专题三岛群海域波浪特性与船舶系泊条件研究.doc

离岸深水港口建设关键技术研究课题之四 岛群中建港水动力关键技术问题研究 报告简本 0前言 本项目主要从与港口有关的水文、泥沙和波浪条件出发，以洋山深水大港为，以港口调研资料分析为基础，全面论述岛群海域泥沙环境、泥沙淤积机理、淤积计算和物理模型的研究成果，总结岛群港口选址及建筑物布置的基本原则。并通过对岛群间波浪传播模拟方法的研究，以及对岛群间波浪的波高频率分布特征、台风浪双峰谱周期特征、波浪能量的方向分布特征的分析，得到了岛群波浪与无遮掩海域波浪的特点及模拟方法与关键技术点；在大量模型实践基础上，结合已有规范给出了考虑波浪的船舶系泊参数计算方法。共分五个专题，《岛群海域泥沙淤积机理及泥沙淤积预测》、《洋山深水港区波浪潮流泥沙及台风浪骤淤数学模型研究》、《岛群海域波浪特性与船舶系泊条件研究》、《岛群海域港口选址与建筑物布置的基本原则研究》和《洋山深水港规划方案研究》。洋山深水港区波浪潮流泥沙及台风浪骤淤数学模型研究洋山深水港规划方案研究为洋山深水港后续工程建设提供科学依据。 （1）洋山港海域为淤泥质海床，泥沙运动形态以悬移质为主，含沙量垂线分布差异不大。泥沙的冲淤除与背景含沙量有关外，主要与本地泥沙的再悬浮、搬运及沉积有关。水体中的粗颗粒泥沙、底部悬沙以及憩流附近时刻水体中的悬浮絮凝团是造成海床淤积的有效沙源。洋山港海域的泥沙运动及海床变化是与其水流动力条件相适应的，潮流的强弱在一定程度上决定了海床的冲淤变化，潮流对泥沙具有起悬和搬运双重作用。因此把握该海域的潮流动力变化对于研究其海床的冲淤变化至关重要。 （2）平衡含沙量因成因不同可分为起悬型和沉降型，在同样大小的水动力作用下，沉降型含沙量往往大于起悬型含沙量，在含沙量垂线分布上，沉降型的含沙量垂线分布要比起悬型分布均匀。这些特点已在本次室内试验和现场资料整理中得到证实。海床冲淤主要取决于天然含沙量与平衡含沙量之间的差值，当天然含沙量大于沉降型平衡含沙量时成为超平衡含沙量，海床淤积速率与差值的大小成正比；当天然含沙量小于起悬平衡含沙量时称为亚平衡含沙量，同时水流速度大于起动流速时，海床冲刷速率与差值成正比。含沙量介于沉降型和起悬型之间时，海床冲淤变化很小，工程中可认为基本不变。利用上述可用来预报海床冲淤演变趋势。海床冲淤判别关系式如下 时，海床冲刷； 时，海床微冲微淤； 时，海床淤积； 洋山港海域海床冲淤判别关系式如下： 时，海床淤积 时，床面微冲微淤 时，床面冲刷 （4）利用平衡含沙量和平衡水深而建立的海床冲淤演变预测公式以及逐年冲淤计算公式可以很好的预测因流速改变而引起的海床演变。 可进一步由下式求得床面冲淤厚度： 式中：—冲淤厚度，“+”为淤，“-”为冲；—新流速，时则淤，时则冲；m1—系数，淤泥质海岸，m1=0.67；粉沙质海岸，m1=0.75；沙质海岸，m1=0.70。 最终海床冲淤厚度 利用研究果，预测了封堵颗珠山～小洋山汊道后西部港区海床发生大面积淤积，与物模结果一致。在浅滩上开挖深槽后，一方面因水深加大使流速减小，另一方面又因水流归槽而使流速加大。根据二维水流数值模拟可知，港内流速总体上较天然状态增大，且槽内流速增大趋势随挖槽长宽比增大而逐渐。利用水流归槽和平衡含沙量理论而建立的顺岸式港池淤积计算公式在洋山港码头港池中得到良好的应用与验证。淤积计算一般表达式为： 或式中：—以厚度表示的淤积率；—泥沙沉降机率；—淤积土干容重。 利用淤积一般式可得出顺岸式港池的淤积计算公式为： 或 式中： —在淤积时间内的淤积厚度；—淤积时间。为落淤综合指数；为平衡含沙量指数；n为水流归槽指数，与港池长宽比有关。港池不同长宽比下的落淤综合指数 这一成果已纳入正在修编的《海港水文规范》中。 2.2专题二——洋山深水港区波浪潮流泥沙及台风浪骤淤数学模型研究本研究依托位于上海国际航运中心洋山深水港建设工程，采用东中国海、长江口、杭州湾整体海区三层嵌套的方法建立了洋山港工程海域二维潮流、泥沙及海床冲淤数学模型，对工程海区潮流和地形冲淤变化进行计算；并联合应用美国夏威夷大学CFMS中飓风模型、全球潮汐模型、第三代深海波浪模型、第三代近岸波浪SWAN模型、潮汐风暴潮模型以及海岸河口多功能数学模型软件包TK-2D，对洋山工程海区台风暴潮骤淤进行了数学模拟研究。 东中国海长江口杭州湾整体海区洋山港工程海域 台风暴潮泥沙骤淤数学模型流程图通过二维潮流泥沙数学模型，较好的复演了封堵北港区镬盖塘～小洋山汊道、镬盖