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口 徐维平
黄河口附近的海岸泥沙输运受到浪、潮、流等海洋动力因素的影响，使得海岸防护工程对海岸及近岸带冲淤变化的影响成为一个异常复杂的技术难题，数学模型和物理模型均不足以准确评估岸滩演变、工程结构对海滩冲淤影响等重大工程实际问题。 油田的实际工作要求在目前的理论水平和工程经验的基础上提出保护滩海油田的工程方案，以解燃眉之急。在理论不完备的条件下结合工程经验进行概念上的探讨，保证将要实施的工程在大的技术原则上不出现失误是可能的也是必要的。就胜利油田海岸防护工程中的技术选择进行探讨，对几种常用的技术进行比较，希望对实际工程的设计施工提供参考。 一、海岸线蚀退机制研究 从根本上说，黄河三角洲海岸线蚀退是由于海洋动力因素，包括潮流、波浪、风暴潮与海岸带泥沙相互作用的结果。因此，为了全面准确地了解黄河三角洲海岸线蚀退的全过程，必须对附近海域，包括渤海和黄海的部分海域的动力条件、水中泥沙含量、分布特征、走向以及黄河口的来水量及走向有全面的掌握。如此大范围的水域问题是无法通过物理模型试验进行的，必须采用数学模型与现场调查结合起来的方式进行。 二、宏观蚀退和微观保护 黄河三角洲是黄河口多年泥沙淤积的产物，胜利石油管理局的滩海油田(如孤东、桩西、河口)正处在新近形成的陆地上，黄河来沙减少，在宏观上，除黄河口附近可能继续淤积外，其他地区总的趋势是蚀退。试图在宏观上阻止蚀退起码在经济上是不可能的。虽然在宏观上上述区域是冲刷趋势(每年不超过几十厘米)，但在适当的工程措施下在预定的时间内在局部海区特别是近岸区域实现冲淤平衡或淤积还是可以实现的，只要经济上合理，工程就可以实施。 三、建立滩海油田海岸线控制系统 采用“丹麦水利研究所”的MIKE系统，分析已建构筑物及海岸线的变化趋势，编制滩海油田保滩促淤研究总体规划，指导保滩促淤项目的研究工作；定性描述待建构筑物对海洋环境的影响，编制滩海油田海岸线防护建设总体规划；有针对性地收集局部区域详细的水文、地质资料，定量描述滩海油田建设工程项目对潮流流向、泥沙输送的影响，分析海洋环境条件对建构筑物的作用。 四、保滩和固脚 在滩面下降的趋势下，油田围堤堤脚下的土层出露，需要加固堤脚以避免掏空对岸坡和堤坡的危害。另外，堤前的海底高程持续降低使海堤的实际堤高加大，改变了原有海堤的边坡滑动稳定条件，海堤滑动失稳的可能性加大。如果海堤发生整体滑坡，其影响将是灾难性的，而单纯固脚无法改变这一趋势。 从另一个角度看，如果滩面维持不变，上述情况将不会出现。当然，需要另外采取保滩的工程措施。可供选择的保滩方案通常有丁坝、顺坝、全面护底(海漫)等。丁坝、顺坝还可以选择潜堤、透空堤、透水堤等形式，结构剖面形式可以选择的则更多。全面护底消浪效果不明显，原海堤堤前的浪流条件没有明显改善，要大面积水下施工，施工质量不易保证，但自身稳定性好，基本不改变原有的水流条件，带来的未知变化少，工程效果容易评估。丁坝、顺坝用改变水流条件实现保滩，流场的变化和泥沙输移的变化不易评估，要数值模型和工程经验结合起来才能得到对泥沙运移趋势的判断。所以，采用顺坝和丁坝等工程措施的保滩效果要到工程具体实施后才能看出真正的效果。 五、消浪和截流 海岸泥沙的流失是浪、流同时作用的结果，浪的作用主要是掀沙，而流(主要是顺岸流)的作用主要是输沙，当流速大时流本身也可以同时使泥沙起动并将其带走。事实上，在海岸冲刷过程中，流的作用更大，因为单纯的浪只是将泥沙在小范围内搬运，而流带走的泥沙的运移范围要大得多。从这个角度上看，小流速和大浪比，可能小流速的流危害更大。 在黄河口以北地区，由于泥沙的起动流速小，波浪较小时泥沙已经起动，海流流速较大(多数地区外海可达lm/s以上)，又有风生激流的情况。水体在一个潮周期内的运动范围可以达到十几公里，流带走的泥沙完全可以搬运到深海。所以，在考虑工程措施时，消浪的同时必须注意截流或导流。如果单纯地消浪，工程效果可能大打折扣。 六、顺坝和丁坝 顺岸坝的工程作用主要体现在保护坝后不受或少受波浪的影响，丁坝主要用于挑流和截流。从上述的浪和流的影响来看，这两种方式结合使用可以起到互相补充的作用。 在考虑上述两种技术的时候，只用丁坝可以起到很好的导流效果，但一般保护海岸的丁坝应该用丁坝群，如果同时考虑消浪，则丁坝的长度、角度、间距需要经过仔细研究后确定。由于来浪的方向可能有变化，不同角度的丁坝保护海岸的效果在不同浪向时是不同的，而丁坝的间距和长度是有关联的，长度长，间距可以大些。丁坝的长度小，间距就要密。这是一个工程经济的问题。全部采用顺岸坝只有在顺岸流非常弱的情况下才能使用，通常应与丁坝结合使用才有好的效果。丁坝和顺坝的结合对浪向和风向的适应能力强，保护海岸的效果稳定，这是相互补充的优点。 七、防冲和促淤 防冲和促淤有时是矛盾的，防冲相对简单，只要把波浪的能量消耗掉，截断顺岸流，而促淤则需要引入高含沙水，将水中的泥沙沉积下来，控制起来复杂得多。 从工程布置上讲，防冲只要建成丁坝和顺坝组成的坝田，保证坝田中泥沙不被冲走即可。促淤的建筑物则可能要在顺坝的某些位置留出缺口，在高潮大浪时引入高含沙水，在退潮时水中的一部分泥沙可能沉积下来，将坝后的滩地淤高。缺口的长度、位置、底标高要精心设计才能达到上述要求，设计不当不仅达不到促淤效果，甚至可能在缺口附近引起新的冲刷，造成类似于潮沟的地形变化，并且还威胁建筑物安全。 八、结论 海岸防护的目的是在宏观蚀退的条件下保护沿岸地区工程安全，工程措施不能在宏观上改变海洋和地质条件，只能在局部改善水沙条件，保护工程安全。在消浪的同时应注意切断顺岸流才能减小局部的冲刷，采用顺坝消浪、丁坝导流结合起来应该能取得更好的防冲效果。消浪方式用潜堤或透水堤形式为宜，如果造价允许，采用多次消浪方式工程的安全性可以得到更好的保证。护脚的前提是保滩，保滩的手段是消浪。在防冲和促淤之间应首先以防冲为主要目的，在确有把握的前提下才能进一步考虑促淤。 ■
1 赵今生等.海岸河口动力学.北京：海洋出版社，1993 (作者单位：胜利油田胜利工程建设(集团)有限责任公司) |