粉沙質(zhì)海岸擋沙堤平面布置經(jīng)驗體會

劉美山

摘 要：本粉沙質(zhì)海岸泥沙運動與泥質(zhì)和沙質(zhì)海岸泥沙運動規(guī)律不同，因為對其認(rèn)識不足，唐山港在建設(shè)初期，遇到了航道驟淤，集中淤積等問題，隨著問題的發(fā)生和解決，對粉沙質(zhì)海岸泥沙運動規(guī)律有了越來越深的認(rèn)識，擋沙堤也隨認(rèn)識的深入多次調(diào)整，最終圓滿解決了航道回淤問題。本文重點介紹唐山港粉沙質(zhì)海岸泥沙運動研究及擋沙堤平面布置的變化調(diào)整過程。

關(guān)鍵詞：粉沙質(zhì)海岸;泥沙運動; 擋沙堤平面布置;

中圖分類號：U656.3? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）01-0073-02

在我國適宜建港岸線中1/3為粉沙質(zhì)海岸，其泥沙運動明顯區(qū)別于泥質(zhì)海岸和沙質(zhì)海岸，有其特殊的規(guī)律。過去對粉沙質(zhì)海岸泥沙運動了解不深，一直將其視為建港禁區(qū)，在唐山港的建設(shè)過程中，專家們對粉沙質(zhì)海岸泥沙來源、啟動條件、泥沙運動動力、運動及淤積規(guī)律等，有了較深入的研究，取得了豐碩的成果。相應(yīng)在治理方面，由以“擋”為主，到以“挑”為主，再到“擋挑”結(jié)合，完成了一次又一次的突破。唐山港擋沙堤平面調(diào)整的過程，也正是粉沙質(zhì)海岸泥沙運動規(guī)律研究以及航道淤積、風(fēng)暴潮影響下航道驟淤治理的過程。唐山港擋沙堤防平面布置經(jīng)驗是建立在1：1模型試驗基礎(chǔ)上取得的，對粉砂質(zhì)海岸建港有重要的參考意義。

1 擋沙堤一期工程平面布置

1.1 建港前泥沙運動研究的主要結(jié)論

1988年以前，多家科研單位進行過獨立或聯(lián)合泥沙運動研究，主要結(jié)論：海流、潮流為往復(fù)流，由EN-WS為漲潮向，大致與海岸平行，屬不規(guī)則半日潮;常風(fēng)向為南風(fēng)，強風(fēng)向為東北風(fēng);唐山港為沙質(zhì)海岸，-2～-3m水深為波浪破碎帶，系泥沙最強烈活動帶，-5m淺細沙帶，-5～-7m為混合帶，-7m深泥質(zhì)粉沙帶;屬微沖海岸;推移質(zhì)與懸移質(zhì)分界水深為-5m;破碎波是掀沙的動力來源，潮流是輸沙的動力來源;泥沙運動的規(guī)律是破碎波掀沙，含沙水體在潮流的作用下由EN-WS運動，在航道處由于水流變緩，形成回淤。

1.2 擋沙堤一期的平面布置

由于建港初期受投資規(guī)模以及當(dāng)時對泥沙運動規(guī)律的認(rèn)識程度等諸多因素影響，擋沙堤最初布置采用長短堤環(huán)抱式，具體有三種方案：

（1）東、西堤堤頭暫布置在-3m處;

（2）東、西堤堤頭至少應(yīng)布置在-4m處;

（3）東堤堤頭布置在-4～-5m，西堤堤頭布置在-3m處。擋沙堤一期工程最終平面布置方案為東堤堤頭至-4m，西堤堤頭至-3m。

1.3 東堤軸線第一次調(diào)整

堤與航道分別于1989年8月和1990年5月開工，至1990年底西堤基本到位，東堤筑至0+700處，航道0+100～1+500在開挖。經(jīng)1990年11月與1991年3月航道測圖對比，航道發(fā)生了驟淤，最大淤厚4.2m，所挖航道基本淤平。據(jù)此發(fā)現(xiàn)東堤布置不當(dāng)。于是，經(jīng)1991年4月會議論證，認(rèn)為主要問題在于東堤堤頭布置在-4.0m，還不足于阻擋潮流輸沙，對東堤作了第一次布局調(diào)整，向外轉(zhuǎn)角13015，延長至1840m，堤頭在-5.0m等深線處。

1.4 第一次驟淤與挑流堤的提出

1992年8月西堤基本到位，堤長600m，堤頭處水深-3m;東堤筑至1+300，東堤潛堤到1+840。同年9月2日遭遇較強風(fēng)暴潮。風(fēng)暴潮后發(fā)生船舶擱淺事故。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)擋沙堤口門外約1000m段嚴(yán)重淤積，其中長約300～400m槽段大面積淺點為-6.2～-6.4m，淤厚達3.5m 。這是外航道第一次驟淤。經(jīng)對航道集中淤積段等深線繪圖，發(fā)現(xiàn)淤積最大處正好是東堤延長線與航道中心線的交點。首次證明沿堤流是外航道集中淤積的主要動力條件，這是一次重大的認(rèn)識變化，由此引入了挑流堤的概念。

經(jīng)1993年1月后幾次專題會議研究，決定在東堤1+500處作一條與東堤軸線成600角、長300m的挑流堤，以使沿堤流向深水區(qū)擴散，減少航道回淤。這是東堤布置的第二次調(diào)整。

1.5 第二次驟淤與挑流堤延長

1993年10月2日外航道發(fā)生第二次集中淤積。與第一次比，由于有300m挑流堤的存在，淤積集中部位沿航道軸線向深水區(qū)轉(zhuǎn)移了400m，最大淤厚2.5m，有所減小，證明挑流堤效果明顯。但由于挑流堤長度不足，泥沙還是集中回淤于航道，據(jù)此經(jīng)研究對擋沙堤進行了第三次調(diào)整，即挑流堤再延長450m（總長750m）。1994年的測量表明，航道淤積進一步減少，集中淤積部位進一步向深水區(qū)轉(zhuǎn)移，最大淤厚為1.1m。

2 擋沙堤二期工程平面布置

擋沙堤二期平面布置是在物理模型試驗研究的基礎(chǔ)上確定的。物模試驗是在唐山港東擋沙堤作了三次布局調(diào)整和外航道兩次集中淤積后，分兩階段研究的。第一階段，于1994年研究單位根據(jù)設(shè)計單位提供的擋沙堤二期工程方案（5種），進行了物模試驗研究，并由專家組提出了初步評審意見。第二階段，于1995年南科院結(jié)合專家組初審意見，進行了9種主要方案30多組次的模型試驗。經(jīng)大量試驗方案的優(yōu)化、組合、比選，提出“挑”、“抱”結(jié)合的推薦方案。該方案在模型試驗中，能夠較好地復(fù)演1992年和1993年兩次泥沙回淤規(guī)律，證明航道泥沙回淤機理及試驗方法科學(xué)合理的前提下，經(jīng)比選而形成的，達到了整治和疏浚較理想的結(jié)合。擋沙堤二期工程主要包括東挑流出水堤2000m（另有潛堤300m）、東環(huán)抱堤920m（其中出水堤100m，其它為潛堤）、西出水堤500m、西潛堤800m。至此東堤堤頭到達水深-7.0m處，西堤堤頭到達水深-6.0m處。

3 擋沙堤三期平面布置

3.1 50年一遇風(fēng)暴潮后擋沙堤的物模試驗研究

2001年10月～2003年8月，唐山港3.5萬噸級航道施工，底寬160m，通航水深12m，于2003年9月完成竣工測量。2003年10月10～14日受渤海50年一遇風(fēng)暴潮影響，航道產(chǎn)生較大淤積，隨后進行航道測量，從測量圖上可以看出，這次風(fēng)暴潮造成航道沿程平均淤厚為1.9m。其中2+750到3+600之間是較為集中的淤積段，厚度達4.71m。從沿程淤積的分布來看，有兩段不連續(xù)分布的強淤積段，即2+100至2+750和2+750至3+600。應(yīng)該講，這是唐山港又一次嚴(yán)重的航道淤積。為了進一步研究解決航道回淤問題，結(jié)合7萬噸級航道工程、四港池31#、32#泊位可行性研究以及五港池開發(fā)建設(shè)，2004年8月，唐山港口投資有限公司委托研究單位，進行了唐山港泥沙淤積及完善擋沙堤研究的物理模型試驗。通過試驗對航道泥沙驟淤機理進行了深入的分析研究，對各種延堤方案、離岸堤方案的擋沙防淤效果進行了定量研究。根據(jù)研究成果，試驗單位推薦了擋沙堤三期平面方案，擋沙三期工程主要包括：航道東側(cè)平行堤700m、航道東側(cè)平行潛堤500m;航道西側(cè)平行堤（含折角堤292m）892m;五港池南外堤2945m、五港池西外堤1175m。擋沙三期工程東、西堤堤頭部位水深達-9.0m，航道掩護條件得到很大改善。

3.2唐山港10萬噸級航道工程與擋沙堤航道東、西側(cè)平行潛堤續(xù)建

在唐山港擋沙堤三期工程前期工作中，結(jié)合唐山港泥沙淤積及完善擋沙堤研究物理模型試驗，進行了大量資料收集和模型試驗論證工作。7萬噸級航道兩側(cè)擋沙堤的布置也經(jīng)過模型試驗驗證，實際使用情況良好。物模試驗結(jié)果同時表明，建設(shè)10萬噸級航道時，適當(dāng)延長航道兩側(cè)潛堤至-10m等深線處，能有效降低堤頭附近橫流流速，減少對船舶航行影響;同時可以進一步減少航道回淤。在10萬噸級航道工程研究中，研究單位針對本工程進行了專題的數(shù)學(xué)模型試驗，最終確定在航道兩側(cè)新建防沙導(dǎo)流潛堤至-10m等深線處，航道東側(cè)潛堤長約900m，航道西側(cè)潛堤長約800m，總長1700m，防沙導(dǎo)流潛堤堤頂高程按斜坡式下降，由-4.0m逐步順坡降至-6.0m。

4 小結(jié)

在擋沙堤三期工程建設(shè)結(jié)束后，通過10多年的觀測，航道沒有發(fā)生過較大的回淤，每年的淤積量和淤積厚度都在設(shè)計估算之內(nèi)，擋沙堤建設(shè)取得了成功?；仡欉@一歷程，是對粉沙質(zhì)海岸泥沙運動規(guī)律的認(rèn)識不斷深入的過程，也是對采取正確擋沙措施認(rèn)識不斷深入的過程，從中建設(shè)者提高了認(rèn)識，也積累了豐富的經(jīng)驗。這些認(rèn)識和經(jīng)驗無疑是十分寶貴的。