流域來沙減少對航道回淤的影響

楊東巖 何欣明 邊晗哲 許艦

摘 要：本文從泥沙特性及航道的淤積機(jī)理出發(fā)，運(yùn)用從長期實(shí)際航道回淤基礎(chǔ)上建立的經(jīng)驗(yàn)公式來揭示流域來沙減少對航道回淤問題的影響。

關(guān)鍵詞：航道淤積機(jī)理；經(jīng)驗(yàn)公式；航道回淤

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.197

0 引言

航道回淤問題是一種常見且復(fù)雜的自然現(xiàn)象，也是泥沙運(yùn)動(dòng)的直接結(jié)果。通常情況下航道發(fā)生淤積有三個(gè)前提條件，即泥沙來源、泥沙運(yùn)動(dòng)的水流動(dòng)力和促成淤積的環(huán)境。

因此流域來沙對航道淤積的影響是一個(gè)值得研究的科學(xué)命題，其研究結(jié)果可以作為河口航道建設(shè)和維護(hù)的重要依據(jù)。本論文從泥沙特性及航道的淤積機(jī)理出發(fā)，運(yùn)用從長期實(shí)際航道回淤基礎(chǔ)上建立的經(jīng)驗(yàn)公式來揭示流域來沙減少對航道回淤問題的影響。

1 航道回淤原理

1.1 航道回淤

航道與港池的回淤取決[1]的主要因素在于航道走向、泥沙條件、灘槽高差和水動(dòng)力條件。其次海岸地貌的演變[2]與海洋底質(zhì)泥沙和懸浮起來的泥沙輸運(yùn)交換有著莫大的關(guān)系，目前研究海岸的泥沙輸移特性和沉積的動(dòng)力機(jī)制主要利用的是泥沙的粒度。因此泥沙粒度特征可以作為分析航道泥沙回淤的重要手段[3]。

1.2 懸沙計(jì)算

泥沙的懸浮運(yùn)動(dòng)過程較為復(fù)雜，目前我國《海港水文規(guī)范》[4] 中計(jì)算懸沙回淤量采用的主要是劉家駒公式[5]。該公式的優(yōu)點(diǎn)在于通過考慮海洋環(huán)境諸如水流、風(fēng)、波浪等動(dòng)力條件下的泥沙特性與海水中懸浮的含沙量之間的關(guān)系，提出較為簡單的數(shù)學(xué)物理模型，其中參數(shù)的物理意義明確[6]，因此劉家駒公式在有淤泥質(zhì)海岸的港口或者航道中計(jì)算懸沙回淤量應(yīng)用廣泛。

1.3 底沙回淤計(jì)算

竇國仁[7]基于水力學(xué)中提到的能量疊加原理，推導(dǎo)出在波浪與潮流互相作用下的挾沙能力公式。

而羅肇森[8]認(rèn)為底沙輸沙量不僅應(yīng)包括波浪與潮流的相互作用，也應(yīng)包括風(fēng)吹流的輸沙量，因此羅肇森基于竇國仁的方法與波動(dòng)水流中的能量原理，添加風(fēng)吹流的作用推導(dǎo)出底沙輸沙率公式：

據(jù)南科院物理模型試驗(yàn)成果表明，丹東港5萬～20萬噸級出海航道常年淤積量為556萬m3[9]；而采用劉家駒公式[5]和羅肇森[8]公式結(jié)合計(jì)算該航道回淤量為679萬m3。計(jì)算結(jié)果與物理模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為近似。

再者對于黃驊港，海岸上航道淤積通常是不平衡輸沙引起，淺灘挾沙水流跨越航道時(shí)，由于航道中水深增大，打破了原有的平衡狀態(tài)，水流挾沙能力降低，泥沙沉降，導(dǎo)致航道淤積。利用上述公式計(jì)算了黃驊港實(shí)例，計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測吻合較好。

2 結(jié)論

本論文從泥沙特性及航道的淤積機(jī)理出發(fā)，運(yùn)用從長期實(shí)際航道回淤基礎(chǔ)上建立的經(jīng)驗(yàn)公式來揭示流域來沙減少對航道回淤問題的影響。目前可以用于航道淤積計(jì)算公式有很多：諸如劉家駒公式、羅肇森公式、竇國仁公式等等，對研究長江口泥沙運(yùn)動(dòng)和深水航道淤積等相關(guān)問題有一定的幫助，但仍存在不少問題有待深入研究。

參考文獻(xiàn)：

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[6]劉紅，張華，張寒元等.泥沙粒度對航道回淤的指示--以丹東港出海航道為例[J].中國港灣建設(shè)，2014（01）：14-21.

[7]竇國仁.平原沖積河流及潮汐河口的河床形態(tài)[J].水利學(xué)報(bào)， 1964（02）：1-13.

[8]羅肇森.風(fēng)、浪、流共同作用下的泥沙輸移[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2004（03）：1-6.

[9]丹東港港區(qū)和航道總體規(guī)劃物理模型試驗(yàn)研究[R].南京：南京水利科學(xué)研究院，2011.

作者簡介：楊東巖（1992-），男，碩士研究生，主要研究方向：近海巖土工程。