海岸工程作用下海床冲淤演变预测与应用

周作胜

摘 要：海床冲淤演变，实质上就是一系列因素造成床底高程出现的一种变化现象，主要分为两种情况，即人类活动与自然演变。人类活动，主要包括填海造地、围垦造陆、开挖航道、开挖沟槽、开挖港池、整治无序采沙、兴建港口码头、治理水域工程等，由于水动力状况常发生变化造成冲淤演变；自然演变，主要为泥沙环境出现变化，例如：上游径流水沙条件改变、海床地质组成、海床地形、水域风浪等。文章主要针对海床冲淤演变的根本原因进行深入分析，探究在海岸工程作用下海床冲淤演变预测方法与效果。

关键词：海岸工程；海床冲淤演变；预测；应用

1 海床冲淤演变的根本原因

淤泥质海床发生的泥沙运动，主要为悬移质，而潮流是造成海床长周期冲淤演变的重要因素，对于海床稳定性造成影响的因素主要有3个，即水深、含沙量以及流速；其中，流速因素具备的影响力最大，包含水体含沙量，是导致海床冲淤演变的关键因素；含沙量的决定因素为流速，含沙量会随着流速的变化而变化，但是因为惯性的影响，流速在发生变化一段时间之后，含沙量才会出现变化；海床水深变化，主要是由于泥沙冲淤产生的，在含沙量变化之后，延伸期较长。

水深、含沙量以及流速之间的影响比较大，而且较为复杂，任意一项发生变化，都会引起其它两项出现变化，导致海床冲淤演变状况，但是在处于稳定状态的海床上，水深、含沙量以及流速之间的关系，主要为：

Sp=apρ （1）

式子（1）中， Sp代表的是平衡含沙量，h代表的平衡水深，g代表的重力加速度，ρ代表的是水密度，ap代表的是挟沙力系数，u代表的流速，不同的海区中，环境泥沙不同，取值也不相同。

为了探究海床冲淤演变的根本原因，假设每一项参数在发生变化之前，海床的状态稳定，对每一个参数进行协调，将其调至为平衡数值。

1.1 流速变化。因为自然因素或者人为因素导致流速发生变化之后，将新流速挟沙力作为基础，计算原含沙量与新平衡含沙量之间产生的差值。新平衡含沙量在低于原含沙量的时候，床面淤积、泥沙沉降，新平衡含沙量与原含沙量之差和冲刷速率呈正比；元含沙量在低于新平衡含沙量的时候，床面冲刷、底沙悬扬，新平衡含沙量与原含沙量之差和冲刷速率呈正比。

1.2 含沙量变化。因为环境泥沙改变或者抛泥改变之后，含沙量出现变化，当原含沙量低于新含沙量，其它参数无变化的时候，床面淤积、泥沙沉降，新平衡含沙量与原含沙量之差与淤积速率呈正比；当新含沙量低于原含沙量，其它参数无变化的时候，床面冲刷、底沙悬扬，新平衡含沙量与原含沙量之差和冲刷速率呈正比。

1.3 含沙量与流速均出现变化。因为某一些因素，含沙量、流速均改变，但是将新流速挟砂砾作为基础的新平衡含沙量与实际含沙量不同，新的平衡含沙量低于新的含沙量时，床面淤积、泥沙沉降，新平衡含沙量与新实际含沙量之差和淤积速率呈正比；新的平衡含沙量大于新的实际含沙量时，床面冲刷、底沙悬扬，新实际含沙量与新平衡含沙量之差和冲刷速率呈正比。

1.4 水深变化。因为某一些因素，如开挖沟槽、航道以及港池等，导致流速、水深出现变化，将新水深挟沙能力与流速挟沙能力作为基础的新平衡挟沙力产生，当新平衡含沙量低于原有含沙量的时候，床面预计、泥沙沉降，新平衡挟沙力与原实际含沙量之差和淤积速率呈正比；新平衡含沙量大于原实际含沙量的时候，床面冲刷、底沙悬扬，原实际含沙量与新平衡含沙量之差和冲刷速率呈正比。

因此，导致各项参数发生变化的因素呈现多样化，海床冲淤演变较为复杂，但是造成床面冲淤的原因大致相同。综上所述，可以建立海床冲淤演变预防方法与计算公式。

2 海岸工程作用下海床冲淤演变预测方法

2.1 平衡含沙量。平衡含沙量，实质上就是海床冲淤演变处于稳定状态时的含沙量，主要将水流挟沙能力作为基础，并且受到环境泥沙、初始含沙量以及泥沙粒径影响的结果。

水深一定的情况下，一定的水流强度具备相应的挟沙能力，但是在不同的海域，因为环境泥沙、泥沙特性存在差异，海床处于稳定状态下的平衡含沙量并不一致，所以单单通过挟沙能力，无法将海床冲淤演变的整个过程阐述出来。平衡含沙量，主要考虑的是泥沙水利特性之后其具备的水流挟沙能力，能够有效的预测海床冲淤演变，实际含沙量与平衡含沙量之差是造成海床冲淤演变的重要原因。

怎样通过现场资料，对平衡含沙量进行确定，是一个需要解决的重要问题。由于实际测量的含沙量通常滞后于挟沙能力，流速逐渐增加的时候，挟沙能力大于实测含沙量，处于一个平衡状态；流速逐渐降低的时候，挟沙能力低于实测含沙量，处于一个超平衡状态。同步情况下，挟沙力与实测含沙量之间不存在相关关系，落潮时段与涨潮时段的平均含沙量与挟沙能力之间也不存在相关关系。但是，挟沙能力变化周期与实测含沙量变化周期一致，挟沙能力与实测含沙量在历时过程中处于直线重合状态；但是，挟沙能力变化幅度大于含沙量变化幅度，挟沙能力与含沙量滞后的相位差与其幅度差呈现正相关，所以可以采用全潮时段中的挟沙能力与平均含沙量建立一个相应的统计关系，计算出平衡含沙量。

平衡含沙量主要包括2种类型，一种为起悬型，另一种为沉降型。起悬型平衡含沙量，主要通过亚平衡含沙量底沙逐步起悬而形成的，沉降型平航含沙量，主要是通过超平衡含沙量逐步沉降而形成的。根据相关的研究报道显示，在相同的初始含沙量、流速情况下，起悬型平衡含沙量低于沉降型平衡含沙量10%-50%。

综上所述，通过在处于稳定状态的海区现场中实际测量的资料，可以获取平衡含沙量的表达式，即

沉降型 Sp1=ap1ρ （2）

起悬型 Sp2=ap2ρ （3）

平均 Sp0=ap0ρ （4）

式子（2）、（3）、（4）中的ap1、ap2、ap3，主要通过实际测量的资料确定。

2.2 海床冲淤指标。实测含沙量与平衡含沙量之比，是对海床冲淤进行判别的基础。实测含沙量大于平衡含沙量的时候，海床淤积；实测含沙量低于平均含沙量的时候，海床冲刷；实测含沙量与平均含沙量相同的时候，海床处于稳定状态。

按照上述原理，通过式子（2）、（3）、（4），可以得出以下式子：

<时，海床淤积 （5）

≤≤ 时，海床微冲微淤 （6）

>时，海床冲刷 （7）

代表的是海床冲淤指标，可以将其用来对海床冲淤情况进行判别与预测。

3 结语

综上所述，通过对海床淤积冲刷演变过程与泥沙沉降起悬机理进行分析与研究，阐述了平衡含沙量海床冲淤指标概念，根据平衡水深概念与实测含量与平衡含沙量之差，建立了海床冲淤演变预测公式，预测方法简单、便捷，在实际工程中具有良好的应用效果。

参考文献

[1] 吴桢.海岸工程作用下海床冲淤演变预测与应用[D].浙江大学， 2011.

[2] 肖辉，曹祖德.潮流作用下淤泥质海床冲淤演变预测及应用[J].水稻巷口，2009.