疏浚抛泥工程引起的悬沙增量变化分析

由描述工程前后二维悬沙运动的控制方程出发,梳理了二维悬沙增量控制方程的推导过程。利用过程中一系列的简化,阐明了悬沙增量方程与悬沙方程不仅是形式上的不同,其近底泥沙通量项已发生物理意义的改变,且求解的泥沙边界条件也发生变化。工程抛泥若造成沉降机率、沉降速度等参数及物理量发生较大变化,悬沙增量方程能否采用值得重新商榷,因此其适用范围需在计算中加以关注。在本文的实例计算中发现,采用工程前后悬沙运动控制方程比较得到的结果与悬沙增量控制方程计算结果大致相同。悬沙增量方程在实例中得到了较好的应用。

外海抛泥过程中悬浮泥沙扩散输移的数值模拟

建立了平面2D潮流和增量悬沙输移扩散的数学模型,通过非结构网格的有限单元法离散求解。应用该模型对苍南电厂港池和航道疏浚物抛泥过程中悬沙扩散输移模拟,模拟结果与工程施工过程的监测结果吻合较好,数字化的再现了抛泥过程中悬沙的输移扩散机理,为苍南电厂港池和外航道疏浚物倾倒区选划和环境影响评价提供了依据。

疏浚土倾倒后悬浮泥沙扩散输移的数值模拟

疏浚土的处置是航道疏浚整治中需要解决的问题。疏浚土在倾倒区倾倒之后,大部分疏浚土会沉积在抛泥区附近,其余泥沙将在抛泥点的局部区域形成高浓度悬沙,在重力、波浪、潮流、风生流等因素作用下扩散输移。建立了平面二维潮流、悬沙浓度增量输移扩散的数学模型,采用有限单元法离散求解,研究了虾峙门口外航道整治工程中疏浚土倾倒后悬浮泥沙在水体中的扩散输移,以此分析抛泥后不同悬沙浓度增量的悬浮泥沙的扩散范围。虾峙门口外外海处设置了1#、2#、3#倾倒区,模型计算结果表明,各悬沙浓度增量的悬浮泥沙扩散最大面积的最小值及包络线面积的最小值均发生在3#倾倒区抛泥的工况,原因在于3#倾倒区位于外海,水深明显大于1#、2#倾倒区,其倾倒区容积最大。可见,在水动力条件相当的情况下,水深条件形成的各倾倒区容积对悬浮泥沙的扩散和输移是有影响的。倾倒区容积越大,对悬浮泥沙扩散和输移越有利。从经济因素来看,疏浚船的运输距离所发生的运费是不可忽略的,疏浚航道至1#、2#倾倒区的距离要短于至3#倾倒区的距离,把疏浚土运至1#和2#倾倒区的运行费用明显低于运至3#倾倒区的运行费。研究结果建议,选择1#和2#倾倒区为疏浚土倾倒区,并根据潮流方向灵活安排施工作业,可将1#倾倒区作为落潮时疏浚土的倾倒区,2#倾倒区作为涨潮时疏浚土的倾倒区。

港池和航道疏浚过程中悬浮泥沙扩散输移的数值模拟

建立了平面2D潮流和悬沙增量输移扩散的数学模型,通过有限单元法离散求解此模型,应用该模型对苍南电厂港池和航道疏浚过程中的悬沙扩散输移进行模拟,挖泥过程中的悬沙增量采用恒定源强,再现了疏浚过程中增量悬沙的输移扩散机理。

开挖过程中悬浮泥沙扩散输移的数值模拟

通过建立平面二维潮流和悬浮泥沙输移扩散的数学模型,模拟某挖泥工程中悬浮泥沙的扩散输移过程,并应用非结构网格的有限单元法进行离散求解。该模型结合工程实际,采用连续线源模拟挖泥过程中的增量悬沙,以揭示其在开挖过程中扩散输移的机理,为工程环境影响评价提供科学依据。

防波堤抛石过程中悬浮泥沙扩散输移的数值模拟

基床抛石是防波堤主体建设基槽施工中常采用的方法之一.运用经过实测资料验证的二维潮流、悬沙数学模型,研究枸杞岛防波堤工程施工期由于抛石引起的悬浮泥沙在水体中的扩散输移.针对基础建设海域附近水动力环境进行计算分析,根据不同潮时所布特征站位的流速分布制定4种抛石工况,预测评价不同抛石位置及不同工况下悬沙增量的扩散过程及区域,并计算各工况下悬浮泥沙增量最大影响范围.结果表明,为减小抛石引起的悬浮泥沙扩散范围,在确定抛石位置时,需结合以往经验选择流速较小的弱流区,考虑不同工程区域同时施工对悬浮泥沙增量可能产生的相互影响,并注意工程海区的潮流性质以及地形和岸线变化.计算结果可为防波堤施工期抛石位置的选择和工程环境影响评价提供科学依据.