科创中国

  我国绵长的海岸线上，散落分布着大量粉沙质海岸，受泥沙问题困扰，这些海岸曾被列为“建港禁区”。由于经济建设发展的需求，上世纪90年代起陆续在此类海岸建港，但出港航道均遭遇严重淤积，特别是外航道骤淤成为港口运行的灾害性事件，迫使港口停航封港，造成巨大经济损失。对此类海岸，当时我国水运行业规范未明确定义，国外也处于尚未开发状态，国内外研究基本处于空白，既无成熟的理论指导，也无成功的工程实践，因此粉沙质海岸港口、航道泥沙淤积规律和防淤减淤措施成为水运行业亟待解决的关键科学技术问题。2002年为适应地区经济发展需要，突破“建港禁区”技术难题，中交第一航务工程勘察设计院有限公司，交通运输部天津水运工程科学研究所，水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，天津大学，神华黄骅港务有限责任公司和唐山港口实业集团有限公司针对粉沙质海岸泥沙运动的特殊性，开展了“粉沙质海岸泥沙运动规律研究及工程应用”课题研究，依托黄骅港和京唐港区等重大港口工程建设，系统地开展了粉沙质海岸泥沙水力特性、运移形态、淤积规律、航道治理方法及工程应用研究，解决了粉沙质海岸港口建设与发展的瓶颈问题，取得重要创新性成果。该项目获2014年度国家科学技术进步二等奖。该项目围绕如何认识粉沙质海岸泥沙特性、运动规律和航道淤积机理，如何科学预测航道淤积强度，如何合理确定航道骤淤防治标准，如何制定港口水域平面布置设计原则和方法等粉沙质海岸建港的重大技术难题开展研究，填补了粉沙质海岸港口建设相关理论方法的空白，对我国乃至世界上粉沙质海岸的港口建设具有重要的指导作用。在关于粉沙质海岸泥沙运动规律的研究中，发现了波浪、水流共同作用下粉沙质海岸底部高浓度含沙水体的运动状态并进行了理论解析；创建了粉沙质海岸港口水域泥沙淤积预测模型和计算公式；揭示了粉沙质海岸泥沙运动特征以及引起港口航道泥沙骤淤的主要原因；系统研究了波浪潮流作用下粉沙中粘土含量对沉降速度和起动的影响，提出了粉沙质海岸定义，科学地划分了海岸的类型；为粉沙质海岸港口建设奠定了理论基础和科学依据。在关于粉沙质海岸航道骤淤模拟技术的研究中，独创性地提出了粉沙质海岸在风暴潮作用下复合沿岸输沙概念及其计算方法；开发了粉沙质海岸破波带内外岸滩按不同粒径模型沙进行动床模拟的试验技术；提出了更符合实际的考虑波浪周期和波浪破碎因素的挟沙力公式，建立了风暴潮作用下泥沙数学模型；科学复演了粉沙质海岸港口航道泥沙骤淤过程，为港口设计提供了依据。在粉沙质海岸港口航道等水域设计理论的研究中，创新性地提出了粉沙质海岸航道骤淤重现期的概念，为合理确定航道骤淤防治标准提供了理论依据；系统提出了粉沙质海岸港口水域总体布置的设计原则和方法；科学提出了航道两侧防沙堤合理间距、长度和堤顶高程的确定原则和方法，为粉沙质海岸港口建设奠定了基础。该成果还获得国家实用新型专利3项，软件著作权1项，形成论文近60篇、专著5部，已获得省部级科技进步一等奖2项、二等奖1项，并且在河北省黄骅港、唐山港京唐港区，山东省潍坊港、滨州港、东营港，江苏省滨海港区，国外巴基斯坦瓜达尔港、印度尼西亚AWAR电厂码头等10多个港口工程中成功转化应用，取得了显著的社会和经济效益，项目相关研究成果已纳入《海港水文规范》、《海港总体设计规范》等行业标准，成果总体达到世界领先水平，推动了水运行业科技进步。