海南岛小海潟湖通道治理方案研究


    海南岛海潟湖通道治理方案研究

    1*硕士〔1974~〕事河口海岸工程水利水电工程研究规划工作
    李春初2 沈汉堃1 田2 黎开志1

    〔1 中水珠江规划勘测设计广东 广州5106112 中山学河口海岸研究广东 广州510275〕

    摘:沙坝-潟湖-潮汐通道体系特殊机体身沉积动力特点发育演变规律海潮汐通道淤塞导致洪涝灾害频繁水质恶化等问题文充分分析海潟湖通道沉积动力特点根底提出海口门断面设计方案

    关键词:潟湖通道 动力特点 口门性质 弧形湾顶 饱满系数 治理方案
    1 概况
    图1 海沙坝-潟湖-潮汐通道体系
    11海沙坝-潟湖体系结构
    海南省万宁市海区域发育良沙坝潟湖体系体系述四形单元组成:
    (1) 沙坝〔barrier〕 指潟湖外海分隔呈NNW~SSE走海狭长砂质沉积体海滩砂风成砂 〔丘〕构成沙坝分南北两局部:南沙坝长约12km宽15~20km高处高程15~24m北沙坝较短较窄约长4km宽度1km沙坝整沙坝潟湖体系基干整体系沙坝存存样沙坝消失〔失作〕消失
    (2)潟湖〔lagoon〕 指沙坝〔半〕封闭坝水域:海海面积达49km2华南海众沙坝潟湖体系中突出湖水浅1m左右潟湖特点湖岸周围泥质潮滩〔tidal flat〕存 潮滩涨落潮时淹没出露
    (3)潮汐通道(tidal inlet) 简称通道〔inlet〕指潟湖穿越沙坝出海口潮汐动力涨落潮流返运动维持称潮汐通道〞潮汐通道身体系狭窄咽喉部位—通道口门口门外涨落潮三角洲堆积砂体组成中包括发育口门砂体潮流刷槽口门北槽南槽〔群众称海〞〕口门外北汊南汊
    (4)入湖河流三角洲〔fluvial—deltas into the lagoon〕 注入海河系北坡镇入湖太阳河安镇入湖龙尾河乐镇入湖龙首河等三河系统计入湖河系年径流量达1622亿m3水量相观述三河系入湖处形成明显突伸湖中河流三角洲
    12海潟湖通道体系存问题
    通道淤塞严重影响泄洪纳潮水体交换世纪70年代海区类济活动〔太阳河官栈河分洪改道工程口门北汊南通道封堵工程龙首河龙尾河南山河裁弯取直工程海周边围垦河道游开矿采石等〕直接导致注入海径流量纳潮量减少沙量增加海原淤衡状态淤填方开展海通道口门断缩窄淤塞严重影响海泄洪纳潮水体交换目前口门宽仅30m~40m方面影响洪水时排泄导致海洪水位居高2000年10月洪峰流量3550m3s口门泄量仅1000 m3s左右量洪水滞留海海水位高达193m方面影响潮流溯涨潮量致海外水体难充分交换
    2海潟湖通道动力特点
    21径流
    海岸八条河流汇入流域面积1082km2年径流量1622亿m3中太阳河龙尾河龙首河三条河流太阳河长825km集水面积576km2均流量206m3s1972年改道南道村直接入海海径流量减823亿m3海总径流量约减少半KreeksHaring〔1980〕莱茵—墨兹河三角洲四河口湾稳定性问题研究泄径流量超口门四分进潮量时径流作口门产生定刷作反利口门淤积海口门QRQT值改道前050减改道027说明改道前海径流口门刷保持定作径流量锐减已难口门泥沙刷发生影响口门泥沙淤积原
    22潮流
    根2001年9月14日~21日水文观测资料分析海潮汐特性特点:
    1) 湖潮汐曲线严重变形海潮型潮位外海相距甚远海水位居高潮位程线潮差里急剧衰减海水位波动口外潮差139m光明站潮差仅019m〔图2〕海涨潮历时短落潮历时

    2) 出口流速较落潮流占优势流速程线〔图3〕港北口门〔V2点〕落潮流速涨潮流速表底层落潮流速分达156ms130ms涨潮表底层流速分121ms117ms
    图2 北坡光明港北站实测潮位程〔~18〕
    流速口程减潮港附〔V4点〕水流局部时间滞流状态目前通道口门情况涨潮流仅村仔村潮港线〔图3〕

    3) 延时角较饱满系数图2见湖发生高潮时间外海滞光明站北坡站港北外站分滞1时30分3时45分根延时角饱满系数关系延时角增必然引起饱满系数减海饱满系数仅005












    图3 V2V3V4测点流速程线〔~17〕
    23波浪
    海区属热带季风气候冬季东北季风期NNE~ENE风频率高达755%夏季盛行偏南风SSE~SSW方频率550%冬季偏北浪夏季偏南浪常浪次强浪均偏东北海附海域波型涌浪混合浪出现频率645%次风浪占213%年均波高均周期分10m42s波高周期分29m60s
    24泥沙
    海潟湖泥沙源丰富泥沙运动底沙推移方式海口外沙坝提供丰富泥沙源方接45度波浪作利形成岸泥沙流涨潮流作容易带口淤积根计算15m波高条件海口外细沙发生完全移动界水深5m形5m等深线外床底较稳定5m海滩床底变化较
    3.通道口门性质口门位置选择
    海口门整治成功否程度取决否解决口门泥沙淤积通道畅通问题泥沙问题解决需口门性质泥沙淤积特征作出正确认识判断沙坝—潟湖体系潮汐通道口门泥沙波浪作岸输沙岸输沙相强度口门堆积位置口门淤积特征决定物质〔泥沙〕供应数量潮汐波浪动力相互作力量
    a)潮汐通道类型
    国外研究沙坝—潟湖体系潮汐通道类型划分三种〔1〕〔见图4〕
    1〕波浪作型

    图4 潮汐通道类型〔1〕


    波浪动力甚潮汐动力岸输沙堆积口门形成裂片状涨潮三角洲〞沙体口门水道边界明显常呈汊道
    2〕潮汐作型
    潮汐动力相甚波浪动力岸输沙堆积口门外形成落潮三角洲〞沙体该沙体海拉长伸出岸外较远口外水道单水道深稳定两侧明显滨槽边缘坝出现
    3〕渡型
    波浪动力潮汐动力根势均力敌岸输沙堆积口门附口门水道变化定常汊道支汊道较浅
    b) 海通道口门性质
    海通道口门形淤积变化特点分析海潮汐通道性质历史时期体分三阶段波浪作型〞渡型〞弧型湾顶〞三阶段
    1〕波浪作型〞阶段
    历史海通道口门侧发育规模裂片状涨潮三角洲〔:盐墩西村村村等沙岛〕表征时海岸供沙丰富通道口门宽度较波浪作岸输沙进入口堆积形成盐墩诸沙岛通道具波浪作优势型〞性质
    2〕渡型〞阶段
    世纪70年代前波浪输沙堆积口门位置少局部偏口形成涨潮三角洲局部偏口外形成稍落潮三角洲该落潮三角洲形体短宽滨槽边缘坝〞明显时通道口门淤积规模已盐墩〞时期宏说明泥沙供应强度已减口外分南北两条汊道入海两汊道冬夏季发生彼淤变化稳定较浅特征说明20世纪70年代前海口门已转变具渡型〞潮汐通道特征
    3〕弧形湾顶〞阶段
    1972年修筑北堤北汊道堵塞口门附海岸出现弧形海岸〞新形势峙通道口门南沙咀南沙坝间岸线成半圆形ESE方敞开弧形海岸〔图5〕弧形海岸种较稳定衡海岸具特点:
    (1)湾顶波侧方紧挨岬角岸线侵蚀成圆弧状称螺线段〞优势〔ENE〕浪绕射折射带环境相较静泥沙相活泼圆弧东半侧岸段根受优势浪作环境隐蔽圆弧西侧岸段受优势浪作侵蚀产生泥沙NEE波浪作南波侧方搬运1960年~1975年南砂坝0m线年均海淤进121m1975年~1985年年均陆蚀退188m直处蚀退状态〔图5〕
    (2〕湾顶南波侧岸段呈直线形湾顶圆弧相切岸线走常浪〔ENE〕相垂直泥沙运动相活泼横搬运相堆积岸段
    (3)夏季水域偏S波浪作产生南北岸输沙活动通道口门淤积产生重影响方面南沙咀侵蚀退方面沙咀尖端北淤积延伸口门宽度减海口门宽度1960年140m缩窄现缺乏40m

    图5 海口外弧形海岸形势图
    现口门位置拟利口门稳定粤东神泉港利样条件治理成功例子次研究然现口门位置作出海口门
    4.口门治理方案研究
    41 口门面积计算公式
    潟湖通道水流通道外水面坡降引起稳定潮流强度潟湖纳潮面积外海潟湖间水位差通道水道特性等素关通道相狭窄横水流柯氏力忽略计天然水道非均匀流运动方程:
    〔41〕
    式中: v ——断面均流速
    x ——通道方距离
    R ——水力半径
    ——水位
    g ——重力加速度
    ——时间
    c ——谢系数
    改写成:
    〔42〕
    式中等号左边水位变化值等号右边第项动力水头第二项局部水头损失第三项程水头损失
    谢系数 〔摩擦系数〕代入式化成差分方式:
    〔43〕
    式中:L ——通道长度
    F ——量损失系数
    假定外海潟湖潮汐程线正弦曲线〔图6〕外海潮位时间变化:
    〔44〕
    式中: ——外海潮位
    ——外海潮汐振幅
    ——圆频率〔2π T〕
    T ——潮周期

    图6 潟湖潮汐程示意图
    潟湖发生高潮低潮时间均较外海延迟ε时:
    〔45〕
    时刻通道外两端水位差:
    〔46〕
    ε时刻0潟湖潮汐振幅:
    〔47〕
    外海低潮ε+π2时刻发生涨潮流速外海高潮ε+π2时刻发生落潮流速
    〔48〕

    〔49〕
    通道断面均流速:
    〔410〕
    摩擦阻力流速方成关系潟湖潮汐程正弦曲线布朗工作根底〔研究正弦潮波潟湖潮汐动力影响〕库利根研究潟湖非正弦潮波水流运动成果提出述延时角潮汐振幅通道流速间关系饱满系数〔K〕函数方式表达定义:
    〔411〕
    式中:K ——饱满系数
    ——潟湖口门断面面积
    ——潟湖纳潮面积
    该公式物理概念清晰潟湖潮汐动力研究应中迄止饱满系数公式较公式
    42口门治理方案设计
    处良水环境状况潟湖饱满系数必须07根饱满系数〔K〕潟湖外海潮汐振幅值〔ab ao〕关系假设饱满系数07潟湖受某素影响致饱满系数减时ab ao减缓慢湖潮差减幅度相应较假设饱满系数07ab ao饱满系数减快速减湖潮差减幅度相应较应维持潟湖饱满系数07
    2001年9月口门断面测量数计算出口门断面面积约205m2均水深约2m现通道〔北槽〕长约4000m计算饱满系数非常似005冬半年岸泥沙淤积2002年3月口门宽缺乏50m口门断面面积已100m2
    潟湖口门断面面积通道断面面积说口门断面面积断面面积中称咽喉断面北槽加整治口门面积顶窄处断面面积相现北槽断面窄处宽约220m均水深28m计算断面面积616m2相应饱满系数约016
    现北槽断面窄处仅220m均水深3m3m水深计算面积660m2相差甚远必须重新恢复已封堵南槽南槽断面窄宽度150m两者相加370m水深3m计算面积1110m2然两槽均进步拓宽目前情况现行技术手段实行工程措施饱满系数达037

    图7设计点全面恢复南槽挖掉口浅滩泥沙堆填邻岛前端工建成分流嘴单口门潮汐动力难达饱满系数07良条件必须工程措施口门南岸建拦沙堤〔拦截南北岸输沙〕铜鼓岭1984年10月次年9月波浪资料波高29m周期6秒计算破波水深36m根泥沙界活动水深岸滩动态拦沙堤应建5m等深线处口门断面宽500m复合型断面深槽北岸宽250m水深4m边坡110南侧浅水面〔外海涨潮流相应工建筑物〕水深1m根思路:落潮流走北槽口门深槽出海涨潮流漫口门浅水面南槽流入潟湖增涨潮流量改善湖水体交换时洪水时增泄洪流量
    43治理方案进步研究
    更进步通数学模型拟研究根实际情况设计两方案设计方案定方案3两方案:
    方案1:拟定口门断面宽200m边坡1:10断面底宽120m底高程4m相应水面积约650m2设计断面挖掉口浅滩北通道疏挖乐分洪口 图7 海潟湖通道口门断面设计示意图〔方案3〕外疏浚外海4m高程相接口门外南侧修建拦沙堤5m 等高线
    方案2:拟定口门断面宽250m边坡1:10断面底宽170m底高程4m相应水面积约850m2设计断面挖掉口浅滩北通道疏挖乐分洪口外疏浚外海4m高程相接口门外南侧建拦沙堤5m 等高线
    方案技术指标表1工程涨潮流场图图8防洪潮水位通道稳定性水环境指标方面方案3较优
    技术指标
    方案1
    方案2
    方案3
    北坡防洪潮
    水位
    〔m〕
    2000年10月洪水
    152
    122
    109
    20年遇洪水碰10年
    遇潮位
    198
    192
    185
    10年遇洪水碰外海20
    年遇潮位
    166
    162
    159
    纳潮量(万m3)
    1550
    1990
    2440
    海均潮差〔m〕
    035
    044
    055
    口门涨潮流速(ms)
    093
    100
    117
    口门落潮流速(ms)
    107
    127
    151
    COD海二类海水环境容量〔ty〕
    48457
    57491
    66730
    海水体交换周期〔天常遇潮〕
    31
    27
    21
    V4测点盐度值〔‰〕

    270
    275
    285

    15
    45
    95
    养殖增加效益〔万元〕
    500
    2600
    3700
    潮汐通道稳定性
    较差


    整治方案工程量〔万m3〕
    188
    262
    353
    工程投资〔万元〕
    3868
    5390
    7051
    表1 海口门治理方案技术济指标拟表
    图8 方案涨潮流场图




    5.结
    1)海发育良沙坝-潟湖-潮汐通道体系径流动力失口门刷作外海潮差相较波浪动力相较强口门设计必须加强通道潮汐动力维持稳定断面面积根
    2) 选择现口门治理利口门稳定口门北堤修筑海口外南侧形成峙岛岬角弧型海岸海出口正处弧型海岸湾顶环境较隐蔽波浪活动岸泥沙运动相活泼解决口门泥沙淤积问题维护口门稳定非常利说明现口门理条件拟优越
    3) 复式断面双通道体系设计方案较优推荐方案3通道口门期实施方案:海口门宽度500m复式断面型式120m宽疏通南通道整治宽度250m北通道进行开挖疏浚形成南北双潮汐通道格局口门外南侧修建防沙堤5m 等高线南北沙坝实施固沙措施

    参考文献:
    [1] Hubbard DK Oertel G and Nummedal D The role of waves and tidal currents in the development of tidalinlet sedimentary Structures and sandbody geometry Examples from North South Carolina and Georgia Jour Sed Petro 1979 9(4) 10731092
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    文档贡献者

    鬼***笑

    贡献于2022-05-31

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