流域来沙减少对航道回淤的影响

杨东岩 何欣明 边晗哲 许舰

摘 要：本文从泥沙特性及航道的淤积机理出发，运用从长期实际航道回淤基础上建立的经验公式来揭示流域来沙减少对航道回淤问题的影响。

关键词：航道淤积机理；经验公式；航道回淤

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.197

0 引言

航道回淤问题是一种常见且复杂的自然现象，也是泥沙运动的直接结果。通常情况下航道发生淤积有三个前提条件，即泥沙来源、泥沙运动的水流动力和促成淤积的环境。

因此流域来沙对航道淤积的影响是一个值得研究的科学命题，其研究结果可以作为河口航道建设和维护的重要依据。本论文从泥沙特性及航道的淤积机理出发，运用从长期实际航道回淤基础上建立的经验公式来揭示流域来沙减少对航道回淤问题的影响。

1 航道回淤原理

1.1 航道回淤

航道与港池的回淤取决[1]的主要因素在于航道走向、泥沙条件、滩槽高差和水动力条件。其次海岸地貌的演变[2]与海洋底质泥沙和悬浮起来的泥沙输运交换有着莫大的关系，目前研究海岸的泥沙输移特性和沉积的动力机制主要利用的是泥沙的粒度。因此泥沙粒度特征可以作为分析航道泥沙回淤的重要手段[3]。

1.2 悬沙计算

泥沙的悬浮运动过程较为复杂，目前我国《海港水文规范》[4] 中计算悬沙回淤量采用的主要是刘家驹公式[5]。该公式的优点在于通过考虑海洋环境诸如水流、风、波浪等动力条件下的泥沙特性与海水中悬浮的含沙量之间的关系，提出较为简单的数学物理模型，其中参数的物理意义明确[6]，因此刘家驹公式在有淤泥质海岸的港口或者航道中计算悬沙回淤量应用广泛。

1.3 底沙回淤计算

窦国仁[7]基于水力学中提到的能量叠加原理，推导出在波浪与潮流互相作用下的挟沙能力公式。

而罗肇森[8]认为底沙输沙量不仅应包括波浪与潮流的相互作用，也应包括风吹流的输沙量，因此罗肇森基于窦国仁的方法与波动水流中的能量原理，添加风吹流的作用推导出底沙输沙率公式：

据南科院物理模型试验成果表明，丹东港5万～20万吨级出海航道常年淤积量为556万m3[9]；而采用刘家驹公式[5]和罗肇森[8]公式结合计算该航道回淤量为679万m3。计算结果与物理模型实验结果较为近似。

再者对于黄骅港，海岸上航道淤积通常是不平衡输沙引起，浅滩挟沙水流跨越航道时，由于航道中水深增大，打破了原有的平衡状态，水流挟沙能力降低，泥沙沉降，导致航道淤积。利用上述公式计算了黄骅港实例，计算结果和现场实测吻合较好。

2 结论

本论文从泥沙特性及航道的淤积机理出发，运用从长期实际航道回淤基础上建立的经验公式来揭示流域来沙减少对航道回淤问題的影响。目前可以用于航道淤积计算公式有很多：诸如刘家驹公式、罗肇森公式、窦国仁公式等等，对研究长江口泥沙运动和深水航道淤积等相关问题有一定的帮助，但仍存在不少问题有待深入研究。

参考文献：

[1]侯素珍，王平，楚卫斌.黄河上游水沙变化及成因分析[J].泥沙研究，2012（04）：46-52.

[2]刘红，何青，WELTJE G J等.长江入海泥沙的交换和输移过程——兼论泥质区的“泥库”效应[J].地理学报，2011，66（03）.

[3]MIGNIOT，C.A study of the physical properties of different very fine sediments and their behavior under hydrodynamic action [M].La Houille Blanche，1968：591-620.

[4]中华人民共和国交通部.港口水文规范 JTJ-213-98[S].北京： 人民交通出版社，1998.

[5]刘家驹.在风浪和潮流作用下淤泥质浅滩含沙量的确定[J].水利水运科学研究，1988（02）：69-77.

[6]刘红，张华，张寒元等.泥沙粒度对航道回淤的指示--以丹东港出海航道为例[J].中国港湾建设，2014（01）：14-21.

[7]窦国仁.平原冲积河流及潮汐河口的河床形态[J].水利学报， 1964（02）：1-13.

[8]罗肇森.风、浪、流共同作用下的泥沙输移[J].水利水运工程学报，2004（03）：1-6.

[9]丹东港港区和航道总体规划物理模型试验研究[R].南京：南京水利科学研究院，2011.

作者简介：杨东岩（1992-），男，硕士研究生，主要研究方向：近海岩土工程。