洋山港建设对海床冲淤演变影响及机制研究

论文摘要

洋山深水港位于崎岖列岛内,毗邻杭州湾,是上海港新建的大型深水港。洋山海域具有多汊道输水输沙的特征,潮流强,含沙量高。自2002年以后,港区先后实施了小洋山-镬盖塘汊道、大乌龟-颗珠山汊道和将军帽-大指头岛汊道封堵以及陆域填充和港池疏浚工程。在汊道封堵之后,港区曾出现大范围的淤积现象,一度影响后续工程规划的实施。工程施工引起的海床冲淤演变规律和原因是迫切需要解决的关键问题,对其进行深入研究在科学及应用上均有重要意义。本文利用1998-2010年的实测地形资料,定量分析海床冲淤演变的时空变化规律。研究结果清晰地揭示海域地形随工程进展的冲淤变化特征。堵汊工程结束后的第一年内在汊道两侧出现明显的淤积带,但是淤积率在下一个年度显著下降；港区内部东南区域每年都出现淤积；淤积从2007-2009年增加,但以后呈下降趋势。为维护航运所需15m水深,港池前沿开挖是必要的,而且经过开挖也能够维护航运所需水深。实测资料表明,大潮时落憩时刻含沙量最高。在洋山海域水体和悬沙输运存在明显差异,直接描述悬沙净输运更准确合理。欧拉余流在水体长期输运中占主导地位,平流输运和潮泵作用是洋山海域悬沙输运的主要动力因子,由于潮动力混合较强,垂向输运作用很小。2006年港区中南部悬沙净输运指向大山塘北侧,可能是该地区淤积的原因之利用工程间歇期和港区海域环境经历一段较长的适应调整期,观测和估算各汊道的水沙通量对于评估港区海域的淤积态势及洋山港的持续发展规划有重要的参考价值。本文利用ADCP和OBS在洋山港走航和定点观测的数据,采用通量守恒原理,使用横向均匀、垂向时变的网格,经过时间和空间插值,计算得到大小潮期间洋山港5个主要汊道断面的水沙通量。分析表明,港区内净输进沙约5.44万m3/天（2008年8月）。以此作为洪季的日平均净输沙量,则洪季（三个月）港区内净输进沙约489.4万m3,港区内局部表现为淤积。颗珠山汊道洪季（三个月）净输出沙量约231.3万m3,是港区内重要的出沙通道。为分析海床冲淤演变机理,利用Delft3D建立了洋山海域嵌套模型。在对模型进行充分率定和验证基础上,又对三个堵汊工程引起的地形演变进行了后报验证,模型基本上能够刻画堵汊工程引起的地形冲淤演变特征。水位壅高导致的流速减小是引起淤积的主要动力机制。本文又对港区未来可能进行的堵汉工程进行了地形演变预测,若实施南面两个汊道封堵,不仅在汊道附近产生明显的淤积带,而且可能在港区内西部产生大范围的淤积区。

论文目录

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• 摘要
• ABSTRACT
• 图目录
• 表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目标和研究内容
• 1.4 本论文创新之处
• 第二章 洋山海域海床冲淤演变研究
• 2.1 洋山港工程概况
• 2.2 资料和方法
• 2.3 洋山海域地形演变特征
• 2.4 小结
• 第三章 洋山海域水沙特征分析
• 3.1 长江口杭州湾来水来沙变化
• 3.2 洋山海域潮汐调和常数
• 3.3 洋山海域水流泥沙特征
• 3.4 洋山海域水体和悬沙输运特征
• 3.5 小结
• 第四章 洋山海域关键汉道水沙通量观测研究
• 4.1 观测方法
• 4.2 ADCP盲区流速确定和OBS标定
• 4.3 断面水沙通量计算方法
• 4.4 断面特征时刻法向流速分布
• 4.5 断面特征时刻含沙量分布
• 4.6 断面水沙通量分布特征
• 4.7 断面净水沙通量
• 4.8 小结
• 第五章 洋山海域海床冲淤演变数值模拟研究
• 5.1 Delft3D模式介绍
• 5.2 长江口-杭州湾整体模型建立
• 5.3 洋山海域模型建立
• 5.4 港区水流泥沙分布特征
• 5.5 洋山港工程的影响
• 5.6 港区泥沙冲淤预测
• 5.7 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 博士期间参与的主要科研项目和科研成果
• 参加的科研项目
• 已发表的论文
• 致谢