围海工程对海底泥沙淤积影响分析

□ 韩永林（浙江省水利水电建筑监理公司）

0 引言

新泓口围堤方案为北直堤长1.70km，南直堤长1.10km，顺堤（东直堤）长3.60km，围海面积537hm2。二期管道镇海登陆点位于顺堤北部，距离北直堤约300m。围海工程于2008年至2009年建成，其建设对海堤附近的海底地形产生了影响。文章根据实测的地形和水文泥沙资料，分析该工程海域的水文泥沙和地形特征；采用潮流数学模型，结合泥沙冲淤半理论半经验公式，计算分析该工程建设对潮流和泥沙淤积的影响。

1 潮流数学模型

二维潮流的基本方程包括水连续性方程和动量守恒方程，即

式中:t为计算时间；x、y为计算区域坐标；H为海面到海底的距离；Zb为海底高程；U、V分别为垂线平均流速在x、y方向的分量；f为地转参数，g为重力加速度；τsx、τsy为海面风应力分量；τbx、τby为海底摩阻分量，ρ为海水密度；ve为水平涡动粘性系数。上述参数具体计算见文献[1]。

上述方程式是一个初边值问题，求解需要适当的初始条件和边界条件。

计算边界分为两类，一类是岸边界，另一类是水边界。初始条件与潮位和流速的初始分布有关。采用有限差分法离散基本方程。通过离散得到的线性代数方程组，用高斯消去法求解。

2 泥沙淤积计算

根据潮汐水流中的悬沙运动方程，可得海岸工程引起的床面冲淤强度，即

式中:p为年冲淤强度，m/a；α为沉降机率；ω为泥沙沉速，m/s；γd为泥沙干容重，kg/m3；t为一年中的冲淤历时，s；S1、S2为工程前、后的水流挟沙力，kg/m3。其中计算参考文献[3]和文献[4]

3 数值模拟分析

3.1 工程简介

本路由总体上呈NE－SW穿越杭州湾口灰鳖洋海域，路由海域的海底地形特征为西南部高，平缓东倾，东北部低且起伏。可以分成两大主要地貌单元:西部浅滩；东部潮流冲刷槽。KP4以西为海岸边滩，海底地形呈平坦水平状，水深约5m；KP4以东为外侧缓坡，海底向东倾斜，水深逐渐增大，向东进入潮流冲刷槽区。数值模拟过程中取路由海域为研究对象，计算区域采用四节点网格剖分，网格尺寸为20m×20m。模型的水边界采用潮位控制，潮位过程由东中国海潮波数学模型提供。对于随潮位变化的浅滩动边界，采用网格干、湿判断法进行处理。

3.2 模型验证

模型验证路由海域4个站的准同步连续周日海流，比较这些站点的计算值与实测值后表明，无论是潮位还是潮流速，计算值与实测值相差很小，过程吻合较好（限于篇幅，这里只给出典型站点的对比值）。

3.3 结果分析

根据潮流数值模拟结果，采用泥沙冲淤半理论半经验公式计算新泓口围堤工程实施前后的水下地形冲淤变化，绘制冲淤变化如图1:

表1 实测最大流速及其流向表单位:流速（cm/s），流向（°）

图1 路由沿程冲淤变化图

在北直堤堤角处工程修建后年淤积强度最大，为1.10～1.20m/a，总淤积量4m以上；由堤角沿岸向北年淤积强度逐渐减小，在离北直堤堤角1.70～2.00km外年淤积强度减至0.30m/a左右，总淤积量1.20～1.50m。

在顺堤南、北两端外侧工程修建后将形成明显冲刷，顺堤北端外侧工程后年冲刷强度为0.60m/a左右，总冲刷量为2.50～3.00m；顺堤中部北侧年冲刷强度0.30～0.40m/a，总冲刷量1.50～2.00m；顺堤南端外侧年冲刷强度为0.40～0.50m/a，总冲刷量2.00～2.50m。

KP20.50以西为基本稳定至微淤积区，其中KP2.60～5.75为淤积最多区，厚度0～0.70m，呈透镜状，年均0～11.60cm；KP0.70～1.10冲刷相对较明显，厚度0～0.55m，年均0～9.20cm。KP20.50以东主要为冲刷区，其中西堠门潮流冲刷槽内冲刷厚度最大。

4 结论

文章通过采用数值模拟法，对比围海工程的修建前后对海底地形影响发现南、北两端外侧工程将形成明显冲刷，以便为同类工程提供理论依据。

[1]WANGZhen，WEIYouxing，ZHANGChangkuan.Amethodtocalculatedesigntidelevelsonthebasisofnumericalmodeloftidalcurrentanditsapplication［J］.ActaOceanol.Sin.，2012，31（4）:24-30.

[2]王义刚，林祥，吴中.河口边滩围垦后淤积计算方法研究［J］.海洋工程，2000，18（3）:67-70.

[3]罗肇森.河口航道开挖后的回淤计算［J］.泥沙研究，1987（2）:13-20.

[4]黄建维.粘性泥沙在静水中沉降特性的试验研究［J］.泥沙研究，1981（2）:30-40.