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THYBOR?N港口 — 波浪扰动和泥沙淤积研究
Sanne L. Niemann (slndhigroup.), Peter Sloth(prsdhigroup.), J?rgen Buhl(jbthyboronport.dk), Rolf
Deigaard(rddhigroup.) and Ida Br?ker(ibhdhigroup.)
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Thybor?n港口是丹麦最繁忙的渔港之一，该港口近年来经常遭受高波浪和泥沙淤积的影响。造成这些现象的原因尚不清楚，所以对此开展了广泛的研究，目的是找出原因和可行的解决方法。本文将介绍该方法及其结果。 关键字：潮汐汊道；泥沙输运模型；波浪扰动；波浪模型
1 背景介绍
Thybor?n港口位于Thybor?n航道上，Thybor?n航道是由通向Limfjord的入口，那里包含了所有穿越日德兰半岛到东海岸的汊道，见图1。航道中的水流受潮汐作用，进出陆峡湾系统的水流主要受气象条件驱动。该港口在入口通道的西侧，南部沙洲的近岸区域，所以它被认为得到了很好的保护，免受来自的西向波浪的作用。该地理位置对于港口的发展十分重要，使其成为丹麦最繁忙的渔港之一，并成为丹麦岸第三大吨位商业港口。随着船只规模和港口吞吐量的增加，加强了对航道水深和波浪干扰等问题的重视。
图1
Thybor?n港口的位置
该地区的自然条件十分活跃。1862年的一场严重的大风破坏了沙洲，并形成了目前Limfjord到的出口。在这之后，大量的泥沙通过航道输运至峡湾并落淤在浅滩上。航道
1DHI, Agern Allé 5, DK-2970 Horsholm, Denmark
2 Thybor?n Havn, Tankskibsvej 4, DK-7680 Thybor?n, Denmark
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成为海岸泥沙的主要沉积地，而且航道北侧和南侧的沙洲发生严重的海岸侵蚀，侵蚀速率为20m/yr，海岸线后退距离最远约为1500m。为了稳定海岸保护Thybor?n城镇，1870年开始计划修建丁坝群和防波堤，于1914年进行开工建设。实际上丁坝群对维护海岸线起到了一定作用，但由于丁坝末端以外的海岸线轮廓变陡，担心强风暴会对海岸造成强烈的冲刷S?rensen等(1996)，Jacobsen等(1998)，所以在1940年，决定关闭航道并修建闸门和船闸。随后由Lundgren教授倡议，对该区域进行了广泛的技术考察（见Per Bruun1954年博士论文），得出结论：在不关闭航道的情况下，该水域的条件基本可以满足使用要求，之后的监测和防护工作由丹麦海岸管理局执行。海岸变陡的速率持续减缓，可通过提供750,000m3/yr的泥沙补给来维持海岸线。
图2
破坏前海岸线的位置和目前的防护工程
2 现状
近年来，港口不断受到波浪干扰和维持通航水深在8m等问题的影响。波浪扰动的增加导致港口外的航运条件更差，同时导致港口南侧的防波堤出现越浪现象，见图3。在港，波高的增加多次导致停泊处的破坏。这些条件不仅限于近岸的极端波浪条件，还包括西北向的中等波浪条件。
泥沙淤积发生在港口外的航道附近，导致通航水深低于规定的8m，尤其是在水位较低和恶劣的天气条件下，会引起船只触底。
作为补救措施，在位于港口口门南侧的直立板桩防波堤前修建堆石斜坡堤。这些措施虽消除了对港口结构的直接威胁，但并没有解决港口航行和停泊的不利条件等问题。
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图3
港口口门南侧防波堤上严重的越浪（上图）和港池的波浪干扰
于是研究引起港口不利条件的原因，并探讨可能的解决方案：为什么波浪条件会改变，能找到补救措施吗？泥沙在港口前淤积的原因是什么？
这项研究的主要容是：1）用现有的数据进行分析，探讨在外力作用下的尤其是近岸的波浪条件下，水下地貌演变和历史变化。2）通过率定过的波浪模型研究Thybor?n航道的波浪条件并探讨改善措施。3）通过率定过的水流模型和泥沙输运模型来展示主要输运方式和港口口门前的泥沙淤积过程。
目前的研究（如：Br?ker等，1996和Kystdirektoratet，1999）表明：从海岸到潮汐通道的沿岸输沙仍然存在，其中来自南部的沿岸输沙率为150-400,000m3/yr，北部的沿岸输沙率为0-100,000 m3/yr，见图4。丁坝群减少了泥沙沿岸输运，并将海岸侵蚀速率降低到2m/yr。通过岸滩补沙来平衡海岸侵蚀和维持海岸线。泥沙通过Thybor?n航道输运，落淤在峡湾外侧的浅滩上，淤积速度大约500,000 m3/yr，同时使得峡湾的海床高程升高，并加速其发展。
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图4
左：近岸波浪条件的波浪玫瑰图；右：泥沙总量的概算。 港口口门前方的出入口处用红色椭圆标记。
3 3.1
航道的地貌演变 长期的地貌演变
丹麦海岸管理局每5年对航道和潮汐通道近岸区域进行一次详细的勘察。历史地形和对水流泥沙输运的模拟为分析航道在过去一二十年的地貌演变奠定了基础。 航道外部的口门处的水深相对较浅，约为7-10m，见图5。在航道出口处有一个浅滩，由此形成了两条引航道，一条在浅滩的北侧，另一条在南侧。对这两条引航道的选择决定于波浪和水流条件。两条引航道合并成为主航道。引航道外区水深逐步增加，同时引航道的位置随时间变化。
港口北侧是一个水深约为5-7m的淤积区，来自岸南部的部分泥沙在此淤积（图6）。淤积区的围和水深随时间变化；然而航道泥沙总的平衡趋势是冲刷的：航道更多的泥沙被冲走并落淤在峡湾的浅滩上，其数量大于外海的泥沙淤积量。
主航道的主要趋势是向东偏移，远离港口，见图6。这扭转了之前2000-2007年港口入口外部的水深增加的趋势，水深从11m降低到了9m。2007年之后，该趋势仍然持续，为了维持保障通航水深在8m，需对港口前方进行疏浚。对波浪条件的分析表明，港口前方的泥沙疏浚量与波浪条件的恶劣程度正相关。
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图5
1990年和2005年的地形。注意在入口外的底床降低。港口北部的淤积区域用绿色椭圆标记。淤积区东侧的航道加深用椭圆标识，淤积区南侧的水深减少也用椭圆标识。
图6
Thybor?n航道的长期地貌演变。图上标识了从进入的两条引航道。
主航道有向东移动的趋势，见蓝色箭头所指示。
3.2 水流和泥沙输运
通过对数值模拟结果的分析得到航道的水流和泥沙输运的条件。基于丹麦海岸管理局的实测资料，采用MIKE 21 FM HD（水动力）建立水流模型。该模型考虑了气象、潮汐、波浪辐射应力和底摩擦，并根据以往的经验进行模型设置（Br?ker等，1996）。在
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港口泥沙计算实例
