长江口深水航道整治一期工程南导提丁坝群头局部冲刷试验研究

采用双向稳定水流、清水定床、局部动床的试验方法，用正态模型研究长江口深水航道整治一期工程南导堤丁坝群坝头局部冲刷问题。结果表明，航道开挖和双本坝的存在使得下游流速有所增加，影响程度落潮大于涨潮。坝头局部冲刷主要受落潮流控制，在沿深度为单一砂粉底质情况下，坝头冲刷坑深度分别达到27m和29m；考虑到原状底质下部为极难起动的粘土，实际冲刷坑底界到达粘土层后就不再刷深，此时冲刷坑深度为7．4m和4．7m，冲刷坑的平面范围有所加大。工程设计提出的护坦尺度能较好地保护坝头前沿滩地，适当缩小护坦尺度也能起到保护作用，但冲刷范围明显增大。     

河口整治工程建筑物局部冲刷试验研究

采用正态系列模型延伸法,通过试验研究了长江口深水航道治理一期工程丁坝坝头、北导堤头部的局部冲刷深度和范围,试验结果预报了丁坝坝头和北导堤头部的冲刷深度,并得出了合理的防护范围,随着长江口深水航道治理工程实施,试验结果得到较好的实践检验。分别采用稳定流和潮汐往复流试验方法,比较了不同试验水流条件的丁坝坝头冲刷深度,通过原型沙和轻质沙的比较试验,比较了系列模型延伸法采用不同模型沙得出试验结果。     

海啸波作用下直立堤局部冲刷实验研究

基于波浪水槽动床实验,开展海啸波作用下直立堤局部冲刷实验研究。对海啸波上爬和回落过程、岸滩演变和直立 堤局部冲刷形态进行测量。在利用实测数据验证基础上,结合 FLOW 3D 进行数值模拟流场计算分析。研究结果表明,直立堤 的修建对岸滩起到明显的保护作用,但是直立堤两侧会出现明显的局部冲刷。直立堤向岸侧局部冲刷主要发生在海啸上爬时 刻,堤脚处形成的涡流是局部冲刷形成的主要原因。直立堤离岸侧的局部冲刷主要由海啸波回落水流越过堤顶生成水跌形成 的,随着直立堤堤顶高度的增加,最大局部冲刷深度会逐渐减小。     

植物对孤立波作用下直立堤局部冲刷影响实验研究

基于水槽实验,研究植物对孤立波作用下直立堤局部冲刷的影响。通过改变实验入射波高、植物带的宽度和密度,分析各要素对直立堤局部冲刷的影响。实验对波高沿程变化、孤立波越堤、回落过程以及地形演变进行全程的测量和记录,并进行有无植物带保护的直立堤局部冲刷对比分析。结果表明,植物带的存在,使得堤后相对最大冲刷深度显著减小,堤前冲刷形态由单峰式"L"型变为双峰式淤积沙坝形态,且冲刷位置由原堤脚前移至植物带所在位置,冲刷范围大幅增加。减小植物带密度或者植物带宽度会使近岸侧或是离岸侧的相对最大冲刷深度和相对最大淤积高度有增大的趋势,但是当入射波高增大时,二者的影响不显著。该研究对实际工程中植物带的合理布置提出了具有参考性的建议,对减少堤防工程的冲刷和损失有一定现实意义。     

长江口南北港分汊口河势控制工程及实施效果研究

南北港分汊口采用新浏河沙护滩及南沙头通道限流潜堤工程控制河势,既是长江口最复杂的分汊口河段整治工程组成部分,又为长江口综合治理和长江口深水航道逐步延伸至南京起到关键性作用,其治理思路、方案及工程经验均值得借鉴.论述了新浏河沙护滩及南沙头通道限流潜堤工程治理思路及方案研究过程,并根据最新资料分析了工程的整治效果,总结了工程特点及经验,可供相关类似工程借鉴参考.     

长江口沙波分布区桥墩局部冲刷深度计算公式的改进

利用多波束水深仪、浅地层剖面仪和多普勒流速仪对长江口苏通大桥南、北主墩区域现场测量,结果显示主墩周围最大冲刷深度为8.3 m和19.6 m。建墩前后河床形态变化显著,建墩后桥墩所在床面由平床改变为典型不对称沙波发育,平均波长为30.8 m和23.1 m,平均波高为4.2 m和9.4 m,陡坡朝向下游。基于实测水文条件和地形资料,以沙波起动流速和落急最大流速分别取代单向流作用下"平床"假定的桥墩局部冲刷计算公式中单颗粒泥沙的起动流速和墩前流速,获得河口涨落潮双向流作用下沙波底床桥墩局部冲刷计算公式。且该公式计算的苏通大桥南、北主墩局部冲刷深度为9.5 m和22.1 m,非常接近实测值。     

南沙头通道及横沙通道对长江口深水航道的影响分析

根据长江口南沙头通道、横沙通道和南北槽分汊口的断面水深变化及长江口南北港和南北槽的分流比变化实测资料,分析了长江口北槽深水航道淤积的原因。结果表明,北槽深水航道上段淤积受多种因素影响,其中,南沙头通道和横沙通道的发展对深水航道影响最大。南沙头通道的发展在加大落潮流量的同时,对南港南岸会产生一定的冲刷,后经沙洲的阻挡,把泥沙带向南港北岸,在北槽进口段处落淤,直接影响了进入深水航道的落潮量;横沙通道由于直接贯通了北港北槽的水沙交换,因而削弱了南港和北槽之间的水沙交换,促使北槽深水航道上段产生淤积,这也是南槽河道上段刷深的一个主要原因,而南槽河道的发展必然减少了进入北槽的落潮量,进一步加剧了北槽深水航道上段的淤积。同时,科氏力与北槽南导堤分流口鱼咀工程对深水航道也造成了一定的不可忽视的影响。研究成果对治理北槽深水航道淤积问题保障深水航道正常运行具有十分重要的科学实践意义。     

中性网格对圆桩局部冲刷的水动力弱化及防护效果分析

针对水下桩墩的局部冲刷问题,提出一种适用范围广、防冲促淤效果显著的防护措施。该防护措施把一种相对密度略大于水、几何特征特殊的中性网格结构完全覆盖在冲刷坑或可能出现冲刷坑的床面上,以减弱冲刷坑内水动力,促进泥沙落淤,达到减轻局部冲刷的目的。通过数值模拟和水槽试验探讨了中性网格结构对圆桩周围冲刷坑内水动力及床面形态的影响,并研究了网孔尺寸对防冲促淤效果的影响规律。结果表明：该中性网格结构能显著减小局部冲刷坑内的流速,有效抑制局部冲刷,且对桩前来流来沙的影响微弱。孔径比7.7的网格防护结构可以使无黏性沙床上圆桩的局部冲刷深度减少92%,已存在的冲刷坑则可被修复73%。这些研究成果为桩墩局部冲刷防护提供一种新的思路。     

长江口北槽泥沙运动现场示踪分析研究

研究利用铱(Ir)作为信号元素制备示踪沙,在长江口北槽深水航道维护困难区段开展示踪沙的现场投放及回收试验。利用火试金法对回收的泥沙样品进行痕量铱金属的提炼,并将其富集在微小铅珠中;再将铅珠压成薄片,并作为原子反应堆照射靶样进行中子活化分析,检测铱的含量。实验结果表明,在位于北槽深水航道北侧的3#坑投放示踪沙,北槽试验区所有泥沙样品中均检测出铱含量,其中位于深水航道南侧滩地上泥样中铱含量最高。因此,北侧3#贮泥坑流失的泥沙存在着跨越航道进入南侧边滩的情况,这对北槽中段航道回淤的影响较大,为改善北槽深水航道困难段的维护条件需要改进该处的抛吹泥工艺或限制抛泥活动。     

长江河口主槽地貌形态观测与分析

人类活动可以改变流域至河口的泥沙输运与沉积。尽管一些近期的研究已经调查了长江河口的形态演变,然而,流域和河口工程如何影响河口河床的形态演变仍然是不清楚的。该文利用2010年至2015年多波束测深系统和浅地层剖面仪等先进现场测量仪器的长江口主槽走航测量资料,并结合主槽表层沉积物资料,分析了近年来人为强干扰下的长江河口主槽底床微地貌形态,以理解近期人类活动对河口的影响。结果显示:近年来长江河口主槽底床上除了存在平床、沙波、冲沟和冲刷痕等常见微地貌形态外,还存在着疏浚痕和凹坑等人为微地貌形态。在流域和河口大型工程的共同影响下,近年来南北港中上段、横沙通道和南槽上段均受到不同程度的冲刷,其主槽底床上呈现出不同程度冲沟和冲刷痕等侵蚀性微地貌。而由于疏浚工程的影响,南港下段、圆圆沙航槽和北槽航道底床上出现了大范围的疏浚痕和凹坑。近年来包括南槽上段、北槽主槽中段和下段的局部区域和北港拦门沙河段局部区域在内的长江河口最大浑浊带的河床沉积物有粗化趋势。南北港中上段和横沙通道的大部分区域均发育了大量沙波微地貌;总体上,长江河口沙波的波高在0.12~3.12 m,波长在2.83~127.89 m,波高/波长在0.003~0.136,长江河口中上段的沙波尺度(波高的均值为0.91 m,波长的均值为20.08 m)大于密西西比河下游(波高的均值为0.87 m,波长的均值为17.62 m),且两区域沙波的几何形态差异性较小。     

淹没海滩护底混凝土联锁排稳定厚度公式研究

在介绍荷兰公式、水利部规范公式及半理论半经验公式的基础上,研究各公式的工作状态和失稳机理,同时对半理论半经验公式进行了合理简化。研究结果表明,三个公式的工作状态并不相同,对于常年淹没且处于破波水深范围内的海滩护底一类工程,半理论半经验公式较为合适;对于非淹没的斜坡护坡,荷兰或水利部公式较为适用。研究同时表明,当模数k位于0.88至1.00范围时,半理论半经验公式中理论系数β可以取最大值0.298,由此得到波浪作用下海滩护底工程混凝土联锁排稳定厚度的简化计算公式,与原公式相比,计算结果相近而且偏于安全。     

长江口南、北港分汊口演变与治理

按输水输沙特征,中等潮汐长江口多年来保持“三级分汊,四口入海”地貌形态格局。第二级南、北港分汊口问题已成为当今发展重要障碍之一。近百年来南、北港分汊口呈周期性冲淤演变,1971年前后共约10年,中央沙头石头沙西10 km左右的分汊口位置最佳,河势归顺,河床稳定,南、北港都畅通。现今分汊口正处于剧烈变动时期,分汊口治理,南支及其下游河段的开发与工程须认真考虑其影响与对策。     

长江口深水航道治理一期工程实施对北槽拦门沙的影响

介绍了长江口拦门沙发育及其特点和北槽航道拦门沙形成机理，利用长江口深水航道治理一期工程实施后的地形资料分析治理工程对北槽航道拦门沙影响。结果表明：治理工程建成后，增加了主槽流速，减少了航道回淤，打通北槽航道拦门沙，增加了航道水深，治理工程效果明显。     

北仑河口北冲西淤形成与环境因素的影响分析

研究发现,北仑河口的泥沙主要来源于二个方面,一是北仑河及其周边小河径流挟沙;二是潮流和波浪联合作用掀沙。径流挟沙比潮流和波浪掀沙大。夏季汛期,由径流带入的泥沙大部分在航道附近落淤,形成河口大片浅滩。自20世纪80年代以来,随着城镇化建设加快,沿河用水逐年增多,河流输沙显著减少。而受潮流影响的主航道,偏向中国一侧,在上游供沙少的情况下,不断加大河底冲刷,造成河口北冲西淤的发展态势。     

上游水库群运行对长江口淡水资源的影响及未来趋势分析

上海市饮用水主要来自长江口的3大水源地——陈行水库、青草沙水库和东风西沙水库,盐水入侵是长江口淡水资源利用的重要威胁。随着以三峡工程为代表的长江上游水库群的建成和运行,入海流量发生变化。在分析及预测长江入海流量的基础上,通过长江口实测盐度数据及数学模型,以淡水资源面积占比、水源地取水口平均盐度为指标,对长江口盐水入侵受上游水库群运行的影响开展研究,并对未来变化趋势进行分析。研究结果表明：三峡蓄水后入海流量小于15 000 m³/s的频率明显减少,而小于10 000 m³/s的极低流量几乎不再发生。未来10 a枯季入海流量较现在大体仍为增加趋势,尤其是12月平均流量增量可达2 400 m³/s。三峡工程的运行并未使得长江口盐度时空分布特征发生根本性变化,但盐度场会有一定改变。在三峡水库蓄水的影响下,除11月外其他枯季月份南支、南港、北港淡水资源面积均有增大,南支1、2月增量超过南支面积的40%,南北港则在3月增量最为明显;在11月水源地取水口盐度约有0.05‰的升高,其他月份均为下降,1月变化最为明显,3大水源地取水口盐度下降0.4‰~0.5‰。在未来10 a中,12月盐水入侵与现状相比将会有进一步减弱,水源地取水口盐度进一步下降0.2‰左右。研究可为未来长江口水源地运行提供参考和依据。     

长江口北支近期河势演变与航道资源开发研究

从实测资料出发,分析长江口北支近期岸线与主流线的变化,并就滩涂围垦对北支河势的影响进行深入探讨.认为目前北支航道500 t级船舶基本可以达到全潮通航,1 000 t级船舶乘潮保证率也可达90%,若采取一定的工程措施,对局部浅段进行疏浚和整治,早日开辟北支1 000 t级航道是可行的.     

河口潮滩沉积物磷的季节性累积和生物有效性

对长江口潮滩表层沉积生磷的赋存形态和含量的研究表明,碎屑态磷为沉积物中磷的主要形态,约占总磷的62.52%;铁结合态磷和有机磷次之,分别占总磷的18.06%和14.69%;自生磷灰石加钙结合态磷和吸附态磷最少。综合研究区内的各种理化条件,指出弱吸附态磷、铁结合态磷和有机磷是长江口潮滩潜在生物可利用磷,约占总磷的33.16%,是导致水体富营养化的潜在因素。上覆水的盐度效应是影响沉积物铁结合态磷含量的关键性因子;而自生磷灰石加钙结合态磷的含量变化则与上覆水的温度、溶氧量及沉积物有机质的分解有关;有机磷在时间和空间尺度上都存在较大变化,主要与潮滩生物动态过程,即磷的再矿化有关。