长江上海段疏浚土有益利用的框架性建议

疏浚土是水利水运工程衍生的一种宝贵资源。在长江上海段,针对上游来沙量持续减少、河口砂土资源日趋紧缺、海洋倾倒区逐渐受控等新形势,开展港口航道疏浚土的有益利用是涉水部门的共同期望。依据工程现场调查资料,分析了长江上海段疏浚土有益利用的现状和存在的主要问题,结合新形势和新要求提出了疏浚土有益利用的框架性建议。研究分析表明,近10年来,长江上海段疏浚土有益利用实现了从无到有的历史性跨越,用于吹填造地的长江口深水航道疏浚土数量较为可观。但存在疏浚土利用方式单一、利用率总体偏低、相关体制机制尚未完善等诸多现实问题。为进一步提高长江上海段疏浚土的有益利用水平,提出框架性建议如下:加紧疏浚土有益利用关键技术研发,加快转变疏浚土资源化利用方式,以及加大疏浚土有益利用体制机制创新力度等。     

利用疏浚土塑造长江口新横沙生态成陆示范区研究

为防止上海市横沙东滩浅滩大面积侵蚀和长江口深水航道疏浚土外抛入海造成的资源浪费和环境污染,根据横沙东滩生物生境特点对横沙东滩进行分区,利用长江口深水航道疏浚土上岸生态成陆。通过研究长江口疏浚土历史数据、长江口生物生境需求与长江口滩涂湿地发展特点,提出根据生境需求按照等深线0 m以上、-2～0 m、-2～-5 m滩涂面积比例为1∶1∶2塑造横沙东滩生态基底方案,设置"T坝"进行生态基底保育,并分为鸻鹬类主栖息区(A区)、苇塘区(B区)、雁鸭类主栖息区(C区)、鸟类食物种植区(D区)4个生态功能区,最终形成生态成陆示范区。该研究方案可为滩涂生态修复提供理论基础及技术支撑。     

2015年长江口航道运行维护特征分析

以大量工程现场资料为基础,初步分析2015年长江口航道运行维护特征,以及今后一段时期深水航道维护形势。分析表明,通过维护性疏浚,2015年长江口航道运行状况良好,12.5 m深水航道已进入全面发挥效益的稳定运行阶段。2015年南港北槽12.5 m航道维护疏浚强度总体仍保持时空相对集中的分布特征。与2011—2014年相比,2015年南港及圆圆沙段疏浚强度下降近15%,全年1—12月疏浚强度也普遍有所降低,这主要与南港河床地形条件和周边河势的改善,以及疏浚工艺与管理的优化有关。今后一段时期,在长江口河势格局及水沙动力环境整体稳定的前提下,12.5 m深水航道维护态势总体可控,且趋于向好。由于航道回淤时空分布特征未发生根本改变,后续长江口深水航道的重点维护时段和区段依然是夏秋季(6—11月)和北槽中段。     

长江口深水航道回淤二维数值模拟分析

长江口深水航道整治工程位于长江口北槽,分三期完成。工程实施后,航道内每年均出现严重回淤现象,航道疏浚维护费用巨大。通过建立长江口深水航道二维数学模型,计算了1997、2001、2005、2009年4个不同时间段典型断面涨落潮流量,分析了长江口深水航道工程实施期间涨落潮流量的变化情况,探讨了航道回淤的原因。一期工程使航道中段落潮流量减小而上段落潮流量增加,二期工程后航道整体落潮流量减小,三期工程的实施减缓了航道落潮流量减小的趋势,而航道内落潮流量的减小可能是出现严重回淤的水动力原因。     

长江口深水航道研究

根据对水文泥沙条件及河床演变的分析，选择南港北槽开辟深水航道是合理的。定床和动床模型试验结果表明，用以整治为主、疏浚为辅的方法，取得－１２．５ｍ深水航道是可能的。长江口深水航道工程是对长江口进行综合治理、规划的重要组成部分，在总体上有益无害。     

长江口深水航道研究

根据对水文泥沙条件及河床演变的分析，选择南港北槽开辟深水航道是合理的，定床和动床模型试验结果表明，用以整治为主、疏浚为辅的方法，取得－１２．５ｍ深水航道是可能的。长江口深水航道工程是对长江口进行综合治理、规划的重要组成部分，在总体上有益无害。     

长江口深水航道回淤强度与潮汐动力相关性分析

长江口12.5 m深水航道的回淤监测资料表明,航道回淤强度大小和潮汐动力强弱存在较好的负相关关系,即大潮-中潮-小潮过程(动力减弱期),北槽实测回淤强度大;而小潮-中潮-大潮过程(动力增强期),北槽回淤强度则变小,目前的疏浚工程仅考虑大通流量的影响而忽略了外海潮汐的贡献,疏浚强度的安排明显与回淤强度不匹配。根据疏浚强度、回淤强度、潮汐动力间的相关关系来看,未来可深入研究长江口北槽深水航道潮汐动力过程和疏浚安排对回淤强度的影响,探索"疏浚-回淤"与"大通流量-外海潮汐"间的制衡关系,以及该关系对航道的宏观、微观冲淤环境的影响,这样才有利于寻找出一套较为合理的疏浚力量配置管理原则,有利于最大限度地提高疏浚效率,为长江口深水航道疏浚资源的优化配置及航道减淤提供新的思考空间。     

基于BP神经网络的长江口深水航道回淤量预测

长江口12.5 m深水航道在发挥巨大经济效益和社会效益的同时，航道回淤量大、时空分布高度集中的间题突出，每年需投入大量的维护疏浚力量。长江口深水航道维护一般以月为时段安排施工力量，但月度回淤强度大且时空变化明显，导致如何精准预测航道回淤量成为了一个重要技术难题。根据2016～2018年实测水文资料和航道回淤机制，筛选了影响航道回淤的主要影响因子，建立了多影响因子作用下的长江口深水航道回淤量BP神经网络高精度预测模型，比较并推荐了训练和预测网络的隐含层数及各层神经元数；选取2016～2018年长江口长序列的水文资料进行预测模型训练，并选取2019年资料对预测模型进行验证，证实了模型选取的影响因子及构建的预测模型的合理性，验证了模型具有较高的航道回淤量预测能力和空间分布预测精度，研究成果可为航道维护的科学管理和疏浚船舶的合理调度提供参考。     

长江口深水航道工程社会经济效益分析

长江口深水航道工程产生了多方面的效益,从工程的社会经济效益角度进行评价与分析。分析表明,长江口深水航道治理工程带来长江口地区货运量的增长,适应船舶大型化的趋势,改善通航条件,提高了大型船舶的运营水平。工程的航运效益体现在船舶大型化、中转减少、船舶候潮时间减少、货物时间价值节约等方面。长江口深水航道治理工程推动了长江沿线城市化的发展,创造了大量的劳动岗位,带动了行业科技创新与进步的发展。     

新情势下长江口泥沙资源的供需关系及优化配置初探

结合近年来长江口面临的诸多新情势,初步分析了长江口泥沙资源的供需关系,并探讨了其优化配置的可能实现途径和相应的支持保障措施.主要研究表明,长江口地区土地资源紧缺,用于滩涂开发的泥沙需求量日益增加,而长江口沙源禁采范围大,优质砂源少,泥沙的供给途径及供给量相对有限,泥沙资源的供需关系因此日趋紧张.未来一段时间内,港口航道疏浚土产生量大且较稳定,充分合理利用港口航道疏浚土进行滩涂资源开发利用和保护,是缓解长江口泥沙供需矛盾、实现资源优化配置的有效途径之一.     

长江口深水航道海域悬浮泥沙光谱特性研究

 长江口深水航道治理和维护的核心问题为泥沙问题。对长江口深水航道 7 个浮标所在海域进行了不同浓度含沙水体的反射光谱测量,并且结合“长江口深水航道水文、泥沙、波浪自动遥测系统”遥测数据和野外现场取样数据,对其光谱特性进行了分析,发现这些海域悬浮泥沙的敏感波段在 730 ～ 930 nm 之间,并且 731 nm 附近的一阶微分与悬浮泥沙浓度相关性较好。在对其光谱特性进行分析的基础上,分别建立了悬浮泥沙光谱反射率、光谱反射率均值和反射率一阶微分的指数反演模型和二次反演模型,结果显示 900 nm 波长的指数模型可以较准确地定量反演出悬浮泥沙浓度。     

挖槽回淤物粒度变化对航道回淤的影响

根据吕四海域地形、水文、泥沙和浅层柱状样观测资料的分析,研究航道浚深后回淤物的粒度变化过程及其对航道回淤的影响。研究表明,航道浚深后,航槽内底质呈明显粗化现象,底质中值粒径由浚前的0.045~0.071 mm增加至浚后的0.128~0.135 mm,0.005~0.062 mm的细颗粒组分由36.0%减小至8.9%,0.075~0.250 mm粗颗粒组分由37.9%增加至78.2%,疏浚船舶的水力分选是泥沙组分变化的主要因素。吕四海域航道泥沙回淤形式为悬沙沉降和底沙推移共同作用的结果,夏季7—8月试挖槽内回淤强度较大,回淤泥沙颗粒较细,冬季10—12月回淤强度较小,回淤泥沙颗粒较粗。根据粒度谱计算结果,正常天条件下悬沙沉降对航道回淤的贡献率约为15%,夏季贡献率高于冬季,大风天可增至30%~40%。回淤贡献率的计算方法可为类似工程的回淤研究提供借鉴和参考。     

长江“南京-南通”河段演变及碍航特性分析

南京至南通河段作为长江口深水航道12.5 m水深向上延伸的重要组成部分,航道条件极为重要。在已有研究成果的基础上,收集“南京-南通”河段大量实测水文、地形资料,系统分析了该河段河床演变和碍航特性,并进行了演变趋势预测。根据预测成果,结合该段航运发展需求和航道整治目标,针对不同河段,提出了航道整治方案初步设想,为该段航道整治提供了参考。     

长江口北槽潮波传播变化特征研究

长江口深水航道治理工程实施后,北槽河势发生了巨大变化,北槽河床形态、水深的变化必将影响长江口潮波传播。为研究长江口潮波传播的变化,利用非结构网格FVM方法建立了大通至外海的大范围数学模型,研究长江口深水航道治理工程各分期工程对潮波传播的影响。研究表明长江口深水航道治理一期工程因工程量相对较小,工程实施后,北槽潮波变化相对较小;二期工程后北槽潮波能量损失较大,高潮位略有抬升,低潮位大幅度抬升;三期工程后,潮波变化与二期工程基本一致。北槽导堤工程引起的潮波能量损失较小,丁坝工程致使潮波能量损失较大。     

河口高浑浊带航道回淤影响因子分析方法研究

针对河口高浑浊带区域的航道回淤影响因子分析问题,研究提出了一套合理的分析方法。采用了理论模型计算、实测资料分析和相关性分析等技术手段,以长江口深水航道为例,计算比较了冲刷动力、淤积动力以及满足淤积条件的近底层含沙量等因子对航道回淤量的影响,并提出了满足淤积条件的小流速时近底层高含沙量是直接影响长江口高浑浊带区域航道回淤量的主要因子。这一结论通过洪枯季对应数据的差异比较得到了验证,也表明了所提分析方法的合理性。     

三峡航道三维可视化与分析系统的设计与实现

长江的安全航行,特别是三峡航道,是一项重要的系统工程。传统的二维电子河道地图对保证航行安全十分有效。但是,它不是可视的,许多复杂的分析在二维的环境下难以完成。因此,实现三维航道数字化和智能化对安全航行非常重要和迫切。为实现这一目的,介绍了以三维GIS为基础的三峡航道三维可视化与分析系统的整体框架。在此框架下,说明了从航道空间数据收集,储存,管理,处理,查询和分析到典型的航行应用技术的集成服务。详细讨论了一些关键技术,包括：多源数据源支持的航道生成技术,基于GIS和CAD的航道模型生产工艺,多源、多类型、多尺度数据的组织和管理技术,海量数据的三维动态可视化技术,二维与三维互演示与分析技术。基于这些理论与技术,开发了TEAVIS三维数字航道。介绍了一些基于这一系统的典型应用。