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理出發，運用從長期實際航道回淤基礎上建立的經驗公式來揭示流域來沙減少對航道回淤問題的影響。

關鍵詞：航道淤積機理；經驗公式；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雜的自然現象，也是泥沙運動的直接結果。通常情況下航道發生淤積有三個前提條件，即泥沙來源、泥沙運動的水流動力和促成淤積的環境。

因此流域來沙對航道淤積的影響是一個值得研究的科學命題，其研究結果可以作為河口航道建設和維護的重要依據。本論文從泥沙特性及航道的淤積機理出發，運用從長期實際航道回淤基礎上建立的經驗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、灘槽高差和水動力條件。其次海岸地貌的演變[2]與海洋底質泥沙和懸浮起來的泥沙輸運交換有著莫大的關系，目前研究海岸的泥沙輸移特性和沉積的動力機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 懸沙計算

泥沙的懸浮運動過程較為復雜，目前我國《海港水文規范》[4] 中計算懸沙回淤量采用的主要是劉家駒公式[5]。該公式的優點在于通過考慮海洋環境諸如水流、風、波浪等動力條件下的泥沙特性與海水中懸浮的含沙量之間的關系，提出較為簡單的數學物理模型，其中參數的物理意義明確[6]，因此劉家駒公式在有淤泥質海岸的港口或者航道中計算懸沙回淤量應用廣泛。

1.3 底沙回淤計算

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

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

據南科院物理模型試驗成果表明，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]公式結合計算該航道回淤量為679萬m3。計算結果與物理模型實驗結果較為近似。

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，由于航道中水深增大，打破了原有的平衡狀態，水流挾沙能力降低，泥沙沉降，導致航道淤積。利用上述公式計算了黃驊港實例，計算結果和現場實測吻合較好。

2 結論

本論文從泥沙特性及航道的淤積機理出發，運用從長期實際航道回淤基礎上建立的經驗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動和深水航道淤積等相關問題有一定的幫助，但仍存在不少問題有待深入研究。

參考文獻：

[1]侯素珍，王平，楚衛斌.黃河上游水沙變化及成因分析[J].泥沙研究，2012（04）：46-52.

[2]劉紅，何青，WELTJE G J等.長江入海泥沙的交換和輸移過程——兼論泥質區的“泥庫”效應[J].地理學報，2011，66（03）.

[3]MIGNIOT，C.A study of the physical properties of different very fine sediments and their behavior under hydrodynamic action [M].La Houille Blanche，1968：591-620.

[4]中華人民共和國交通部.港口水文規范 JTJ-213-98[S].北京： 人民交通出版社，1998.

[5]劉家駒.在風浪和潮流作用下淤泥質淺灘含沙量的確定[J].水利水運科學研究，1988（02）：69-77.

[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，2014（01）：14-21.

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

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

[9]丹東港港區和航道總體規劃物理模型試驗研究[R].南京：南京水利科學研究院，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。