空分布特征,与12.5 m深水航道的回淤变化特 征具有一致性,表明北槽中段的航道回淤可能以悬沙淤积为主;而南港圆圆沙段含沙量低,且垂向相对均匀,表明该区段 航道回淤受悬沙的影响较小。     

连云港船厂水域回淤分析

应用数学模型，进行连云港船厂港区、航道海域波浪浅水变形和潮汐水流计算，在此基础上估算港区海域含沙量条件，并用半经验公式估算港区、航道的泥沙可能回淤率。文中还收集了邻的港区及航道泥沙回淤资料，结合动力条件进行分析，为以上预报的可信性提供佐证。文国最生基于港区航航道泥台湾省 回淤机制。对呼设计方案进行比较工提出修改建议，供选址工作参考。     

盘锦港深水航道水沙环境特征分析

综合多次现场实测资料,分析了盘锦港10万吨级深水航道的水沙特征,讨论航道回淤泥沙来源和产生泥沙骤淤的可能性。研究结果表明:1)该海区波浪动力不强,以风浪为主;潮汐为非正规半日潮,属中强潮海域;潮流为正规半日潮流,主要以往复形式运动,口门内侧存在强度较弱的旋转流。2)河口区和近岸浅滩含沙量高、外海深水区含沙量较低,泥沙主要以悬浮形式运动,大风影响下各站含沙量均显著大于常规天。3)航道沿程底质泥沙呈粗细交错分布;波流作用下两侧岸滩就地起动搬运的泥沙为航道淤积的主要来源和直接来源,回淤物质较细,泥沙淤积以悬沙落淤为主;出现骤淤碍航的可能性较小。     

长江口外高桥六期码头港池泥沙回淤分析

概述长江口外高桥六期码头工程河段的河势及水流泥沙条件,并对临近的外高桥一、二期港池泥沙回淤现状进行调查分析.通过吴淞口至横沙水道的平面二维潮流数学模型,分析工程实施对水流的影响.最后通过半经验公式结合数模结果对本期工程码头港池、调头区及引起的周边泥沙回淤进行预测估算,结果显示:工实施对码头上下游一定范围内水流有影响,其中码头桩基附近平均流速最大减少30%左右.外六期码头港池的年平均泥沙回淤强度为1.85～3.30 m/a,年回淤量约27.6万m3,调头区的年平均泥沙回淤强度为0.65～1.15 m/a,年回淤量约11万m3.     

长江口航道疏浚土利用至横沙浅滩数值模拟研究*

针对2020年后长江口深水航道疏浚土全部外抛至海洋倾倒区造成疏浚土资源浪费的问题,利用三维潮流泥沙数学模型SHIWM-3D对疏浚土综合利用至横沙浅滩进行固沙保滩的方案进行了数值模拟,综合分析横沙浅滩流态分布、泥沙输运扩散情况、疏浚土落淤效果以及对深水航道回淤的影响。结果表明：1）航道疏浚土吹泥上滩后部分泥沙直接落淤,部分泥沙则随涨落潮流扩散输运。2）横沙浅滩区域大潮期间呈现冲刷状态,小潮期间呈现淤积状态,疏浚土在浅滩总体表现为淤积。3）航道疏浚土吹泥上滩至横沙浅滩区域对深水航道的回淤影响不大。4）长江口航道疏浚土利用至横沙浅滩的方案是可行的,是解决2020年以后长江口航道疏浚土综合利用的可持续发展方向之一。     

潍坊港潮流分析及航道回淤预测

潍坊港处于莱州湾的中部，岸滩水深较浅且变化平缓，泥沙运动较为活跃，泥沙淤积对航道的运营维护影响较大。通过建立潮流模型和泥沙输移数学模型进行计算，所得结果与现有的实测数据进行对比验证；再进一步模拟航道的冲淤情况，预测航道回淤分布规律以及航道沿程的淤强分布情况。结果表明，潮流模型和泥沙输移模型计算结果与实测数据吻合度均较高，预测航道年淤积量约为391.3万m3。     

深水航道的河势控制和航道回淤问题

长江口深水航道的整治为检验和深化潮汐河口汊道整治理论及方法提供了依据。河势的宏观控制要求北槽维持落潮流输沙优势。分析表明,工程后北槽分流比下降,已接近河槽性质转变的阈值。一、二期整治工程使河槽断面由宽浅向相对窄深转变,形成了覆盖航槽的连续深泓,为航道维护提供了重要保证,但三期减淤工程使-8 m以下河槽断面向相对宽浅逆转,加上北槽中段过高的流速造成该河段的高含沙量和高输沙率以及该河段近底净输沙方向指向航槽内,使回淤量进一步增大。通过现场观测进一步揭示了近底高含沙量及浮泥形成的机制。进一步的减淤措施应注意恢复合理的导治线放宽率以使输沙率的沿程分布较为均匀。     

新型箱式采泥器研制及在长江口航道回淤研究中的应用

为获取河床沉积物原状样品,研制一种新型箱式采泥器,并在长江口12.5 m深水航道回淤研究中开展应用。结果表明:新型箱式采泥器密封性好、适应性强、成功率高、样品量多且保持原状。新型箱式采泥器采集的原状样品揭示出长江口南港北槽河床沉积物包括沙、泥、沙泥混合、沙泥分层4类,沉积物类型及变化特征反映了泥沙来源和沉积过程。基于沉积物原状样品粒度参数,开展南港底沙输运趋势研究及底沙对深水航道淤积影响的定量估算。     

长江口12.5m深水航道潮周期内回淤量分布

潮周期内航道回淤量是一个随潮动力的变化而动态变化的量。确定深水航道的回淤量的潮周期内分布特征,将有助于合理安排航道的疏浚,减少不必要的疏浚船方。采用适用于长江口深水航道的回淤量计算模型,基于实测航道近底层的水文观测资料,获得了潮周期内的航道回淤量分布特征及其形成机制,得到航道回淤量主要发生在中小潮期间,而大潮期间动力较强冲刷明显、近底层泥沙浓度高,但形成的回淤量较小的结论。这一结论通过枯季近底层实测的水、沙及地形冲淤变化过程资料得到了验证。     

石浦港航道工程潮流泥沙数值模拟

分析工程海区自然条件,建立基于不规则三角形网格考虑波浪作用的潮流泥沙数学模型。在对模型进行充分验证的基础上,研究各航道方案影响下的潮流泥沙运动规律,并分析大范围海域潮流特征、进港航道口门位置流态特征、航道内横流、对周围港区影响、对潮位影响和对石浦港5个口门分流比的影响等,预测各方案泥沙回淤与莫拉克台风过程下的骤淤情况。     

东营港拟建航道沿线滩面沉积物特性及航道可挖性分析

通过对现场底质取样和试挖槽观测,对东营港拟建5～15万t级航道沿线滩面沉积物特性进行了研究,同时结合海域的水动力及泥沙环境分析,对东营港航道可挖性进行了探讨。研究结果表明-18 m等深线(10万t级码头)以内水域滩面泥沙以粉砂和砂质粉砂为主,d50为0.03⁰.04 mm,活动性强,发生骤淤的可能性大,不宜开挖航道;-18 m等深线以外海域滩面以粘土质粉砂为主,d50小于0.02 mm,泥沙活动性较差,开挖航道后出现大风骤淤的可能性较小。     

曹妃甸挖入式五港池航道与防波堤工程潮流泥沙物理模型试验研究

曹妃甸挖入式五港池建成后,浅滩区被围填或开挖成深水港池,因此港池航道主要是细颗粒泥沙淤积问题,为此通过潮流泥沙物理模型试验对五港池防波堤及航道工程进行研究。试验表明,五港池港区及防波堤建设没有改变深槽水流特性,对曹妃甸海域宏观流场基本没有影响;防波堤方案2和方案3水流条件较好,其中方案3稍优于方案2。泥沙试验表明,港池年平均淤强为0．15m／a左右,年最大回淤厚度为0．5—0．6m/a,各方案差别不大;折线航道年平均淤积强度为0．43m／a,最大为0．69m／a;直线航道年平均淤积强度为0．39m／a,最大为0．55m/a,直线航道要明显优于折线航道。从水流和泥沙试验结果分析,方案3较优,其次为方案2。试验成果为设计方案的选取提供了科学依据。     

广州港出海航道三期工程潮流数学模型研究

用TK-2D软件建立了广州港深水航道所在海区的基于不规则三角形网格的潮流数学模型,在采用现场实测资料对模型进行充分验证的基础上,对伶仃洋深水航道进行了潮流数值模拟研究,从潮流场角度分析了深水航道开发的可行性。研究结果表明,深水航道方案实施后,整个伶仃洋流场基本不变,只是沿伶仃航道轴线附近,由于受航道开挖的影响,局部区域流速和流向略有变化,从潮流动力角度讲,伶仃航道是可以继续开挖的,广州港南沙港区深水航道三期工程是可行的。