人工島工程對(duì)河口行洪沖淤的影響分析

盛天航，孫冬梅，張 楊

（天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072）

人工島工程對(duì)河口行洪沖淤的影響分析

盛天航，孫冬梅，張 楊

（天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072）

以秦皇島湯河河口人工島在建工程為背景，采用大、小兩重模型嵌套的方式，建立二維平面水動(dòng)力-泥沙數(shù)學(xué)模型。在驗(yàn)證模型可行性的基礎(chǔ)上，分析了50 a一遇設(shè)計(jì)洪水條件下工程區(qū)的水動(dòng)力及泥沙沖淤特性，并進(jìn)一步闡述了人工島工程建設(shè)對(duì)工程區(qū)流場(chǎng)變化規(guī)律、河口沖淤規(guī)律以及工程區(qū)附近泥沙分布規(guī)律的影響。研究表明，在實(shí)施河道清淤的情況下，人工島的建立并不會(huì)增加河口工程區(qū)附近的泥沙淤積，相反在清淤工程和梭形島分流作用的影響下，泥沙淤積量有所減少。

人工島；河口；數(shù)學(xué)模型；泥沙淤積；沖淤

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展以及人口的快速增長(zhǎng)，陸地資源逐漸枯竭，人均耕地大大減少，土地的供需矛盾日益尖銳［1］，各類用地已無(wú)法滿足人們的需求，人類對(duì)海洋空間的探索不斷增加，人工島建設(shè)工程也日益增多［2］。建造人工島不僅可以有效地開(kāi)發(fā)利用海域資源來(lái)緩解陸地資源緊缺所帶來(lái)的壓力，還可以拓展人類生存空間以維持社會(huì)的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。人工島在世界各沿海國(guó)家都極為普遍，諸如美國(guó)、日本、加拿大等，在人工島的建設(shè)方面都積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。然而人工島的建造必然會(huì)改變河口工程區(qū)及其周邊的水動(dòng)力特性、泥沙輸運(yùn)及海岸演變的狀況［3］，進(jìn)而引發(fā)河口海岸、岸灘等沖淤特性的變化。因此，在人工島建設(shè)之前，應(yīng)充分評(píng)估其對(duì)周邊河口海岸的影響，針對(duì)人工島附近海域的水動(dòng)力和泥沙特性以及海岸河口泥沙輸運(yùn)規(guī)律進(jìn)行相應(yīng)的分析研究，做出合理的規(guī)劃和平面布設(shè)方案，最大程度減少人工島工程對(duì)河口海岸環(huán)境的負(fù)面影響。

利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)工程造成的損失進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，對(duì)于減少工程在環(huán)境方面的負(fù)面影響和工程失誤具有重要意義［4］，本文以湯河河口人工島工程為背景，構(gòu)建二維水動(dòng)力-泥沙數(shù)學(xué)模型，模擬了在50 a一遇設(shè)計(jì)洪水條件下人工島工程前后湯河河口附近的水動(dòng)力和泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并基于模擬結(jié)果分析人工島對(duì)湯河河口次洪沖淤的影響。

1 研究區(qū)概況

1.1 人工島概況

人工島工程擬建在秦皇島北戴河區(qū)東北、海港區(qū)西南海域，位于大、小兩條湯河入?？?。工程采用取圍填海的方式進(jìn)行建島，總體呈海螺狀，面積約為594 618.14 m3，包括防波堤、圍堤、吹填造陸區(qū)以及游艇水域，北側(cè)距離帆船基地約350 m，東側(cè)距離西港區(qū)防波堤約150 m。人工島工程區(qū)附近海域包括2個(gè)潮位觀測(cè)站（H1、H2）和8個(gè)潮流觀測(cè)站（V1～V8），位置見(jiàn)圖1所示。

1.2 自然條件概況

大、小湯河均屬于冀東沿海諸河水系，是典型的山溪性河流，源短流急，峰高量大，歷時(shí)短，枯水季節(jié)流量很小。大湯河是秦皇島海港區(qū)西部最大的河流，流域總面積約237.7 km3，長(zhǎng)約30 km，流域內(nèi)地勢(shì)北高南低，平均坡度3.7%。大湯河主河道長(zhǎng)約14 km，平均縱坡度1/500，上段為砂礫石河床，縱坡較陡，下段為沙質(zhì)河床，縱坡較緩；小湯河是大湯河的分支，自北向南匯入大湯河并最終注入渤海。小湯河河堤全長(zhǎng)12.2 km，流域面積53.75 km2，流域內(nèi)地勢(shì)北高南低，處于海濱沖擊平原地帶，河床巖性為細(xì)砂土和亞粘土。

研究區(qū)域位于大、小湯河入?？冢瑢倥瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，受海洋影響較大，氣溫較溫和，年平均氣溫10.2℃，7月份最高平均氣溫24.7℃，1月份最低平均氣溫-6.3℃。研究區(qū)降水豐富，多年平均降雨量為658.0 mm，主要集中在6～8月，占全年降水的70%以上降雨。此外，研究區(qū)依山傍海，附近海域受到潮汐影響，以潮力弱、潮差小為其顯著特點(diǎn)。研究區(qū)汛期（6～9月）多年平均高潮位1.121 m，平均潮差0.74 m，最大潮差2.43。

圖1 人工島地理位置Fig.1 Location of artificial island

人工島工程區(qū)海岸帶岬灣相間，岸線總體平順，環(huán)海寺地咀和金山咀岬角規(guī)模較大，其他岬角向海突出有限，形成了發(fā)育程度不同的弧形海灣［5］。湯河口至沙河口沿岸基本上為人工岸線，碼頭西防波堤堤根處存在明顯的沙質(zhì)堆積體。金山咀至湯河口岸段屬弧形海岸，岸灘平緩，潮間帶寬10～15 m，岸灘沉積物主要為中細(xì)沙。該段海岸中部高潮線下發(fā)育多條相互平行的、自東向西南的順岸沙壩，寬度逐漸增大，坡度逐漸變緩，顯示出泥沙從東向西運(yùn)移的趨勢(shì)。根據(jù)該工程區(qū)海域各水文泥沙測(cè)站（見(jiàn)圖1）觀測(cè)資料，實(shí)測(cè)期間（2011年2～3月）工程區(qū)附近海域整體含沙量較低，平均含沙量介于0.008～0.025 kg/m3之間。工程區(qū)附近海域各垂線漲、落潮含沙量，大小潮各站含沙量，在垂線分布上的表層、中層和底層的含沙量以及在平面分布上自近岸向外的含沙量差別均不大。此外，按照、大、小潮期采集的懸沙水樣粒徑進(jìn)行分析，工程區(qū)懸沙中值粒徑介于0.008 7～0.011 2 mm之間，其中大潮平均中值粒徑為0.009 9 mm，小潮平均中值粒徑為0.012 2 mm，懸沙物質(zhì)成分為粘土質(zhì)粉砂。

2 二維水動(dòng)力-泥沙數(shù)學(xué)模型的建立

工程區(qū)位于河口沿岸淺海地區(qū)，研究?jī)H考慮了河口行洪、潮汐對(duì)工程區(qū)附近泥沙沖淤的影響，工程區(qū)內(nèi)水平尺度遠(yuǎn)大于垂向尺度，可忽略流速、水深等水力參數(shù)在垂直方向的變化，并假設(shè)沿水深方向動(dòng)水壓強(qiáng)符合靜水壓強(qiáng)分布，將三維流動(dòng)的基本方程沿垂直方向積分得到平面二維流動(dòng)的基本方程，采用平面二維淺水方程［6-7］作為水動(dòng)力模型控制方程。此外，天然河流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中推移質(zhì)、懸移質(zhì)和床沙之間會(huì)引起河床沖淤變化，可采用上述平面二維水動(dòng)力模型耦合泥沙輸移模型進(jìn)行泥沙沖淤的數(shù)值模擬和分析。本次采用泥沙輸運(yùn)方程［8］作為控制方程與二維平面淺水方程進(jìn)行耦合，泥沙控制方程主要包括：泥沙輸移控制方程、懸沙運(yùn)動(dòng)造成的海床沖淤以及底沙（推移質(zhì)）造成的海床沖淤數(shù)學(xué)模型等。

2.1 基本控制方程

二維淺水方程守恒型通式

底沙造成海床沖淤數(shù)學(xué)方程

式中：U為守恒量向量，U={h，hu，hv}T；F=[Fx，F(xiàn)y]為通量向量，且x方向向量Fx={hu，hu2+gh2/2,huv}T，y方向向量Fy={hv，huv，hv2+gh2/2}T；W為源匯項(xiàng)向量，表達(dá)式為

式中：h表示水深；t為時(shí)間；g為重力加速度常數(shù)；u和v分別為沿x和y方向垂線平均速度；f為柯氏力系數(shù)；Ex，Ey分別為x，y方向的渦粘系數(shù)；C為謝才系數(shù)；n為曼寧粗糙系數(shù)；式（2）～（4）中：S為鉛直方向積分的水體含沙濃度；Dx，Dy分別為x，y方向泥沙擴(kuò)散系數(shù)；Fs=αω（S-S*）為泥沙源匯函數(shù)，且S*為水體挾沙力，ω為泥沙沉降速度，α為泥沙沉降幾率；γ0為床面泥沙干容重；γb為床面底沙干容重；ηs為海底床面懸沙引起的沖淤厚度；ηb為沙底引起的海床沖淤厚度；qx、qy分別為沿x、y方向單位時(shí)間內(nèi)單寬底沙輸移量分量。

2.2 數(shù)學(xué)方程求解

水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型采用有限體積法（FVM），以守恒型二維淺水方程式（1）為出發(fā)點(diǎn)，將方程在任意控制體積作體積分，并利用Gauss原理將體積分化成面積分，重寫方程組（1）為

對(duì)控制體單元取平均后，得到FVM半離散化方程為

由于Fx、Fy具有旋轉(zhuǎn)不變性，可將Fx（U）、Fy（U）在法向上的投影轉(zhuǎn)換為先投影U到法向上，即將U投影到n得到，且，再將其代入F得到F(Uˉ)，并根據(jù)公式進(jìn)一步求得Fn（U），從而將二維法向量計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一維局部坐標(biāo)下的黎曼問(wèn)題進(jìn)行求解。經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換之后的FVM體積法半離散化方程式為

式中：C0為無(wú)量綱謝才系數(shù)；γ、γs為水容重和泥沙顆粒容重；ωb為底沙顆粒沉降速度；為水流平均速度矢量；為底沙顆粒臨界啟動(dòng)流速；當(dāng)|時(shí)，當(dāng)|時(shí)，m=0；泥沙數(shù)學(xué)模型初始條件如式

式中：S0（x，y，t0）為初始時(shí)刻t0的已知值；模型計(jì)算水域與陸地交界的固邊界Γ1上有

計(jì)算水域與陸地交界的固邊界Γ2上有

圖2 模型計(jì)算范圍Fig.2 Model computational domain

式中：S*（x，y，t）為實(shí)測(cè)或分析計(jì)算所得已知值；n為陸地邊界單位法向量矢量，該式表述泥沙沿固邊界的法向量通量為零。

2.3 模型范圍及網(wǎng)格

為保證局部流場(chǎng)計(jì)算符合潮流場(chǎng)的整體物理特征，采用大、小兩重模型嵌套進(jìn)行計(jì)算（圖2）。其中大模型包含整個(gè)渤海、開(kāi)邊界位于大連老虎灘和煙臺(tái)兩個(gè)潮位觀測(cè)站連線上，小模型是以工程區(qū)為中心、沿岸寬33 km的扇形區(qū)域，小模型潮位開(kāi)邊界條件由大模型提供，開(kāi)邊界設(shè)置在大、小湯河入河口處。

大、小模型控制方程使用有限體積法進(jìn)行離散，采用三角形網(wǎng)格，很好地?cái)M合了復(fù)雜岸線和建筑物邊界（圖3）。大模型共計(jì)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)2 283個(gè)，計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)10 s，小模型網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)6 153個(gè)，最大空間步長(zhǎng)1 000 m，最小空間步長(zhǎng)10 m，計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為0.5 s。小模型計(jì)算時(shí)底部糙率取值0.012～0.022之間。

圖3 計(jì)算網(wǎng)格Fig.3 Computational grid

2.4 模型的驗(yàn)證

采用2011年2月25日9：00～26日13：00大潮和3月5日8：00～6日12：00小潮觀測(cè)資料對(duì)模型潮位、流速、流向、含沙量和沖淤進(jìn)行了驗(yàn)證［13］。

圖4 大潮潮位驗(yàn)證Fig.4 Spring tide level validation

圖5 大潮流速流向驗(yàn)證Fig.5 Spring tide velocity and flow direction validation

2.4.1 潮流驗(yàn)證

為了驗(yàn)證潮流模型的合理性，分別對(duì)圖1中H1、H2潮位點(diǎn)和V1～V8潮流點(diǎn)進(jìn)行潮位及流速、流向的驗(yàn)證，限于篇幅，僅給出2個(gè)大潮點(diǎn)的驗(yàn)證情況，如圖4至圖5所示。

圖6 大潮含沙量驗(yàn)證Fig.6 Spring tide sediment concentration validation

圖7 D1斷面水深變化圖Fig.7 Water depth of D1 section

圖8 泥沙沖淤驗(yàn)證Fig.8 Silt erosion and deposition validation

由實(shí)測(cè)與計(jì)算結(jié)果比較可見(jiàn)，各測(cè)點(diǎn)計(jì)算值與實(shí)測(cè)潮位、流速、流向在連續(xù)的變化過(guò)程中都比較接近，所建潮流模型可以比較全面地反應(yīng)工程區(qū)附近海域的流動(dòng)規(guī)律，可以進(jìn)一步為分析工程后流場(chǎng)和泥沙運(yùn)動(dòng)模擬提供必要的水動(dòng)力條件。

2.4.2 泥沙驗(yàn)證

含沙量觀測(cè)資料與潮流同步，圖6為大潮V1、V2測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)含沙量與計(jì)算結(jié)果比較情況。

驗(yàn)證結(jié)果表明，各測(cè)站計(jì)算與實(shí)測(cè)含沙量在連續(xù)變化過(guò)程中都比較接近，位相基本相符，工程水域內(nèi)絕大多數(shù)測(cè)點(diǎn)的含沙量結(jié)果符合交通運(yùn)輸部《海岸與河口潮流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程》的要求。因此，所建立的泥沙運(yùn)動(dòng)模型能夠合理反應(yīng)工程區(qū)附近海域的含沙量分布，可以進(jìn)一步用于沖淤數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證。

2.4.3 沖淤驗(yàn)證

因本區(qū)域缺少用于地形沖淤驗(yàn)證的試挖坑回淤資料，且對(duì)于短期施工造成的地形沖淤變化，因地形資料、水動(dòng)力條件及工程進(jìn)度情況的缺失，也很難進(jìn)行模擬。但為了保證所建立的模型在沖淤性質(zhì)及地形變化量級(jí)上的準(zhǔn)確性，根據(jù)大范圍海圖等深線對(duì)比分析結(jié)果，選取人工島所在海域附近的D1斷面2003～2009年水深變化進(jìn)行地形沖淤驗(yàn)證（見(jiàn)圖7）。在此期間，該斷面附近無(wú)大型工程建設(shè)，地形沖淤變化可以只考慮自然動(dòng)力因素的影響，適于作為地形沖淤驗(yàn)證的資料，沖淤驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)圖8所示。

驗(yàn)證結(jié)果表明，計(jì)算值能夠真實(shí)反應(yīng)D1斷面地形淤積變化的整體趨勢(shì)，量級(jí)一致。因此，所建立的地形沖淤數(shù)學(xué)模型是合理的，可以進(jìn)一步用于分析工程后地形沖淤變化。

圖9 人工島嵌入位置示意圖Fig.9 Sketch of artificial island location

3 人工島對(duì)行洪沖淤的影響分析

人工島工程必然迫使周邊流場(chǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而影響泥沙的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致海床地形的沖淤變化。利用驗(yàn)證合理的水動(dòng)力模型，在工程區(qū)嵌入人工島（見(jiàn)圖9）進(jìn)行工程前、后水動(dòng)力過(guò)程及沖淤過(guò)程的模擬分析。模型計(jì)算條件根據(jù)湯河控制流域范圍，按照《秦皇島市水文手冊(cè)》推薦的小流域設(shè)計(jì)洪水經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行50 a一遇設(shè)計(jì)洪峰的推求，并采用洪峰放大倍比對(duì)典型洪水過(guò)程進(jìn)行放大，得到大、小湯河50 a一遇設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線（見(jiàn)圖10）作為模型入流條件。工程區(qū)開(kāi)邊界為50 a一遇的設(shè)計(jì)高潮位1.601 m；河口平均含沙量0.015 kg/m3，多年平均來(lái)水含沙量0.16 kg/m3。工程區(qū)所在海域的懸沙中值粒徑為0.01 mm，泥沙發(fā)生絮凝沉降［14-15］，相應(yīng)海水的懸沙沉速取平均值0.04 cm/s，并作為本次預(yù)測(cè)過(guò)程中的泥沙沉速［13］。

圖10 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程Fig.10 Designed flood hydrograph

3.1 清淤工程

根據(jù)擬建人工島項(xiàng)目規(guī)劃，為了滿足游艇泊位及航道水深要求，計(jì)劃對(duì)老京山鐵路橋以下段河道進(jìn)行航道清淤工程，如圖11所示。其中大、小湯河匯合口段以上段兩支河道河底高程清至-3.0 m，匯合口以下至海螺島周邊河底高程清至-4.5 m以下。為保證京山鐵路橋安全，橋梁下游150 m范圍內(nèi)不清淤。

3.2 雍水及流態(tài)分析

工程建成后，在考慮到湯河河口及人工島附近清淤工程的基礎(chǔ)上，對(duì)工程區(qū)內(nèi)水位及水流流態(tài)分布變化情況進(jìn)行分析。工程前后湯河河道水面線變化如圖12所示。

圖11 大、小湯河河底高程Fig.11 Bed elevation of the Tang river

圖12 大、小湯河河道水面線Fig.12 Water surface profile of the Tang river

可見(jiàn)，工程建設(shè)后，大、小湯河河道及入?？诟浇鶗?huì)產(chǎn)生一定的雍水，但由于清淤工程的實(shí)施，泄水能力較現(xiàn)狀河道明顯加強(qiáng)，大、小湯河河道附近的水位與工程前水位相比明顯下降。

人工島具有一定的阻水作用，致使工程區(qū)附近水位雍高，但由于清淤工程，雍高幅度并不大（見(jiàn)圖13，最大雍高水位僅為0.03 m）。此外，人工島具有分流作用，致使水流流態(tài)和流速發(fā)生變化（見(jiàn)圖14），變化范圍在-0.245～0.38 m/s，主要表現(xiàn)為入海洪水遇島分成東、西兩支水流，島西與海堤之間為主要的水流通道，島東由于受到燈塔阻礙作用，在燈塔北側(cè)流速減小，南側(cè)流速加強(qiáng)。

圖13 50 a一遇洪水洪峰時(shí)刻水位分布圖Fig.13 Peak flood water level distribution under the condition of 50 a frequency design flood

3.3 沖淤分析

大、小湯河河道段在工程前后均以沖刷為主。工程前，大湯河最大沖刷厚度為0.306 m，位于大、小湯河匯合口（起點(diǎn)距1 127 m），最大流速3.134 m/s，小湯河最大次洪沖刷厚度0.334 m，最大流速3.134 m/s。小湯河以下至匯合口的沖刷量逐漸增大，在匯合口700 m范圍內(nèi)仍以沖刷為主，之后進(jìn)入海域，流速迅速下降，開(kāi)始淤積，淤積厚度在0.12～0.14 m；工程后，大湯河最大沖刷厚度0.481 m，最大流速4.877 m/s，小湯河最大沖刷厚度0.518 m，最大流速5.276 m/s，且越靠近匯合口，沖刷量越小。從匯合口延至350 m范圍內(nèi)，大、小湯河水流交匯，流速仍然較大，越靠近海域，淤積量越大，人工島北端淤積厚度0.067 m，最大流速0.5 m/s（見(jiàn)圖15）。由工程前后大、小湯河河道沿程的沖淤量變化分析，工程前后湯河及河口附近沖淤變化比較明顯，受到下游河道清淤的影響，河道上游部分工程后沖刷量較工程前有所增大，而在河道下游部分工程后沖刷量明顯小于工程前。

圖14 50 a一遇洪水流場(chǎng)分布圖Fig.14 Peak flood flow distribution under the condition of 50 a frequency design flood

對(duì)人工島周邊洪水過(guò)程沖淤變化情況進(jìn)行分析，工程前、后次洪過(guò)程沖淤厚度等值線分布見(jiàn)圖16所示。工程前，洪水進(jìn)入海域后受到海水頂托作用，流速減少，泥沙淤積較多，主要沿西側(cè)的海堤流動(dòng)，并隨距離增加，泥沙淤積量逐漸減?。还こ毯?，由于人工島的阻礙作用，河口附近流速減小，泥沙開(kāi)始淤積。但由于清淤工程的影響，泥沙淤積較工程前有所減少。加之人工島北端呈梭狀，在河口處起到了一定的分流作用，致使島西、島東兩側(cè)流速增加，也在一定程度上減少了島兩側(cè)泥沙的淤積量。此外，島東側(cè)西港區(qū)存在燈塔，對(duì)淤積產(chǎn)生一定影響，島東側(cè)水流受到燈塔阻礙作用，淤積量較多，而在水流通過(guò)燈塔后流速增大，淤積量減少。

圖15 河道沿程的沖淤量Fig.15 Sediment erosion-accumulation along the river

對(duì)比工程前、后工程區(qū)附近沖淤量分析可知，工程后，泥沙淤積量并未因人工島阻水作用而顯著增加，相反在清淤工程及人工島分流作用的影響下，島兩側(cè)泥沙淤積量較工程前有所減少，最大淤積厚減少量為0.049 m，且工程前后工程區(qū)附近的泥沙淤積分布規(guī)律變化較大，工程前泥沙淤積主要發(fā)生在河口附近，工程后人工島北端、東北側(cè)及西南側(cè)則淤積較多。這主要是由于局部流態(tài)的變化，改變了水流的挾沙能力，從而導(dǎo)致次洪過(guò)程工程區(qū)附近的淤積規(guī)律發(fā)生了一定的變化。

圖16 沖淤厚度等值線分布圖Fig.16 Sediment erosion-accumulation distribution

4 結(jié)語(yǔ)

本文以湯河河口擬建的人工島工程為背景，通過(guò)構(gòu)建二維水動(dòng)力-泥沙數(shù)學(xué)模型，對(duì)50 a一遇設(shè)計(jì)洪水條件下工程區(qū)的水動(dòng)力及泥沙沖淤特性進(jìn)行了模擬，并將模型應(yīng)用于人工島工程，分析了工程建設(shè)對(duì)工程區(qū)水動(dòng)力及泥沙沖淤變化的影響。結(jié)果表明構(gòu)建的二維水動(dòng)力-泥沙模型基本反映了工程區(qū)內(nèi)潮流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及含沙量的分布情況，模擬精度符合要求，可利用模型進(jìn)行人工島工程建設(shè)對(duì)周邊海域影響的分析。從人工島工程所引起的水位、流場(chǎng)變化及次洪沖淤的變化情況可知，工程后工程區(qū)附近雍水較高，流速和流態(tài)均發(fā)生變化。但在河道清淤工程的影響下，湯河及河口附近沖淤變化比較明顯，工程后沖刷量小于工程前，沖刷主要發(fā)生在河道中泓部分；此外，工程實(shí)施后，在清淤工程及人工島分流作用的共同影響下，人工島附近泥沙淤積量較工程前有所減少，人工島工程不會(huì)對(duì)河口沖淤造成影響，人工島的修建并未引起泥沙淤積量的增加。人工島北端、東北側(cè)及西南側(cè)淤積較多，人工島東側(cè)水流受到燈塔阻礙作用，也會(huì)導(dǎo)致泥沙淤積的增加。因此為了兩岸堤防的穩(wěn)定安全和完整，沖淤工程在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)盡量注意沖刷較大河段的堤防穩(wěn)定，必要時(shí)增加適當(dāng)防護(hù)工程。防波堤北端及西側(cè)要充分考慮沖淤的影響，采取相應(yīng)工程措施。燈塔對(duì)泥沙淤積具有一定影響，在工程建設(shè)中，也可考慮去掉燈塔，以有效減少人工島東側(cè)及西港區(qū)之間的淤積量。

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Analysis of artificial island construction influences on individual flood erosion and deposition in estuary

SHENG Tian?hang,SUN Dong?mei,ZHANG Yang
（State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

Given that the artificial island project is under construction in Qinhuangdao,large and small double nested model was adopted to establish plane two-dimensional hydrodynamic-sediment coupled mathematical model in Tanghe estuary artificial island project.Based on the feasible results of the model validation,the erosion and deposition characteristics of hydrodynamic force and sediment in this project were analyzed under the condition of 50 a frequency design flood.The artificial island construction influences on the flow field change rules,the individual flood erosion and deposition rule in the estuary,as well as the sediment accumulation distribution law near the project areas were also investigated.This study indicates that sediment accumulation is not increasing due to the artificial island construction,rather,it is decreasing under the influence of the distributary and sediment dredging.

artificial island;estuary;mathematical model;sediment accumulation;flood erosion and deposition

TV 142；O 242.1

A

1005-8443（2016）01-0018-09

2015-04-27；

2015-07-29

盛天航(1989-)，男，內(nèi)蒙古人，碩士研究生，主要從事水文、城市雨洪管理、河道水動(dòng)力及水質(zhì)環(huán)境數(shù)值模擬方面的研究。

Biography：SHENG Tian-hang（1989-），male，master student.