現(xiàn)代黃河三角洲岸灘沉積物侵蝕過(guò)程研究.pdf

1、現(xiàn)代黃河三角洲日趨嚴(yán)重的海岸侵蝕，已嚴(yán)重地惡化了黃河三角洲的發(fā)育功能和三角洲經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)勝利油田的灘海工程和海上平臺(tái)、管纜設(shè)施造成了嚴(yán)重威脅。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“黃河口沉積物固結(jié)后再懸浮及輸運(yùn)過(guò)程研究(N0.40876042)”、國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“風(fēng)暴過(guò)程中沉積物再懸浮通量原位監(jiān)測(cè)技術(shù)(N0.2008AA092109)”及中石化集團(tuán)公司重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“埕島海管剩余壽命評(píng)價(jià)及海纜監(jiān)測(cè)技術(shù)研究-海底管線安全防護(hù)對(duì)策研究(JP05

2、007)”的資助下，開(kāi)展了下列研究： (1)現(xiàn)代黃河三角洲岸灘沉積物抗侵蝕性研究。2008年7月和10月沿海岸選擇8個(gè)研究點(diǎn)，共計(jì)20個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，使用自制的循環(huán)水槽進(jìn)行岸灘沉積物侵蝕試驗(yàn)，并測(cè)試沉積物的物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理得出： ①現(xiàn)代黃河三角洲岸灘不同試驗(yàn)點(diǎn)沉積物的臨界侵蝕切應(yīng)力不同，其值從0.088Pa到0.254．Pa，表層沉積物抗侵蝕性的非均勻特征可導(dǎo)致灘面凹坑的形成； ②除剪切強(qiáng)度外，沉積

3、物的臨界侵蝕切應(yīng)力和單一的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)之間沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系；剪切強(qiáng)度和臨界侵蝕切應(yīng)力之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系；挖洞螃蟹的活動(dòng)改變了沉積物的物理力學(xué)性質(zhì)和表面地形，使沉積物變得更加不穩(wěn)定，抗侵蝕性降低； ③現(xiàn)代黃河三角洲岸灘各試驗(yàn)點(diǎn)表層沉積物的侵蝕速率與底部切應(yīng)力之間均呈良好的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)函數(shù)分對(duì)數(shù)、乘冪、指數(shù)和線性四種； ④灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果顯示，對(duì)臨界侵蝕切應(yīng)力的影響程度按大小排列依次是壓縮系數(shù)、含水量、平均

4、粒徑、容重、剪切強(qiáng)度、粘粒含量、砂粒含量、Ip和貫入阻力，其中Ip和貫入阻力的影響程度相同。 (2)黃河入海泥沙沉積固結(jié)過(guò)程對(duì)抗侵蝕性影響研究。通過(guò)在室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)模擬黃河入海泥沙快速沉積，測(cè)試不同固結(jié)時(shí)間沉積物的物理力學(xué)性質(zhì)和抗侵蝕性變化，并利用已有泥沙起動(dòng)公式計(jì)算不同沉積固結(jié)時(shí)間黃河入海泥沙臨界侵蝕流速，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)： ①隨著固結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)，新沉積泥沙的抗侵蝕性迅速增強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中新沉積泥沙固結(jié)8h時(shí)，其臨界侵蝕切應(yīng)力就超

5、過(guò)了原狀岸灘沉積物； ②新固結(jié)的沉積物的臨界侵蝕切應(yīng)力大小與其容重、貫入阻力、剪切強(qiáng)度數(shù)值間呈良好的正相關(guān)關(guān)系，與含水量呈良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系； ③雖然黃河入海泥沙沉積物臨界侵蝕流速的試驗(yàn)值隨固結(jié)時(shí)間的變化趨勢(shì)與計(jì)算值一致，但增長(zhǎng)速率更高。 (3)波浪循環(huán)荷載作用下現(xiàn)代黃河三角洲岸灘沉積物抗侵蝕性變化研究。通過(guò)在室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)模擬波浪荷載對(duì)現(xiàn)代黃河三角洲岸灘沉積物施加振動(dòng)，在振動(dòng)后測(cè)試沉積物的物理力學(xué)性質(zhì)并進(jìn)行侵蝕試驗(yàn)，

6、得出： ①沉積物的臨界侵蝕切應(yīng)力隨著模擬波浪荷載的大小或作用次數(shù)的增加而呈減小趨勢(shì)，而侵蝕速率與臨界侵蝕切應(yīng)力呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)； ②波浪循環(huán)荷載導(dǎo)致現(xiàn)代黃河三角洲岸灘沉積物抗侵蝕性減弱的原因一是沉積物強(qiáng)度的逐步喪失及破壞，二是表層沉積物中松散細(xì)顆粒物質(zhì)的增多。 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究區(qū)岸灘侵蝕調(diào)查結(jié)果表明，潮灘結(jié)冰一定程度上減輕了侵蝕的進(jìn)行，但大風(fēng)引起的增水極有可能越過(guò)厚厚的冰層到達(dá)侵蝕陡坎，對(duì)其造成侵蝕。 (4

7、)現(xiàn)代黃河水下三角洲海底侵蝕地貌成因探討。以埕島海域?yàn)檠芯繀^(qū)，利用數(shù)值分析方法對(duì)不同重現(xiàn)期波浪作用下埕島海域海床的液化情況進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)合沉積物性質(zhì)及水動(dòng)力條件分析得出： ①土體液化后，剪切強(qiáng)度完全喪失，土顆粒極易被水流攜帶起來(lái)并運(yùn)輸走，在原地造成侵蝕，形成侵蝕負(fù)地形，而周圍因?yàn)橥馏w性質(zhì)差異沒(méi)有發(fā)生液化的土體保留下來(lái)，成為侵蝕殘留體； ②埕島海域海底侵蝕地貌的分布特征與潮流、波浪作用、沉積物性質(zhì)等有關(guān)。 本文的創(chuàng)