粉沙质海岸挡沙堤平面布置经验体会

刘美山

摘 要：本粉沙质海岸泥沙运动与泥质和沙质海岸泥沙运动规律不同，因为对其认识不足，唐山港在建设初期，遇到了航道骤淤，集中淤积等问题，随着问题的发生和解决，对粉沙质海岸泥沙运动规律有了越来越深的认识，挡沙堤也随认识的深入多次调整，最终圆满解决了航道回淤问题。本文重点介绍唐山港粉沙质海岸泥沙运动研究及挡沙堤平面布置的变化调整过程。

关键词：粉沙质海岸;泥沙运动; 挡沙堤平面布置;

中图分类号：U656.3         文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）01-0073-02

在我国适宜建港岸线中1/3为粉沙质海岸，其泥沙运动明显区别于泥质海岸和沙质海岸，有其特殊的规律。过去对粉沙质海岸泥沙运动了解不深，一直将其视为建港禁区，在唐山港的建设过程中，专家们对粉沙质海岸泥沙来源、启动条件、泥沙运动动力、运动及淤积规律等，有了较深入的研究，取得了丰硕的成果。相应在治理方面，由以“挡”为主，到以“挑”为主，再到“挡挑”结合，完成了一次又一次的突破。唐山港挡沙堤平面调整的过程，也正是粉沙质海岸泥沙运动规律研究以及航道淤积、风暴潮影响下航道骤淤治理的过程。唐山港挡沙堤防平面布置经验是建立在1：1模型试验基础上取得的，对粉砂质海岸建港有重要的参考意义。

1 挡沙堤一期工程平面布置

1.1 建港前泥沙运动研究的主要结论

1988年以前，多家科研单位进行过独立或联合泥沙运动研究，主要结论：海流、潮流为往复流，由EN-WS为涨潮向，大致与海岸平行，属不规则半日潮;常风向为南风，强风向为东北风;唐山港为沙质海岸，-2～-3m水深为波浪破碎带，系泥沙最强烈活动带，-5m浅细沙带，-5～-7m为混合带，-7m深泥质粉沙带;属微冲海岸;推移质与悬移质分界水深为-5m;破碎波是掀沙的动力来源，潮流是输沙的动力来源;泥沙运动的规律是破碎波掀沙，含沙水体在潮流的作用下由EN-WS运动，在航道处由于水流变缓，形成回淤。

1.2 挡沙堤一期的平面布置

由于建港初期受投资规模以及当时对泥沙运动规律的认识程度等诸多因素影响，挡沙堤最初布置采用长短堤环抱式，具体有三种方案：

（1）东、西堤堤头暂布置在-3m处;

（2）东、西堤堤头至少应布置在-4m处;

（3）东堤堤头布置在-4～-5m，西堤堤头布置在-3m处。挡沙堤一期工程最终平面布置方案为东堤堤头至-4m，西堤堤头至-3m。

1.3 东堤轴线第一次调整

堤与航道分别于1989年8月和1990年5月开工，至1990年底西堤基本到位，东堤筑至0+700处，航道0+100～1+500在开挖。经1990年11月与1991年3月航道测图对比，航道发生了骤淤，最大淤厚4.2m，所挖航道基本淤平。据此发现东堤布置不当。于是，经1991年4月会议论证，认为主要问题在于东堤堤头布置在-4.0m，还不足于阻挡潮流输沙，对东堤作了第一次布局调整，向外转角13015，延长至1840m，堤头在-5.0m等深线处。

1.4 第一次骤淤与挑流堤的提出

1992年8月西堤基本到位，堤长600m，堤头处水深-3m;东堤筑至1+300，东堤潜堤到1+840。同年9月2日遭遇较强风暴潮。风暴潮后发生船舶搁浅事故。经测量发现挡沙堤口门外约1000m段严重淤积，其中长约300～400m槽段大面积浅点为-6.2～-6.4m，淤厚达3.5m 。这是外航道第一次骤淤。经对航道集中淤积段等深线绘图，发现淤积最大处正好是东堤延长线与航道中心线的交点。首次证明沿堤流是外航道集中淤积的主要动力条件，这是一次重大的认识变化，由此引入了挑流堤的概念。

经1993年1月后几次专题会议研究，决定在东堤1+500处作一条与东堤轴线成600角、长300m的挑流堤，以使沿堤流向深水区扩散，减少航道回淤。这是东堤布置的第二次调整。

1.5 第二次骤淤与挑流堤延长

1993年10月2日外航道发生第二次集中淤积。与第一次比，由于有300m挑流堤的存在，淤积集中部位沿航道轴线向深水区转移了400m，最大淤厚2.5m，有所减小，证明挑流堤效果明显。但由于挑流堤长度不足，泥沙还是集中回淤于航道，据此经研究对挡沙堤进行了第三次调整，即挑流堤再延长450m（总长750m）。1994年的测量表明，航道淤积进一步减少，集中淤积部位进一步向深水区转移，最大淤厚为1.1m。

2 挡沙堤二期工程平面布置

挡沙堤二期平面布置是在物理模型试验研究的基础上确定的。物模试验是在唐山港东挡沙堤作了三次布局调整和外航道两次集中淤积后，分两阶段研究的。第一阶段，于1994年研究单位根据设计单位提供的挡沙堤二期工程方案（5种），进行了物模试验研究，并由专家组提出了初步评审意见。第二阶段，于1995年南科院结合专家组初审意见，进行了9种主要方案30多组次的模型试验。经大量试验方案的优化、组合、比选，提出“挑”、“抱”结合的推荐方案。该方案在模型试验中，能够较好地复演1992年和1993年两次泥沙回淤规律，证明航道泥沙回淤机理及试验方法科学合理的前提下，经比选而形成的，达到了整治和疏浚较理想的结合。挡沙堤二期工程主要包括东挑流出水堤2000m（另有潜堤300m）、东环抱堤920m（其中出水堤100m，其它为潜堤）、西出水堤500m、西潜堤800m。至此东堤堤头到达水深-7.0m处，西堤堤头到达水深-6.0m处。

3 挡沙堤三期平面布置

3.1 50年一遇风暴潮后挡沙堤的物模试验研究

2001年10月～2003年8月，唐山港3.5万吨级航道施工，底宽160m，通航水深12m，于2003年9月完成竣工测量。2003年10月10～14日受渤海50年一遇风暴潮影响，航道产生较大淤积，随后进行航道测量，从测量图上可以看出，这次风暴潮造成航道沿程平均淤厚为1.9m。其中2+750到3+600之间是较为集中的淤积段，厚度达4.71m。从沿程淤积的分布来看，有两段不连续分布的强淤积段，即2+100至2+750和2+750至3+600。应该讲，这是唐山港又一次严重的航道淤积。为了进一步研究解决航道回淤问题，结合7万吨级航道工程、四港池31#、32#泊位可行性研究以及五港池开发建设，2004年8月，唐山港口投资有限公司委托研究单位，进行了唐山港泥沙淤积及完善挡沙堤研究的物理模型试验。通过试验对航道泥沙骤淤机理进行了深入的分析研究，对各种延堤方案、离岸堤方案的挡沙防淤效果进行了定量研究。根据研究成果，试验单位推荐了挡沙堤三期平面方案，挡沙三期工程主要包括：航道东侧平行堤700m、航道东侧平行潜堤500m;航道西侧平行堤（含折角堤292m）892m;五港池南外堤2945m、五港池西外堤1175m。挡沙三期工程东、西堤堤头部位水深达-9.0m，航道掩护条件得到很大改善。

3.2唐山港10万吨级航道工程与挡沙堤航道东、西侧平行潜堤续建

在唐山港挡沙堤三期工程前期工作中，结合唐山港泥沙淤积及完善挡沙堤研究物理模型试验，进行了大量资料收集和模型试验论证工作。7万吨级航道两侧挡沙堤的布置也经过模型试验验证，实际使用情况良好。物模试验结果同时表明，建设10万吨级航道時，适当延长航道两侧潜堤至-10m等深线处，能有效降低堤头附近横流流速，减少对船舶航行影响;同时可以进一步减少航道回淤。在10万吨级航道工程研究中，研究单位针对本工程进行了专题的数学模型试验，最终确定在航道两侧新建防沙导流潜堤至-10m等深线处，航道东侧潜堤长约900m，航道西侧潜堤长约800m，总长1700m，防沙导流潜堤堤顶高程按斜坡式下降，由-4.0m逐步顺坡降至-6.0m。

4 小结

在挡沙堤三期工程建设结束后，通过10多年的观测，航道没有发生过较大的回淤，每年的淤积量和淤积厚度都在设计估算之内，挡沙堤建设取得了成功。回顾这一历程，是对粉沙质海岸泥沙运动规律的认识不断深入的过程，也是对采取正确挡沙措施认识不断深入的过程，从中建设者提高了认识，也积累了丰富的经验。这些认识和经验无疑是十分宝贵的。