灌河口外航道整治模型試驗(yàn)研究

張世釗，夏云峰，徐 華，吳道文

(南京水利科學(xué)研究院交通部港口航道泥沙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210024)

灌河自灌南縣鹽東控制工程東三汊到燕尾港入海河口全長74.5 km，口門內(nèi)水深條件良好，基本在6.0 m以上，河寬180～1 100 m，是江蘇省目前僅存天然沒有建閘的入海河口，口門內(nèi)有淮河重要的泄洪通道新沂河的出口。由于其重要的地理位置和突出的資源優(yōu)勢，素有“蘇北的黃浦江”之美稱，具有極好的開發(fā)利用價(jià)值。灌河口外為粉沙淤泥質(zhì)海岸，受灌河徑流、新沂河泄洪、外海潮流、沿岸輸沙、風(fēng)浪等多重因素作用，灌河口外沙嘴向西延伸發(fā)育，形成10 km長的攔門沙以及主、副槽水道分流的格局。長期以來口外航道水深嚴(yán)重不足，乘潮只能通過千噸級貨船，嚴(yán)重影響了灌河開發(fā)利用。隨著地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對灌河口外航道通航水深條件提出了更高的要求。由于復(fù)雜的水沙動力條件，主、副槽的選線，要同時(shí)兼顧新沂河防洪需求，灌河口攔門沙航道治理?xiàng)l件非常復(fù)雜。針對灌河口外復(fù)雜水沙動力環(huán)境及河口攔門沙治理，郭瑞祥［1］較早地開展了灌河口外岸灘及航道歷史演變的研究，指出灌河口外海岸一百年來一直處于蝕退過程之中，而且后退速度逐漸減弱，提出了口外沙咀發(fā)育的概念;謝金贊［2］利用灌河口現(xiàn)場的觀測資料，分析了灌河口外海區(qū)的風(fēng)、浪、潮汐和余流等特征;張東生等［3］采用一、二維聯(lián)合數(shù)學(xué)模式，對包括灌河徑流、口外潮流以及波浪流等在內(nèi)的沿岸流場進(jìn)行了數(shù)值模擬;張東生、張長寬［4］進(jìn)行了灌河口沙咀成因分析及治理研究;丁賢榮、張鷹［5］等對灌河口沙嘴沉積特征與河口演變進(jìn)行了研究;張長寬、張東生［6］采用長系列風(fēng)場資料對灌河口波浪要素進(jìn)行了推算;李國臣、徐金環(huán)［7］根據(jù)河床演變及物理模型試驗(yàn)成果，提出灌河內(nèi)外攔門沙整治應(yīng)采取拋筑雙導(dǎo)堤和疏浚相結(jié)合的原則;張瑋、崔冬［8］將口外導(dǎo)堤工程對灌河納潮量影響進(jìn)行了敏感性分析，研究表明納潮量影響因素主要取決于導(dǎo)堤高程。

張世釗［9］研究表明口外雙導(dǎo)堤配合航槽疏浚的攔門沙航道整治方案對于增強(qiáng)航槽漲、落潮水流動力，減少近岸沿岸輸沙對航槽回淤影響，從而維護(hù)外航道攔門沙淺區(qū)水深發(fā)揮積極有效的作用。但是在河道排洪條件下，整治工程后，灌河口門內(nèi)低潮位會出現(xiàn)明顯壅高［10］。灌河口門上游約2.5 km處為淮河重要的排洪通道新沂河的入?？陂T，灌河外攔門沙外航道整治工程勢必會對灌河及新沂河排洪產(chǎn)生影響。灌河口外復(fù)雜的水沙運(yùn)動，主、副槽選汊，以及航道整治與防洪兼顧增加了外航道整治的難度，研究采用波流共同作用下水流泥沙模型分析了灌河口航道整治工程方案后水動力變化、航槽回淤以及防洪影響解決方案。

1 自然條件

圖1 灌河口位置示意Fig.1 The Guan River Estuary location

圖2 實(shí)測大潮水文測驗(yàn)潮矢圖Fig.2 Measured current vectors during high tide

1.1 潮汐及潮流特征

灌河口外及河口區(qū)潮汐受南黃海駐波系統(tǒng)控制，屬于非正規(guī)半日潮?？谕獬绷鳛槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)流(見圖2)，旋轉(zhuǎn)性由岸邊向外海逐漸增大，海域漲潮流方向以偏東南向?yàn)橹?，落潮流以西北向?yàn)橹鳌３辈ㄟM(jìn)入灌河口門內(nèi)出現(xiàn)了變形，漲落潮最大流速出現(xiàn)時(shí)刻由口外的高低潮位向口門內(nèi)的中潮位過渡，潮波由淺海前進(jìn)波逐漸向近岸的東北—西南向的駐波過渡(見圖3)。潮波變形使河道內(nèi)高、低潮均有所抬高，漲潮歷時(shí)縮短，落潮歷時(shí)相應(yīng)延長。灌河河道內(nèi)基本為順河道方向的往復(fù)流，其漲潮垂線平均流速略大于落潮流速。

1.2 波浪特征

影響灌河口外地貌的主要動力是波浪，波浪掀沙造成海床侵蝕和水體較大的含沙量，潮流是泥沙長途運(yùn)輸?shù)闹饕獎恿?，在水動力較弱區(qū)域形成泥沙沉積。根據(jù)口門外9 km的開山島1980年8月～1982年12月波浪資料分析得知，該區(qū)常浪向?yàn)镹E，強(qiáng)浪向?yàn)镹NE，最大波高為3.0 m(NNE)，各方位平均波高為0.63 m，周期為2.6 s。根據(jù)以往對沿岸輸沙量估算，灌河口外地區(qū)波浪沿岸輸沙的方向是由東南向西北，平均年凈沿岸輸沙量約3×104m3。

1.3 泥沙特征

圖3 灌河口門內(nèi)、外實(shí)測潮位-流速過程Fig.3 Tide-current data measured inside and outside the Guan River estuary

灌河口外海床底質(zhì)主要為粉沙及淤泥，自東南向西北縱向方向，底質(zhì)粒徑總體呈遞減趨勢，口外海區(qū)底質(zhì)中值粒徑0.05～0.08 mm，深水區(qū)底質(zhì)較細(xì)，中值粒徑0.002～0.006 mm。在開山島以內(nèi)海域，2004年與1994年相比，底質(zhì)粒徑有粗化現(xiàn)象，說明該海區(qū)仍處在沖蝕環(huán)境中。灌河口內(nèi)河床底質(zhì)組成主要為粉沙和淤泥，與口外海床泥沙基本相近。灌河及口外懸沙粒徑較細(xì)，2004年6月觀測中值粒徑為0.002～0.011 mm。根據(jù)多次水文測驗(yàn)資料分析，灌河及口外垂線平均含沙量的分布具有以下特點(diǎn):1)口內(nèi)段河道含沙量高，口外含沙量明顯低于口內(nèi);2)口外攔門沙海域含沙量較大，開山島向外海域水深增大含沙量明顯減小，灌河口門東側(cè)的含沙量比西側(cè)高;3)風(fēng)浪掀沙作用顯著，攔門沙淺灘海域和灌河口內(nèi)風(fēng)天含沙量明顯大增。

1.4 河口演變特征

灌河上游建閘，徑流量和泥沙量都不大，在洪季短時(shí)間開閘放水時(shí)，僅對閘下河段的沖淤產(chǎn)生影響，對陳家港～燕尾港河段和口外水域的影響不大。灌河口外存在大片淺灘(即沙嘴)，波浪掀沙作用明顯，灌河內(nèi)泥沙主要來源于口外，懸沙輸移是主要運(yùn)動方式。灌河及口門附近起主導(dǎo)作用的是波浪掀沙和潮流輸沙，灌河口內(nèi)巨大的潮量是維持灌河河道良好航道水深的主要因素。

來自廢黃河三角洲的沙源，在波浪沿岸流的攜帶下由東南向西北不斷輸運(yùn)，沿岸輸沙被灌河口口門淺灘攔截并受河口入海水流的干擾，水流能量減弱、泥沙淤積，從而造成灌河口右岸沙嘴不斷發(fā)育。灌河出燕尾港口門外，為水深0～2 m間的大片淺灘區(qū)域，2 m等深線在燕尾港外8～9 km處呈扇形分布。河口沙咀由河口東岸向西北方向延伸，至砂咀前端可長達(dá)10 km，灌河河口出口水道即在砂咀區(qū)內(nèi)通過。灌河口出口水道呈雙槽分汊入海的態(tài)勢，習(xí)慣上將向西北偏西方向上出口的水道，稱為西水道，此外，還存在一支由北穿越砂咀腰部出口的水道，稱為北水道。西水道(主槽)距口外-5 m線16.8 km，距-10 m線26 km。北水道(副槽)距-5 m線為13.2 km，距-10 m線長達(dá)21.6 km。西水道是目前主要通航水道，歷史上西水道出口曾經(jīng)距離開山島較近，隨著岸線侵蝕以及口外沙嘴發(fā)育向西延，西水道平面形態(tài)發(fā)生了較大改變，呈逐年西偏的態(tài)勢。隨著近年來海岸防護(hù)工程的實(shí)施，減少了泥沙來源，有效地遏制了海岸線的后退和沙嘴的淤漲，沙咀沙體的移動速度減緩，逐步趨于穩(wěn)定，這將有利于出口水道平面位置的穩(wěn)定性。西水道也隨之趨于穩(wěn)定，目前西水道走向與近漲落潮主流向基本一致。隨著西水道西偏彎曲，洪季灌河、新沂河閘排洪時(shí)，落潮水流沖開口外攔門沙形成北水道，該副槽走向與灌河口較為平順。受攔門沙波浪、潮流作用，攔門沙淺區(qū)副槽極不穩(wěn)定，只在洪季新沂河閘泄洪時(shí)才沖刷沖開，枯季和大風(fēng)天條件下副槽回淤較快。在整治工程實(shí)施前西水道是主要通航水道，西水道水深條件可滿足1000噸級船舶乘潮通航，北水道基本不通航。

2 物理模型

波浪、潮流共同作用下物理模型遵循水流、波浪運(yùn)動相似條件，滿足重力、阻力、水流運(yùn)動及波浪傳播、折射、破碎相似等準(zhǔn)則，模型水平比尺λl取1 000，垂直比尺λh取100，變率為10，波高比尺λH及波長比尺λL與模型垂直比尺相同。根據(jù)竇國仁的潮流與波浪共同作用下的懸沙運(yùn)動方程式和海底變形方程式確定懸沙運(yùn)動相似條件，海床變形相似條件采用竇國仁底輸沙公式加以近似確定［8］。

實(shí)際工作中，可以通過多種途徑完成會計(jì)核算工作，比如建立賬本，對各類支出收益進(jìn)行統(tǒng)一記錄和整理；還可以通過填制和審核憑證、成本預(yù)估和計(jì)算、財(cái)產(chǎn)清點(diǎn)以及編寫會計(jì)報(bào)表等等，都是非常有效的方法。

式中:α1、α2為波浪傳播波向角，d為泥沙顆粒粒徑，s為垂線平均含沙量，ω為沉速，s*為波浪和潮流共同作用下的挾沙能力，γ為水體容量，γ0為泥沙干容重，γs為沙粒容量，t為時(shí)間。

灌河口物理模型布置見圖4，模型采用雙向泵配合尾門聯(lián)合控制模擬復(fù)雜流態(tài)，模型西側(cè)邊界采用雙向泵加流，西北邊界采用尾門進(jìn)行潮位控制，北側(cè)邊界采用雙向泵側(cè)向加流。根據(jù)風(fēng)、浪資料分析，本海域強(qiáng)浪向和常浪向?yàn)镹E方向，模型試驗(yàn)考慮波浪作用方向?yàn)镹E方向，故在模型邊界設(shè)NE方案推板生波機(jī)。

通過對實(shí)測流速(見圖5)及海床地形沖淤變化(見圖6)的驗(yàn)證，模型較好地模擬了灌河口外復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)流特性及地形沖淤變化，模型與現(xiàn)場具有較好的相似性。

圖4 灌河口模型布置Fig.4 Floor plan of physical model of the Guan River estuary

圖5 現(xiàn)場水文測驗(yàn)測點(diǎn)流速、流向驗(yàn)證Fig.5 Velocities and direction comparison between physical model and prototype

圖6 外航道中軸線縱剖面動床地形沖淤驗(yàn)證(2004年6月～2007年9月)Fig.6 Comparison of main axis variations of outer channel between movable bed physical model test and field measurement

3 灌河口外航道整治工程方案研究

3.1 整治方案簡介

灌河口出口水道呈雙槽分汊入海的態(tài)勢，北水道整治方案具有工程規(guī)模小、順應(yīng)河勢、航道順直等優(yōu)點(diǎn)，西水道目前為習(xí)慣性航線，并且與口外漲落潮主流向基本平順，但由于航路較長，且與出灌河口落潮水流方向夾角大，西水道整治工程土方開挖量及將來維護(hù)疏浚量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過北水道方案，因此推薦北水道作為灌河口攔門沙深水航道整治線路。

圖7 方案平面布置Fig.7 Plan layout of regulation project

灌河口外航道整治方案采用雙導(dǎo)堤配合航槽疏浚，淮河重要排洪通道新沂河入海口門位于灌河口內(nèi)，結(jié)合工程整治效果以及防洪補(bǔ)償?shù)葐栴}，對以下五個(gè)方案進(jìn)行了試驗(yàn)研究，各方案布置見圖7。

方案一，雙導(dǎo)堤間距寬度為1.0 km，頂高程為+0.4 m(85高程，下同)，航槽設(shè)計(jì)底高程為-10 m，底寬133 m，邊坡1∶7;方案二，在方案一的基礎(chǔ)上西導(dǎo)堤開口2 024 m;方案三，雙導(dǎo)堤布置與方案一相同，取消了雙導(dǎo)堤間航槽疏浚;方案四，在方案一基礎(chǔ)上將導(dǎo)堤間攔門沙淺區(qū)高程降至-4.1 m;方案五，在方案一基礎(chǔ)上增加航槽的開挖深度，設(shè)計(jì)底高程為-11.6 m。

3.2 外航道內(nèi)水動力變化分析

采用潮差相當(dāng)于98%的2004年6月實(shí)測大潮過程作為模型試驗(yàn)大潮控制條件。新沂河整治工程初步設(shè)計(jì)中燕尾港50年一遇設(shè)計(jì)水位定為4.0 m(廢黃河基面)。試驗(yàn)中參照2000年8月31日實(shí)測潮位過程并作適當(dāng)抬高，作為防洪影響試驗(yàn)中特大潮控制條件，該水文條件下燕尾港高潮位達(dá)到4.0 m(85基面)，能夠滿足新沂河閘防洪設(shè)計(jì)要求。防洪影響試驗(yàn)水文條件中分別采用以下排洪流量與大潮及特大潮進(jìn)行組合:新沂河排洪3 600 m3/s，新沂河排洪8 000 m3/s，新沂河排洪8 000 m3/s同時(shí)灌河排洪2 000 m3/s。

工程前，灌河口外航槽內(nèi)漲落潮平均流速沿程呈“M”型分布，由于邊界的約束，口外1～2 km范圍內(nèi)漲落潮動力有所增加，隨著漲落潮流分散，外側(cè)流速則逐漸減小，至攔門沙淺段漲落潮流速均出現(xiàn)最小值，攔門沙位置為漲、落潮動力分布最弱的位置。圖8為各方案工程前后外航槽內(nèi)漲落潮平均流速沿程變化。

圖8 工程前后外航槽內(nèi)漲落潮平均流速沿程變化Fig.8 Comparison of velocity and elevations before and after channel construction

方案一，落潮流出灌河口門后受雙導(dǎo)堤約束歸槽，雙導(dǎo)堤間航槽落潮動力呈增加趨勢，攔門沙淺區(qū)落潮流速增幅最大達(dá)到35 cm/s，隨著水深增加，雙導(dǎo)堤間過流斷面增加，攔門沙外至雙導(dǎo)堤口門段航槽內(nèi)落潮流速增幅有所減小。漲潮初期，潮位低于導(dǎo)堤頂高程，由于西導(dǎo)堤阻水作用灌河口門處潮位有所降低，雙導(dǎo)堤內(nèi)外比降加大，灌河口門外2.5 km至雙導(dǎo)堤口門沿程漲潮流速有所增加，特別是攔門沙淺區(qū)原來工程前漲潮流速最小區(qū)域，漲潮流速增幅達(dá)25 cm/s。

方案二，西水道開口后大部分漲、落潮流從西水道開口處進(jìn)出，僅有約30%左右水流沿雙導(dǎo)堤下泄，加上雙導(dǎo)堤沿程阻水作用，雙導(dǎo)堤之間攔門沙段水流動力明顯減弱，小于工程前漲、落潮水流動力。

方案四，工程后口外航槽內(nèi)沿程落潮流速變化規(guī)律與方案一基本相似，但由于進(jìn)行了導(dǎo)堤間攔門沙淺區(qū)灘面疏浚，增加了導(dǎo)堤間過水?dāng)嗝?，與方案一相比，出攔門沙淺區(qū)后流速增幅呈減小趨勢。

出灌河口的落潮水流由于缺少河床邊界的約束，水流分散，形成主、副槽的格局。研究表明:灌河口外設(shè)置雙導(dǎo)堤能歸順漲落潮流路，增大河口攔門沙淺區(qū)水流動力，有利于淺區(qū)疏灘水深的維護(hù)，從而減少疏浚量的目的。

3.3 工程防洪影響分析

河口航道整治時(shí)，還需要特別關(guān)注導(dǎo)堤工程產(chǎn)生的不利因素，導(dǎo)堤工程一方面增強(qiáng)了攔門沙淺區(qū)動力，有利于淺灘水深增加和維護(hù)，但同時(shí)也增加了漲、落潮阻力，勢必會對漲、落潮量及高、低潮位產(chǎn)生一定影響。圖9分別為新沂河有、無排洪條件下，方案一前后燕尾港大潮潮位過程變化。工程后，口門燕尾港高潮位略有降低，低潮位則呈抬高趨勢。無排洪條件下，漲潮中潮位時(shí)潮位降幅為12 cm，高潮位時(shí)降幅為5 cm左右，落潮中潮位時(shí)壅水為14 cm，低潮位時(shí)壅水為7 cm左右。排洪條件下，低潮位最大增幅則達(dá)到33 cm。

圖9 有、無排洪方案一前后燕尾港潮位過程變化Fig.9 Tide level variations with and without flood discharge for scheme I

根據(jù)實(shí)測資料分析，燕尾港中潮位時(shí)段口門出現(xiàn)漲落急，流速較大，而高、低潮位時(shí)口門則處于轉(zhuǎn)流時(shí)段，流速較小。由于涉水建筑物產(chǎn)生的壅水與流速平方成正比，因此雙導(dǎo)堤工程對燕尾港站潮位影響最大時(shí)段基本出現(xiàn)在中潮位，工程對高、低潮位影響相對要小很多。圖10為上游排流10 000 m3/s，模型實(shí)測灌河口門潮位、流速過程?？梢姰?dāng)上游排洪后，灌河口門附近漲潮流速減弱，落潮流速加大，時(shí)間延長。高、低潮位時(shí)段流速明顯加大，尤其是低潮位時(shí)段流速值增加較為明顯，因此新沂河灌河排流條件下，整治方案引起口門低潮位特征值變幅會大幅度增加。

圖10 排洪10 000 m3/s模型實(shí)測灌河口門潮位、流速過程Fig.10 The measured tide and velocity data with discharge 10 000 m3/s

圖11 雙導(dǎo)堤有、無挖槽燕尾港潮位過程變化Fig.11 Tide level variation with or without dredging

表1 各方案燕尾港潮位特征值變化mTab.1 Tide level variations of all the schemes m

由于新沂河是淮河重要的排洪通道，而灌河口是新沂河口排洪入海的唯一通道，工程對低潮位的影響是工程成敗的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。在水利部門要求下，進(jìn)行了方案二即西導(dǎo)堤開口方案的試驗(yàn)，研究表明方案二對燕尾港低潮位影響減小，并有所降低。

為了解整治措施中導(dǎo)堤與挖槽對口門潮位的影響，進(jìn)行了導(dǎo)堤間有無挖槽情況下的研究，圖11為方案一、三工程后燕尾港潮位過程比較。雙導(dǎo)堤間無挖槽情況下，燕尾港低潮位進(jìn)一步壅高，與有挖槽相比，低潮位抬高0.28 cm?？梢娬喂こ讨须p導(dǎo)堤會引起低潮位抬高，而航道疏浚則引起潮位降低，兩者對于低潮位變化起相反效果。排洪條件下方案一燕尾港低潮位仍呈壅高趨勢，是由于航道挖槽后低潮位下過水?dāng)嗝娌荒軡M足排洪要求?；诖?，提出了方案四、方案五補(bǔ)償方案，即降低攔門沙淺區(qū)高程方案以及進(jìn)一步降低挖槽底高程方案，目的是增加導(dǎo)堤間過水?dāng)嗝娣e。表1為各方案燕尾港潮位特征值變化情況，研究表明，新沂河排洪條件下，方案四后口門低潮位壅水幅度明顯減小，而方案五后口門低潮位則出現(xiàn)了降低。

表2 大潮條件下整治方案后灌河口潮量變化Tab.2 Tide volume variations of all the schemes in spring tide conditions

河口納潮量的減小會影響到河口以上河床容積的塑造，河槽容積的減小又會影響漲落潮水動力和整治效果。進(jìn)出灌河口的納潮量對口門內(nèi)良好水深維持發(fā)揮了關(guān)鍵作用，因此，在對灌河口攔門沙進(jìn)行整治的同時(shí)，必須兼顧河道的穩(wěn)定性，尤其不能影響其納潮量，才能維持河流的生命力。表2為大潮條件下整治方案后灌河口潮量變化，方案三雙導(dǎo)堤工程后灌河口納潮量明顯減小，隨著航槽疏浚雙導(dǎo)堤間過流斷面增大，方案一后灌河口納潮量減小幅度明顯降低。隨著后期攔門沙航道等級的提升，過流斷面的增加，整治工程對納潮量影響將進(jìn)一步減弱。

4 灌河口外航道整治回淤分析

模型中含沙量采用光電測沙儀進(jìn)行測量，含沙量對航道淤積起著關(guān)鍵作用，根據(jù)實(shí)例資料分析，確定平常浪、大風(fēng)浪、風(fēng)暴潮條件下燕尾港及西水道附近含沙量，開山島外導(dǎo)堤出口處含沙量，試驗(yàn)加沙以此作為控制條件。根據(jù)工程區(qū)域?qū)崪y含沙量，在大風(fēng)浪下開山島附近含沙量可達(dá)2～4 kg/m3?？梢姶箫L(fēng)浪條件含沙量較大，對航道淤積影響也較大。根據(jù)模型沖淤驗(yàn)證結(jié)果，沖淤時(shí)間比尺采用973，含沙量比尺采用0.20，有效波高采用1 m。一個(gè)水文年考慮大風(fēng)浪影響，在試驗(yàn)中采用1 m高和2 m高波浪作用組合。灌河口附近含沙量受風(fēng)浪影響較大，在大風(fēng)浪作用下含沙量驟增，航道可能短時(shí)間內(nèi)驟淤。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析，本區(qū)域7～8級大風(fēng)基本每年都會發(fā)生，對航道淤積有效作用時(shí)間為5天左右，試驗(yàn)采用波高為2 m。各工況下一個(gè)水文年灌河口航道整治工程后航道內(nèi)年回淤量見表3。

方案一實(shí)施后，漲潮初期潮位低于導(dǎo)堤頂高程時(shí)，漲潮流由外海進(jìn)入航道內(nèi)順航槽上溯，由于雙導(dǎo)堤口門與灌河口門處存在水位差，此時(shí)航槽內(nèi)漲潮流速較大，泥沙開始起動進(jìn)入灌河口門。當(dāng)潮位高于導(dǎo)堤頂高程時(shí)，西水道漲潮流越過導(dǎo)堤進(jìn)入灌河口門內(nèi)，此時(shí)近岸含沙量較大，在潮汐和波浪作用下，沿岸泥沙向灌河口輸送。導(dǎo)堤西側(cè)邊灘漲潮流開始橫向越過導(dǎo)堤進(jìn)入導(dǎo)堤東側(cè)海域，泥沙易于在航槽內(nèi)落淤。落潮時(shí)當(dāng)潮位低于導(dǎo)堤頂高程后，水流歸槽，雙導(dǎo)堤間航槽落潮動力較強(qiáng)，航道內(nèi)泥沙起動，隨落潮水流帶入到雙導(dǎo)堤口門外深水區(qū)。一個(gè)水文年航道內(nèi)沿程淤積厚度見圖12。實(shí)施一個(gè)水文年后，航道內(nèi)總淤積為330×104m3，其中雙導(dǎo)堤內(nèi)航道年淤積250×104m3，沿程最大淤厚達(dá)3 m，位于口外約2.5 km處，雙導(dǎo)堤頭部位置航槽內(nèi)年淤厚為2 m，攔門沙淺段位置年淤厚約為1.5 m，航道平均淤厚在1.8 m左右。雙導(dǎo)堤頭部外側(cè)局部范圍由于漲落潮流時(shí)導(dǎo)堤的阻水挑流作用水流動力較強(qiáng)，淤厚會有顯著減小。

圖12 工程后外航槽沿程沖淤厚度沿程分布Fig.12 Outer channel siltation or erosion depth distribution along distance

方案二實(shí)施后，漲潮初期，潮位低于雙導(dǎo)堤頂高程，導(dǎo)堤西側(cè)漲潮流挾帶泥沙經(jīng)西導(dǎo)堤開口位置進(jìn)入灌河口門內(nèi)，進(jìn)入開口以外雙導(dǎo)堤間航槽內(nèi)的泥沙較少。當(dāng)漲至高潮位時(shí)，水流方向與導(dǎo)堤基本垂直，漲潮流越過導(dǎo)堤堤頂進(jìn)入航道內(nèi)，部分泥沙會在航槽及導(dǎo)堤間灘地落淤。落潮時(shí)由于灌河口的水流大部分經(jīng)西水道下泄，只有約30%左右水流沿雙導(dǎo)堤下泄，導(dǎo)堤內(nèi)流速明顯小于不開口方案。由于導(dǎo)堤內(nèi)落潮流速較小，進(jìn)入的泥沙易于在此落淤，導(dǎo)致航槽內(nèi)淤積明顯加大。一個(gè)水文年航道內(nèi)沿程淤積厚度見圖12。研究表明:航道內(nèi)年回淤量達(dá)450×104m3，其中導(dǎo)堤內(nèi)航道淤積約380×104m3，淤積量明顯大于方案一。工程后沿程淤積厚度見圖12，其中航道沿程淤積最厚位于導(dǎo)堤開口處航道內(nèi)。最大淤厚在4 m以上，開口以下雙導(dǎo)堤航道內(nèi)淤厚在2.5 m左右。

表3 灌河口航道整治工程各工況下一個(gè)水文年航道內(nèi)年回淤量Tab.3 Annual siltation of channel in one hydrological year under different working conditions

5 工程方案分析優(yōu)化

方案一雙導(dǎo)堤配合航道疏浚工程后，雙導(dǎo)堤間外航槽內(nèi)漲落潮動力有所增強(qiáng)，尤其是攔門沙淺區(qū)動力增幅較為明顯，這對于航槽疏浚后攔門沙淺區(qū)水深的維護(hù)是有利的。但是工程也會引起口門內(nèi)低潮位壅高，特別是上游新沂河排洪時(shí)，低潮位壅水值會明顯加大，對河道排洪會產(chǎn)生一定影響。方案二西導(dǎo)堤開口后口門低潮位變化明顯減小，工程對排洪不會有明顯影響。但是西導(dǎo)堤開口后，雙導(dǎo)堤間外航槽內(nèi)漲落潮動力會減弱，淤積量會明顯加大，雙導(dǎo)堤間航槽開挖后將難以維護(hù)，工程將失去其整治的意義。綜合考慮防洪影響及航道整治目的，雙導(dǎo)堤配合挖槽的方案是較為合適的，為減小工程防洪的影響，可通過增加航槽維護(hù)等級或通過攔門沙淺區(qū)疏浚來實(shí)現(xiàn)，也就是增加雙導(dǎo)堤間低潮位下的過水?dāng)嗝娣e來補(bǔ)償工程對防洪的影響。

6 結(jié)語

研究表明:灌河口外海域動力條件、泥沙環(huán)境以及工程涉及問題復(fù)雜。雙導(dǎo)堤配合航槽疏浚整治措施，歸順了口外漲、落潮流路，增強(qiáng)攔門沙淺區(qū)水流動力，工程方案發(fā)揮了擋沙、減淤功能，對于外航道水深維護(hù)發(fā)揮重要作用。工程沒有明顯減小進(jìn)出灌河口納潮量，對于口門內(nèi)河槽容積的影響較小。研究表明雙導(dǎo)堤間航槽疏浚能有效補(bǔ)償工程對防洪的影響，排洪條件下口內(nèi)低潮位壅高值會隨著雙導(dǎo)堤間過流斷面增大有所降低。整治工程遵循航道通航與水利防洪綜合治理的原則。

建議:波浪作用下雙導(dǎo)堤堤根處含沙量較大，潮位高于堤頂時(shí)會越堤進(jìn)入口門內(nèi)，建議雙導(dǎo)堤根部加高減少口門附近航道回淤。灌河口外為粉沙淤積質(zhì)海岸，破波帶位于2～5 m等深線，為減小雙導(dǎo)堤外側(cè)大風(fēng)浪引起的航道驟淤問題，建議對雙導(dǎo)堤做進(jìn)一步延長。

目前灌河外航道整治一期工程已實(shí)施完成，從建設(shè)期及建成后近1年半的營運(yùn)來看，工程效果良好，航道經(jīng)受了超強(qiáng)臺風(fēng)“達(dá)維”(風(fēng)力達(dá)到百年一遇、波浪達(dá)到50年一遇)的考驗(yàn)，實(shí)際泥沙回淤與研究情況基本一致。

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