长江口北槽深水航道回淤相关问题分析*

从滩槽泥沙交换角度对长江口北槽深水航道回淤热点问题进行分析。取得新的认识：1）对长江口拦门沙河段滩槽泥沙交换而言,温度、盐度以及上游来水来沙均是独立存在的因素,但都不能独立起作用或作用很弱,对北槽深水航道回淤影响也非常有限;2）在长江口拦门沙河段滩槽泥沙交换中,拦门沙浑浊带、近底高含沙水体、南导堤越堤输沙、坝田淤积、边滩坡度及河床密实度变化以及层化和制紊效应等均是伴随而生的过程,这些现象的变化具有很好的一致性,但均不是独立存在的,不能独立对北槽深水航道回淤产生影响;3）波浪作用是引起长江口拦门沙河段滩槽泥沙交换往“冲滩淤槽”方向发展的根本动力,在北槽深水航道回淤原因分析及减淤研究中应抓住这个关键。     

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%。     

长江口深水航道减淤工程实施效果评价

为降低长江口深水航道常态回淤量，分先期工程和完善工程两阶段实施长江口深水航道减淤工程南坝田挡沙堤加高工程。利用北槽深水航道减淤工程实施前后的实测数据，综合分析了工程实施前后水沙通量、含沙量、流场、周边河势、航道减淤等方面的变化情况。结果表明：1）先期工程实施后，南导堤涨潮越堤水沙显著减少，北槽含沙量明显降低，航道南侧横向水沙输移得到有效抑制，工程实际减少常态回淤量约17.4%；2）完善工程实施后，南导堤涨潮越堤水沙基本阻断，北槽中下段含沙量也有所减小，北槽潮流方向更加归顺，常态回淤量降幅约5.6%；3）工程达到了预期的航道减淤目标，工程治理方案合理，航道减淤效果符合预期。     

长江口三期工程四个专题科研项目全面展开

长江口三期工程科研项目“长江口航道三期工程航道冲淤及减淤方案研究”、“长江口北槽12．5m航道通过能力研究”、“长江口三期工程河床演变分析研究”和“长江口航道信息平台开发”等4个专题的工作大纲在2007年3月份已通过了交通部专家审查。据悉，长江口航道冲淤及减淤方案研究通过对流场、泥沙场变化对深水航道的影响进行分析，提出有关解决方案，对保障三期工程顺利实施将起到积极作用。对长江口北槽12．5m深水航道通过能力进行研究，将为科学评估三期航道治理工程实施后长江口深水航道的通过能力，充分利用航道资源以及长江口航道发展规划及航道的科学管理发挥重要指导作用。     

长江口北槽深水航道水沙输运特征三维数值模拟

基于长江口北槽实测水文观测资料,利用三维水流泥沙数学模型对北槽内盐水楔、水流及泥沙输运特征等进行模拟分析。结果表明:北槽中段泥沙表、底层差异明显,垂向分布不均匀,受盐水楔影响,泥沙更容易在中段聚集;泥沙北槽内输运距离较长,1个落潮过程难以输出北槽,在反复输移中跨越航槽几率大大增加,尤其北槽中下段涨转落低流速时段较长,底部含沙量较高,易形成航道回淤;输出北槽的部分泥沙水体可能在旋转流作用下经九段沙及南导堤重新回到北槽,累积循环,成为北槽内含沙量较高的重要原因。     

长江口工程群对上游水动力影响及累加效应研究

以长江口大型工程群为研究对象,采用CJK3D-WEM二维潮流数学模型,研究工程群对水动力的影响及累加效应.结果表明,长江口1998—2016年间实施的北槽深水航道治理工程、南北港分流工程及南汇边滩和横沙东滩促淤圈围等大型工程群后,徐六泾河段涨潮量降低约10％,潮差降低约6％,涨急流速降低约9％,落急流速降低约4％,北槽...     

长江口北槽深水航道回淤量变化宏观动力原因分析

根据实测资料、物理模型试验结果和有关文献成果对影响长江口北槽深水航道回淤量的宏观动力原因进行了分析。取得新的认识：1）与枯季相比,长江口拦门沙河段洪季波浪中的长周期波浪显著增多,其中8.0 s及以上周期的波浪能量占总波能的比例由枯季的3.2%增加至洪季的40.6%;2）高能波浪运动对北槽航道回淤产生了显著的不利影响,与北槽航道回淤量的增加息息相关;3）12.5 m航道开挖后,北槽航道内水流冲刷能力沿程均有增强,有利于槽内泥沙往两侧高滩运移;4）长江口拦门沙河段泥沙自身交换量远大于河口上游来沙,洪水不是造成北槽航道回淤量发生显著变化的主导性宏观动力原因;5）波浪作用是长江口北槽航道回淤量发生显著变化的主导性宏观动力原因,“消浪”应成为今后北槽深水航道减淤工程以及长江口南槽、北港和北支下段航道整治工程设计研究工作中不可忽视的指导性原则之一。     

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。     

长江口拦门沙河段航道回淤的波浪动力环境Ⅲ:对航道回淤的影响*

开展了长江口拦门沙河段波浪对北槽深水航道回淤的影响及特征研究。结果表明:1）北槽深水航道内的浮泥量变化与拦门沙河段的波浪密切相关,航道内浮泥量的显著增加均出现在波能显著增大之后,波能增加越大且持续时间越长,浮泥量也越大且持续存在时间也越长;2）较强波浪荷载作用会引起大量细颗粒泥沙从河床内部渗出,这些细颗粒泥沙就是形成航道内大量浮泥的主要物质基础;3）北槽深水航道的回淤量变化与长江口拦门沙河段的波浪变化在宏观上和微观过程上均吻合良好;4）在台风等因素引起的短期强烈波浪作用结束之后,其对床面的影响并不是随之而结束的,往往要持续相当长的时间。     

南汇东滩及浦东国际机场外沿围海造地工程潮流数学模型研究

通过建立长江口、杭州湾大范围平面二维潮流数学模型,综合考虑长江口、杭州湾两大潮波系统,探讨南汇东滩及浦东国际机场外沿圈围工程对附近各关心水域的水动力条件的影响范围及程度。研究结果表明:南汇东滩及浦东国际机场外沿圈围工程后,长江口侧的涨、落潮潮量略有减小,而杭州湾则略有增大。相应的,工程附近海域的潮流流速和潮差也受到工程不同程度的影响。就流速变化而言,涨潮时,南槽主槽流速略有下降,北槽则略有增加,落潮时,南槽主槽流速主要呈现略有增加的趋势,而北槽则基本不变;在杭州湾侧海域,涨、落潮水流流速均略有增加。而潮差方面,在长江口一侧,高桥处潮差略有减小,且呈现出越接近工程区,潮差变率越大的趋势;而在杭州湾一侧水域,潮差整体呈略有增加趋势,但是变率基本都在1%以内。     

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。     

长江口南槽航道进一步开发的基本思路及框架*

以长江口南槽河势现状及碍航性质为切入点,分析南槽航道开发条件,并探讨其进一步开发的基本思路及框架。研究分析表明,南槽河势在长江口深水航道治理和南汇边滩围垦等工程作用下处于相对稳定阶段,航道开发条件良好,但同时面临九段沙湿地国家级自然保护区和邻近港口航道安全运营等约束限制。为进一步开发南槽航道,应着眼于河口整体性,统筹兼顾、协同开发;立足于航道条件,整体规划、分期推进;注重开发时机,因势利导、择机实施。     

长江口南汇边滩短期冲淤变化分析

南汇边滩位于长江口和杭州湾的交汇地带,受长江口和杭州湾北岸两股潮流的控制,近年来由于低潮滩促淤围垦工程导致其水流和泥沙运移、沉积和地貌发生了显著的变化。根据2006—2008年南汇边滩测图及2007年11月—2008年11月每个季度的9个断面测量资料,结合区域内的泥沙沉积特征,探讨南汇边滩对周边涉水围垦工程和流域来水来沙变异做出适应性地貌耦合过程之后的近期冲淤演变规律,着重探讨季节性冲淤特征。结果表明:年度上南汇东滩以淤长为主,南汇南滩以冲刷为主。不同季节南汇边滩冲淤变化过程存在很大差异:平面上,南汇边滩等深线夏、冬季以淤进为主,春、秋季以蚀退为主;垂向上,南汇东滩断面呈春夏秋冲淤交替、冬季淤积的态势,南汇嘴断面呈秋季冲刷、冬夏季淤积的态势,而位于南汇南滩的断面则呈秋冬季冲刷、春夏季淤积态势。南汇东滩沉积物粒径总体上较细,东滩与南滩交汇处的南汇嘴附近中值粒径相对较粗,南汇南滩浅滩沉积物颗粒中值粒径最粗。     

温州浅滩围涂工程对港口航道的影响研究

采用波浪、潮流、泥沙数学模型,对瓯江口温州浅滩围涂工程海区的工程前后的波浪场、潮流场、悬沙场、底床冲淤进行了数值模拟研究,对温州浅滩围涂工程对瓯江口港口航道的影响进行了分析论证。研究结果表明,温州浅滩围涂工程不仅对温州港现有港口航道及未来的状元岙深水港区基本没有负面影响,而且有利于航道水深的维护和稳定,可以改善从瓯江北口到黄大岙水道的船舶航行条件。     

长江口近期水沙运动及河床演变分析*

利用长江口历史研究成果和近期的水、沙及地形监测资料,系统对比分析和总结长江口水沙特性和河势变化规律,预测长江口河床演变趋势。结果表明:长江口深水航道治理工程建设以来长江口河势总体保持稳定,该工程和南北港分汊口工程的建设对稳定河势起到了重要作用;长江口水沙运动基本规律无明显变化;上游来水来沙条件的变化对长江口滩槽及口外地形变化的影响已有所表现,对北槽深水航道冲淤的影响暂不明显;长江口河势仍会基本按近期变化趋势发展,部分河段的不利变化趋势应当高度重视,必要时须采取相应的工程措施。     

海平面上升对长江口涨落潮历时差的影响

针对近年来全球变暖,海平面上升影响河口地区水文特性的问题,对海平面上升对长江口涨落潮历时差的影响进行研究。采用二维潮流数学模型的方法,模拟在长江口上游大通的洪枯季及年平均径流量条件下,海平面上升100 cm对涨落潮历时的影响。结果表明:海平面上升减小了长江口北支上半段、南支和南北港等中上游区域的涨落潮历时差,对靠近外海的北支末段和南北槽的涨落潮历时差影响很小。海平面上升加大了河口地区的涨潮动力,使长江口的涨落潮历时差有所减小,由此对长江口地区的盐水入侵和泥沙输运带来的影响必须引起重视。     

长江口北港航道开发技术方案初步研究

北港航道是长江口航道的重要组成部分,也是今后长江口航道发展的重点之一。历史上北港河槽形态河势较不稳定,但近10余年来,随着长江口深水航道治理工程、新浏河沙护滩工程及青草沙水库工程等的实施,北港边界条件趋于稳定,河势稳定性进一步增强,具备了良好的航道开发条件。在河势分析基础上提出北港航道整治开发的技术方案,包括堡镇沙护滩方案和双导堤加丁坝的拦门沙治理方案。数学模型计算结果表明,航道整治效果良好,辅以一定的疏浚措施有望实现航道规划目标。同时,对北港航道的开发前景进行了展望。     

洋山港及邻近海域悬沙输运特征研究*

基于SWEM2D数值模型,建立了一个范围包括洋山港、长江口及杭州湾的二维水流泥沙数学模型。根据2004年5月洋山港实测水文泥沙资料,认为洋山港区域悬沙垂向切变输运较小,可忽略该项对悬沙输运的影响,采用二维泥沙数学模型能基本反映出该区域悬沙输运特点。利用2004年5月洋山港及邻近海域实测水文泥沙资料对模型计算结果进行验证,验证结果表明模型计算结果与实际情况吻合良好。在此基础上,根据模型计算结果计算了洋山港及邻近海域大、中、小潮期间悬沙输运速度。结果表明,洋山港区域悬沙主要以欧拉输运为主,斯托克斯漂移、潮泵输运为辅。该区域西口门高含沙量主要是受到长江口及杭州湾悬沙输运富集的影响。其邻近海域主要的悬沙输运在近南汇边滩以东区域分成两股,一股向北,一股沿着南汇南岸的水下泥沙通道,径直流向杭州湾,并在杭州湾的悬沙输运的带动下,向洋山港流去。     

长江口深水航道整治工程影响数值研究*

长江口深水航道整治工程使得南港北槽开通12.5 m水深航道,长江口河势及不同汊道动力条件随深水航道整治工程的完工发生了一系列的变化。利用长江口深水航道整治工程实施前后地形资料,分析出工程对长江口各汊道的地形变化的影响,同时应用上海河口海岸科学研究中心自主开发的平面二维模型模型计算了长江口流场变化,给出南北港、南北潮涨落潮分流比的变化,并分析了导致这种变化的主要原因。