朱 治，張學(xué)軍，沈雨生

(1.中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200120；2.中交上海航道局有限公司，上海 200002；3.南京水利科學(xué)研究院 河流海岸研究所，南京 210024)

長(zhǎng)江口南槽航道治理工程作為我國(guó)“十三五”水運(yùn)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是支持長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)和“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)路實(shí)施的需要，工程的實(shí)施可有效改善長(zhǎng)江口通航環(huán)境及航道條件、促進(jìn)江海聯(lián)運(yùn)發(fā)展、充分發(fā)揮長(zhǎng)江黃金水道功能[1]。為貫徹落實(shí)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的理念，在長(zhǎng)江口南槽航道建設(shè)中進(jìn)行了生態(tài)航道技術(shù)的研究與應(yīng)用。

傳統(tǒng)的航道整治大量采用硬化覆蓋的方式，由于水下建筑物的形成，增加了河床不透水面積，導(dǎo)致水生生境發(fā)生變化或局部區(qū)域生境消失，對(duì)水生生物的生存環(huán)境和生存空間造成破壞。生態(tài)航道建設(shè)是在傳統(tǒng)航道建設(shè)基礎(chǔ)上，綜合考慮航運(yùn)開發(fā)與水沙條件、水生生物、生態(tài)環(huán)境等的關(guān)系，在航道建設(shè)各領(lǐng)域各環(huán)節(jié)采取新的生態(tài)技術(shù)、工程管理等措施，實(shí)現(xiàn)航道建設(shè)與生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)[2]。生態(tài)航道必須從設(shè)計(jì)階段開始科學(xué)制定生態(tài)環(huán)保目標(biāo)，注入生態(tài)環(huán)保理念[3]。我國(guó)生態(tài)航道建設(shè)已在長(zhǎng)江干線航道的治理工程中得到了較大的發(fā)展，長(zhǎng)江干線航道整治主要包括守護(hù)工程(護(hù)灘、護(hù)岸、護(hù)坡、護(hù)底)、筑壩工程、疏浚吹填工程、航道爆破工程等，目前已在航道整治的多個(gè)環(huán)節(jié)考慮了生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施與管理辦法[4-5]。生態(tài)航道建設(shè)與整治建筑物的水動(dòng)力特性和泥沙因子密切相關(guān)，為有利于水生生物棲息并達(dá)到生態(tài)效果，整治建筑物一方面需具有透水減流的性能，從而為水生生物棲息提供適宜的水生生境；另一方面整治建筑物內(nèi)及周圍需具有一定的泥沙淤積效果，以達(dá)到河床底質(zhì)回補(bǔ)的目的，為水生生物棲息提供場(chǎng)所。整治建筑物是生態(tài)航道建設(shè)的關(guān)鍵，長(zhǎng)江干線航道整治工程中提出并應(yīng)用了多種生態(tài)型透水護(hù)坡、護(hù)灘、護(hù)底和壩體等整治建筑物結(jié)構(gòu)[6-10]。與長(zhǎng)江干線航道所受水動(dòng)力條件不同，長(zhǎng)江口區(qū)域同時(shí)受強(qiáng)勁的風(fēng)浪和潮汐動(dòng)力作用，而專門針對(duì)長(zhǎng)江口區(qū)域的生態(tài)型航道整治建筑物很少，有必要對(duì)此開展研究。

本文依托長(zhǎng)江口南槽航道治理工程，對(duì)一種透水梯形結(jié)構(gòu)整治建筑物進(jìn)行物理模型試驗(yàn)，研究其水動(dòng)力特性和泥沙淤積效果，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，可為類似工程的設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

長(zhǎng)江口南槽治理一期工程是在長(zhǎng)江口現(xiàn)有12.5 m深水主航道的基礎(chǔ)上，按照長(zhǎng)江口“一主、兩輔、一支”航道體系的總體規(guī)劃實(shí)施的又一重大航道整治工程。工程建成后，長(zhǎng)江口將新增一條長(zhǎng)86 km、水深6.0 m、寬600～1 000 m的優(yōu)質(zhì)輔助航道(工程平面布置見圖1)，該航道可滿足5 000 t級(jí)船舶滿載乘潮雙向通航，1萬～2萬t級(jí)船舶減載乘潮通航和大型空載船舶下行乘潮通航。長(zhǎng)江口南槽航道治理一期工程主要由整治建筑物工程和疏浚工程組成，其中整治建筑物為江亞南沙護(hù)灘堤，堤線總長(zhǎng)約16 km。本工程施工水域是長(zhǎng)江流域生物資源最豐富的區(qū)域之一，為了踐行“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的理念，本工程進(jìn)行了生態(tài)航道建設(shè)。整治建筑物是生態(tài)航道建設(shè)的關(guān)鍵，因此有必要對(duì)整治建筑物水動(dòng)力特性進(jìn)行專項(xiàng)研究。本文選取江亞南沙護(hù)灘堤淺水段典型結(jié)構(gòu)作為研究段。

圖1 工程平面布置圖Fig.1 General layout of the project

1.2 水動(dòng)力條件

研究段整治建筑物斷面位于淺水段，灘面高程為0.0 m，工程區(qū)極端高水位為5.94 m，設(shè)計(jì)高水位為4.32 m，平均水位為2.20 m，設(shè)計(jì)低水位為0.39 m。

研究段整治建筑物50 a一遇設(shè)計(jì)波浪要素見表1。工程區(qū)水流條件見表2。工程區(qū)泥沙(底質(zhì)和懸沙)特征見表3～表4。

表1 研究段整治建筑物50 a一遇設(shè)計(jì)波浪要素Tab.1 Design wave parameters of 50 year return period for the regulation structure

表2 工程區(qū)水流條件Tab.2 Current conditions for the project area

表3 工程區(qū)底質(zhì)泥沙特征Tab.3 Seabed sediment characteristics for the project area

表4 工程區(qū)懸沙泥沙特征Tab.4 Suspended sediment characteristics for the project area

1.3 整治建筑物原方案設(shè)計(jì)

研究段整治建筑物斷面見圖2，灘面高程0.0 m，堤身高度2 m(頂高+2.0 m)，基床采用袋裝碎石，護(hù)腳采用100～300 kg塊石，上部主體采用透水梯形結(jié)構(gòu)構(gòu)件，構(gòu)件由頂板、側(cè)板和底部框架構(gòu)成，結(jié)構(gòu)高1.6 m、頂寬4 m、底寬5.5 m、長(zhǎng)5 m，頂板厚0.3 m，側(cè)板厚0.3 m，頂板均布9個(gè)圓孔(直徑皆為500 mm)，前后側(cè)板不開孔，底部無底板，結(jié)構(gòu)表面整體開孔率為5.2%(圖3)。

圖2 研究段整治建筑物斷面Fig.2 Cross section of the regulation structure

圖3 透水梯形結(jié)構(gòu)圖(單位：mm)Fig.3 Structure figure of the permeable trapezoid structure

2 研究方法

本項(xiàng)研究通過斷面物理模型試驗(yàn)進(jìn)行，通過斷面物理模型試驗(yàn)研究透水梯形結(jié)構(gòu)整治建筑物在水流、波浪作用下的結(jié)構(gòu)水流流速和泥沙淤積效果，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 試驗(yàn)儀器設(shè)備

本項(xiàng)物理模型試驗(yàn)在波浪水槽中進(jìn)行，該水槽可同時(shí)產(chǎn)生波浪、水流和風(fēng)。水槽長(zhǎng)170 m、寬1.2 m、深1.8 m。水槽的一端配有消浪緩坡，另一端配有推板式不規(guī)則波造波機(jī)。波高測(cè)量采用電阻式波高儀，利用DS30多功能自動(dòng)采集系統(tǒng)采集，最終由計(jì)算機(jī)形成波高數(shù)據(jù)文件。結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)水流流速采用多普勒流速儀(ADV)測(cè)量。

2.2 模型設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用正態(tài)模型，根據(jù)Froude數(shù)相似律設(shè)計(jì)?？紤]到結(jié)構(gòu)物尺度、模型范圍、水深、水流和波浪條件以及試驗(yàn)場(chǎng)地設(shè)備等，本次試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛶缀伪瘸擀薼為1:25。

2.3 試驗(yàn)方法

為研究透水梯形結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力環(huán)境，在斷面物理模型試驗(yàn)中波浪共同作用下測(cè)量透水梯形結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)的水流流速，水流流速測(cè)點(diǎn)布置見圖4。

圖4 結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)流速測(cè)點(diǎn)布置Fig.4 Arrangement of the velocity measuring points in and outside the structure

為研究透水梯形結(jié)構(gòu)的泥沙淤積效果，需要進(jìn)行兩部分波流作用下結(jié)構(gòu)周圍及內(nèi)側(cè)沖淤試驗(yàn)，包括：(1)平常條件水流作用下結(jié)構(gòu)周圍及內(nèi)側(cè)泥沙淤積試驗(yàn)；(2)惡劣天氣波流共同作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)泥沙沖淤試驗(yàn)。

對(duì)于平常條件水流作用下結(jié)構(gòu)周圍及內(nèi)側(cè)泥沙淤積試驗(yàn)，主要考慮平常條件水流作用下，含沙水流使結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生淤積。本項(xiàng)試驗(yàn)的模型沙選擇主要考慮泥沙輸移和泥沙沉降相似。經(jīng)過比較選擇，采用一定中值粒徑的木粉作為該項(xiàng)試驗(yàn)的模型沙，試驗(yàn)采用中值粒徑d50=0.05～0.06 mm、γs=1.16 t/m3的木粉。

對(duì)于惡劣天氣波流共同作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)泥沙沖淤試驗(yàn)，本項(xiàng)試驗(yàn)主要考慮重現(xiàn)期波浪和水流共同作用下，結(jié)構(gòu)物周圍及內(nèi)側(cè)泥沙掀起，在波浪、水流作用下的泥沙輸移使結(jié)構(gòu)物內(nèi)側(cè)平常條件下已淤積的泥沙發(fā)生沖淤變化。本項(xiàng)試驗(yàn)的模型沙選擇主要考慮泥沙起動(dòng)相似。經(jīng)過比較選擇，采用一定中值粒徑的煤粉作為該項(xiàng)試驗(yàn)的模型沙，試驗(yàn)采用中值粒徑d50=0.18 mm、γs=1.33 t/m3的煤粉。

3 原方案試驗(yàn)結(jié)果

3.1 透水梯形結(jié)構(gòu)水流流速結(jié)果

對(duì)于原方案透水梯形結(jié)構(gòu)，分別在惡劣天氣和平常條件下測(cè)量了結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)的流速，試驗(yàn)工況為：(1)工況1。設(shè)計(jì)高水位為+4.32 m，50 a一遇波浪+漲急流(流速v=0.87 m/s)；(2)工況2。設(shè)計(jì)高水位為+4.32 m，漲急流(流速v=0.87 m/s)，無波浪。結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)流速結(jié)果見表5～表6。需要說明的是表5～表6中流速結(jié)果為平均流速，表中各分量流速的方向見圖4，且表中“--”代表該分量流速非常小、可忽略。

表5 工況1條件下結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)流速結(jié)果Tab.5 Current velocity in and outside the structure under case 1 m/s

表6 工況2條件下結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)流速結(jié)果Tab.6 Current velocity in and outside the structure under case 2 m/s

由表5～表6可見：

(1)對(duì)于原方案透水梯形結(jié)構(gòu)，在波流或者水流作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)均存在一定的流速，但明顯小于結(jié)構(gòu)外側(cè)流速。

(2)對(duì)于惡劣天氣條件(工況1)，在波流共同作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)流場(chǎng)呈三維特征(X、Y和Z三個(gè)方向均有流速)，結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)流速相對(duì)于外側(cè)流速平均減小了75%(相對(duì)于潮流流速和波浪底質(zhì)平均流速之和)。

(3)對(duì)于平常條件(工況2)，在單純水流作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)流速相比惡劣天氣條件(工況1)的波流共同作用時(shí)較小，且主要在水平X方向和豎直Z方向有流速，結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)流速相對(duì)于外側(cè)流速平均減小了84%。

3.2 透水梯形結(jié)構(gòu)周圍及內(nèi)側(cè)泥沙沖淤結(jié)果

透水梯形結(jié)構(gòu)要發(fā)揮生態(tài)效益，結(jié)構(gòu)內(nèi)需要提供可供生物棲息的場(chǎng)所，所以結(jié)構(gòu)內(nèi)需有部分泥沙淤積。對(duì)于原方案透水梯形結(jié)構(gòu)，主要進(jìn)行了平常條件水流作用下結(jié)構(gòu)周圍及內(nèi)側(cè)泥沙淤積試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：設(shè)計(jì)高水位為+4.32 m，漲急流(流速取平均流速v=0.87m/s)，無波浪。當(dāng)平常條件水流作用相當(dāng)于原型1個(gè)月后，結(jié)構(gòu)周圍及內(nèi)側(cè)泥沙淤積情況見圖5。

圖5 水流作用后結(jié)構(gòu)周圍及內(nèi)側(cè)泥沙淤積情況Fig.5 Sediment siltation condition in and around the structure after current action

由試驗(yàn)結(jié)果可見，平常條件水流作用下，結(jié)構(gòu)后部(背流面)及結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生泥沙淤積，結(jié)構(gòu)內(nèi)部泥沙淤積較為平坦，當(dāng)水流作用相當(dāng)于原型1個(gè)月后，結(jié)構(gòu)內(nèi)部泥沙淤積最大厚度為0.52 m，平均淤積厚度為0.16 m，平均相對(duì)淤積厚度為12%，單個(gè)構(gòu)件內(nèi)的淤積量約為3.2 m3。

4 優(yōu)化方案結(jié)果

由原方案透水梯形結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果可見，波流作用下，該透水梯形結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)流速明顯小于結(jié)構(gòu)外側(cè)流速，且結(jié)構(gòu)后部及內(nèi)側(cè)發(fā)生泥沙淤積，可為生物提供棲息和避難場(chǎng)所。但是原方案結(jié)構(gòu)比較單一，為適應(yīng)不同水生生物對(duì)象的個(gè)體尺寸，并利于生物進(jìn)出結(jié)構(gòu)，優(yōu)化方案一方面將頂板開孔直徑優(yōu)化為350～500 mm不等，另一方面考慮對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)板開孔。原方案結(jié)構(gòu)基床為袋裝碎石，考慮到袋裝碎石的施工難度以及拋石墊層更接近自然條件，且拋石孔隙利于生物棲息，優(yōu)化方案同時(shí)將袋裝碎石基床改為拋石。

4.1 結(jié)構(gòu)開孔研究

對(duì)于優(yōu)化方案透水梯形結(jié)構(gòu)開孔方式，頂板開孔直徑優(yōu)化為350～500 mm(2列為350 mm，中間一列為500 mm)，前后側(cè)板開孔考慮多種位置、數(shù)量及孔徑，共5個(gè)比選方案，詳見表7和圖6。對(duì)于前后側(cè)板開孔比選方案，考慮便于不同生物(浮游生物、游泳生物和底棲生物)進(jìn)出結(jié)構(gòu)且在結(jié)構(gòu)內(nèi)泥沙淤積的不同階段生物均可以進(jìn)出結(jié)構(gòu)，比選方案二～選方案五在結(jié)構(gòu)前后側(cè)面板的不同高度進(jìn)行開孔。比選試驗(yàn)在純流條件下進(jìn)行，比較不同比選方案結(jié)構(gòu)內(nèi)的流速，試驗(yàn)條件為：設(shè)計(jì)高水位為+4.32 m，漲急流(流速v=0.87 m/s)，無波浪。

表7 透水梯形結(jié)構(gòu)開孔比選方案匯總Tab.7 Plans of different hole types of the permeable trapezoid structure

6-a 方案一 6-b 方案二 6-c 方案三 6-d 方案四 6-e 方案五圖6 透水梯形結(jié)構(gòu)俯視示意圖Fig.6 Top view of permeable trapezoid structure

除了測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的水流流速外，還對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了流速示蹤試驗(yàn)，對(duì)比其擴(kuò)散情況，示蹤試驗(yàn)見圖7。各開孔比選方案結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的流速結(jié)果對(duì)比見表8和圖8。

圖7 示蹤試驗(yàn) 圖8 各開孔比選方案結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的流速對(duì)比Fig.7 Tracer testing Fig.8 Comparison of current velocity in the structure for different plans

表8 各比選方案結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的流速測(cè)量結(jié)果對(duì)比(1#代表點(diǎn))Tab.8 Comparison results of the current velocity in the structure for different plans

由表8和圖7可見：

(1)考慮利于生物進(jìn)出結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)前后側(cè)板開孔后，各比選方案結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的水流流速相同條件下均明顯大于原方案結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的流速。流速示蹤試驗(yàn)表明，水流作用下介質(zhì)可進(jìn)出結(jié)構(gòu)，說明比選方案結(jié)構(gòu)具有一定的透水性和水交換能力，可保持結(jié)構(gòu)內(nèi)良好的水環(huán)境。

(2)結(jié)構(gòu)前后側(cè)板開孔后，結(jié)構(gòu)內(nèi)水流流速相比原方案明顯變大，但是為有利于結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的泥沙落淤，結(jié)構(gòu)內(nèi)流速不宜較大。對(duì)于比選方案一，由于其前后側(cè)板開孔孔徑較大，且前后孔對(duì)齊，比選方案結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的水流流速明顯較大。比選方案二～比選方案五結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的水流流速與比選方案一相比較小，可見減小結(jié)構(gòu)前后側(cè)的開孔孔徑、減少開孔個(gè)數(shù)并將前后側(cè)孔錯(cuò)開布置可減小結(jié)構(gòu)內(nèi)的水流流速。經(jīng)過綜合比較不同比選方案的試驗(yàn)結(jié)果，推薦比選方案五(350 mm孔徑、前二后一交錯(cuò)開孔)作為透水梯形結(jié)構(gòu)的開孔方案。

4.2 底板結(jié)構(gòu)形式研究

不同的底板結(jié)構(gòu)形式會(huì)影響平常條件下淤積在結(jié)構(gòu)內(nèi)的泥沙在惡劣天氣條件下的沖刷情況，影響透水梯形結(jié)構(gòu)發(fā)揮生態(tài)效益。在結(jié)構(gòu)開孔推薦方案的基礎(chǔ)上，對(duì)于底板結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究，分別進(jìn)行了無底板、開孔底板(圖9)和格柵底板(圖10)三種方案的對(duì)比試驗(yàn)(墊層均采用10～100 kg拋石)。對(duì)于開孔底板方案，結(jié)構(gòu)底板厚度為350 mm，在單個(gè)構(gòu)件底板上開了16個(gè)350 mm孔徑的孔。對(duì)于格柵底板，在結(jié)構(gòu)底部設(shè)置高350 mm的格柵結(jié)構(gòu)，包括1條縱向格柵和5條橫向格柵，格柵結(jié)構(gòu)將構(gòu)件底部隔成了12個(gè)矩形空間，格柵與下部墊層間有150 mm的間隙。

圖9 開孔底板方案結(jié)構(gòu)圖 圖10 格柵底板方案圖Fig.9 Structure of holes in the bottom panel Fig.10 Structure of slits in the bottom panel

對(duì)各底板方案進(jìn)行惡劣天氣條件下的結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)泥沙沖刷試驗(yàn)，對(duì)比各底板方案平常條件下淤積在結(jié)構(gòu)內(nèi)的泥沙在惡劣天氣條件下的沖刷情況。試驗(yàn)前在結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)先填模型沙。試驗(yàn)條件為：設(shè)計(jì)高水位為+4.32 m，50 a一遇波浪+漲急流(流速v=0.87 m/s)。

各底板方案在惡劣天氣條件下的結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)泥沙沖刷試驗(yàn)如下：

(1)對(duì)于無底板方案，當(dāng)惡劣天氣條件波流共同作用相當(dāng)于原型6 h后，結(jié)構(gòu)內(nèi)仍有泥沙存在，但是由于結(jié)構(gòu)內(nèi)的大部分泥沙在波流共同作用下落至墊層塊石孔隙中，墊層塊石表面剩余的泥沙較少(見圖11-a)。

11-a 無底板方案 11-b 開孔底板方案 11-c 格柵底板方案圖11 各底板方案結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)泥沙沖刷試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比情況Fig.11 Comparison of sediment siltation condition in the structure for different bottom panel plans

(2)對(duì)于開孔底板方案，當(dāng)惡劣天氣條件波流共同作用相當(dāng)于原型6 h后，結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)填泥沙基本被全部沖走(見圖11-b)。從試驗(yàn)現(xiàn)象觀察，這是由于底板存在使得結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)先淤積的泥沙高度較無底板時(shí)更高，受波流作用明顯增大，泥沙起動(dòng)明顯，且呈現(xiàn)明顯垂直向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而被沖出構(gòu)件。

(3)對(duì)于格柵底板方案，當(dāng)惡劣天氣條件波流共同作用相當(dāng)于原型6 h后，由于格柵可在結(jié)構(gòu)底部創(chuàng)造多個(gè)緩流區(qū)，格柵底板方案結(jié)構(gòu)內(nèi)仍有泥沙存在，不過格柵表面預(yù)填的泥沙基本被全部沖走，結(jié)構(gòu)內(nèi)的泥沙主要存在于隔槽內(nèi)和格柵下部(見圖11-c)，且結(jié)構(gòu)內(nèi)迎浪(迎流)側(cè)的泥沙沖刷程度相比后側(cè)較大迎浪(迎流)側(cè)隔槽內(nèi)平均約剩余18%的泥沙，后側(cè)隔槽內(nèi)平均約剩余35%的泥沙。綜合比較不同底板方案的結(jié)構(gòu)內(nèi)泥沙沖刷試驗(yàn)結(jié)果底板結(jié)構(gòu)推薦格柵方案。

4.3 推薦方案試驗(yàn)

基于優(yōu)化方案試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)構(gòu)開孔方案采用比選方案五(頂板包括350 mm和500 mm兩種孔徑、側(cè)板350 mm孔徑、前二后一交錯(cuò)開孔)，底板采用格柵方案，組成透水梯形結(jié)構(gòu)的推薦方案。

為進(jìn)一步研究推薦方案透水梯形結(jié)構(gòu)的泥沙落淤效果，對(duì)其進(jìn)行了平常條件下結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的泥沙淤積試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為：設(shè)計(jì)高水位為+4.32 m、漲急流v=0.87 m/s、平常波浪(H1/3=0.80 m)。當(dāng)平常條件波流作用相當(dāng)于原型1個(gè)月后，推薦結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)泥沙淤積情況見圖12。

12-a 格柵表面和隔槽內(nèi)泥沙狀況 12-b 格柵下部泥沙狀況圖12 平常波流作用后結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)泥沙淤積情況Fig.12 Sediment siltation condition in the structure after wave and current action of the ordinary condition

由試驗(yàn)結(jié)果可見，對(duì)于推薦方案透水梯形結(jié)構(gòu)，在平常條件波流共同作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生泥沙淤積，淤積主要發(fā)生在隔槽內(nèi)和格柵下部，格柵表面也有淤積；結(jié)構(gòu)內(nèi)后側(cè)的泥沙淤積程度相比迎浪(迎流)側(cè)較大。當(dāng)平常條件波流累積作用相當(dāng)于原型約1個(gè)月后，結(jié)構(gòu)內(nèi)部泥沙淤積最大厚度為0.48 m，平均淤積厚度為0.14 m，平均相對(duì)淤積厚度為11%，單個(gè)構(gòu)件內(nèi)的淤積量約為2.8 m3?？梢姡扑]方案透水梯形結(jié)構(gòu)在平常條件波流共同作用下的泥沙淤積效果較好。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)原方案透水梯形結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果表明，波流作用下，該透水梯形結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)流速明顯小于結(jié)構(gòu)外側(cè)流速，且結(jié)構(gòu)后部及內(nèi)側(cè)發(fā)生泥沙淤積，可為生物提供棲息和避難場(chǎng)所。但是為適應(yīng)不同水生生物對(duì)象的個(gè)體尺寸，并利于生物進(jìn)出結(jié)構(gòu)，對(duì)透水梯形結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。

(2)優(yōu)化方案對(duì)不同開孔結(jié)構(gòu)和底板方案進(jìn)行了比選?？紤]利于生物進(jìn)出結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)前后側(cè)板開孔后，結(jié)構(gòu)內(nèi)水流流速相比原方案明顯變大，但是為有利于結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的泥沙落淤，結(jié)構(gòu)內(nèi)流速不宜較大。對(duì)開孔結(jié)構(gòu)的比選研究表明，減小結(jié)構(gòu)前后側(cè)的開孔孔徑、減少開孔個(gè)數(shù)并將前后側(cè)孔錯(cuò)開布置可減小結(jié)構(gòu)內(nèi)的水流流速；對(duì)底板方案的比選研究表明，格柵方案平常條件下淤積在結(jié)構(gòu)內(nèi)的泥沙在惡劣天氣條件下的沖刷程度好于無底板方案和開孔底板方案。

(3)推薦方案透水梯形結(jié)構(gòu)開孔方案采用比選方案五(頂板包括350 mm和500 mm兩種孔徑、側(cè)板350 mm孔徑、前二后一交錯(cuò)開孔)，底板采用格柵方案，推薦方案內(nèi)側(cè)泥沙淤積效果較好，可為類似工程提供參考。