张家埠新港建成后的冲淤变化与平衡时的极限冲刷深度预测

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1、张家埠新港建成后的冲淤交化及平衡时的极限冲刷深度预测1前言1．1研究意义随着经济的发展和船舶发展的日趋大型化，一些旧的港口已不再适应港口的建设和发展，需要建设新的港口。港口的修建将产生新的人工岸线或改变海底地形，原有的平衡被破坏，这时就会使工程区域的流场发生变化，可能会在海底的某些地方产生冲刷，某些地方产生淤积，进而影响到周边海底地形的变化，从而形成与构筑物和复杂海洋水动力的动态联动耦合作用。泥沙的运动受海岸动力、泥沙特性和工程环境等因素的影响，其运动的规律十分复杂。本文主要已张家埠新港为例说明港口建成后产生的影响及极限冲刷深度的计算方法。。在

2、相对稳定的海岸上，正常情况海底泥沙处于冲淤相对平衡状态。但遇到大风浪时，风浪和潮流合成作用，这时，平衡状态被破坏，泥沙被掀起成为悬沙。风停后，水体紊动强度逐渐减弱，海流携沙能力减小，超饱和悬沙沉降，含沙量逐渐减小，直到海底泥沙再次形成某种冲淤相对平衡状态为止。波流共同作用使构筑物原滩面受到不同程度的冲蚀和淤积，而地基稳定性与该区冲蚀深度有着密不可分的关系，当冲刷深度达到一定程度后，不仅构筑物可能发生倾斜、倒塌，造成重大损失，而且将影响周边海底地形的变化，形成与构筑物和复杂海洋水动力的动态联动耦合作用。本文主要研究张家埠新港建成后对海洋环境的影响

3、，港区建设改变了原来的自然岸●线和水域状态。码头建设，引堤、围堰工程及航道疏浚工程的建设对局部流场流向有所改变，新的岸线形成以后工程附近涨、落潮流向均较小角度的变化。本文主要是根据实测资料，运用数值方法对工程建成后的环境演变进行模拟，运用ECoMSED三维模型模拟潮流、波浪(施加风)作用条件下工程周围海域海底地形的演化，对工程建成后的冲淤状况进行模拟，运用SwAN海浪模型对研究区波浪折射和浅水效应进行计算。并对流场和浪场二者进行耦合，求得波浪和潮流共同作用下对海底的切应力，与沉积物临界起动剪切力比较，分析其冲淤变化。并运用公式对于冲刷区域，选择

4、适当的水深步长，迭代计算波流作用下的床面切应力，直到停止冲刷，预测冲淤平衡时的极限冲刷深度，为工程设计和防护提供科学依据。1．2国内外概况、发展趋势对于波浪和流单独作用下海上构筑物基础周围的冲刷研究较多，椹木享、出口一朗进行了波浪作用下圆柱周围的局部冲刷试验，主要考虑了波浪K．C．影响，水口优等进行了波浪作用张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测下小口径圆柱周围的局部冲刷试验，重点研究了海底流速和泥砂起动流速与K．C．数的关系及其对冲刷深度的影响，土尾义人等推导了波流作用下构筑物周围的冲刷公式，齐藤荣一等研究了波浪作用下大口径圆柱

5、周围局部冲刷问题，JormaRytkonen进行了大型离岸沉箱附近的局部冲刷试验，黄建维、郭颖通过模型试验对波浪作用下海上墩式建筑物周围局部冲刷进行研究，Sumer，‘B．M．，Whitehouse，R．J．S．andTarum’A．研究了不同类型的近海结构物周围的冲刷，Scouraroundcoastalstructures．3rdEuropeanMarineScienceandTechn0109yConference，Lisbon，23—27May1998．PatheniadesE．Resultofrecentinvestigationon

6、Erosienanddepositonofcohesivesediment．OnSedimentation(H．W．S．ed．)．1971．AdeBeSt等(1971)、)(ie(1981)、入江功等研究了立波作用下直立堤前海床的冲刷问题，其中以Xie研究较为全面。但是对于堤前冲刷机理的分析，因各自出发点不同，得出结论各异；对于堤前冲刷形态，因没有考虑更粗一些的泥沙，所得结论不尽全面；对于堤前冲刷坑的深度，没有考虑泥沙粒径对冲刷坑深度的影响。破碎波(远破波、近破波)作用下堤前海床的冲刷，因引起波浪破碎的机理．至今尚无满意的解释，更由于破碎作用下

7、堤前冲刷本身的复杂性，目前研究得还不深入。S．Sato等、M．H狮ri等、佐伯浩等、桥本宏等研究了置于岸滩较浅水深处的海堤或护岸堤前的冲刷问题，但没有对堤前冲刷形态、冲刷机理进行深入的分析，没有给出堤前冲淤的预报公式。高学平、赵子丹(1994)对立波、远破波、近破波作用下直立堤前海床的冲刷进行了系统的研究。指出了不同波浪作用下直立堤前海床的冲刷形态；分析了堤前冲刷机理；提出了不同波浪作用下堤前深度公式；高学平、赵子丹又研究了不规则波作用下直立堤前海床的冲刷问题，谢世楞对直立式防波堤前冲刷形态及其对防波堤整体稳定的影响进行评价；林炳尧、黄世昌等对

8、丁坝坝头冲刷坑的终极深度及其过程进行研究，计算了丁坝坝头局部冲刷坑在一次水文过程中的最大深度。上述研究成果多是依赖于室内的物理模型试验，目前海堤、防波