黃承力,季有俊,潘國(guó)富
(國(guó)家海洋局第二海洋研究所 工程海洋學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310012)
沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人口的高度密集,土地資源的需求也隨之日益增加。合理的圍墾促淤,開發(fā)利用海灣淺灘、潮間帶豐富的土地資源成為了緩解人地矛盾的重要途徑之一。圍墾工程實(shí)施后,由于邊界條件的改變,將對(duì)工程區(qū)域及附近海域的水動(dòng)力條件、泥沙輸移環(huán)境及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。一般地,圍墾工程通過減弱潮流動(dòng)力,使得漲潮流挾帶的懸沙沉降在圍墾區(qū),懸沙“多進(jìn)少出”的累積,最終可以達(dá)到圍墾區(qū)不斷淤積的效果。然而,由于影響海床沖淤因素的多樣性和海灣淺灘水動(dòng)力條件的復(fù)雜性,往往難以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出工程區(qū)沖淤變化,對(duì)最優(yōu)圍墾工程方案的選取也造成了困難。因此,對(duì)工程后引起的海床沖淤演變機(jī)制進(jìn)行分析并準(zhǔn)確的估算出泥沙的回淤過程,是海岸工程學(xué)中一個(gè)很有價(jià)值并亟待解決的重大課題。
在浙閩沿海,廣泛分布著淤泥質(zhì)淺灘,淤泥質(zhì)海岸由粒徑為0.01~0.03 mm 的淤泥、粉沙、粘土等細(xì)顆粒物質(zhì)組成。岸坡平緩,潮灘發(fā)育好,泥沙供應(yīng)豐富,為圍墾促淤提供了有利條件。淤泥質(zhì)海岸淺灘上的水文觀測(cè)和風(fēng)浪掀沙研究表明:淤泥質(zhì)淺灘海域泥沙運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿κ秋L(fēng)浪和潮流,在風(fēng)浪和潮流綜合作用下的泥沙運(yùn)移形態(tài)主要是懸移質(zhì)。一般來講,促使淤泥質(zhì)海床沖淤演變的3 個(gè)主要參數(shù)是流速、含沙量和水深。其中流速參數(shù)最為活躍,是挾帶水體含沙量的能源,是引起海床沖淤的關(guān)鍵因素;含沙量常由流速?zèng)Q定,流速的改變可以引起含沙量的變化,但由于滯后效應(yīng),含沙量的變化落后于流速的改變;海床水深的變化由泥沙沖淤形成,更落后于含沙量變化,并有明顯的滯后性。流速、含沙量和水深相互影響,任一參數(shù)的改變將影響其余2 個(gè)參數(shù)的變化,反過來又會(huì)影響自身的變化從而引起海床沖淤演變。
目前,對(duì)圍墾沖淤演變計(jì)算分析研究方法主要有理論分析、物理模型、數(shù)學(xué)模型及半經(jīng)驗(yàn)半理論公式。理論分析往往難以直接運(yùn)用在工程實(shí)際當(dāng)中;物理模型精度較高,但投資大,周期長(zhǎng),并且存在尺度效應(yīng),如果控制不好,會(huì)直接影響結(jié)果的可靠性;數(shù)學(xué)模型往往受到泥沙實(shí)測(cè)資料不足以及計(jì)算歷時(shí)長(zhǎng)等多方面因素的制約,且計(jì)算精度也有待提高;國(guó)內(nèi)則多數(shù)使用半經(jīng)驗(yàn)半理論公式進(jìn)行計(jì)算分析。宋立松(1999) 通過定床潮流計(jì)算結(jié)果和河床變形方程求得初始淤積速率,利用最小能耗原理求得極限淤積平衡狀態(tài),最后通過灰色理論計(jì)算出整個(gè)淤積過程。徐群等(2005) 在甌江河口淺灘進(jìn)行估算分析,結(jié)合淤積干密度、垂線平均含沙量及淤積厚度與淤積時(shí)間關(guān)系,推導(dǎo)出初始淤積量和逐年淤積量公式。王義剛等(2000) 利用平面二維潮流數(shù)值模型得到工程前后流場(chǎng)分布,通過淤積強(qiáng)度公式計(jì)算出淤積強(qiáng)度,然后按照淤積強(qiáng)度對(duì)二維潮流模型進(jìn)行地形修正,從而進(jìn)行下一步流場(chǎng)計(jì)算,如此反復(fù)計(jì)算,得到每年的淤積強(qiáng)度。曹祖德等(2009) 通過研究海床沖淤演變機(jī)理,提出海床沖淤指標(biāo)及沖淤標(biāo)準(zhǔn),建立了海床演變預(yù)測(cè)方法,并計(jì)算出海床逐年淤積強(qiáng)度和最終沖淤?gòu)?qiáng)度。在潮間帶等淺灘,工程區(qū)往往會(huì)出現(xiàn)間歇性淹沒的現(xiàn)象,對(duì)淤積強(qiáng)度的計(jì)算增加了困難。吳楨等(2011)在平面二維潮流模型基礎(chǔ)上,利用修正水深及流速后的半經(jīng)驗(yàn)半理論公式,分析了漩門灣潮間帶圍墾工程后的沖淤變化。
這些沖淤計(jì)算方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍,但都沒有考慮到波浪對(duì)圍墾區(qū)沖淤的影響,實(shí)際的海灣,往往是波流共同作用下的?!安ɡ讼粕?,水流輸沙”是人們廣泛接受的泥沙輸移機(jī)制,在淤泥質(zhì)海岸則更為明顯。波浪對(duì)泥沙運(yùn)行的影響主要表現(xiàn)在促進(jìn)細(xì)顆粒泥沙懸揚(yáng)成為懸移質(zhì),然后進(jìn)入水體隨著水流方向輸運(yùn)。同時(shí),波浪也增強(qiáng)了水體的紊動(dòng),使得含沙量垂線分布較均勻,底床切應(yīng)力的增加,降低了泥沙沉降機(jī)率,懸沙容易隨著落潮流而流出圍墾區(qū),從而影響圍墾促淤工程的效果。此外,波浪通過波生流的作用而影響流速,進(jìn)而改變水流挾沙能力,對(duì)沖淤?gòu)?qiáng)度有直接的影響。因此,圍墾促淤效果對(duì)復(fù)雜波浪作用的響應(yīng)可以從沉降機(jī)率和水流挾沙能力兩方面進(jìn)行分析。筆者在平面二維潮流的基礎(chǔ)上應(yīng)用半經(jīng)驗(yàn)半理論的泥沙沖淤計(jì)算方法,利用當(dāng)?shù)貙?shí)測(cè)水文泥沙資料,選取符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的有關(guān)計(jì)算參數(shù),并考慮波浪對(duì)沉降機(jī)率和水流挾沙能力的影響,對(duì)舟山市釣梁圍墾二期工程區(qū)進(jìn)行沖淤預(yù)測(cè)計(jì)算。
王義剛等(2000) 通過竇國(guó)仁的潮汐水流懸沙運(yùn)動(dòng)微分方程,進(jìn)行一個(gè)潮周期內(nèi)積分,并假定工程前后不改變邊界來沙量則可以得到一年中沖淤?gòu)?qiáng)度p。
式中:S 為含沙量;q 為單寬流量;l 為潮流方向,H 為水深;ω 為懸沙沉降速度;S*為水流挾沙能力,下標(biāo)“1”表示工程前,“2”表示工程后;n 為一年中漲落潮過程個(gè)數(shù),Δz 為一個(gè)潮周期內(nèi)沖淤?gòu)?qiáng)度,α 為懸沙沉降機(jī)率;T 為潮周期;γc為泥沙干容重。
由(2) 式可見,沖淤?gòu)?qiáng)度與挾沙能力、懸沙沉降機(jī)率、懸沙沉降速度、干容重及歷時(shí)等因子有關(guān)。其中挾沙能力最為關(guān)鍵,其大小與潮流速、風(fēng)成流及波生流速度有關(guān);當(dāng)含沙量大于挾沙能力S*時(shí),懸沙淤積,反之,則出現(xiàn)沖刷。波浪作用會(huì)影響懸沙沉速和沉降機(jī)率,泥沙干容重也會(huì)隨著淤積歷時(shí)而變化。
沖淤?gòu)?qiáng)度計(jì)算的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確的挾沙能力計(jì)算。對(duì)于無徑流輸入的近岸海區(qū),劉家駒[7]通過分析認(rèn)為近岸海區(qū)水體含沙量與風(fēng)吹流、波浪和潮流密切相關(guān), 同時(shí)也與泥沙沉速和水深等因素有關(guān),因此,在風(fēng)浪和潮流作用下挾沙能力應(yīng)有如下函數(shù)形式:
式中:Vbt為風(fēng)吹流和潮流時(shí)段合成速度,Vw為利用淺水微幅波理論,取周期內(nèi)時(shí)間和水深平均而求得的特征波水平平均流速。通過量綱分析法,將風(fēng)吹流、波流和潮流以傅汝德數(shù)的形式體現(xiàn),則(3)式可寫成:
式中:K、m 和B 為待定的參數(shù),Vb為風(fēng)吹流流速;Vt為潮流流速;W 為風(fēng)速;c 為波速,H 為特征波高。
懸沙沉降機(jī)率主要跟泥沙粒徑和流速有關(guān)。Krone(1962) 考慮較均勻的粘性泥沙,將懸沙沉降機(jī)率定義為水流切應(yīng)力與臨界淤積切應(yīng)力的比值的參數(shù):
式中:τb水流切應(yīng)力;τcd為臨界淤積切應(yīng)力。臨界淤積切應(yīng)力可以參考長(zhǎng)江口粘性泥沙的研究成果τcd=0.072~0.08 N/m2。當(dāng)水流切應(yīng)力小于臨界切應(yīng)力時(shí),便發(fā)生淤積現(xiàn)象。波浪對(duì)泥沙沉降機(jī)率的影響主要表現(xiàn)在對(duì)水流切應(yīng)力的改變。Jonsson(1966) 綜合了前人的研究,對(duì)波浪底部邊界層問題作了全面的探討,認(rèn)為在波浪振蕩流作用下的最大底切應(yīng)力可以表示為:
其中,um表示近底波浪質(zhì)點(diǎn)水平速度最大值;fw為波浪底摩阻系數(shù)。計(jì)算波浪底摩阻系數(shù)的方法較為復(fù)雜,涉及相對(duì)粗糙度及雷諾數(shù)的問題。在工程上,可以根據(jù)區(qū)域選用經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算,對(duì)于較為平坦的淤泥質(zhì)海岸可以選用fw=0.01。
針對(duì)淤泥質(zhì)海岸工程區(qū)域特點(diǎn),可以考慮淺水情況,對(duì)um進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算:
考慮波流共同作用下的摩擦力,對(duì)波浪周期求時(shí)間平均,則波流作用下時(shí)間平均底摩擦力可以表示為:
利用新的沉降機(jī)率公式可以計(jì)算在波流共同作用下的沉降機(jī)率,這樣的考慮比較符合近岸圍墾區(qū)實(shí)際的水動(dòng)力環(huán)境。
在淤泥質(zhì)海岸,對(duì)于小于0.03 mm 的細(xì)顆粒泥沙,一般以絮凝的形式沉降,懸沙絮凝沉速主要受以下因素影響:泥沙粒徑、鹽度、溫度、水流紊動(dòng)強(qiáng)度、流速和含沙量分布、水和沙的擴(kuò)散交換以及相對(duì)的重力沉降等。在淤泥質(zhì)海岸,絮凝沉速可取ω=0.000 3~0.000 4 m/s。
泥沙淤積干容重會(huì)隨著淤積歷時(shí)的累積而變化。韓其為(1997) 在研究淤積物密實(shí)及干容重變化的基礎(chǔ)上,根據(jù)有效應(yīng)力分布得到了淤積物垂線平均干容重隨淤積歷時(shí)的關(guān)系式:
式中:γ0為淤積初期泥沙干容重(t/m3);tm為泥沙干容重參考時(shí)間(a);t 為淤積歷時(shí)(a);對(duì)淤泥質(zhì)海岸可取γ0= 0.65~0.8,t1= 1a。A 為系數(shù),根據(jù)實(shí)測(cè)資料確定,一般可參考范圍A=0.4~0.5。
取γ0=0.7 t/m3,t1=1年(a),則根據(jù)式(10)床面泥沙干容重與淤積歷時(shí)關(guān)系如圖1。
圖1 泥沙干容重與淤積歷時(shí)的關(guān)系
上文闡述了考慮波浪影響后的淤泥質(zhì)海岸圍墾促淤計(jì)算基本方法,包括波流作用下的挾沙能力、考慮波浪切應(yīng)力后的新沉降機(jī)率以及隨淤積歷時(shí)而變化的泥沙干容重。
舟山本島地處我國(guó)東南沿海長(zhǎng)江口南側(cè)、杭州灣外緣的東海洋面上,釣梁二期圍墾區(qū)位于舟山本島東北部(圖2),圍區(qū)東側(cè)與一期工程的長(zhǎng)春崗海堤及梁橫山相接,北部促淤壩連接釣山—烏龜山—牛頭山,長(zhǎng)約4 308 m。
圖2 釣梁圍墾工程地理位置及概況
通過工程區(qū)及附近設(shè)置的9 個(gè)定點(diǎn)水文測(cè)站,對(duì)潮流、潮位、懸浮體、沉積物底質(zhì)等進(jìn)行觀測(cè)。另外,還在測(cè)區(qū)附近海域螺門漁港碼頭布設(shè)1 個(gè)臨時(shí)潮位站,進(jìn)行為期一個(gè)月的潮位觀測(cè),水文測(cè)點(diǎn)與臨時(shí)潮位站分布如圖3。潮汐調(diào)和分析結(jié)果表明,該站(HK1+HO1) / HM2比值為0.42,因此可見螺門測(cè)區(qū)的潮汐性質(zhì)屬于正規(guī)半日潮。此外,螺門站淺水分潮與主要半日分潮HM4/HM2比值為0.06。屬半日淺海潮港類型,日不等現(xiàn)象較為明顯。
圖3 工程區(qū)水文測(cè)站位置
根據(jù)本次9 個(gè)潮流觀測(cè)站的實(shí)測(cè)資料計(jì)算統(tǒng)計(jì),大潮實(shí)測(cè)最大流速明顯大于小潮,且漲潮流速大于落潮流速。大潮時(shí)垂線平均流速在0.21 ~1.01 m/s 左右,中潮時(shí)在0.15~0.9 m/s 左右,小潮時(shí)在0.15~0.63 m/s 左右。
觀測(cè)表明,工程測(cè)區(qū)的含沙量具明顯的半日潮周期的變化特征。各測(cè)站懸浮體的主要粒級(jí)為0.002~0.032 mm,優(yōu)勢(shì)粒級(jí)為0.004~0.016 mm;從組成成分類別來看,粉砂是懸浮體主體,其次是粘土,懸浮體類型屬粘土質(zhì)粉砂。平均含沙量在0.211~0.669 kg/m3之間。粒度分析結(jié)果顯示,表層沉積物主要粒級(jí)為0.002~0.032 mm,優(yōu)勢(shì)粒級(jí)為0.008~0.032 mm。顆粒組成以粉砂為主,其次為粘土。沉積物類型為粘土質(zhì)粉砂。各測(cè)站表層沉積物中值粒徑在0.008 9~0.015 2 mm 之間,平均值為0.012 5 mm。
工程附近海域有牛頭山、大小長(zhǎng)涂島、秀山島、岱山島等諸多島嶼屏蔽,岱衢洋和黃大洋的波浪難以直接傳入,水道內(nèi)的波浪以風(fēng)浪為主,具有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性,即秋冬季大,春夏小。冬季主要受偏北大風(fēng)的影響,產(chǎn)生偏北向波浪。工程區(qū)域的波浪要素統(tǒng)計(jì)特征值如表1。
利用9 個(gè)站點(diǎn)實(shí)測(cè)泥沙資料,結(jié)合(4) 式,對(duì)工程區(qū)挾沙能力進(jìn)行擬合,得到適合工程區(qū)域的K、m 和B 參數(shù)值,K=7.34,m=1.27,B=0.16,圖4 為挾沙能力擬合結(jié)果。通過建立的工程區(qū)域挾沙能力公式,結(jié)合流場(chǎng)變化,即可對(duì)圍墾區(qū)沖淤狀況進(jìn)行分析。
表1 波浪要素統(tǒng)計(jì)特征值
圖4 挾沙能力與水動(dòng)力因素的關(guān)系
利用平面二維潮流數(shù)值模型較準(zhǔn)確地模擬出了圍墾區(qū)及附近海域工程前后的流場(chǎng)。模型采用245×164 的正交網(wǎng)格,并在工程區(qū)附近進(jìn)行局部加密處理,網(wǎng)格最小50 m,最大為200 m。時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置在1 min。圖5 為工程區(qū)圍墾前后潮流漲急與落急流場(chǎng)圖。因圍墾區(qū)內(nèi)部的實(shí)測(cè)水文資料不足,考慮圍區(qū)面積較小以及以往的建模經(jīng)驗(yàn),可以利用離圍區(qū)入口較近的水文測(cè)站資料對(duì)模擬進(jìn)行驗(yàn)證。故采用螺門臨時(shí)潮位站2012年8月27-31日潮位資料,對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行位潮驗(yàn)證;利用圍區(qū)內(nèi)部站點(diǎn)C1,外部C6 站點(diǎn)2012年8月30-31日的流速資料對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行流速驗(yàn)證,結(jié)果如圖6、7、8。
由圖6、7、8 可見,各驗(yàn)證點(diǎn)的潮位、流速模擬值與實(shí)測(cè)值的誤差很小,模擬的流場(chǎng)基本能夠反應(yīng)計(jì)算區(qū)的水動(dòng)力變化,可用于工程前后水動(dòng)力變化及泥沙動(dòng)力沉積分析。通過工程前后流場(chǎng)對(duì)比,很容易看出圍墾對(duì)工程區(qū)水動(dòng)力環(huán)境有較大的影響(圖5)。圍墾前,梁橫山與舟山本島間海域水體可以自由流通,漲潮時(shí),潮流分別從南北兩端傳入;圍墾后,由于北堤的阻攔,潮流無法自北向南進(jìn)入圍墾區(qū),同時(shí),南端潮流通過螺門漁港進(jìn)入圍墾區(qū)后,在北堤附近迅速減小,局部出現(xiàn)回流現(xiàn)象。落潮時(shí),進(jìn)入圍墾區(qū)的水體只能通過螺門漁港回落,梁橫島-螺門漁港附近出現(xiàn)較強(qiáng)的落潮流??傮w上看,圍墾后,北堤附近的潮流減弱,而在圍墾區(qū)南端則出現(xiàn)較強(qiáng)的落潮流。
圖5 工程區(qū)圍墾前后漲落急流場(chǎng)對(duì)比
圖6 螺門站潮位驗(yàn)證
圖7 C1 站流速驗(yàn)證
圖8 C6 站流速驗(yàn)證
為研究工程后圍墾區(qū)促淤效果,將圍墾區(qū)劃分為12×9 觀測(cè)點(diǎn)網(wǎng)格,對(duì)其中74 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行促淤效果觀測(cè)(圖9)。每年對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次測(cè)量,觀測(cè)時(shí)間從2005年6月30日-2010年6月30日,其中2007年以前由于北促淤堤尚處于修建階段,圍墾區(qū)北部沒有完全封閉,而所建立的平面二維潮流場(chǎng)模型是考慮北堤工程完工后的流場(chǎng),因此,本次促淤觀測(cè)資料僅選用2008-2010年共3年的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比研究。
圖9 沖淤?gòu)?qiáng)度觀測(cè)點(diǎn)網(wǎng)格
通過工程前后的流場(chǎng),計(jì)算出工程前后挾沙能力,利用模擬的潮流場(chǎng)及波浪參數(shù)確定沉降機(jī)率,每年取不同的干容重值,結(jié)合淤積強(qiáng)度公式(2)可以計(jì)算出每年沖淤的強(qiáng)度。為了探討波浪對(duì)沖淤?gòu)?qiáng)度的影響及定量的分析波浪的貢獻(xiàn)比例,沖淤?gòu)?qiáng)度分兩個(gè)方案進(jìn)行計(jì)算:1) 計(jì)算值P 僅考慮潮流場(chǎng)的作用;2) 計(jì)算值Pw 則選取表1 中平均波浪參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。表2 為選取的22 個(gè)計(jì)算點(diǎn)(圖9中黑色點(diǎn)) P 值與Pw 值計(jì)算結(jié)果對(duì)比,其中波浪影響比例取|Pw-P|/P。從表2 可以看出,P、Pw 都與實(shí)測(cè)值較為接近,比較好地反映了圍墾后的沖淤變化,然而,在部分微沖的點(diǎn),如L1-3、L3-2、L5-7、L9-7,P 值則難以體現(xiàn)出海床的沖淤變化,甚至出現(xiàn)相反的沖淤結(jié)果,而考慮了波浪效應(yīng)的Pw 值則較好的刻畫出了海床的真實(shí)沖淤變化,與實(shí)測(cè)值更為吻合。因此,對(duì)于淤積的區(qū)域,且波浪的作用無法改變淤積狀態(tài)時(shí),其效應(yīng)主要表現(xiàn)為波生流提高挾沙能力,為淤積區(qū)域挾帶更多的沉積物質(zhì),進(jìn)而促進(jìn)淤積過程;對(duì)于沖刷的區(qū)域,波浪的作用表現(xiàn)為減小沉降機(jī)率,增強(qiáng)底切應(yīng)力,促進(jìn)沖刷過程。從釣梁圍墾工程計(jì)算結(jié)果來看,波浪對(duì)沖淤的影響比例在0.76%~17.5%.
表2 計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比
將實(shí)測(cè)值進(jìn)行插值,得到圍墾區(qū)2007~2010年共3年實(shí)測(cè)累積沖淤?gòu)?qiáng)度的分布(圖10),圖11為利用模擬結(jié)果并考慮波浪效應(yīng)計(jì)算得到的累積沖淤?gòu)?qiáng)度Pw 的分布。由于只有圍墾區(qū)內(nèi)的實(shí)測(cè)值,區(qū)外的沖淤分布則無法與計(jì)算沖淤?gòu)?qiáng)度進(jìn)行比較。在圍墾區(qū)內(nèi),累積沖淤?gòu)?qiáng)度在-1~9 m 之間,圍區(qū)南部出口處淤積厚度較大,在5~7 m 之間,北區(qū)及東西兩側(cè)淤積厚度較小,局部出現(xiàn)微弱沖刷現(xiàn)象,這可能與地形的北淺南深有關(guān),圍墾北區(qū)及西區(qū)水深基本在2~3 m 左右,而南部出口附近水深基本在10 m 以上,最深可達(dá)20 m 左右,水動(dòng)力環(huán)境的改變更容易使南區(qū)的泥沙發(fā)生淤積,因此,潮流從圍區(qū)外挾帶的泥沙首先在南區(qū)淤積,而后較少部分泥沙繼續(xù)向北區(qū)、西區(qū)運(yùn)輸,來沙量的減少致使水動(dòng)力較弱的北區(qū)和西區(qū)淤積厚度反而較小。同時(shí),潮流進(jìn)入圍區(qū)后將兩側(cè)淺灘淤泥揚(yáng)起,而后部分淤泥隨著落潮流帶到南部出口淤積。計(jì)算的累積沖淤?gòu)?qiáng)度同樣反映出了這一特征,計(jì)算累積沖淤?gòu)?qiáng)度在-2~10 m 之間,南部出口處淤積厚度在5~8 m之間,北區(qū)及兩側(cè)淤積厚度較小,計(jì)算結(jié)果基本上與實(shí)測(cè)累積淤積強(qiáng)度相符合。但在個(gè)別小范圍區(qū)域,計(jì)算累積沖淤?gòu)?qiáng)度分布與實(shí)測(cè)累積沖淤?gòu)?qiáng)度分布還是存在差異,地形數(shù)據(jù)分別率較低,無法全面的反映局部地形的起伏,可能是引起計(jì)算結(jié)果小范圍差異的原因;另外,對(duì)潮流場(chǎng)的平均化及忽略泥沙再懸浮等復(fù)雜機(jī)理,也是引起局部沖淤?gòu)?qiáng)度分布差異的因素。從整體來看,計(jì)算結(jié)果較好的反映出了圍墾區(qū)內(nèi)的沖淤變化趨勢(shì),對(duì)圍墾工程方案的選取和評(píng)估有較好的應(yīng)用價(jià)值。
圖10 實(shí)測(cè)累積沖淤?gòu)?qiáng)度分布(單位:m)
圖11 計(jì)算累積沖淤?gòu)?qiáng)度分布(單位:m)
海岸泥沙對(duì)海岸工程響應(yīng)機(jī)制的研究和應(yīng)用是一個(gè)非常復(fù)雜的問題,文章利用所建立的淤泥質(zhì)海岸圍墾促淤計(jì)算方法對(duì)舟山釣梁圍墾二期工程進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)資料相比,取得了較理想的結(jié)果,說明計(jì)算方法是可行的。
(1) 利用工程區(qū)水文泥沙資料確定當(dāng)?shù)貟渡衬芰絽?shù)K,m,B,便可對(duì)圍墾區(qū)進(jìn)行沖淤計(jì)算,該方法可供工程實(shí)際應(yīng)用。
(2) 波浪對(duì)沖淤?gòu)?qiáng)度的影響是不可忽略的,考慮波浪效應(yīng)后計(jì)算的沖淤?gòu)?qiáng)度Pw 與實(shí)測(cè)結(jié)果更為接近,在釣梁圍墾二期工程區(qū),波浪影響的比例在0.76%~17.5%之間,對(duì)沖淤與否的臨界判斷有關(guān)鍵性的作用,且波浪在淤積區(qū)域及沖刷區(qū)域分別表現(xiàn)出不同的效應(yīng)。在淤積區(qū)域,波浪通過提高挾沙能力,為淤積區(qū)域提供更多的沉積物而加快淤積過程;在沖刷區(qū)域,波浪以減小沉降機(jī)率、增強(qiáng)底切應(yīng)力的形式,促進(jìn)沖刷過程。
(3) 由于缺少實(shí)測(cè)波浪參數(shù),本次計(jì)算所采用的波浪數(shù)據(jù)為工程區(qū)多年平均波浪特征參數(shù),若采用實(shí)測(cè)波浪參數(shù)則可望達(dá)到更為理想的結(jié)果。
曹文洪,1999.潮流和波浪作用下懸移質(zhì)挾沙能力研究述評(píng).泥沙研究,(5):74-80.
曹祖德,肖輝,2009.潮流作用下淤泥質(zhì)海床沖淤演變預(yù)測(cè)及應(yīng)用.水道港口,(2):1-8.
國(guó)家海洋局第二海洋研究所,2012.舟山市釣梁三期圍墾項(xiàng)目工程海域岸灘沖淤穩(wěn)定性分析報(bào)告.
韓其為,1997.淤積物干容重的分布及應(yīng)用.泥沙研究,(2):10-16.
宋立松,1999.錢塘江河口圍墾回淤過程預(yù)測(cè)探討. 泥沙研究,(6):74-79.
王義剛,林祥,馮衛(wèi)兵,2000.計(jì)算淤泥質(zhì)海岸圍墾多年回淤?gòu)?qiáng)度的一種簡(jiǎn)便方法.河海大學(xué)學(xué)報(bào),(11):100-102.
吳楨,2011.海岸工程影響下潮間帶泥沙沖淤變化計(jì)算.水運(yùn)工程,(7):6-10.
夏華永,2007.湛江灣填海工程對(duì)海床沖淤的影響預(yù)測(cè).海洋通報(bào),(1):61-66.
徐群,張繼昌,王俊,等,2008.甌江河口淺灘促淤估算分析.海洋工程,(8):39-44.
鄒志利,2009.海岸動(dòng)力學(xué)(第四版) .北京:人民交通出版社.