遼東半島營口港魚圈港區(qū)泥沙運動的實測研究

遼東半島營口港魚圈港區(qū)泥沙運動的實測研究

英口港雞骨店位于遼東半島西岸的韭菜村角上?，F(xiàn)已建成二、三、四港池并投入使用,為適應(yīng)本地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的需求,擬在二港池北側(cè)修建一港池。本文結(jié)合工程就本港區(qū)的泥沙運動進行了分析研究,港區(qū)位置見圖1。1水文特征分析1.1增落潮戰(zhàn)時分布本港區(qū)的潮汐屬不規(guī)則半日潮型,平均漲潮歷時為5h44min;平均落潮歷時為6h42min,落潮歷時大于漲潮歷時。據(jù)1993~1995年實測資料統(tǒng)計,本區(qū)潮汐主要特征值為:平均潮位:2.90m最高潮位:5.18m最低潮位:-0.96m1.2漲潮速率和落潮流速港區(qū)潮流屬規(guī)則半日潮,運動型式基本為往復(fù)流漲潮流向落潮流向且上下各層流向基本一致,沒有兩層流現(xiàn)象。漲潮平均流速約為0.19~0.38m/s;落潮平均流速約為0.24~0.35m/s。在-5m等深線以內(nèi)是落潮流速大于漲潮流速。而在-5m等深線以外則漲潮流速大于落潮流速,小潮流速均小于大潮流速。流速的垂線分布是呈上大下小的規(guī)律,但上下變化梯度不大,基本呈直線型。1.3常浪向和強浪向的主要來源本區(qū)的風浪特征,據(jù)1993~1994年的實測波浪資料統(tǒng)計,常浪向主要來自NNE-NE和SSW-SW向,其頻率分別為18%和20%,強浪向主要來自NNE向,實測最大波高為2.5m。年各級波高出現(xiàn)天數(shù)見表1。1.4含沙量分布規(guī)律據(jù)1993年現(xiàn)場實測資料分析,本港區(qū)水域的水體含沙量很小,無論是在大潮期還是小潮期;大風天還是小風天,其值均小于0.1kg/m3。即在大風天(5~6級)含沙量也僅在0.07kg/m3左右,無風或小風天平均含沙量約為0.003~0.018kg/m3。垂線含沙量的分布是呈上小下大的規(guī)律,底層含沙量平均約為表層的3~5倍。含沙量的縱向分布是呈里大外小的規(guī)律,即近岸含沙量高,向外則隨著水深的增加而逐漸減小。水體含沙量的大小與風力的大小有著密切的關(guān)系,風速大,水體含沙量亦高。據(jù)-5m和-8m水深處的風力與含沙量同步實測資料分析,其相關(guān)關(guān)系,由圖2可見,,可利用此關(guān)系進一步推求各級大風作用下的水體含沙量。式中:S-5、S-8—分別為-5m、-8m水深處的平均含沙量(kg/m3);2水下灘面沉積物1998年在港區(qū)附近南、北淺灘及0~-7m的水下地帶,共設(shè)59個點,進行了現(xiàn)場底質(zhì)采樣。樣品分析,細顆粒部分是采用河海大學NSY-2型寬域粒度分析儀測試;粗顆粒部分采用篩析法。分析結(jié)果表明:本區(qū)的水下灘面沉積物沉積類型較為復(fù)雜,沉積物依次有:細礫(FG)、粗砂(CS)、中粗砂(MCS)、中砂(MS)、細砂(FS)、砂-粉砂-粘土(STY)、粘土質(zhì)粉砂(YT)、粉砂質(zhì)粘土(TY)?？偟姆植继卣魇且哉惩临|(zhì)粉砂為主。分布趨勢為:(1)近岸段泥沙較粗,隨著水深的增加,粒徑由粗變細,即-5m線以內(nèi)的泥沙明顯粗于-5m線以外的深水區(qū)域;(2)以韭菜坨子為界,泥沙呈北粗南細的分布特征。北部多由細砂、粗砂、中砂及細砂等物質(zhì)組成,中值粒徑d50在0.2mm以上。南部多由粉砂、粘土質(zhì)粉砂及粉砂質(zhì)粘土等物質(zhì)組成,在港池和航道區(qū)域泥沙為粘土質(zhì)粉砂及粉砂質(zhì)粘土,平均中值粒徑為0.012mm。3粘土沙運動特征3.1臨界擊穿流速根據(jù)天津港、黃驊港、套爾河口、廣利港、濰坊港、北海港及臺山煤港等地的泥樣(d50在0.0017~0.07mm之間)所進行的試驗分析結(jié)果表明:泥沙起動流速的大小是隨著泥沙顆料的粗細而變化的。中值粒徑d50為0.015mm的泥沙,其起動流速為最小。粗于該界限的泥沙,愈粗起動流速也就愈高;反之細于該界限的泥沙,愈細起動流速也愈高。這種現(xiàn)象前者是因重力作用占主要地位,故泥沙粒徑愈粗,愈不易起動,所需的水流動力也就愈強;后者是由于粘結(jié)力的作用占主要地位,故泥沙顆粒愈細,顆粒之間的粘結(jié)力也就愈強,所需的水流動力也就愈高。本港池、航道附近的海區(qū)泥沙顆粒較細,平均中值粒徑約為0.012mm,屬于低流速起動范圍之內(nèi),經(jīng)計算得出:臨界起動流速為0.13m/s;d50起動流速為0.36m/s;全粒徑起動流速為0.52m/s。3.2摩阻流速測定方法,按以下公式由于本港區(qū)的泥沙較細,多為粉砂淤泥質(zhì),在浪流的作用下極易掀揚運動,其動移形態(tài)是利用下列各式進行判別。懸浮指數(shù)ZL=ω/βKU*,可作為懸浮和底沙推移的判別標準;當ZL≥5時為底沙運動,ZL<5時為懸沙運動,而有意義的懸移質(zhì)運動發(fā)生于0.2≤ZL≤2之間。本港區(qū)泥沙沉降速度ω取0.0004m/s,校正系統(tǒng)β=1,卡門系數(shù)K=0.4,摩阻流速U*按下式確定:按票原公式:按巖恒公式:取U*=0.5m/s,且ZL=0.2為懸沙運動。這說明本港區(qū)的泥沙在浪流的作用下,大多數(shù)細顆粒泥沙(d50<0.1mm)一經(jīng)起動便直接從床面懸浮于水中,所以本港泥沙的運動形式主要是隨潮流做懸移運動。4潮涌帶細顆粒泥沙距本港區(qū)最近的河流為大沙河和熊岳河,兩河的多年平均懸移輸沙量分別為8萬m3和11.8萬m3,數(shù)量是很小的。據(jù)有關(guān)資料分析,粗顆粒物質(zhì)主要來自大沙河,泥沙運動主要取決于波浪力的大小及其頻率。本區(qū)的強浪向為N向,在波浪作用下,其泥沙的推移方向是從北向南做沿岸運動,但由于韭菜坨子的岬角的存在,擋住了粗顆粒泥沙的南移。由底沙取樣分析也可看出,在韭菜坨子以南岸段沒有發(fā)現(xiàn)粗顆粒泥沙的沉積區(qū)因而北部的粗顆粒泥沙影響不到鲅魚圈港區(qū)。細顆粒泥沙主要來自熊岳河及港區(qū)南部淺灘區(qū),在波浪作用下被掀起隨潮流而漂移,其運移總趨勢是由南向北。由于本港位于岸線突出地帶,流速較大,加之水體含沙量又低,致使隨潮流漂移的懸沙沉降的機率也很小。總的來看本港區(qū)外來沙源不足,附近河口徑流來沙甚微。北部粗砂也影響不到港區(qū),影響本港區(qū)的泥沙主要來源于南部淺灘區(qū),主要是以懸移形式運移。5沉積物積聚分析5.1港池北堤內(nèi)懸沙區(qū)年平均堆積厚度-根據(jù)1986年、1994年及1997年水深圖比較,在11年中,港區(qū)附近的水深發(fā)生了一定的變化。在港區(qū)北側(cè)的韭菜坨子岬角處,-5m等深線以內(nèi)(距岸線約100m),水深變化不大,沖、淤處于平衡狀態(tài)。-5m線以外略有淤積。在二港池北側(cè)為一淤積區(qū),該區(qū)處于韭菜坨子岬角與二港池北堤所形成的掩護區(qū)域內(nèi),流速小,流向分散,造成懸沙在該區(qū)域內(nèi)落淤,但不嚴重。在-5m線以內(nèi),年平均淤積厚度約0.05~0.1m;-5m線年平均向外推移近6m。在港區(qū)南側(cè),泥沙淤積淺灘較大,泥沙淤積速率也快于北側(cè),年平均淤積厚度約0.13m。就1994~1997年水深圖比較,-5m線平均每年向外推移約230m。-2m線平均每年也向外推移約80m。5.2港池、航道泥沙沉積相鲅魚圈港區(qū)現(xiàn)有二、三、四港池已投入使用,港池、航道的設(shè)計底高程為-8.7m、底寬130m。利用有關(guān)計算公式及本區(qū)的水文、泥沙有關(guān)特性,對港池、航道中的泥沙淤積進行計算。本港池為半開敞式(圖1)港池中的泥沙淤積,主要是由漲潮段帶進來的懸沙造成的,年平均淤厚約0.2~0.3m。主航道中的泥沙淤積要高于港池,一是航道走向與漲、落潮流向的交角較大,在口門外-6m附近接近于垂直;二是航道中的水流速度小于灘面速度,因此懸沙在隨漲、落潮流跨越航道時必然會產(chǎn)生沉降。據(jù)計算在口門外2km范圍內(nèi),泥沙淤積最強,年最大淤積厚度約0.5m。自-8m線以外,淤強聚減(年平均淤強小于0.15m),航道年淤強縱向分布如圖3所示。綜上分析,鲅魚圈港區(qū)自然條件較好,流大、浪小,水體含沙量又低,外界來沙不足,