溫嶺市南海涂促淤工程促淤效果研究

邵 瑋

(浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310006)

溫嶺市是浙江省東南沿海，新興的對外開放城市，全國綜合實力百強縣(市)之一。隘頑灣位于溫黃平原南部、楚門半島東北，北靠東浦農場，南通披山洋，東起溫嶺石塘山，西至玉環縣棧臺山，為半圓形沿岸海灣。隘頑灣[1]東西長14.8km，南北寬14.4km，海域面積124km2。沿岸灘涂廣闊，基底以淤泥為主，水深多在5m以內。

溫嶺市南海涂促淤工程位于石塘半島西側、東浦塘南側灘涂上，與在建的擔嶼圍涂工程相鄰，距離溫嶺市區約15km。圍區東接松門的南片新塘和石塘的上馬工業區，北連箬橫鎮東浦農場，西面為觀岙丘陵山區，南面為開敞式海域。

1 水動力泥沙特征

1.1 潮汐

工程水域隘頑灣潮汐類型屬正規半日潮，潮汐一日內兩漲兩落較為規則，其平均落、漲潮歷時較為接近，平均漲潮歷時僅比落潮歷時長約10min。

根據相關實測資料表明，工程海域隘頑灣就浙江海域而言，為中等潮差海區，其潮差稍小于坎門海洋站。本次觀測月份隘頑灣最大潮差為5.53m，平均潮差3.54m，而坎門海洋站同步期間的最大潮差為5.98m，平均潮差3.91m。相比之下，兩者潮差相差約0.40m。

1.2 潮流

工程區水域潮流屬正規半日潮流類型，淺海效應顯著，主要呈往復流運動形式。東海潮波以前進波的形式，由東南向西北挺進，傳至浙江近岸，受岸壁阻礙、島架堵截和地形制約的作用，多沿水道或岸線走向傳播。因此，影響本工程水域的漲、落潮流路大致如下：

(1)漲潮流:由外海進入的漲潮流大致由東南-西北向流入隘頑灣，也有一部分由積谷洋傳入的漲潮流自東北向西南向流經石塘灣。

(2)落潮流:來自隘頑灣的落潮流，大致由西北-東南向影響整個測區。

由水文測驗的相關資料可知，工程區水域總體來看為落潮流強于漲潮流，潮流強度不大，流速大小隨潮汛變化較為規律；隘頑灣區實測最大流速為83cm/s，石塘灣區實測最大流速為58cm/s。在垂向分布上，最大流速多出現在中層以上，隨深度遞增，流速逐漸有所減弱。

工程區的潮波運動以駐波形式為主，漲潮流最大流速出現在最高潮位前2～3h，而落潮流最大流速則出現在最低潮位前2～3h，憩流或轉流多發生在平潮前后。

工程海域表層最大余流為15.1cm/s。余流的流速值隨潮汛變化而變化，總體上表現為大潮>中潮>小潮。垂向上余流值大體上是表層大于中層，中層大于底層。

1.3 泥沙

根據相關水文測驗資料[2]可知工程海域平均含沙量為0.1365kg/m3；垂線平均值在0.0442～0.3865kg/m3之間；實測最大含沙量為0.7420kg/m3，實測最小值0.0073kg/m3。

含沙量在q<0.1kg/m3之間的出現頻率最大占52.82%；含沙量在0.1kg/m3≤q<0.2kg/m3之間的出現頻率占27.99%；含沙量在0.2kg/m3≤q<0.5kg/m3之間的出現頻率占16.70%；含沙量在0.5kg/m3≤q<0.8kg/m3之間的出現頻率占2.47%。各站含沙量均小于0.8kg/m3，說明了工程區觀測期間含沙量不大，低含沙量出現頻率高。

工程海域大、中、小潮的平均含沙量分別為0.1471、0.1586、0.1040kg/m3；漲潮平均含沙量為0.1369kg/m3，落潮為0.1364kg/m3；漲、落潮含沙量基本相等；含沙量的垂向變化明顯，隨著水深的增加，含沙量逐漸升高。

2 二維潮流數學模型

2.1 模型的建立

2.1.1 計算軟件

本次數模計算采用丹麥水利研究所(DHI)的MIKE21軟件[3]進行計算。該軟件具有用戶界面友好、前后處理功能強大、計算穩定等優點。

2.1.2計算范圍[4]及計算域網格劃分

計算模型區域范圍南起北緯27°50＇，北至北緯28°30＇，最東至東經122°，計算域的東西距離為78km，南北距離為80km。為更好的模擬工程海域的水動力特征，整個區域采用非結構三角形網格，并在工程附近進行局布加密，以保證工程前后流場模擬的精度(如圖1所示)。

圖1 數模計算網格布置

2.2 模型的驗證

本模型潮流驗證資料采用2010年6月水文測驗期間獲取的6個潮流站的資料。潮位驗證資料采用2010年6月石塘臨時潮位站的潮位資料；潮位站及測流站布置如圖2所示。

圖2 潮位站及測流站布置圖

限于篇幅，這里只給出部分測站大潮的潮位、流速流向驗證曲線(如圖3、4所示)。從模型的驗證過程來看，無論是計算的數值還是相位，均與實測值基本吻合。漲落潮流態與海區地形輪廓相符。因此該模型的驗證是成功的，可以用來計算海區內工程方案前后潮流場并進行水流特性的研究分析。

圖3 石塘潮位站大潮潮位驗證曲線

圖4 1#點流速流向驗證曲線

3 促淤工程方案潮流計算

3.1 促淤方案

結合本工程實際地形、地質、潮流以及泥沙條件，推薦4種促淤方案[5- 6]進行研究。

方案1：全線潛壩方案(不繞島)

方案2：高壩+口門方案(不繞島)

方案3：全線潛壩方案(繞島)

方案4：高壩+口門方案(繞島)，堤線布置如圖5～8所示。

圖5 方案1促淤堤平面布置圖

圖6 方案2促淤堤平面布置圖

圖7 方案3促淤堤平面布置圖

圖8 方案4促淤堤平面布置圖

3.2 促淤方案實施前后流場變化分析

各促淤工程實施后，對大面的流場改變不大，其變化區域主要集中在工程海域附近。在工程海域附近，受促淤堤阻擋，工程前沿潮流動力明顯減弱，但潮流性質沒有發生變化，擬建工程前沿水深相對較淺，潮流仍然以往復流為主。促淤堤前沿的流矢方向有所轉向，工程前促淤堤位置處潮流流向為南-北流向，而工程實施后基本為順堤流向，整體流速均較弱。

3.3 各促淤方案實施前后流速變化分析

流速變化集中在工程區域附近，對大范圍的潮流影響不大。促淤堤前沿約2km的范圍內，漲落潮流速減小幅度為20%～40%。整個促淤堤南側的隘頑灣水域內，漲落潮流速均有所減弱，減小幅度均在18%以上，越靠近促淤堤工程的水域漲落潮流速減小幅度越大。促淤堤內側特別是促淤堤內拐角區域潮流動力明顯減弱，流速有較為顯著的減小，最大減幅約50%。留口門方案在口門處潮流動力明顯增強，流速有一定的增加，最大增幅約45%。

式(16)表明：協同成員pi的知識掌握程度W(pi,K)可表示為協同成員pi與其所掌握的知識點之間的邊權權重之和；協同成員pi與其他成員間的關聯關系強度W(pi,P)可表示為協同成員pi與其所關聯的其他協同成員之間的邊權權重之和。

4 不同促淤方案的促淤效果分析

4.1 海床沖淤估算方法

由于本工程附近海域缺乏長歷時水文、泥沙及地形實測資料，因此本工程實施后導致的附近海床面沖淤變化的預測方法，主要通過定床潮流計算得到的水流要素，采用半經驗半理論公式進行估算和預測。根據泥沙運動理論中的輸沙平衡原理，若只考慮潮流的挾沙能力[7- 8]則:

(1)

式中，H—際水深；g—重力加速度；k—挾沙系數。在實際懸浮濃度大于S*時，則發生泥沙沉降過程。若工程前泥沙處于沖淤平衡狀態，那么由于工程后使部分水域流速衰減，導致挾沙能力的減弱而發生沉降。根據這一原理可以估算工程后泥沙沖淤厚度。

工程后的海床地形預測選用半經驗半理論的回淤強度公式[9]計算：

(2)

式中，S*—沙能力；v1、v2—工程前、后的垂線平均流速(由模擬得到)；h1、h2—工程前、后的水深。

計算過程中含沙量的選取依據2010年6月水文測驗期間獲取的其中6個測站的資料。本次計算主要選取工程附近各點的全潮垂線平均含沙量的平均值，并在此基礎上根據各方案促淤堤不同頂高程進行適當調整。

4.2 各促淤方案實施后淤積效果分析

由于南海涂促淤工程的實施，使海域流場發生了變化，由此必然引起海域海床的沖淤變化。

促淤工程方案1實施1年后，促淤堤內側水域淤積幅度基本在0.20m以上，促淤區平均淤高0.59m。從淤積分布來看，在靠近促淤堤一側淤積量較大，其淤積幅度基本在0.80m以上。灘涂淤積分布較為均勻，呈現離促淤堤越遠淤積幅度逐步減小的趨勢。促淤工程實施后，海域達到沖淤平衡時促淤區內平均淤厚為1.55m。促淤分布規律與1年結果相一致。

4.2.2 方案2

促淤工程方案2實施1年后，促淤堤內側水域平均淤高0.10m。從淤積分布來看，在高壩掩護區附近水域淤積強度較大，其淤積幅度基本在0.40m以上。由于高壩對水流的束窄作用，在高壩口門及右側潛壩處局部水域發生沖刷，沖刷范圍約占總促淤范圍的1/2。海域達到沖淤平衡時圍區內平均淤厚為0.39m。促淤分布規律與1年結果相一致。

4.2.3 方案3

促淤工程方案3實施1年后，促淤堤內側水域淤積幅度基本在0.20m以上，促淤區平均淤高0.57m。從淤積分布來看，在靠近促淤堤一側淤積量較大，其淤積幅度基本在0.80m以上。灘涂淤積分布較為均勻，呈現離促淤堤越遠淤積幅度逐步減小的趨勢。在促淤堤東側海域出現略微沖刷的趨勢。海域達到沖淤平衡時促淤區內平均淤厚為1.44m。促淤分布規律與1年結果相一致。

4.2.4 方案4

促淤工程方案4實施1年后，促淤堤內側水域平均淤高0.17m。從淤積分布來看，在高壩掩護區附近水域淤積強度較大，其淤積幅度基本在0.40m以上。由于高壩對水流的束窄作用，在高壩口門處局部水域發生沖刷，沖刷范圍約占總促淤范圍的1/3。海域達到沖淤平衡時圍區內平均淤厚為0.68m。促淤分布規律與1年結果相一致。

各方案實施1年后及沖淤平衡后的淤積方量見表1。按有生物促淤配合，即主要考慮淤高成陸及固結因素，忽略臨時性沖刷影響。淤積量統計采用密實量計算。

綜上所述淤積效果方案1最好、方案3次之，方案2及方案4淤積效果較差。

表1 各方案實施后促淤效果表

5 結語

本文通過潮流數學模型研究了溫嶺市南海涂促淤工程各方案的促淤效果。通過上述4個促淤工程的計算分析，認為促淤工程的促淤效果與工程的平面布局密切相關，具體的淤積部位和淤積幅度取決于工程布局，通常在促淤堤兩側會發生較大幅度的淤積。同時促淤堤堤頂高程對促淤效果也有較大影響，在本海域內建高壩促淤效果不如建潛壩好。

近岸海區的淤積與潮流、泥沙、風浪多種因素有關，本文著重研究了由于促淤工程引起潮流場變化所產生的淤積，未計入風浪等其他因子的變化。

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