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海岸工程对水流和泥沙运动的影响

摘要：海岸工程建设过程中,由于种种因素的影响会给周边海域的水沙环境等造成不同程度的影响.基于此本文以某港为例,采取波浪潮流泥沙数学模型,对该海港城海岸工程实施以来对周围水域水流泥沙运动的影响程度分析,找出影响周边海域水沙环境的因素,为相关工程在施工中提供一定的借鉴.

关键词：海岸工程水流与泥沙运动数值模拟

随着社会发展步伐的不断加快,给各行各业的发展带来了新的契机,尤其表现在沿海地区,大型海岸工程建设也要突破瓶颈,谋得更长远发展.由于受到冰川、海浪等作用,使得水中泥沙运动情况表现出复杂化的状态,为了将淤泥质海岸的深水岸线资源得以最大限度利用,施工单位相关人员经过实地考察与深入探究后,采取环抱式防波堤的方式有效减缓海岸中泥沙的运动状况,最终起到防浪挡沙的效果.

1．实例工程概况

此工程港地处于潮汐区域,该区域受到南黄海驻波系统的作用,对周围水域水流泥沙运动造成一定的影响.该港地外海潮流呈现出逆时针旋转,海区以风浪为主.海域泥沙平均粒径为0.002~0.004mm,为淤泥质海岸.近岸水体年平均含沙量为0.21~ 0.24kg/m3,泥沙以悬沙为主要运动方式.工程港平面布置如图1所示.港区口门位于-5m深线处,口门宽度可达1.2km,位于-5m等深线处；顺岸宽度为8`12km范围内,围海面积达到70 km2以上；双导堤延伸至-2m等深线处,东导堤长度为11km,西导堤长度为8.4km,导堤为半潮潜水堤,堤顶高程可达3m.

2．潮流模拟及结果分析

2.1数值模拟

选取2 0 04年7月的实测大潮作为计算潮型,对工程前后潮流场的数值情况进行比对分析.

2.2计算结果分析

（1）通过对潮流场施工前后海域流矢图的分析可知,项目还未开工前,港口海域外海主要表现出旋转流的方式,而近海部位则呈现的出的是往复流方式.当工程正式实施后,外海处的超流矢量并未发生明显的变化,工程周边的海域则发生了显著的变化,如图2、3所示.

工程电站取水口导堤与港区间水域的潮流形式为往复流状态,与新岸线相互平行,主轴方向表现出一定的偏转现象.与施工前相比较而言,流向基本无变化,而流速明显降低.

（2）通过对工程前后的流速特征分析可知,自工程实施以来,工程区域以外的地方潮流流速并未发生明显的变化,而靠近岸区的地方潮流较之前发生了显著变化.

a .堤头增速区：工程实施后,海岸挑流作用突出,从而增强了堤头外侧海域的水动力.比如：①防波堤头与电站取水口周围水流速度明显增强,在涨潮过程中,防波堤段部位水流速度会明显增强,全潮平均流速同比增长了4 0%,全潮最大流速增值可达60%.流速增加的范围以及强度都比涨潮时有所增强.②口门外与南侧防波堤堤角外侧为港区外海域的流速增大区,在落潮阶段,水流平均流速为防波堤突出长度的一倍之多,全潮平均流速增大值达50%之多,全潮最大流速增加值为90%,在距离口门4km~7km处,均可看到明显的涨潮、落潮现象,而且水流速增加到50%以上.③在双导堤堤头的一定范围内,水流速度也较之前表现出明显的增长趋势,堤头外的5%涨潮平均流速增幅变动较大的区域分别距离口门的距离为2.5km与3.6km.

b.口门航槽增速区：自环抱式防波堤形成以来,不管是在涨潮期间,还是在落潮期间,港区内的水流速都较大.与口门相近的航槽内还会形成一大片的流速增强区,在这一区域内,水流速非常大,全潮最大流速增幅可达70%以上.

c.港池与海湾减速区：由于建筑物会对水流速起到一定的制约作用,这也是造成港区内与工程间海湾水流速减弱的主要原因.由外海向岸边区域水流速呈现出递增趋势.比如：①在港区内部水流速逐渐递减,而到口门周围航槽的水流速则逐渐递增,但递增速度较为缓慢,与口门距离越远,减小现象越明显.②对于港区之间的海湾来说,涨落潮平均流速在湾口减少了20%,而在湾底部位出现了反转现象,流速增加到了60%.置于港区与灌河口之间的近岸海域,涨落潮的平均流速减幅控制在10%~50%,越靠近海岸边,减幅程度越突出.③与灌河双导堤相距15km的水域周围涨落潮平均流速减幅为50%以上.从整体情况来分析,自海岸工程实施以来,对大面积的海域影响程度不大,潮流动力趋于稳定,但对周边水域,造成一定的影响,使得水流速降低,建筑物挑流区域口门航槽流速急剧增大,扩大了防波堤的影响范围.

3．泥沙模拟及结果分析

3.1数值模拟

现以2 0 05年9月实测大潮作为计算潮型的参考标准工程实施前后海岸中含沙量场的模拟计算进行比对分析.

3.2计算结果分析

在施工前对该港海城含沙量进行调查分析可知,该区域的含沙量分布特征为外海低、近岸高的基本特征,含沙量等值线与等深线处于平行状态.淤泥质海岸泥沙运动方式主要表现为两种：一是波浪掀沙；二是潮流输沙.当海浪从外海岸向近海岸传来时,由于海浪来势较汹涌,会使得浅水表面发生变形现象,对传过来的波浪会造成一定的冲击,破坏了海浪的完整性.经破碎的波浪具有极强的掀沙作用,会随着潮涨潮落向四周进行扩散.该港海域有两个显著的高含沙量区,主要分布在灌河口外与河口部位,泥沙从东南向西北方向逐渐扩散.从灌河口部位直至埒子口再到旗台咀水域这一范围内,含沙量的分布特征是东边高,西边低的态势,这种现象足以说明从灌河口向港海域的悬沙会不断扩散而且海水中含沙量也会逐渐降低.单从泥沙来源层面来分析,灌河口区域内施工前年平均含沙量出现了显著变化,这些泥沙绝大多数是从东南部的外浅滩流入的,有一小部分则是从近岸滩地流入.

工程自实施以来,该港海域内含沙量基本无变化,高含沙量的区域位置依旧不变,泥沙是由东南向西北逐渐扩散的.但由于双导堤工程的实施,有效阻隔了泥沙的移动,减弱了近岸潮流水动力,使得工程区域与附近海域的含沙量均出现了下降,从工程实施前0.40 ~ 0.70kg/m3 减少到工程后的0.10 ~ 0.30kg/m3.港区防沙堤的修建一方面增强了波浪的掩护效果,另一方面也可有效降低泥沙的来源,减少水中泥沙的含量.口门处的含沙量为0.10 kg/m3,港区内的含沙量则呈现出逐渐递减的趋势,在港区末端,含沙量小于0.05k g /m3.该港区防波堤的修建减弱了波浪的掀沙能力,减少了泥沙的来源渠道,确保水流速处于正常水平,而且在一定程度上也能降低水流等对海岸工程所带来的不良影响,起到一举多得的双重效果.港湾内含沙量等值线从口门部位向内逐渐扩散,口门处的含沙量为最大值,可达0.15 ~ 0.18kg/m3,然后逐渐递减,在旗台港池延伸段时含沙量小于0.10kg/m3.

4．结束语

综上所述,本文通过以某海港为例,采取波浪潮流泥沙数学模型进行计算,对海岸工程施工前后对周围水域泥沙运动影响程度进行分析后得出,工程实施后,工程区域以外的海域潮流场与含沙量基本保持不变,而区域内以及邻近海域,水中含沙量显著降低,周边海域的水沙运动也受到了一定程度的改变,对海岸冲淤演变产生了影响.

参考文献：

[1]刘斯奇,杜壹轮.海岸泥沙运动研究综述和展望[J].硅谷,2013,（04）：56-58.

[2]项立辉,安成龙,张晓飞.连云港近岸海域表层沉积物沉积特征及粒径趋势分析[J].应用海洋学学报,2015,（03）：78-82.

[3]刘佰琼,徐敏.埒子口海域表层沉积物重金属空间分布特征及生态风险评价[J].生态与农村环境学报,2014,（05）：94-97.

海岸工程论文范文结:

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