粉沙质海岸港口设计关键技术探究

　　摘要：随着我国经济高速持续发展，粉沙质海岸地区相继提出了海岸防护和围滩造地的要求，研究粉沙质海岸泥沙运动对于发展我国沿海经济、加速港航建设、提高海岸泥沙研究的科学水平有重要意义。本文针对粉沙质海岸港口航道泥沙淤积特点，根据我国粉沙质海岸港口泥沙问题研究进展，探究粉沙质海岸港口设计关键技术。

　　关键词：粉沙质海岸 泥沙淤积 港口设计 防淤减淤 关键技术

　　Abstract: along with the rapid economic sustainable development, powder quality coast have put forward the coast protection and the requirements of the land around the beach, the powder for the development of coastal sediments in China's coastal economy, accelerating waterway construction, improve the coast of sediment research of scientific level to have the important meaning. This article in view of the powder quality coast port channel sediment deposition characteristics, according to China's coast port of powder sediment problem research progress, and explore powder quality coast port design key technology.

　　Keywords: powder quality coast port design the silt sediment deposition sedimentation reduction key technology

　　Abstract: along with the rapid economic sustainable development, powder quality coast have put forward the coast protection and the requirements of the land around the beach, the powder for the development of coastal sediments in China's coastal economy, accelerating waterway construction, improve the coast of sediment research of scientific level to have the important meaning. This article in view of the powder quality coast port channel sediment deposition characteristics, according to China's coast port of powder sediment problem research progress, and explore powder quality coast port design key technology.

　　Keywords: powder quality coast port design the silt sediment deposition sedimentation reduction key technology

　　在海岸分类中习惯用d50作为分类标准。从工程泥沙角度，学术界将泥沙中值粒径在0.03 mm≤d50≤0.10 mm的海岸定义为粉沙质海岸。粉砂质海岸是河口泥沙沉积物在波浪、潮流长期综合作用下的结果，其形成需要丰富的泥沙条件和潮流动力条件。我国的粉沙质海岸段多分布在辽东、冀东、鲁北、鲁东、鲁南、苏北等海滨地区，约占我国适宜建港岸线的三分之一。

　　但由于粉沙质海岸泥沙活跃，受波浪潮流影响易起易沉，易发生骤淤，一般来说，许多该类型海岸建港的自然条件都不够理想，抗风暴潮能力差，港外航道在风暴潮期间由于泥沙运动容易引起骤淤，影响船舶通航。以为京唐港例。在2003年以前，京唐港航道通过整治只能满足3.5万吨级船舶通航，而且一直受到风暴潮骤淤的困扰，航道疏浚量大。2003年10月中旬一次大风暴潮，使9月份竣工的3.5万吨级航道内泥沙淤积总量186万方，最大淤积厚度达5.5m，致使航槽淤平而碍航。

　　粉沙质海岸港口的泥沙淤积已严重影响港口的正常运营，造成了巨大的经济损失。并随着近年来沿海地区相继提出建港辟航的要求，如河北京唐港、沧州港，山东潍坊港、东营港，江苏如东港等地。这些己建或在建港口及航道也都相继发生了较严重的泥沙回淤问题。

　　从上世纪90年代初开始，深受粉沙危害的庄河港、黄骅港、滨州港、潍坊港、东营港开始研究建港前的工程泥沙问题。但当时学术界对粉沙质海岸并没有认识，仍以淤泥质海岸的泥沙理论作为理论指导。直到20世纪末，滨州港和黄骅港外航道发生了严重淤积，人们才逐渐认识到粉沙质海岸泥沙运动的特殊性及骤淤的灾害性，国内学者也才开始建立了粉沙质海岸概念，并在后来的过程中结合国内已有的几个粉沙质海港的建设情况开展了较系统的研究。如今，针对粉沙质海岸的泥沙淤积问题，相关的研究成果已渐趋丰富，包括海岸港口航道建设布局模式研究、航道淤积与整治研究、建筑物附近冲刷研究潮流等等。本文将根据这些研究成果进行粉沙质海岸港口设计关键技术探究。

　　一、粉沙质海岸航道淤积与防淤减淤技术

　　粉沙质海岸泥沙活跃，易起易沉，易发生骤淤，曾一度被视为建港“禁区”。1992年11月，京唐港的一场东北大风使防沙堤堤头段出现了较为严重的集中淤积现象，最大淤强达甚至到了3.7m;2003年10月，黄骅港发生的大风骤淤，造成黄骅港外航道严重淤积，淤积总量达到970万m³ 。粉沙质海岸泥沙淤积问题引起了学界的高度重视，并开始了防淤减淤技术的系列研究，包括航道淤积机理、航道淤积特点的研究、航道淤积公式的建立、悬移质与推移质淤积比例研究和数学模型研究等。

　　大多学术专家认为，波浪掀沙是港口外航道淤积的主要原因，因为外航道的强淤部位是与波浪的破碎带相对应的，强淤部位在离岸方向随波浪强度的大小而摆动，波浪越大强淤部位越靠外。根据波浪掀沙淤积机理，他们指出，黄骅港外航道整治工程应该采用较长的防沙堤来掩护，以尽量减小波浪掀沙后水流携带泥沙造成的外航道淤积。2005年，黄骅港外航道采用了顺航道延堤方案，减淤效果明显。

　　2009年5月，中交第一航务工程勘察设计院完成“粉沙质海岸港口泥沙淤积理论及减淤措施研究”项目，首次提出并建立了粉沙质海岸港口工程减淤效果评价系统，论证了粉沙质海岸航道两侧防沙堤的合理间距、长度和堤顶高程的确定原则和方法。这项研究成果为在泥沙运动活跃的粉沙质海岸建设港口航道提供了技术支持，已成功应用于京唐港、黄骅港、滨州港等多个粉沙质海岸港口，并取得了良好的经济及社会效益。

　　目前，学界公认的解决粉沙质海岸航道淤积问题的原则是整治与疏浚相结合。

　　二、粉沙质海岸风暴潮骤淤模型技术

　　众所周知，粉沙质海岸港口航道淤积主要是指大风骤淤，那么，发展航道骤淤物理模型就变得十分必要。根据2008年6月的《粉沙质海岸京唐港航道风暴潮骤淤及整治关键技术研究》成果，该成果开发了波浪潮流共同作用下的粉沙质海岸泥沙动床物理模型，根据风暴潮前后现场实测资料在国内外首次对京唐港航道骤淤过程进行了复演，并对风暴潮骤淤的防淤减淤整治工程措施三类方案进行了全面系统的试验研究。

　　另一方面，由于粉沙的起动流速、悬扬流速远较淤泥和沙的小，这就要求模型沙起动流速、悬扬流速也要很小，这给模型选沙带来了较大的困难。此外，物理研究模型面临存在周期长，成本高等问题，适用范围也局限于对粉沙质海岸建筑物的局部研究。相对之下，经济、快速、修改方便的数学模型更具优越性。目前，数学模型在我国海岸泥沙研究领域几乎空白。我国的粉沙质海岸港口研究亟需泥沙数学模型技术。

　　三、粉沙质海岸港口航道布局技术

　　由于粉沙质海岸泥沙问题的特殊性(地貌、气象、水动力环境等)，对粉沙质海岸的港口航道选址及港口航道布置，必须在分析海岸动力条件，掌握泥沙运动基本规律的基础上，结合所建港口条件和港口使用功能，采取相应的港口布置。

　　目前，我国的粉沙质海岸港口主要有以下三种布局模式：近案式布置，如黄骅港;挖人式布置，如京唐港;离岸式布置，如东营港、潍坊港。这些港口布置有一个共同特点，即港口航道两侧均布置有防波挡沙堤。根据粉沙质海岸泥沙运动特点，浅水区防沙波堤一般采用出水堤，深水区则采用潜堤防沙堤。并在建设过程中，通过对已建港口防沙堤的分析，水利科学研究专家罗肇森建议粉沙质海岸港口防沙堤的高度取2m，防沙堤的伸延长度以能达到一次大风(50年一遇)仅淤积0.7-1.0m为宜。

　　为减少淤积，防沙堤的建设是必要的。但由于防沙堤的建设投资较大，目前的设计又没有一套可供参考的原则和方法，造成我国粉沙质海岸港口的布置雷同度较高，减淤技术缺乏一定的合理性与科学性。

　　随我国经济高速持续发展，粉沙质海岸地区相继提出了海岸防护和围滩造地的要求，研究粉沙质海岸泥沙运动对于发展我国沿海经济、加速港航建设、提高海岸泥沙研究的科学水平有重要意义。需要指出的是，本文所讨论的粉沙质海岸，主要是针对波浪作为主要动力掀沙而潮流作用不用使泥沙大量悬扬的粉沙质海岸而言的。实际上，我国还存在一部分潮流动力作用很强的粉沙质海岸河口，如江苏如东海岸等，对这些海岸的港口平面布置，还需要进一步研究。

　　参考文献：

　　[1] 赵冲久.波浪作用下粉沙质底沙运动特性的试验研究.水道港口，1994年.

　　[2] 韩西军.粉沙质海岸泥沙淤积的研究.水道港口，1994年.

　　[3] 徐宏明，张庆河.粉沙质海岸泥沙特性实验研究.沙研究，2000年.

　　[4] 叶青，翁祖章.黄骅港建设中的若干问题的探索.泥沙研究，1998年.

　　[5] 王成环.京唐港附近海域粉砂质泥沙运动规律与整治措施.港工技术，2000年.

　　[6] 于咏.京唐港航道扩建工程方案对比研究,水道港口，2001年.

　　[7] 杨华，麦苗.粉沙质海岸建港的新模式.水道港口，2004年.

　　[8] 张庆河，张金凤，杨华，李世森.粉沙质海岸港口布置模式探讨.中国港湾建设，2005年.

　　[9] 许国辉，刘德辅，贾同彬.粉沙淤泥质海岸开敞航道淤积模式探讨.海岸工程，2005年.

　　[10] 吴相忠，张庆河，张娜，杨华.黄骅港海域 三维流场数值模拟.水利水运工程学报，2005年.