离岸深水港口建设关键技术研究课题之四

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1、离岸深水港口建设关键技术研究课题之四岛群中建港水动力关键技术问题研究报告简本0前言本项目主要从与港口有关的水文、泥沙和波浪条件出发，以洋山深水大港为依托，以港口调研资料分析为基础，全面论述岛群海域泥沙环境、泥沙淤积机理、淤积计算和物理模型的研究成果，总结岛群港口选址及建筑物布置的基本原则。并通过对岛群间波浪传播模拟方法的研究，以及对岛群间波浪的波高频率分布特征、台风浪双峰谱周期特征、波浪能量的方向分布特征的分析，得到了岛群波浪与无遮掩海域波浪的特点及模拟方法与关键技术点；在大量模型实践基础上，结合已有规范给出了考虑波浪的船舶系泊参数计算方法。1.项目主要研究内容岛群中建港水

2、动力关键技术问题研究岛群海域泥沙淤积机理及泥沙淤积预测洋山深水港区波浪潮流泥沙及台风浪骤淤数学模型研究岛群海域波浪特性与船舶系泊条件研究岛群海域港口选址与建筑物布置的基本原则研究洋山深水港建设及规划方案研究22本项目共分五个专题，《岛群海域泥沙淤积机理及泥沙淤积预测》、《洋山深水港区波浪潮流泥沙及台风浪骤淤数学模型研究》、《岛群海域波浪特性与船舶系泊条件研究》、《岛群海域港口选址与建筑物布置的基本原则研究》和《洋山深水港建设及规划方案研究》。专题一：岛群海域泥沙淤积机理及泥沙淤积预测通过洋山港海域泥沙来源、动力条件的调查与室内水流作用下泥沙起动、沉降与输移规律的试验，研究含

3、沙水体的平面与垂向分布的规律及其与水流强度的对应关系；针对港口的泥沙淤积现象，采用现场勘测，理论分析、数模计算与物模试验等多种手段，对港口的淤积问题进行研究，预测不同建港方案的淤积状况，提出新的回淤量计算和预报方法。专题二：洋山深水港区波浪潮流泥沙及台风浪骤淤数学模型研究通过典型风暴潮的水文历史资料调查与收集，建立岛群海域台风浪、风暴潮、海流及泥沙运动数学模型，进行特殊条件下的风场、波浪场、潮流场及泥沙场的模拟，计算洋山港台风浪、风暴潮、海流及泥沙淤积，利用实测资料对模型进行反馈分析，使模拟系统逐步完善，并将计算结果作可视化处理。专题三：岛群海域波浪特性与船舶系泊条件研究2

4、2应用波浪数学模型，研究在外海多方向波浪作用下，岛屿间的波浪分布和波谱变化规律；通过分析船舶不同吨级、不同船型和不同载度情况下的响应特性，结合已有的研究成果，研究浪流共同作用下的系泊条件，分析不同浪流条件下的合理系泊方式，提出船舶受力计算方法。专题四：岛群海域港口选址与建筑物布置的基本原则研究通过对洋山港、北仑港和舟山群岛诸港的实地调查，总结各港口通航作业、水深维护、泥沙淤积的状况和岛群港口平面合理布局若干经验与教训；结合洋山港的研究工作在总结现有岛群海域港口建设经验的基础上，系统分析岛群海域输沙规律以及建筑物引起的输沙特性、海床演变规律，提出在沿海岛群海域中港址选择与建筑

5、物布置的基本原则。专题五：洋山深水港建设及规划方案研究本专题以洋山深水港为依托。环绕着在高含沙强潮流岛群间建港中港口的布置方案，通过各汊道的水沙条件与主通道关系，优化设计部门提出的洋山深水大港总体规划方案，为洋山深水港后续工程建设提供科学依据。2.项目主要研究成果2.1专题一岛群海域泥沙淤积机理及泥沙淤积预测通过调研，收集依托工程的水文、泥沙、遥感、底质、水深及以往研究成果等资料，为项目研究提供基础；开展现场水文泥沙测验工作，分析含沙量垂线分布；利用现场资料、遥感图片、水槽实验和理论分析等手段开展研究工作。本专题研究工作所取得的主要成果如下：（1）洋山港海域为淤泥质海床，泥

6、沙运动形态以悬移质为主，含沙量垂线分布差异不大。泥沙的冲淤除与背景含沙量有关外，主要与本地泥沙的再悬浮、搬运及沉积有关。水体中的粗颗粒泥沙、22底部悬沙以及憩流附近时刻水体中的悬浮絮凝团是造成海床淤积的有效沙源。洋山港海域的泥沙运动及海床变化是与其水流动力条件相适应的，潮流的强弱在一定程度上决定了海床的冲淤变化，潮流对泥沙具有起悬和搬运双重作用。因此把握该海域的潮流动力变化对于研究其海床的冲淤变化至关重要。（2）平衡含沙量因成因不同可分为起悬型和沉降型，在同样大小的水动力作用下，沉降型含沙量往往大于起悬型含沙量，在含沙量垂线分布上，沉降型的含沙量垂线分布要比起悬型分布均匀。

7、这些特点已在本次室内试验和现场资料整理中得到证实。（3）海床冲淤主要取决于天然含沙量与平衡含沙量之间的差值，当天然含沙量大于沉降型平衡含沙量时成为超平衡含沙量，海床淤积速率与差值的大小成正比；当天然含沙量小于起悬平衡含沙量时称为亚平衡含沙量，同时水流速度大于起动流速时，海床冲刷速率与差值成正比。含沙量介于沉降型和起悬型之间时，海床冲淤变化很小，工程中可认为基本不变。利用上述理论可用来预报海床冲淤演变趋势。海床冲淤判别关系式如下：时，海床冲刷；时，海床微冲微淤；时，海床淤积；洋山港海域海床冲淤判别关系式如下：时，海床