摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)高速持續(xù)發(fā)展，粉沙質(zhì)海岸地區(qū)相繼提出了海岸防護(hù)和圍灘造地的要求，研究粉沙質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動對于發(fā)展我國沿海經(jīng)濟(jì)、加速港航建設(shè)、提高海岸泥沙研究的科學(xué)水平有重要意義。本文針對粉沙質(zhì)海岸港口航道泥沙淤積特點(diǎn)，根據(jù)我國粉沙質(zhì)海岸港口泥沙問題研究進(jìn)展，探究粉沙質(zhì)海岸港口設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：粉沙質(zhì)海岸 泥沙淤積 港口設(shè)計 防淤減淤 關(guān)鍵技術(shù)

　　Abstract: along with the rapid economic sustainable development, powder quality coast have put forward the coast protection and the requirements of the land around the beach, the powder for the development of coastal sediments in China's coastal economy, accelerating waterway construction, improve the coast of sediment research of scientific level to have the important meaning. This article in view of the powder quality coast port channel sediment deposition characteristics, according to China's coast port of powder sediment problem research progress, and explore powder quality coast port design key technology.

　　Keywords: powder quality coast port design the silt sediment deposition sedimentation reduction key technology

　　Abstract: along with the rapid economic sustainable development, powder quality coast have put forward the coast protection and the requirements of the land around the beach, the powder for the development of coastal sediments in China's coastal economy, accelerating waterway construction, improve the coast of sediment research of scientific level to have the important meaning. This article in view of the powder quality coast port channel sediment deposition characteristics, according to China's coast port of powder sediment problem research progress, and explore powder quality coast port design key technology.

　　Keywords: powder quality coast port design the silt sediment deposition sedimentation reduction key technology

　　在海岸分類中習(xí)慣用d50作為分類標(biāo)準(zhǔn)。從工程泥沙角度，學(xué)術(shù)界將泥沙中值粒徑在0.03 mm≤d50≤0.10 mm的海岸定義為粉沙質(zhì)海岸。粉砂質(zhì)海岸是河口泥沙沉積物在波浪、潮流長期綜合作用下的結(jié)果，其形成需要豐富的泥沙條件和潮流動力條件。我國的粉沙質(zhì)海岸段多分布在遼東、冀東、魯北、魯東、魯南、蘇北等海濱地區(qū)，約占我國適宜建港岸線的三分之一。

　　但由于粉沙質(zhì)海岸泥沙活躍，受波浪潮流影響易起易沉，易發(fā)生驟淤，一般來說，許多該類型海岸建港的自然條件都不夠理想，抗風(fēng)暴潮能力差，港外航道在風(fēng)暴潮期間由于泥沙運(yùn)動容易引起驟淤，影響船舶通航。以為京唐港例。在2003年以前，京唐港航道通過整治只能滿足3.5萬噸級船舶通航，而且一直受到風(fēng)暴潮驟淤的困擾，航道疏浚量大。2003年10月中旬一次大風(fēng)暴潮，使9月份竣工的3.5萬噸級航道內(nèi)泥沙淤積總量186萬方，最大淤積厚度達(dá)5.5m，致使航槽淤平而礙航。

　　粉沙質(zhì)海岸港口的泥沙淤積已嚴(yán)重影響港口的正常運(yùn)營，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。并隨著近年來沿海地區(qū)相繼提出建港辟航的要求，如河北京唐港、滄州港，山東濰坊港、東營港，江蘇如東港等地。這些己建或在建港口及航道也都相繼發(fā)生了較嚴(yán)重的泥沙回淤問題。

　　從上世紀(jì)90年代初開始，深受粉沙危害的莊河港、黃驊港、濱州港、濰坊港、東營港開始研究建港前的工程泥沙問題。但當(dāng)時學(xué)術(shù)界對粉沙質(zhì)海岸并沒有認(rèn)識，仍以淤泥質(zhì)海岸的泥沙理論作為理論指導(dǎo)。直到20世紀(jì)末，濱州港和黃驊港外航道發(fā)生了嚴(yán)重淤積，人們才逐漸認(rèn)識到粉沙質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動的特殊性及驟淤的災(zāi)害性，國內(nèi)學(xué)者也才開始建立了粉沙質(zhì)海岸概念，并在后來的過程中結(jié)合國內(nèi)已有的幾個粉沙質(zhì)海港的建設(shè)情況開展了較系統(tǒng)的研究。如今，針對粉沙質(zhì)海岸的泥沙淤積問題，相關(guān)的研究成果已漸趨豐富，包括海岸港口航道建設(shè)布局模式研究、航道淤積與整治研究、建筑物附近沖刷研究潮流等等。本文將根據(jù)這些研究成果進(jìn)行粉沙質(zhì)海岸港口設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)探究。

　　一、粉沙質(zhì)海岸航道淤積與防淤減淤技術(shù)

　　粉沙質(zhì)海岸泥沙活躍，易起易沉，易發(fā)生驟淤，曾一度被視為建港“禁區(qū)”。1992年11月，京唐港的一場東北大風(fēng)使防沙堤堤頭段出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的集中淤積現(xiàn)象，最大淤強(qiáng)達(dá)甚至到了3.7m;2003年10月，黃驊港發(fā)生的大風(fēng)驟淤，造成黃驊港外航道嚴(yán)重淤積，淤積總量達(dá)到970萬m³ 。粉沙質(zhì)海岸泥沙淤積問題引起了學(xué)界的高度重視，并開始了防淤減淤技術(shù)的系列研究，包括航道淤積機(jī)理、航道淤積特點(diǎn)的研究、航道淤積公式的建立、懸移質(zhì)與推移質(zhì)淤積比例研究和數(shù)學(xué)模型研究等。

　　大多學(xué)術(shù)專家認(rèn)為，波浪掀沙是港口外航道淤積的主要原因，因?yàn)橥夂降赖膹?qiáng)淤部位是與波浪的破碎帶相對應(yīng)的，強(qiáng)淤部位在離岸方向隨波浪強(qiáng)度的大小而擺動，波浪越大強(qiáng)淤部位越靠外。根據(jù)波浪掀沙淤積機(jī)理，他們指出，黃驊港外航道整治工程應(yīng)該采用較長的防沙堤來掩護(hù)，以盡量減小波浪掀沙后水流攜帶泥沙造成的外航道淤積。2005年，黃驊港外航道采用了順航道延堤方案，減淤效果明顯。

　　2009年5月，中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院完成“粉沙質(zhì)海岸港口泥沙淤積理論及減淤措施研究”項(xiàng)目，首次提出并建立了粉沙質(zhì)海岸港口工程減淤效果評價系統(tǒng)，論證了粉沙質(zhì)海岸航道兩側(cè)防沙堤的合理間距、長度和堤頂高程的確定原則和方法。這項(xiàng)研究成果為在泥沙運(yùn)動活躍的粉沙質(zhì)海岸建設(shè)港口航道提供了技術(shù)支持，已成功應(yīng)用于京唐港、黃驊港、濱州港等多個粉沙質(zhì)海岸港口，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會效益。

　　目前，學(xué)界公認(rèn)的解決粉沙質(zhì)海岸航道淤積問題的原則是整治與疏浚相結(jié)合。

　　二、粉沙質(zhì)海岸風(fēng)暴潮驟淤模型技術(shù)

　　眾所周知，粉沙質(zhì)海岸港口航道淤積主要是指大風(fēng)驟淤，那么，發(fā)展航道驟淤物理模型就變得十分必要。根據(jù)2008年6月的《粉沙質(zhì)海岸京唐港航道風(fēng)暴潮驟淤及整治關(guān)鍵技術(shù)研究》成果，該成果開發(fā)了波浪潮流共同作用下的粉沙質(zhì)海岸泥沙動床物理模型，根據(jù)風(fēng)暴潮前后現(xiàn)場實(shí)測資料在國內(nèi)外首次對京唐港航道驟淤過程進(jìn)行了復(fù)演，并對風(fēng)暴潮驟淤的防淤減淤整治工程措施三類方案進(jìn)行了全面系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。

　　另一方面，由于粉沙的起動流速、懸揚(yáng)流速遠(yuǎn)較淤泥和沙的小，這就要求模型沙起動流速、懸揚(yáng)流速也要很小，這給模型選沙帶來了較大的困難。此外，物理研究模型面臨存在周期長，成本高等問題，適用范圍也局限于對粉沙質(zhì)海岸建筑物的局部研究。相對之下，經(jīng)濟(jì)、快速、修改方便的數(shù)學(xué)模型更具優(yōu)越性。目前，數(shù)學(xué)模型在我國海岸泥沙研究領(lǐng)域幾乎空白。我國的粉沙質(zhì)海岸港口研究亟需泥沙數(shù)學(xué)模型技術(shù)。

　　三、粉沙質(zhì)海岸港口航道布局技術(shù)

　　由于粉沙質(zhì)海岸泥沙問題的特殊性(地貌、氣象、水動力環(huán)境等)，對粉沙質(zhì)海岸的港口航道選址及港口航道布置，必須在分析海岸動力條件，掌握泥沙運(yùn)動基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合所建港口條件和港口使用功能，采取相應(yīng)的港口布置。

　　目前，我國的粉沙質(zhì)海岸港口主要有以下三種布局模式：近案式布置，如黃驊港;挖人式布置，如京唐港;離岸式布置，如東營港、濰坊港。這些港口布置有一個共同特點(diǎn)，即港口航道兩側(cè)均布置有防波擋沙堤。根據(jù)粉沙質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動特點(diǎn)，淺水區(qū)防沙波堤一般采用出水堤，深水區(qū)則采用潛堤防沙堤。并在建設(shè)過程中，通過對已建港口防沙堤的分析，水利科學(xué)研究專家羅肇森建議粉沙質(zhì)海岸港口防沙堤的高度取2m，防沙堤的伸延長度以能達(dá)到一次大風(fēng)(50年一遇)僅淤積0.7-1.0m為宜。

　　為減少淤積，防沙堤的建設(shè)是必要的。但由于防沙堤的建設(shè)投資較大，目前的設(shè)計又沒有一套可供參考的原則和方法，造成我國粉沙質(zhì)海岸港口的布置雷同度較高，減淤技術(shù)缺乏一定的合理性與科學(xué)性。

　　隨我國經(jīng)濟(jì)高速持續(xù)發(fā)展，粉沙質(zhì)海岸地區(qū)相繼提出了海岸防護(hù)和圍灘造地的要求，研究粉沙質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動對于發(fā)展我國沿海經(jīng)濟(jì)、加速港航建設(shè)、提高海岸泥沙研究的科學(xué)水平有重要意義。需要指出的是，本文所討論的粉沙質(zhì)海岸，主要是針對波浪作為主要動力掀沙而潮流作用不用使泥沙大量懸揚(yáng)的粉沙質(zhì)海岸而言的。實(shí)際上，我國還存在一部分潮流動力作用很強(qiáng)的粉沙質(zhì)海岸河口，如江蘇如東海岸等，對這些海岸的港口平面布置，還需要進(jìn)一步研究。

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