利用“双向束水效应”形成的海峡形深水潮汐通道.pdf

本发明属于水运工程领域，特别是涉及一种利用“双向束水效应”整治形成的海峡形深水潮汐通道，技术方案是在潮流以往复流为主的海域，基本顺涨落潮主流向设置连续、顺直的导流堤或岸壁，形成“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状的海峡形深水潮汐通道，通道形成港内水域或深水航道，其两侧导流堤或岸壁形成港口深水岸线。本发明的技术效果是“双向束水效应”使得水流总体挟沙能力不小于水体含沙量，港内水域和航道水域基建增深后的水深得以长期维持；形成的海峡形潮汐通道岸线顺直、岸线长、水域宽度大，通道水域流速大、水深深、回淤小、流态好。用于沿海港口岸线水深和航道水深整治。

1、  利用“双向束水效应”形成的海峡形深水潮汐通道，其特征在于：在潮流以往复流为主的海域，在港内水域或航道水域的横向两侧，依托陆域岸线或自然岛屿、自然岛屿链，或直接在海域中，基本顺涨潮流、落潮流主流向设置连续、顺直的导流堤或岸壁，两侧导流堤或岸壁之间形成潮汐通道，潮汐通道在纵向分为通道口门段甲、通道内段和通道口门段乙，通道内段的通道宽度基本相同，通道口门段甲、通道口门段乙的通道宽度由通道内段向通道口门逐渐放大，引导涨落潮流，产生“双向束水效应”，形成“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状、通道口门段甲和通道口门段乙的通道水深由通道口门向通道内段逐渐变深、通道内段水深较深的海峡形深水潮汐通道，海峡形深水潮汐通道形成港内水域或深水航道，其两侧导流堤或岸壁形成港口深水岸线；通道内段的通道宽度≥600m、≤5000m，优选值≥800m、≤2000m；其中m取值≥1.2、≤2，优选值≥1.33、≤1.67，通道口门段甲、通道口门段乙采用直线型放大，或采用流线型放大，n1、n2取值≥1、≤20，优选值≥2、≤10。

2、  利用“双向束水效应”形成的海峡形深水潮汐通道，其特征在于：在潮流以往复流为主的海域，在港内水域或航道水域的横向两侧，依托陆域岸线或自然岛屿、自然岛屿链，或直接在海域中，基本顺涨潮流、落潮流主流向设置连续、顺直的导流堤或岸壁，中间设置导流堤或岸壁形成菱形人工岛，两侧导流堤或岸壁与菱形人工岛之间形成2个潮汐通道，潮汐通道在纵向分为通道口门段甲、通道内段和通道口门段乙，通道内段的通道宽度基本相同，通道口门段甲、通道口门段乙的通道宽度由通道内段向通道口门逐渐放大，引导涨落潮流，产生“双向束水效应”，形成“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状、通道口门段甲和通道口门段乙的通道水深由通道口门向通道内段逐渐变深、通道内段水深较深的海峡形深水潮汐通道，海峡形深水潮汐通道形成港内水域或深水航道，其两侧导流堤或岸壁形成港口深水岸线；通道内段的通道宽度≥600m、≤5000m，优选值≥800m、≤2000m；其中m取值≥1.2、≤2，优选值≥1.33、≤1.67，通道口门段甲、通道口门段乙采用直线型放大，或采用流线型放大，n1、n2取值≥1、≤20，优选值≥2、≤10。

3、  根据权利要求1或2所述的利用“双向束水效应”形成的海峡形深水潮汐通道，其特征在于：导流堤、岸壁的顶高程高于设计高水位即高潮累积频率10％的潮位。

4、  根据权利要求1或2所述的利用“双向束水效应”形成的海峡形深水潮汐通道，其特征在于：在海峡形深水潮汐通道的一侧或两侧形成人工岛。

5、  根据权利要求4所述的利用“双向束水效应”形成的海峡形深水潮汐通道，其特征在于：在横向平行设置多个梭状人工岛，形成多个海峡形深水潮汐通道。

利用“双向束水效应”形成的海峡形深水潮汐通道
技术领域：
本发明属于水运工程领域，特别是涉及一种利用“双向束水效应”整治沿海港口岸线水深和航道水深形成的、作为深水岸线和深水航道的海峡形深水潮汐通道。
背景技术：
岸线水深和航道水深是沿海港口航道建设的基本条件和关键条件之一。随着国际国内贸易的持续发展，国际国内航运发展呈现船舶大型化、航线干线化、港口深水化趋势，对沿海港口岸线水深和航道水深的要求越来越高。尽管沿海港口不断向深水区域转移，但由于沿海岸线自然水深和航道自然水深有限，仍需要通过疏浚增深，港口航道疏浚基建工程量越来越大。若单纯采取疏浚措施，由于疏浚后水深加大，而单位断面涨落潮流量不变，使得涨落潮流速明显减小，水流挟沙能力大大降低，从而造成港池和航道水域的较大回淤，维护疏浚量也越来越大，使得港口航道运行成本越来越大，不但直接增加了港口航道水深维护费用，而且影响泊位装卸效率，影响港口航道效益和发展前景。
目前沿海港口岸线水深、航道水深的整治方法为建设防沙导流堤，有单导堤、双导堤两种基本形式，防沙导流堤堤根连接海岸，堤头设置在破波带以外，防沙导流堤之间形成港池，采用航道连接港池和深水海域，航道沿线滩面高程由浅到深(参见交通部《海港总平面设计规范》JTJ211)。防沙导流堤的作用是拦截破波带以内高含沙量水体，避免其直接进入航道和港池，使得进入港池和破波带航道的水体含沙量保持在较低水平，从而减小港池和航道回淤。其中八字形双防沙导流堤(见图15)与港池形成口袋状，具有一定的束水效应，通过收缩口门加大口门处流速，减小口门处航道淤积。该方法适用于破波带以内海域水体含沙量较大而破波带以外海域水体含沙量较小的情况，但该方法对于整个海域水体含沙量均较大的情况则是无效的。
在水运工程领域的内河航道整治方面，整治技术已较为成熟，并形成了一整套理论和方法，但内河航道整治具有单一河道或有限汊道、单一水流动力条件、单向水流、不得影响泄洪等特点，整治措施一般采用导堤归顺水流、丁坝束窄河宽以束水攻沙、封堵或部分封堵汊道以增强主汊等。在水运工程领域的潮汐河口航道治理方面，整治技术也逐渐成熟。潮汐河口整治具有单一河道或有限汊道、潮流径流双重动力条件、往复双向水流、不得影响泄洪等特点，整治措施一般采取导堤归顺水流、丁坝束窄河宽等措施，河口自上游向下游沿程逐渐放宽。见人民交通出版社2004年版《航道工程手册》。而沿海港口航道具有开阔海域、涨落潮流动力因素、涨落潮旋转流或往复流、不存在泄洪问题等特点，与内河航道和潮汐河口航道存在明显差异。因此，内河航道整治技术和潮汐河口航道整治技术无法用于到沿海港口岸线水深和航道水深的整治。
综上所述，水运工程领域尚缺乏适用于整个海域水体含沙量均较大情况下港口岸线水深和航道水深的整治方法。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用“双向束水效应”整治沿海港口岸线水深和航道水深形成的、作为深水岸线和深水航道的海峡形深水潮汐通道。
本发明的技术方案是在潮流以往复流为主的海域，在港内水域或航道水域的横向两侧，依托陆域岸线或自然岛屿、自然岛屿链，或直接在海域中，基本顺涨潮流、落潮流主流向设置连续、顺直的导流堤或岸壁，两侧导流堤或岸壁之间形成潮汐通道，潮汐通道在纵向分为通道口门段甲、通道内段和通道口门段乙，通道内段的通道宽度基本相同，通道口门段甲、通道口门段乙的通道宽度由通道内段向通道口门逐渐放大，呈“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状，引导涨落潮流，产生“双向束水效应”，增加通道内段的单位宽度涨落潮流量，提高通道内段的涨落潮流速，使得通道范围内的水流挟沙能力不小于海域水体含沙量，有效避免泥沙回淤，处于通道范围特别是通道内段的港内水域和航道水域在基建疏浚增深后的水深得以长期维持，从而形成“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状、通道口门段甲和通道口门段乙的通道水深由通道口门向通道内段逐渐变深、通道内段水深较深的海峡形深水潮汐通道，海峡形深水潮汐通道形成港内水域或深水航道，其两侧导流堤或岸壁形成港口深水岸线。
通道内段的通道宽度根据自然条件和港内水域宽度需求确定，通道内段的通道宽度≥600m，≤5000m，优选是≥800m，≤2000m。
通道口门段甲、通道口门段乙口门处的通道宽度根据通道内段的通道宽度、通道内段的长度、通道内段设计水深、通道口门处设计水深、海域水体含沙量、通道沿程阻力、涨落潮流流速、海域波浪波高分布等因素，以水流挟沙能力不小于水体含沙量为原则计算确定，计算公式如下：
其中m取值≥1.2、≤2，优选值≥1.33、≤1.67。
所述的通道口门段甲、通道口门段乙采用直线型放大，或采用流线型放大，n1、n2取值≥1、≤20，优选值≥2、≤10。
所述的导流堤、岸壁的顶高程高于设计高水位即高潮累积频率10％的潮位。
所述的海峡形深水潮汐通道的一侧或两侧可利用陆域或形成人工岛作为港口陆域，并可通过连接桥连接两侧陆域或人工岛。
所述的海峡形深水潮汐通道在远期可通过延长通道口门段甲、通道口门段乙的导流堤或岸壁，增加口门宽度，增加纳潮量和通道流速，以适应水深进一步增深需要。
所述的海峡形深水潮汐通道可在横向平行设置多个海峡形深水潮汐通道，形成多个梭状人工岛平行分布的港口群，并可通过连接桥连接各人工岛。
本发明的技术效果是1)海峡形潮汐通道产生“双向束水效应”，增加通道内部单位宽度涨落潮流量，提高涨落潮流速，使得水流总体挟沙能力不小于水体含沙量，从而避免泥沙回淤，港内水域和航道水域基建增深后的水深得以长期维持。2)海峡形潮汐通道岸线顺直、岸线长、水域宽度大，通道水深深、回淤小、流态好。3)远期可通过延长港口岸壁或导流堤，增加口门宽度调节纳潮量和通道流速，以适应水深增深需要。4)可以横向不断扩建，形成多个梭状人工岛平行分布的港口群。
本发明可用于沿海港口岸线水深和航道水深整治，特别适用于以下情况的沿海港口岸线水深和航道水深整治：
1、潮流条件：以往复流为主。
2、泥沙条件：泥沙运动以悬沙(悬移质)运动为主。
附图说明：
图1为本发明实施例一的平面图
图2为本发明的纵剖面图
图3为本发明实施例二的平面图
图4为本发明实施例三的平面图
图5为本发明实施例四的平面图
图6为本发明实施例五的平面图
图7为本发明实施例六的平面图
图8为本发明实施例七的平面图
图9为本发明实施例八的平面图
图10为本发明实施例九的平面图
图11为本发明实施例十的平面图
图12为本发明实施例十一的平面图
图13为本发明实施例十二的平面图
图14为本发明实施例十三的平面图
图15为现有八字形双防沙导流堤平面图
图中：1、陆域或自然岛屿，2、海域，3、落潮流主流向，4、涨潮流主流向，5、通道内段的导流堤或岸壁，6、通道口门段甲的导流堤或岸壁，7、通道口门段乙的导流堤或岸壁，8、通道内段，9、通道口门段甲，10、通道口门段乙，11、海面，12、海域泥面，13、人工岛岸壁，14、通道口门段甲的延伸段导流堤或岸壁，15、通道口门段乙的延伸段导流堤或岸壁，16、连接桥，17、人工岛，18、航道。
具体实施方式：
下面结合附图说明实施本发明的实施方式：
实施例一
参见图1、图2，在潮流以往复流为主的海域2，在港内水域或航道水域的横向两侧，一侧依托陆域1或自然岛屿1，另一侧在海域2中，基本顺落潮流主流向3、涨潮流主流向4设置连续、顺直的导流堤或岸壁5、6、7，两侧导流堤或岸壁5、6、7之间形成潮汐通道，潮汐通道在纵向分为通道口门段甲9、通道内段8和通道口门段乙10，通道内段8的通道宽度基本相同，通道口门段甲9、通道口门段乙10的通道宽度由通道内段8向通道口门逐渐放大，呈“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状，引导涨落潮流，产生“双向束水效应”，增加通道内段的单位宽度涨落潮流量，提高涨落潮流速，使得通道范围内的水流挟沙能力不小于海域水体含沙量，有效避免泥沙回淤，处于通道范围特别是通道内段8的港内水域和航道水域基建增深后的水深得以长期维持，从而形成“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状、通道口门段甲9、通道口门段乙10的通道水深由通道口门向通道内段8逐渐变深、通道内段8水深较深的的海峡形深水潮汐通道。陆域1或自然岛屿1侧的导流堤或岸壁5、6、7作为港口深水岸线，通道内段8、通道口门段甲9、通道口门段乙10作为港内水域或深水航道。通道内段8的通道宽度B3≥600m，≤5000m，优选值≥800m，≤2000m。其中m值取1.2～2，优选值1.33～1.67。通道口门段甲9、通道口门段乙10采用直线型放大，n1＝2×通道口门段甲9长度L1÷(通道口门段甲9口门处通道宽度B1-通道内段8的通道宽度B3)，n2＝2×通道口门段乙10长度L2÷(通道口门段乙10口门处通道宽度B2-通道内段8的通道宽度B3)，n1、n2取值1～20，优选值2～10。导流堤、岸壁5、6、7的顶高程高于设计高水位即高潮累积频率10％的潮位。远期可通过通道口门段甲9、通道口门段乙10的导流堤或岸壁14、15，增加口门宽度B1、B2，增加纳潮量和通道流速，以适应水深进一步增深需要。
实施例二
参见图3、图2，在实施例一的基础上，设置人工岛岸壁13，形成人工岛17作为港口陆域，海峡形深水潮汐通道两侧的导流堤或岸壁5、6、7作为港口深水岸线，并通过连接桥16连接陆域1或自然岛屿1和人工岛17。
实施例三
参见图4、图2，在潮流以往复流为主的海域2，在港内水域或航道水域的横向两侧，依托自然岛屿1或直接在海域2，基本顺落潮流主流向3、涨潮流主流向4设置连续、顺直的导流堤或岸壁5、6、7，形成人工岛17，两侧导流堤或岸壁5、6、7之间形成潮汐通道，潮汐通道在纵向分为通道口门段甲9、通道内段8和通道口门段乙10，通道内段8的通道宽度基本相同，通道口门段甲9、通道口门段乙10的通道宽度由通道内段8向通道口门逐渐放大，呈“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状，从而形成“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状的海峡形深水潮汐通道。海峡形深水潮汐通道的两侧导流堤或岸壁5、6、7作为港口深水岸线，通道内段8、通道口门段甲9、通道口门段乙10作为港内水域或深水航道。通道内段8的通道宽度B3、通道口门段甲9口门处的通道宽度B1、通道口门段乙10口门处的通道宽度B2、n1、n2、导流堤或岸壁5、6、7的顶高程同实施例一。通过连接桥16连接两侧人工岛17。远期可通过通道口门段甲9、通道口门段乙10的导流堤或岸壁14、15，增加口门宽度B1、B2，增加纳潮量和通道流速，以适应水深进一步增深需要。
实施例四
参见图5、图2，在实施例二的基础上，在横向平行设置多个海峡形深水潮汐通道，导流堤或岸壁5、6、7作为港口深水岸线，通道内段8、通道口门段甲9、通道口门段乙10作为港内水域，形成多个梭状人工岛17平行分布的港口群，并可通过连接桥16连接各人工岛17和陆域1。
实施例五
参见图6、图2，通道口门段甲9、通道口门段乙10采用流线型放大，其余同实施例一。
实施例六
参见图7、图2，通道口门段甲9、通道口门段乙10采用流线型放大，其余同实施例二。
实施例七
参见图8、图2，通道口门段甲9、通道口门段乙10采用流线型放大，其余同实施例三。
实施例八
参见图9、图2，在实施例六的基础上，在横向平行设置多个海峡形深水潮汐通道，导流堤或岸壁5、6、7作为港口深水岸线，通道内段8、通道口门段甲9、通道口门段乙10作为港内水域，形成多个梭状人工岛17平行分布的港口群，并可通过连接桥16连接各人工岛17和陆域1。
实施例九
参见图10、图2，在潮流以往复流为主的海域2，在港内水域或航道水域的横向两侧，一侧依托陆域1或自然岛屿1，另一侧在海域2中，基本顺落潮流主流向3、涨潮流主流向4设置连续、顺直的导流堤或岸壁5、6、7，两侧导流堤或岸壁5、6、7之间形成潮汐通道，潮汐通道在纵向分为通道口门段9、通道内段8和通道口门段乙10，通道内段8的通道宽度基本相同，通道口门段9、通道口门段乙10的通道宽度由通道内段8向通道口门采用流线型逐渐放大，呈“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状，从而形成“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状的海峡形深水潮汐通道。海峡形深水潮汐通道的两侧导流堤或岸壁5、6、7作为港口深水岸线，通道内段8、通道口门段甲9、通道口门段乙10作为港内水域或深水航道。通道内段8的通道宽度B3、通道口门段甲9口门处的通道宽度B1、通道口门段乙10口门处的通道宽度B2、n1、n2、导流堤或岸壁5、6、7的顶高程同实施例一。
实施例十
参见图11、图2，在潮流以往复流为主的海域2，在港内水域或航道水域的横向两侧，依托自然岛屿1或直接在海域2，基本顺落潮流主流向3、涨潮流主流向4设置连续、顺直的导流堤或岸壁5、6、7，形成人工岛17，两侧导流堤或岸壁5、6、7之间形成潮汐通道，潮汐通道在纵向分为通道口门段甲9、通道内段8和通道口门段乙10，通道内段8的通道宽度基本相同，通道口门段甲9、通道口门段乙10的通道宽度由通道内段8向通道口门采用流线型逐渐放大，呈“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状，从而形成“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状的海峡形深水潮汐通道。海峡形深水潮汐通道的两侧导流堤或岸壁5、6、7作为港口深水岸线，通道内段8、通道口门段甲9、通道口门段乙10作为港内水域或深水航道。通道内段8的通道宽度B3、通道口门段甲9口门处的通道宽度B1、通道口门段乙10口门处的通道宽度B2、n1、n2、导流堤或岸壁5、6、7的顶高程同实施例一。通过连接桥16连接两侧人工岛17。
实施例十一
参见图12、图2，在实施例九、实施例十的基础上，在横向平行设置多个海峡形深水潮汐通道，两侧导流堤或岸壁5、6、7作为港口深水岸线，通道内段8、通道口门段甲9、通道口门段乙10作为港内水域，形成多个梭状人工岛17平行分布的港口群，并可通过连接桥16连接各人工岛17和陆域1。
实施例十二
参见图13、图2，在潮流以往复流为主的海域2，在港内水域或航道水域的横向两侧，依托陆域1或自然岛屿1，设置连续、顺直的导流堤或岸壁5、6、7，中间设置导流堤或岸壁5、6形成菱形人工岛17，两侧导流堤或岸壁5、6、7与菱形人工岛17之间形成2个潮汐通道，潮汐通道在纵向分为通道口门段甲9、通道内段8和通道口门段乙10，通道内段8的通道宽度基本相同，通道口门段9、通道口门段乙10的通道宽度由通道内段8向通道口门逐渐放大，呈“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状，引导涨落潮流，产生“双向束水效应”，增加通道内段的单位宽度涨落潮流量，提高涨落潮流速，使得通道范围内的水流挟沙能力不小于海域水体含沙量，有效避免泥沙回淤，处于通道范围特别是通道内段8的港内水域和航道水域基建增深后的水深得以长期维持，从而形成“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状的海峡形深水潮汐通道。海峡形深水潮汐通道的两侧导流堤或岸壁5、6、7作为港口深水岸线，通道内段8、通道口门段甲9、通道口门段乙10作为港内水域或深水航道。通道内段8的通道宽度B3、通道口门段甲9口门处的通道宽度B1、通道口门段乙10口门处的通道宽度B2、n1、n2、导流堤或岸壁5、6、7的顶高程同实施例一。
实施例十三
参见图14、图2，在潮流以往复流为主的海域2，在港内水域或航道水域的横向两侧，依托陆域1或自然岛屿1，设置连续、顺直的导流堤或岸壁5、6、7，中间设置导流堤或岸壁5形成菱形人工岛17，两侧导流堤或岸壁5、6、7与菱形人工岛17之间形成2个潮汐通道，潮汐通道在纵向分为通道口门段甲9、通道内段8和通道口门段乙10，通道内段8的通道宽度基本相同，通道口门段甲9、通道口门段乙10的通道宽度由通道内段8向通道口门逐渐放大，呈“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状，引导涨落潮流，产生“双向束水效应”，增加通道内段的单位宽度涨落潮流量，提高涨落潮流速，使得通道范围内的水流挟沙能力不小于海域水体含沙量，有效避免泥沙回淤，处于通道范围特别是通道内段8的港内水域和航道水域基建增深后的水深得以长期维持，从而形成“两端喇叭形口门、中间狭长通道”状的海峡形深水潮汐通道。海峡形深水潮汐通道的两侧导流堤或岸壁5、6、7作为港口深水岸线，通道内段8、通道口门段甲9、通道口门段乙10作为港内水域或深水航道。通道内段8的通道宽度B3、通道口门段甲9口门处的通道宽度B1、通道口门段乙10口门处的通道宽度B2、n1、n2、导流堤或岸壁5、6、7的顶高程同实施例一。