沙质海岸建筑物下游海岸侵蚀及防护措施研究综述

沙质海岸由于其活跃的泥沙运动,在修建突入海中的建筑物后,建筑物附近岸线会有较大变化,为方便对沙质海岸建筑物下游侵蚀问题和防护措施的进一步研究,基于前人的研究成果对上述内容进行综述。结合毛里塔尼亚友谊港等多个典型工程案例,从岸线变化和剖面变化两方面对沙质海岸建筑物下游的海岸变化规律进行分析。探讨丁坝、出水离岸堤及离岸潜堤3种防护措施附近的水沙运动机理,对人工养滩及旁通输沙这2种软防护措施进行综述。最后就沙质海岸建筑物下游海岸侵蚀问题及相应的防护措施未来的研究方向做出展望。

砂质海岸突堤式建筑物下游岸线变形数学模型

提出了一种改进的砂质海岸岸滩演变的“一线理论”数学模型 .该模型中考虑了岸滩演变过程中岸滩坡度变化的影响 ,并采用波浪折射、绕射和反射联合计算数学模型模拟掩护区的波浪场 ,提高了波浪计算的精度 .实例计算表明 ,在验证资料比较充分的条件下 ,该数学模型计算结果的可靠度较高 ,可供实际工程规划和设计时参考使用 .

京唐港粉沙质海岸风暴潮骤淤及整治工程措施物理模型试验

分析了粉沙质海岸京唐港附近自然条件,回顾了该港口近20a来的工程实践和探索研究,阐明了风暴潮引起的航道骤淤机理。开发建立了波浪潮流共同作用下泥沙物理模型,首次成功地进行了风暴潮骤淤物理模型复演,并对抵御风暴潮骤淤的挡沙堤整治工程措施进行了试验研究,提出了京唐港航道抵御风暴潮骤淤的挡沙堤布置应采用平行航道的东西挡沙堤平齐的延堤方案基本结论,该方案实施后效果良好。该研究的技术手段及京唐港挡沙堤布置完善的成功经验可为类似工程实践提供借鉴,具有重要的推广应用价值。

波流共同作用下细沙粉沙质海岸复合沿岸输沙率计算

应用能量原理建立波浪作用下沿岸输沙率公式时,通常采用波浪的"载沙量"与沿岸流的乘积推导而得.对于一般的沙质海岸,由于岸滩坡度较陡,波浪破碎带较窄,破波带内潮流流速与破波产生的沿岸流相比较小,常可忽略.而对于细沙粉沙质海岸,岸滩坡度相对较缓,风暴潮期间,近岸波浪较大,破波水深较深,破波带较宽,近岸潮流流速也较大.因此,细沙粉沙质海岸风暴潮期间波浪和潮流共同作用下的复合沿岸输沙率计算应当考虑波浪和潮流的共同作用.在以往波浪作用下沙质海岸沿岸输沙率研究的基础上,通过波浪潮流共同作用下近岸水流特性和沿岸输沙率特性港池试验研究,得出了波流共同作用下复合沿岸流计算公式,据此,将能量输沙原理导出的沿岸输沙率计算公式推广应用到波流共同作用下的复合沿岸输沙率计算,经与模型试验结果和现场实测资料对比,吻合良好.该公式可以有条件地推广应用到细沙粉沙质海岸波浪潮流共同作用下复合沿岸输沙率计算.

粉沙质海岸港区航道减淤工程措施研究

通过对唐山港京唐港区附近海岸演变进行调查和分析,结合唐山港京唐港区建港近二十年的现场观测资料,对港区附近的泥沙运动和港口航道泥沙淤积机理进行分析,对2003年10月强风暴潮期间,港口航道发生严重的泥沙骤於进行了研究,为解决港口航道特别是外航道的泥沙淤积问题,提出粉沙质海岸港区航道挡沙和固沙的工程措施,并通过物理模型对挡沙固沙措施的工程效果进行了模型试验。试验结果表明挡沙和固沙工程方案对航道泥沙减淤效果很明显,其中,挡沙方案目前已应用到唐山港京唐港区二期挡沙堤改造、三期挡沙堤的设计和建设工程中,已发挥其挡沙减淤的作用。

渤海湾南港工业区港池航道回淤研究

天津南港工业区位于渤海湾典型的淤泥质海岸,其港区为环抱式有掩护的平面布局,规划建设10万吨级航道。为准确预测港池航道的泥沙回淤状况,采用双向嵌套网格建立波浪潮流共同作用下的泥沙运动数学模型,考虑波浪辐射应力作用,以及波浪引起的紊动和波浪增强海床底部切应力对悬沙输移的影响。模型选取现场实测大潮作为代表潮,以工程海域附近测波资料的能量加权平均结果作为代表波,对邻近的天津港15万吨级航道年均回淤进行了验证,确定数学模型中相关泥沙运动与底床冲淤的计算参数。在此基础上,数学模型预测了南港工业区规划的港池航道总的年均回淤量,与天津港主航道资料类比,计算的南港工业区港区10万吨级航道泥沙回淤分布与淤积总量是合理的。

基于Copula函数的设计潮位过程要素组合风险分析

现行推求设计潮位过程大多采用高潮位与潮差同频率放大的方法,未考虑到二者遭遇可能性的大小。采用G-H Copula函数建立了年最高潮位和相应潮差的二维联合分布模型,通过组合风险分析法研究了设计高潮位和设计潮差的组合风险率。以天津港多年实测资料计算分析为例,结果表明:较大重现期的高潮位和潮差同时发生的概率较小,50年一遇高潮位与50年一遇潮差组合的风险率仅为0.05%,同频率设计偏安全,可依据组合风险率适当降低潮差设计标准。所采用的联合分布模型及其应用,在定量分析基础上为设计潮位过程的推求提供了一种新方法。

毛里塔尼亚友谊港岸线演变及防护工程

毛里塔尼亚友谊港所处海域为典型沙质海岸,面向大西洋,波浪作用下自北向南的沿岸输沙是其主要泥沙运动方式。该海岸泥沙中值粒径0.25 mm,年平均输沙约100万m^3。因为港口建设拦截了沿岸输沙,原本平直海岸线形成了港口北侧淤积和南侧冲刷的岸线形态。为保护堆场免受侵蚀,港口南侧于1991年建成了南挑丁坝,至2009年其南侧岸线已后退至根部,再度危及堆场和陆地设施安全。根据实测岸线资料,采用一线理论岸线演变数学模型,对港口南侧海岸不同防护方案进行了计算。结果显示,现有南挑丁坝与其南侧续建的T型丁坝之间岸线能很快调整至稳定状态,可对该岸段陆地设施起到保护作用。在现有丁坝南侧2 000 m处新建T型丁坝,平行于岸线的横头部分置于-2 m等深线,作为港口南侧岸线防护的推荐方案。沿岸输沙未得到补给的情况下,新的岸线防护工程在稳定上游岸线的同时,下游岸线的冲刷后退不可避免。考虑较长期限和更大范围的岸线稳定,还需采取每隔一定年限新建防护工程的措施。

天津北疆电厂海水资源开发利用及取水工程关键技术

天津北疆电厂是国家首批循环经济试点项目,其选址渤海湾西北湾顶,海岸坡缓水浅、含沙量大,不利于电厂取水。通过引潮沟方案和沉淀池方案的比选研究,最终采用两级沉淀调节池高潮进水方案,不仅具有取水保证率高、水质条件好,而且工程投资低、运行灵活、维护方便,是淤泥质浅滩上一种新型的取水方式。该电厂充分利用海水资源,并生产出高品质的淡化海水,标志着该项目的循环经济建设目标已经全部实现。

海河流域主要河口闸下通道风暴潮增水研究

建立东海-黄海-渤海大范围风暴潮二维数学模型,对9216台风风暴潮过程进行模拟,分析渤海湾造陆工程前后风暴潮增水对海河流域主要河口(海河口、永定新河口和独流减河口)闸下区域最高潮位的影响,并探讨有效降低河口闸下通道内风暴潮潮位的开发方式。研究表明:渤海湾围填海工程实施后,闸下通道内维持自然地形时,通道内最高潮位高于工程前;闸下通道实施地形开挖后,通道内最高潮位依然高于工程前,但较自然地形条件下抬高幅值有所减小。闸下通道结合开发建设港池航道等工程实施地形开挖,使得通道内水深增加,可降低通道内风暴潮增水幅度。

唐山港京唐港区泥沙运动特征与海岸性质界定

海岸性质的界定,是港口航道减淤措施合理布置的关键。通过地形资料和现场测量资料对京唐港区的水下地形地貌特征、泥沙特性以及沿岸输沙特点等进行了分析研究。研究结果表明,京唐港区泥沙中值粒径大于0.06 mm、沉积物中黏土含量小于15%、岸滩坡度通常大于1/1 000;泥沙运动具有沿岸泥沙运动特征,但与沙质海岸又有所不同,存在复合沿岸输沙,尤其在风暴潮期间,大浪产生的破波沿岸流与风暴潮潮流叠加,产生更为强烈的沿岸输沙能力。在粉沙质海岸定义基础上,将京唐港区海岸界定为细沙粉沙质海岸。在京唐港区航道防波挡沙堤布置上考虑复合沿岸输沙,取得良好效果。

天津港大沽口港区三维潮流数值模拟

建立三维潮流数学模型,采用潮位以及分层流速流向实测资料对模型进行验证,对天津港大沽口港区东、北防波堤延伸方案的潮流分布进行模拟研究。结果表明,港区附近表层与0.6h水深处流速大小较为接近,底层流速明显较小,各层的流向较为一致;港区现状口门布置条件下,口门附近流速和横流相对较大;口门东、北防波堤延伸工程实施后,口门航道附近水流流态明显改善,横流流速也进一步减小;从水流条件考虑,该延伸方案是合适的。

东营港区航道工程潮流物理模型试验研究

横流是东营港区港口航道建设中面临的关键技术问题之一。针对东营港区进出港航道工程不同防波挡沙堤布置下航道水流条件,采用潮流物理模型试验进行分析研究。结果表明:南、北防波堤形成后,口门航道处流速较大,从改善通航条件的角度出发,修建防波挡沙堤是必要的;防波挡沙潜堤保持相同的坡度,堤头分别修建至-12 m和-14 m时,口门航道水流流速逐步减小,口门横流也随之减小;随着防波挡沙堤堤顶高程增大,堤头挑流流速会有一定程度的增加;潜堤堤头建至-14 m等深线处、堤顶高程在-8 m左右是适宜的。

天津港大港港区口门布置优化水流条件

建立平面二维潮流数学模型，针对天津港大港港区口门防波堤不同长度及布置形式，从通航水流条件对不同口门布置方案进行计算分析。兼顾目前规划条件和未来发展条件，拟推荐防波堤长度4~5 km，口门内设置净宽1000 m的横堤，且横堤位置尽量靠近口门。研究成果可作为港区口门优化设计的依据及管理决策的参考。

连云港船厂水域回淤分析

应用数学模型，进行连云港船厂港区、航道海域波浪浅水变形和潮汐水流计算，在此基础上估算港区海域含沙量条件，并用半经验公式估算港区、航道的泥沙可能回淤率。文中还收集了邻近港区及航道泥沙国淤资料，结合动力条件进行分析，为以上预报的可信性提供佐证。文中最后基于港区航道泥沙固淤机制，对各设计方案进行比较分析，并提出修改建议，供选址工作参考。

京唐港区20万t级航道横流减控措施研究

针对京唐港区20万t级深水航道横流问题,建立平面二维潮流数学模型,研究第四港池南岛形成、现有防波挡沙堤潜堤出水条件下的横流特征,并提出相应的横流减控措施。研究结果表明,采用出水堤与潜堤相结合的型式,并选择合理的潜堤堤顶高程,能有效改善口门航道水流条件,为口门防波挡沙堤优化设计提供科学依据。

唐山港京唐港区深水航道建设关键技术

为了能在唐山港京唐港区典型的泥沙运动较活跃的细沙粉沙质海岸建设20万吨级深水航道,界定细沙粉沙质海岸的主要特征指标,系统研究细沙粉沙质海岸泥沙起动和输移规律。采用波浪潮流共同作用下细沙粉沙质海岸泥沙动床物理模型,模拟多年岸滩演变规律及其对航道骤淤的影响。利用波浪泥沙整体物理模型,模拟越浪携带泥沙和堤后二次波浪掀沙对内航道淤积的影响,合理确定第四港池防浪挡沙堤高程,并提出在复合沿岸输沙条件下的航道防淤减淤措施、挡沙堤布置原则以及适合于细沙粉沙质海岸的深水航道尺度确定方法。

天津港大港港区口门防波堤堤顶高程研究

从通航水流条件、码头泊稳条件以及港池航道泥沙回淤等角度进行综合分析与研究,论证天津港大港港区口门防波堤在现有2 km出水堤基础上,延伸2 km半高堤(堤顶高程3.5 m)的方案的可行性,为港区口门防波堤优化设计提供科学依据。

天津市滨海新区滩涂开发利用特征的遥感分析

为评估滨海滩涂开发利用对生态环境和水资源利用的影响,提出了滩涂开发利用特征遥感分析方法。该方法基于Landsat遥感影像,先利用阈值分割与目视解译相结合的方式解译人工岸线,再定位滩涂开发利用区并对其土地利用进行分类识别,然后通过人工岸线和土地利用的时空变化,分析揭示滩涂开发利用特征。采用2002—2018年五个时期Landsat遥感影像,利用该方法分析了天津市滨海新区滩涂开发利用的时空演变特征。结果表明该方法不受潮位影响,能够科学准确地反映滩涂开发利用特征。截至2018年,滨海新区人工岸线由2002年的146.22 km增加至315.69 km,增加了115.9%;累计围填海350.76 km^(2),为滨海新区增加了15.5%的土地资源;滩涂开发利用区新增的建设用地面积为63.43 km^(2),超过滨海新区新增建筑面积的20%;陆地区域未利用土地面积仅3.58 km^(2),而滩涂开发区内尚未利用的土地为228.05 km^(2),为未来发展提供了重要的后备土地资源。时间上,滩涂开发利用从2002年起步,2006—2014年扩展速度最快,此后明显回落,主要集中于2006—2014年;在空间上则以天津港与南港工业区附近为主。

毛里塔尼亚友谊港上下游岸线演变模拟及预测

毛里塔尼亚友谊港处于典型的强沿岸输沙型沙质海岸,年平均沿岸输沙量为90×10~4~100×10~4m^3。由于防波堤工程对上游沿岸输沙的拦截,港区岸线冲淤变化强烈。根据实测资料分析,采用基于"一线理论"的岸线演变数学模型,对友谊港上下游岸线变化作了整体验证,统筹分析了港口工程对上游淤积和下游冲刷的影响。在此基础上,进一步预测了友谊港未来20年的岸线变化情况。结果表明,在港区现有建筑物布置情况下,下游岸线的大幅冲刷将危及陆域土堤的安全,是友谊港未来防护的重点之一。若考虑每隔一定年限在下游增建丁坝工程,形成丁坝群护岸工程,可延长下游岸线的冲刷防护范围,减小对陆域建筑物的威胁。