河口海岸泥沙的运动力学分析

典型的河口泥沙问题是拦门沙。水流挟带泥沙到河口,由于坡降变缓,水流扩散及咸水混合影响,泥沙淤积,形成三角洲和拦门沙。近年来,由于兴建水利工程和大量引水,我国的许多河口正在急剧萎缩(王兆印,1998,2003)。大河河口如黄河口的萎缩主要是由于上游引水河口段来水流量降低甚至断流所造成;中小河口往往是由于涨潮流速大于落潮流速,涨潮时带入的泥沙多、落潮时带出的沙少,造成河口淤堵、河道萎缩。严重淤积大大减小了潮交换量和河流的环境容量。海河为了蓄淡御潮在河口建闸,导致海河闸下游淤高了6m,闸下游11km 河段1958～1989年间淤积了1800万m3,整个海河水系所有河口综合排洪能力30年来下降了一半。

随着国民经济的发展,我国正在加紧开发和利用粉沙质和淤泥质河口海岸资源,包括建设深水港和深水航道。在这些工程中,解决泥沙问题也是关键技术之一。研究河口海岸泥沙运动力学规律,正受到广泛重视。与河流泥沙运动规律相比,河口海岸泥沙运动有其独特的规律。从动力特性上看,受潮汐与波浪的共同作用,河流泥沙运动力学中大量的关于恒定均匀流的研究成果和基本概念在这里是不适用的。从运动特性上看,淤泥质海岸的泥沙粒径很细,泥沙运移形态以悬移质为主;而粉沙质海岸的泥沙运动活跃,易起动、沉降快、易产生骤淤,悬移质和推移质运动都同时存在。这些运动中的泥沙,既有通过径流或潮流远距离漂移来的,也有波浪从当地掀起的。在波浪的周期作用下,泥沙不断悬起、运动、沉降、再悬起,构筑泥沙运动的复杂图景。

对于淤泥质河口海岸,由于泥沙很细,泥沙直接从床面扬起进入悬移运动状态。泥沙在波浪作用下的扬起运动规律是最重要的基本问题。如果像一些文献报道的那样,河口地区的地形都是由极细的泥沙形成的。那么,缺乏推移质运动的地形形成机理将与河流的床面形态不尽相同,其规律的研究还是新的课题。河口地区细颗粒泥沙要发生絮凝,将对泥沙沉降与起动特性产生较大影响。特别是在咸淡水的交界带,大量泥沙在此沉积,形成拦门沙。颗粒的絮凝可能形成独特的泥沙运动现象,如底部床面形成的浮泥流层。关于浮泥流的形成机理、运动特性,可信的研究成果还不多见,需要深入研究。对于粉沙质海岸,泥沙的起动、悬移质和推移质比例的划分等,也都是非常复杂和困难的课题(杨美卿,1993;秦崇仁,2003)。(www.xing528.com)

河口海岸泥沙运动的研究最终要归结到工程应用上,其中主要包括海岸、河口港口航道、港池泥沙回淤量的预报,沿岸输沙引起的岸线变迁预报、建筑物周围冲刷变化的预测,闸下淤积的预测,取水口、排水口淤塞,海底管线周围的冲刷预报等。