浮泥

浮泥的定義，主要以含沙量或密度為判別參數，並結合流變特性進行界定， 即以流變模型由中頓流體轉為賓漢流體時為浮泥的下限，當浮泥的流動性明顯消失，流變參數隨浮泥重度的增大而明顯加大時為浮泥的上限。另外還有學者綜合考慮流變特性，平衡坡度、絮凝結構、界面波等因素來確定浮泥的界限。但不同學者採用的標準不同，為便於描述，按浮泥是否流動作為劃分依據，將其簡單劃分為流動型和穩定型浮泥兩大類。

一足流動塑浮泥，文獻認為蛣沙濃度介於3〜30 kg/

時，絮凝沉速達到最大約為1〜10mm/s，當懸沙濃度進一步增加時沉速卻迅速減小，在濃度約為 50〜100 kg/

時沉速變得很小趨於0,此時粘度遠大於純水的粘度，但尚可以流 動，而稱為浮泥：當濃度大於50〜100kg/

(轉化為密度，約為1030〜1060kg/

) 時，粘度己經足夠大到阻止其發生流動，儘管其可沿足夠陡的斜坡向下以蠕動的粘性流運動。文獻認為當粘性泥沙濃度超過凝聚點(gellingpoint)即10〜100 kg/

時，稱為浮泥。其表現出明顯的非牛頓體，要麼穩定要麼以層流方式流動， 而且其動力與上層水流關係不大。因此這些文獻中定義能夠流動的浮泥，密度約 為1030〜1060kg/

，粘度較小。

二足穩定型浮泥，而更多的文獻界定的浮泥對應的含沙量要遠大於100 kg/

,綜合國內外的成果界萣浮泥為1030 (1030-1100)〜1250 (1200-1300) kg/

。特別地，國內研究人員定義的浮泥大多為穩定狀態。

針對浮泥的形成原因及條件，已取得了較為一致的認識 浮泥的形成主要為細顆粒泥沙懸揚後，隨水流運移到航道或掩護區而落淤，粘性土迠沙在沉降過程中，由於絮凝作用，使得泥沙顆粒形成絮凝顆粒，到一定濃度後絮凝顆粒聚 集成蜂窩狀高含沙絮團結構，並與上層水體間出現清晰界面，當濃度大到足以改變流變特性時，懸浮物將變成浮泥：或者海牀表層淤泥軟化後在水平方向發生流 動後聚集在一起，或者具有一定坡度的海灘、航槽邊坡或峽谷坡面上的泥沙在大風浪作用下起動後形成高含沙水體然後在重力作用下向坡腳運移匯聚而形成浮泥。總結浮泥產生需具備以下條件：海域的泥沙粒徑細、泥沙來源較為豐富、水 動力較弱、鹽度利於泥沙絮凝沉降等條件。

對於浮泥的形成，科研工作人員通過大量的研究實驗達成了共識：黏性土懸沙在沉降過程中，由於絮凝作用，使得泥沙顆粒形成絮凝顆粒，到一定濃度後，絮凝顆粒聚集成蜂窩狀高含沙絮團結構，並與其上層水體間出現清晰界而便形成浮泥。

主要分為三種：（1）泥沙聚集和沉降到近底層的速率超過懸沙固結排水速率；（2）波浪振動作用下的軟泥牀液化；（3）水平擴散的懸沙匯聚。

針對己經淤枳在航道的淤泥，最好的解決措施之一足適航水深。港口水 深測量通常採用高頻測深儀，其反射面為水一淤泥的交界面，經大量實測資料證 實這一反射面淤泥重度約為10.3kN/

,因此，作為港口通航使用依據的圖載水深足指當地理論基面至重度10.3kN/

淤泥面的距離。而所謂的適航水深，則是原高頻測深儀所測水深加上其反射面以下能確保船舶安全航行與停泊作業的小重度回淤層下界面之厚度。國內正式、公開晌用適航水深的港口，有天津港、國平台山電廠煤港、連雲港、深圳港大鏟灣港區、廣州港南沙港區和深圳港西部港區等6個港口或港區。

但適航水深技術的應用，只足起到緩解浮泥給通航造成的壓力、延長維護疏浚週期的作用，並不能從根本上解決港口存在的浮泥危害，港方仍需進行維護性疏浚。針對適航水深技術尚需要迫切解決的足如何減緩浮泥的密實速度，延長使用週期。

另一種解決浮泥向題的思路是藉助工程整治措施，即來取工程措施降低浮泥 量，如日本的熊本港和印尼的Semen Tuban港均採用潛堤來降低淤積量。但由於浮泥的形成及運動機理尚不清楚，而物理模型和數學模型難以模擬浮泥的運動情況，導致工程措施難以設計、實施，這也足國內外針對浮泥的整治工程 措施相對較少的一個重要原因。隨着研究手段的豐富和試驗設備的精度提高，以及有關浮泥現場觀測資料的積累，有必要在掌握浮泥的形成和運動機理的基礎 上，開展潛堤研究，特別足其關鍵參數一一潛堤高程的的確定，從而為有關工程措施的設計提供科學依據。

綜上，有關浮泥形成與運動的數據，特別足與動力條件相匹配的浮泥現場觀測資料的匱乏足浮泥研究水平提升的主要瓶頸。浮泥研究應側重於現場觀測及對資料的分析，因此本論文將主要依據作者多年來的現場實測和收集的浮泥資料來開展研究。但同時由於現場資料反映出的都足現場多種因索綜合作用下的浮泥變化情況，因此還需要結合流變試驗、浮泥起動實驗等室內試驗來進一步分解各因素的影響，以期更好地瞭解浮泥運動機理，並在此基礎上研究浮泥應對措施。 ^[1] 

長江河口浮泥是懸沙在鹽淡水混合環境中絮凝沉降於近底和風暴潮再懸浮泥沙形成的高濃度渾水層。在成因類型上分為憩流浮泥、鹽水楔浮泥和風暴潮浮泥， 第1 種在漲或落潮轉流期低流時形成，規模大、 厚度薄；第2 種在鹽水楔發育時形成，規模較小，厚度較大；第3 種在大風後形成，規模大、範圍廣；若三者相遇，則浮泥厚度和範圍最大，浮泥具有洪枯季、大小潮和風暴週期變化規律。長江河口河道寬淺， 但河槽中動力作用較強，自然狀態下浮泥層比較薄, 在人工疏浚河槽中可以出現1.0m多厚的浮泥層。浮泥層的變化與河口攔門沙的衝淤有良好的正相關。

在淤泥質海岸的河口, 特別是在其疏浚航槽裏， 浮泥運動是一種比較普遍的自然現象。在密西西比河口、泰晤士河口、紀龍德河口、甌江口、椒江口和長江河口等都存在此種現象， 而浮泥層的存在是河口攔門沙形成的主要影響因素，對深水通海航槽構成較大的威脅。

從國內外現有的許多研究成果和長江河口現場觀測資料看， 河口浮泥層的形成， 一般與細顆粒泥沙來源及特性, 徑流與海潮流相互作用下水動力環境、細顆粒泥沙絮凝，以及風浪和人類活動有關。

（1）憩流浮泥形成過程：長江來沙豐富，多年平均(1953 —1993 年)輸沙量為4.51×

t ，洪季輸沙量佔全年總沙量的87 %，泥沙顆粒普遍較細。據統計佔總懸浮物中30 %左右的懸沙在河口往復潮流的作用下作來回運動，同時由於疏浚泥沙處理不當，也有部分泥沙回到河槽，為河道浮泥的形成提供部分泥沙來源。

（2）風暴潮浮泥：長江河口分佈廣闊的邊灘和心灘，如南匯邊灘、九段沙、橫沙東灘和崇明東灘, 這些淺灘均在大潮高潮位以下，而-2m 以上面積佔該河段水域面積近1/3 。每年平均遭颱風1.3 次，天引起河槽浮泥發育(表2)。大風期間引起整個淺灘因水淺而被沖刷，大量泥沙被潮流帶入河槽，長江河口大風浮泥的發育和變化與來沙強度和潮汐性質及風浪特性有關。

（3）鹹淡水混合的鹽水楔動力環境下浮泥形成過程：長江河口是徑流和潮流兩大動力相互作用的地帶，從實測資料和計算結果看，攔門沙以上河段以落潮流佔優勢，向口門逐漸轉化為漲潮作用佔優勢， 中間有一個優勢動力相互轉換的鹹淡水混合的過渡帶。在此一方面可促進細顆粒泥沙絮凝沉降，此外還可形成鹽水楔，捕集來自陸域和海域的泥沙，大量泥沙匯聚於此, 浮泥層得到充分發育(表2)。 ^[2] 

長江河口浮泥分佈與入海汊道分水分沙、鹽淡水混合類型和汊道特性有關。北港屬分水多分沙少的河道，一般不利浮泥發育，至今未觀測到河牀有明顯的浮泥層。

北支屬強混合類型，潮流作用強，而泥沙主要來自口外海域和鄰近河道，由於水流含沙量較高，河道下游較寬淺，在一些進水少進沙多的支汊常發現浮泥層。1982 年在鄰近崇明島的南支汊N 測站觀測到厚度在0.30m 以上的浮泥層(表2), 而持續時間很長， 與崇明島北岸淺灘不斷淤漲一致。

南槽分水少分沙多的河道，南靠南匯邊灘，北鄰九段沙淺灘，來沙量極為豐富，河道屬弱混合類型，故成為長江河口浮泥出現次數最多的河道(表2)。

北槽與南槽相比分水多分沙少，1972 年以來進行數十次觀測， 均未發現明顯的浮泥層，只有在北槽局部河段P 測點觀測到0.10 —0.20m 的浮泥層。近年來，由於北槽疏浚航道至8.5m 水深，在航道中浮泥開始出現(表2)。