淤泥质海岸港口适航水深应用研究

淤泥质海岸港口适航水深应用研究

许保华

河海大学交通学院 海洋学院，江苏南京（ 210098）

E －mail ：xbh21c@

摘 要：随着淤泥质海岸港口水深的加大，港口回淤加剧，会引起浮泥的发育，将给港口水深维护增加困难。本文论述并分析了浮泥的特性，详细论述了适航水深、适航增深应用的原理与方法，以及在实际应用中取得的良好经济效益。因此，在淤泥质海岸港口水深维护中应用适航水深、适航增深的方法成为必然趋势。

关键词：回淤，浮泥，适航水深，适航增深

0. 引言

我国淤泥质海岸主要分布在辽东湾、渤海湾、莱州湾、苏北、长江口、浙闽港湾和珠江口外等岸段，其总长度在4000km 以上，约占全国海岸线长度的四分之一。淤泥质海岸的主要特征为：岸滩物质组成较细，泥沙中值粒径＜0.031mm ，泥沙颗粒间有粘结力，在海水中呈絮凝状态；在潮、浪作用下，泥沙运动主要呈悬沙输移，在沙源充沛地区，能发现“浮泥”现象。

50D 淤泥质海岸滩宽水浅，建港难度较大，但有的大河河口或河口湾也可找到掩护条件较好的深水岸段，这里往往腹地广阔，水陆集疏运条件好，可发展为重要港口，如上海港、天津新港、广州港等。随着船舶大型化趋势的发展，船舶吃水越来越深，因此港口对水深要求越来越高。随着水深的增大，淤泥质海岸港口的回淤将十分严重。以下为淤泥质海岸航道回淤的计算公式[1]： {}θθγωcos 121sin 121212321101⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−+⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=d d d d K d d K t S P （1） 式中―浅滩平均水深（m ），―航道开挖水深(m) 1d 2d 由2212121

422289121⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝⎛+−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−d d d d d d 可知，航道开挖水深增大时，航道回淤强度会显著增大。

2d 淤泥质海岸港口回淤加剧给港口水深维护增加了困难。以天津港[2]为例，

该港因25－26号泊位的设计水深达-16.5m ，形成一个相对水深较大的凹坑，泥沙迅速汇集，回淤速率剧增，若按原来的水深静态维护方式，每年至少需维护挖泥4次，这是很难实施的。天津港15～25万t 级航道，港池与泊位正在加速建设，设计水深将达-18.4～-20.8m 以上，如此深水域的泥沙回淤速率，预计可达 3.6～4.6m/a 及以上。无论对港口生产，还是对维护疏浚，都是难以想象的。因此，回淤加剧后，维护疏浚的工程量十分巨大，而且维护挖泥周期短，所挖浮泥密集时间少，容重较小，此时挖泥会浪费大量工程量，而挖泥次数增多将给港口正常生产带来不利影响。

深水航道挖槽水深越来越大，回淤加剧，水体中悬移的泥沙增多，滩槽水深比进一步加大，航槽水深条件必将更有利于浮泥的发育，浚挖的泥沙抛沉于航道两侧时，床面的泥沙容

重小，起动容易，在遇到合适的动力条件，则集中于航槽，形成浮泥层，浮泥回淤问题可能更加突出。在浮泥发育期间，如何利用浮泥的特性减少回淤疏浚成本，如何减小浮泥对船舶航行的影响无疑具有重要的现实意义。这在客观上要求我们对浮泥的特性进行更为深入的研究。

1. 浮泥

1.1 浮泥容重

浮泥是淤泥质河口、海岸地区特有的一种泥沙现象，即悬沙絮凝沉降于床面形成的高浓度浑水体。根据上海航道局用FE －101双频道（200kHZ 及5kHZ ）回声探测仪，高浓度γ－测沙仪测量和浮泥分层采样器进行实验室分析结果，浮泥面容重和浮泥层底容重在长江口分别为1.04t/m 3和1.25 t/m 3，在珠海九洲港为1.05 t/m 3和1.30 t/m 3。将双频测深所得到的高频下界面和低频下界面之间的泥水混合层称之为浮泥层。可分为2个亚层[3]：

（1） 伪塑性层：在垂向上，该层浮泥重度增幅较小，具有流动性。

（2） 塑性层：该层浮泥重度垂向增幅较大，向下逐渐过渡为致密的淤泥层。

当泥沙颗粒容重为2.65 t/m 3时，浮泥含沙量（干容重c γ）和浮泥容重（湿容重ωγ）有下列关系：

c γγω623.01+= （2）

1.2 浮泥的泥沙组成

一般来说，只有河口海岸泥沙粒径D 50<0.01mm 时，才有可能出现浮泥。根据长江口的测量，在浮泥层，小于0.002mm 的粘粒的含量占28.2％～36.4％，泥沙颗粒愈细，出现和形成浮泥的机会愈多。塘沽新港（底质D 50<0.005mm ）、连云港（底质D 50<0.0039mm ）、珠江口伶仃洋（底质D 50<0.005mm ）等河口与港口都曾测到浮泥。

1.3 浮泥层的厚度

在自然状态下，长江口浮泥厚度只有0.1～0.4m ，在人工挖槽中到达1.2m 。如果没有挖槽，浮泥层厚度是不会达到1.2m 的，参考边缘的浮泥层厚度0.6m ，由于挖槽加深的原因，挖槽浮泥层厚度加大0.6m ，才达到了1.2m 。因此，挖槽挖的愈深，则浮泥层的厚度就会愈大。广东珠海九洲港1987年10月港池浮泥层平均厚度1.8m ，同期航道平均1.3m 。连云港庙岭港区1979年9月18日试挖槽内浮泥层厚度约3.4m ，外航道内约1.0m 。

1.4 浮泥在静水条件下的沉降固结特性

静水条件下的浮泥沉降固结试验[4]。试验所用水沙取自长江口，水体含盐度19.5‰，泥沙多为粘性细颗粒物质。有机玻璃沉降筒，筒高150cm ，直径15cm 。配制了3种水样，含沙量分别为80kg/m 3、110 kg/m 3、 140kg/m 3。从清浑水界面形成开始观测，按计划从筒内同时搅拌，静置2d 。在此期间，对样品重度进行了观测。

试验表明在试验开始后1min ，筒内就出现清浑水界面。此后，3种样品都经历了均匀沉降、过渡沉降、压缩沉降等阶段。一般说来，在其他条件相同的情况下，含沙量越高，均匀沉降所需时间越长，过渡沉降所需时间越短。3种样品的均匀沉降（静水）速度分别为0.033mm/s 、0.027 mm/s 、0.022 mm/s 。在沉降阶段，重度迅速增加。当重度达到1.20g/cm 3左右时，其增加速度趋缓，进入压实固结阶段。