山海关港泥沙淤积问题的分析研究

1 前 言 为了匹配山海关经济区的开展,就座山海关东部船厂中间的辽宁省海岸地形上。。靠泊期限和泥沙成绩是香港体格的需求,以此停止了地貌、潮流、泥沙、汹涌的行动态势实验[ O,在实物测量泥沙填充资料的阵地,对在的成绩停止了辨析。,思索洪流和涨潮流量的心情,与趋向、风和汹涌的行动态势对泥沙浓度的心情,不同类型的光斑侵略的判别式,把货卸在码头上和口岸的计算、沉淀物严格和主体的走廊,思索到天大汹涌的行动态势泥沙运动,计算成果和工程遵守已使移近口岸W。,用这种方法停止辨析计算是可加工的的。,对口岸体格工程有必然的含蓄。。2 2 – 1不用说期限 趋势 在香港每日趋势,但也若干非正规军军人的日期,每年。。阵地1993次趋势水文实验,洪流大于涨潮历时,降落加速略大于八的加速,刻薄的热潮,工夫-每一站的工夫刻薄的加速主要地是相等的数量的,刻薄的流量的林人。,最大优点为 扣,流量大于顺流而下的。,其议事程序是非正规军军人的,热潮潮和涨潮兑换移段,对主流和海岸地形是一致的~ WSW烯。 本文对9流角的界限,当0<0< 80”为东向流,优点为负值,180”<0<360“为西向流,优点为正值。 风浪 本区以风浪为主,频率为80%,常风向和常浪向基本一致,为SSW~SW,频率之和分别为37%和35%,强风向为NE~NNE,强浪向为SE~SSE,刻薄的波高为,最大波高为,刻薄的风速为 。 泥沙.l 含沙量、 一一 图1 山海夫洁地z 臼 本港区为沙质海岸,在水文圭潮测验时停止了含沙量的观测,测站见图1,并在大风天(风力5~6级、阵风7级)情况下停止了含沙量追测口],从成果可以看出含沙量均不超过‘,最大为 ’,最小仅为 ‘。 在停止泥沙填充计算时,含沙量是一个重要的参量,以此阵地文献[2」的式停止了含沙量的计算: S—。2------------(l) ,。百d 计算中水深按刻薄的潮高计,潮流按实物测量优点,风和汹涌的行动态势按多年统计刻薄的值。计算成果见表卫。 麦1 含沙且计算疽(kg/m)·2 泥沙中值粒径 一2 一本港域的泥沙在光斑和一sin等深线以内为中租沙,刻薄的叩为,一5—一10m为细粉沙,刻薄的ds。为,一10m以外为淤泥,ds。为。2·4 地貌概况[‘,‘’ 本区为山前冲洪积平原间剥蚀乎原地貌,沿岸地势波状起伏,基岩呷角和沙砾质堆积平原相间,沙滩为主。由于海岸被夷平,呷角处的海蚀作用日趋减弱,对海湾的屏障作用也相对变弱,例如老龙头呷角石河冲积扇的前缘已超过了它,阻隔泥沙流的作用已经减弱,岸滩上已有细沙堆积,在一2—一3m等深线处亦为细沙,说明石河人海的细沙可通过老龙头东行。 本区岸滩坡度很陡,局部可达15~20度,水下岸坡也较陡。底质自岸边向海依次为中粗沙、细沙、粉沙、淤泥或淤泥混沙和淤泥质亚粘土,一Zm等深线以内为中粗沙活动带,一4m等深线以内为细沙活动带,其刻薄的坡度约为2度(1/20~l/40中间)。3 泥沙运动的辨析 泥沙来源 本区泥沙来源大致可分三部分,一是河流来沙,心情最大的是西侧石河,石河为山区性河流,坡陡水急,河水暴涨暴落,多年刻薄的径流量为 亿m‘,多年刻薄的输沙量为门.4万t。现代石河以细沙心情为主,由于1975年在上游建坝蓄水,使下泄泥沙大大减少,年刻薄的输沙量降落到万t,河口已感泥沙不足,口门处已有冲刷,但上冲下淤,在短期内风浪仍可掀带泥沙向东北运移到达张庄湾海岸[’〕。第二部分泥沙来自东部,在张庄湾由于SE向风浪无屏障,它将东部黑山沿岸冲刷下来的粗中沙推送向酉而到达本港区。第三部分泥沙来自本区自身的岸滩与海底,它们在汹涌的行动态势和潮流作用下,沿横向和纵向往复搬移,未建港前有着自身的运移平衡规律,建港后平衡被破坏,就会产生冲淤变化[’1。 泥沙运移的动力因素和主要形式 本区泥沙运移的动力因素除河流外,主要是汹涌的行动态势和海流。其岸线走向大约为69~249度,强浪向(SE,SSE)使泥沙以向岸或离岸横向运动,常浪向(SW,SSW)使泥沙纵向沿岸输移,这是沙质海岸输沙的主要形式[‘1。 水下底质的细颗粒泥沙,只在有风浪情况下才能被起动悬扬,随着潮流停止门移。除悬移质外,大风浪时还会有部分底沙做推移运动,这些悬移质和推移质将会对港池和航道的回淤产生心情。$水输沙的趋向辨析.1 沙质岸滩冲淤类型的判别 沙质岸滩的冲淤类型与波高、波长、岸滩、坡度及泥沙特性有关。一般可分为侵略型、填充型和过渡型,判别式很多,本文选用了文献[6~gi中的式停止计算,判别成果如表 2。 t 2 #N#tNN 一 一3 一从计算成果可判定本区岸滩为侵略型,结合实际惰况,本港区岸滩主体为一长约400m的裸露基岩,很难被冲蚀,且水下沙坝不发育,可见即使有冲蚀也很微弱,因此可以视为平衡的岸滩,这对建港是有利的。3. 悬沙的运移趋向 为了辨析本区悬沙的运移趋向,阵地水文测验资料,对中潮和大潮停止了五个测站24/J’时的拖水输沙计算,成果见表3、表4,从计算中可以看出,主要的输水输沙方向是向东的,在口门布置时应思索这一因素。 袅3 愉木计算一.3 船厂建堤后的填充情况 本港区的西邻为山海关船厂,从1972年起开始修建东西防波堤,建堤后西堤西侧光斑淤进明显,而东堤东侧填充不明显。由于船厂防波堤阻断了西侧的沿岸输沙,因此西侧沿岸输沙可以不予思索,东侧沿岸输沙量也不会太大,另外本港区由陆域回填到破波带以外,又进一步减少了沿岸输沙的威胁,这些都是本区建港的有利期限。 在悬沙填充方面,1972~1982年间,口门航道处个别地点填充厚度为年刻薄的~,港池为左右,以后未发现有明显填充,因此回淤成绩不会太严重。4 沿岸输沙计算41 汹涌的行动态势资料 阵地实物测量汹涌的行动态势资料[‘’体港区向岸波主要在 E~WSW中间,用 1981年资料对不同波向中波高、周期及出现次数做辨析统计见表5,其中每次代表6个小时。 一4 一】 襄4 钧沙计算一 表5 计算年沿岸输沙的波沤一 计算式及成果 在输沙率计算中采用了三个式。 a·口岸工程技术规范式:[刁 q=0.64 X 102k’BHKr’i。Za.(2) b·美国海岸工程研究中心式:[“、‘’1 q—弘Jk。。awe。a.(3) v=56HK.tna.·cosao(4) 一5 一计算时取刻薄的热潮,界限自东向西输沙为正,自西向东为负,总输沙量按下式计算: Q二z(+矿t十z(-厂PI (5净输沙量为正负之差,式中P为次数J代表6小时。不同式的计算成果有差异,刻薄的值自东向酉为 万 m‘,自西向东为 1万 m‘,净输沙量 10·4万 m‘,阵地对船厂西防波堤堆积体的估算,实际年怕沙量约为 万 m‘,仅为计算值的三分之一,因此在这种特定环境期限下应用输沙率计算式时,应对输沙经验系数加以必要的修正,取原值的0·3即可。计算成果表明,这一输沙量对口岸填充产生心情,将是很遥远的事情,且港池布置已远离破波带,因此沿岸输沙不会对口岸填充产生威℃5 港池航道的填充计算5.互 港池 港池的填充严格计算按下列式停止D1: nkper..dl、。、.r二.A、上, P=------LI(二)‘]exPLS(ler)1(6) y““”d”“”“2”A””“计算时按半掩护方案一、二和全掩护方案三、四、五两种情况,方案布置见图2。深水作用半径约为4320m,据此确定计算中的刻薄的水深及含沙量,半掩护方案取A—A。,全掩护方案取A—。,填充工夫按年计,其中扣除了约 20%的无风浪天,每年取 292天人。阵地实物测量值推算取,计算成果见表6。 方桑一 一。。一xx——一 。一 方柔二 方案三 5, 方案四l_ 方案五 回2 一6 一亵6 溶池淤和计剪竺果—— 航道 按下列式计算[’]: _t_d二_.忍d,d,Z_ P一子(厂l一子刁St。8+厂1一会(子++)」COS川 y’””““L“dJ“”’”””“““““2”d dZ”“’一’ 本港航道总长约 3km,方位为 105”~285”(另一方位航道计算从略),阵地不同水深将航道分成四段,按涨、涨潮段东、酉流不同流向和历时分别计算,成果见表人 为了对比又用天科所式[’‘]. hi’,3t-d,。-。。d,*-。- P一二二门一(》”6c。SZ0一(/)3SINz61(8) y““”d””丫”””“”一式中k—,停止了计算,其成果与规范式使移近。 裹7 航道淤和计算约果——5·3 大风浪天时航道填充计算 为了辨析骤淤情况,对大风浪天时的航道填充停止了计算,此时水位用设计高水位+im,I4。。。一—。,风速用实物测量加权刻薄的值 V—16m杠,计算按悬沙和底沙分别停止。5·3·l 悬沙填充 含沙量仍用前式口)重新计算月”、3”、5”点的含沙量分别为‘,‘,‘,比平常情况增加了 8 9~倍,填充计算成果见表 8。 7 一亵8 大夙泊天应逆呈沙淤和量 一5·3·2 底沙填充 为了判明在何种情况下才会有底沙决侈质运动,阵地田中—一佐肤式”’: Hn。d.、.、。Zwhr、Hn 一一 (X)’I‘咖h(干#(9) L“”””L”-’-“L”H按前述水文期限计算,成果表明在波高小于互.om时不会有底沙运动,在大彼时水深小于15m的航道边坡处会有底沙运移,从而对航道产生填充。对于在风浪作用下推移质输沙成绩,本文从工程实用出发,选择了两个式停止辨析计算。一为汹涌的行动态势作用下底沙输沙量的计算式[’’I Zk,yy.V 4 T a。=======(V V。)-Msina(10) Capl(.一*”””gw L成果见表9. 亵9 航迟侄沙计算成果一另一式用A·Watanable 1982年的研究成果[‘’·“]: q.二Ced(吵.一吵c)gi:/’(11)该式利用水流功牢原理,将明渠均匀流的输沙率式移值到波动水流,认为输沙率与水流在床面的剪力r。及其和沙粒的临界起动剪力。c中间有关。成果见表10。 表10 W氏式佰沙计 果—— 一8 一两式计算成果有必然差异。从以上的计算可以看出大风浪天的填充量悬沙和底沙合计不过 ~万 m‘左右,最大日淤强为 scm,且这种大风浪连续作用 24 ,J’时是很难发生的,因此可以认为本港区不在骤淤成绩。6 结论与建议 a.本港区为微冲型的稳定沙质海岸,泥沙运动不活跃,回淤成绩轻微. b.沿岸输沙主要方向为自西向东,但由于有船厂防波堤拦阻,可以不子思索。自东向西的年输沙量为 2万 m‘左右,即使不建东防波堤,短期内也不会对口岸填充产生心情。 C.港池和航道的填充,主要是在风浪作用下岸滩底部细颗粒泥沙被扰动,在海流作用下进人航道和港池落淤而成。港池的年填充量为 3万 m‘左右,方案一、二的年淤强为,方案三、四、五的年淤强为。航道的年填充量为4万m‘左右,年最大淤强在口门附近为 2m。 d.大风浪天的填充量会比平时有所增加,最大日淤强scm左右,不会产生骤淤成绩。 e.从辨析计算成果以及秦皇岛港和山海关船厂的工程遵守来看,本港的泥沙回淤轻微,只要按规范予留必然的备淤深度并结合维护性疏浚即可,不用采取特殊的防淤措施. 人泥沙成绩是一个比较复杂的成绩,它受诸多因素制约,有些尚难预料,在辨析计算的依据资料中有些是参照附近测站的,是否符合本区实际需求检验.因此建议在体格口岸过程中和建成后,应密切注意对气象、水文、泥沙等资料的观测和积累,以便阵地实际憎况采取相应措施。 山海关港泥沙填充成绩的辨析研究@孙精石$天津水运工程科学研究所!沽300456 @谷汉斌$天津水运工程科学研究所!沽300456 山海关港;;泥沙填充;

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