□ 韓永林（浙江省水利水電建筑監(jiān)理公司）

0 引言

新泓口圍堤方案為北直堤長1.70km，南直堤長1.10km，順堤（東直堤）長3.60km，圍海面積537hm2。二期管道鎮(zhèn)海登陸點(diǎn)位于順堤北部，距離北直堤約300m。圍海工程于2008年至2009年建成，其建設(shè)對海堤附近的海底地形產(chǎn)生了影響。文章根據(jù)實(shí)測的地形和水文泥沙資料，分析該工程海域的水文泥沙和地形特征；采用潮流數(shù)學(xué)模型，結(jié)合泥沙沖淤半理論半經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算分析該工程建設(shè)對潮流和泥沙淤積的影響。

1 潮流數(shù)學(xué)模型

二維潮流的基本方程包括水連續(xù)性方程和動量守恒方程，即

式中:t為計(jì)算時間；x、y為計(jì)算區(qū)域坐標(biāo)；H為海面到海底的距離；Zb為海底高程；U、V分別為垂線平均流速在x、y方向的分量；f為地轉(zhuǎn)參數(shù)，g為重力加速度；τsx、τsy為海面風(fēng)應(yīng)力分量；τbx、τby為海底摩阻分量，ρ為海水密度；ve為水平渦動粘性系數(shù)。上述參數(shù)具體計(jì)算見文獻(xiàn)[1]。

上述方程式是一個初邊值問題，求解需要適當(dāng)?shù)某跏紬l件和邊界條件。

計(jì)算邊界分為兩類，一類是岸邊界，另一類是水邊界。初始條件與潮位和流速的初始分布有關(guān)。采用有限差分法離散基本方程。通過離散得到的線性代數(shù)方程組，用高斯消去法求解。

2 泥沙淤積計(jì)算

根據(jù)潮汐水流中的懸沙運(yùn)動方程，可得海岸工程引起的床面沖淤強(qiáng)度，即

式中:p為年沖淤強(qiáng)度，m/a；α為沉降機(jī)率；ω為泥沙沉速，m/s；γd為泥沙干容重，kg/m3；t為一年中的沖淤歷時，s；S1、S2為工程前、后的水流挾沙力，kg/m3。其中計(jì)算參考文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]

3 數(shù)值模擬分析

3.1 工程簡介

本路由總體上呈NE－SW穿越杭州灣口灰鱉洋海域，路由海域的海底地形特征為西南部高，平緩東傾，東北部低且起伏?？梢苑殖蓛纱笾饕孛矄卧?西部淺灘；東部潮流沖刷槽。KP4以西為海岸邊灘，海底地形呈平坦水平狀，水深約5m；KP4以東為外側(cè)緩坡，海底向東傾斜，水深逐漸增大，向東進(jìn)入潮流沖刷槽區(qū)。數(shù)值模擬過程中取路由海域?yàn)檠芯繉ο?，?jì)算區(qū)域采用四節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格剖分，網(wǎng)格尺寸為20m×20m。模型的水邊界采用潮位控制，潮位過程由東中國海潮波數(shù)學(xué)模型提供。對于隨潮位變化的淺灘動邊界，采用網(wǎng)格干、濕判斷法進(jìn)行處理。

3.2 模型驗(yàn)證

模型驗(yàn)證路由海域4個站的準(zhǔn)同步連續(xù)周日海流，比較這些站點(diǎn)的計(jì)算值與實(shí)測值后表明，無論是潮位還是潮流速，計(jì)算值與實(shí)測值相差很小，過程吻合較好（限于篇幅，這里只給出典型站點(diǎn)的對比值）。

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)潮流數(shù)值模擬結(jié)果，采用泥沙沖淤半理論半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算新泓口圍堤工程實(shí)施前后的水下地形沖淤變化，繪制沖淤變化如圖1:

表1 實(shí)測最大流速及其流向表單位:流速（cm/s），流向（°）

圖1 路由沿程沖淤變化圖

在北直堤堤角處工程修建后年淤積強(qiáng)度最大，為1.10～1.20m/a，總淤積量4m以上；由堤角沿岸向北年淤積強(qiáng)度逐漸減小，在離北直堤堤角1.70～2.00km外年淤積強(qiáng)度減至0.30m/a左右，總淤積量1.20～1.50m。

在順堤南、北兩端外側(cè)工程修建后將形成明顯沖刷，順堤北端外側(cè)工程后年沖刷強(qiáng)度為0.60m/a左右，總沖刷量為2.50～3.00m；順堤中部北側(cè)年沖刷強(qiáng)度0.30～0.40m/a，總沖刷量1.50～2.00m；順堤南端外側(cè)年沖刷強(qiáng)度為0.40～0.50m/a，總沖刷量2.00～2.50m。

KP20.50以西為基本穩(wěn)定至微淤積區(qū)，其中KP2.60～5.75為淤積最多區(qū)，厚度0～0.70m，呈透鏡狀，年均0～11.60cm；KP0.70～1.10沖刷相對較明顯，厚度0～0.55m，年均0～9.20cm。KP20.50以東主要為沖刷區(qū)，其中西堠門潮流沖刷槽內(nèi)沖刷厚度最大。

4 結(jié)論

文章通過采用數(shù)值模擬法，對比圍海工程的修建前后對海底地形影響發(fā)現(xiàn)南、北兩端外側(cè)工程將形成明顯沖刷，以便為同類工程提供理論依據(jù)。

[1]WANGZhen，WEIYouxing，ZHANGChangkuan.Amethodtocalculatedesigntidelevelsonthebasisofnumericalmodeloftidalcurrentanditsapplication［J］.ActaOceanol.Sin.，2012，31（4）:24-30.

[2]王義剛，林祥，吳中.河口邊灘圍墾后淤積計(jì)算方法研究［J］.海洋工程，2000，18（3）:67-70.

[3]羅肇森.河口航道開挖后的回淤計(jì)算［J］.泥沙研究，1987（2）:13-20.

[4]黃建維.粘性泥沙在靜水中沉降特性的試驗(yàn)研究［J］.泥沙研究，1981（2）:30-40.