双向潮汐流作用下丁坝建设对河床冲刷影响的实验研究

本文通过水槽实验研究了潮汐河口区丁坝(Spur dike)分段施工过程对河床冲刷的动态影响。研究发现，包含施工过程效应(ICE)的工况在坝头上下游形成交织延伸的冲刷坑，其空间分布与忽略施工效应(ECE)的传统模型存在显著差异；研究提出含参数η的冲刷深度预测公式，确定β=60%作为冲刷区阈值，为潮汐河口丁坝动态施工及防护设计提供科学依据。

　　

Highlight

本研究通过双向潮汐流实验揭示了丁坝(Spur dike)建设对河床冲刷的动态影响。与传统忽略施工过程效应(ECE)的研究相比，包含施工过程效应(ICE)的模型显示：坝头前缘中下游区域ECE冲刷深度更大，而中上游区域ICE冲刷更为显著——这一发现对实际工程施工具有重要警示意义。

Tidal effects on bed deformation at dike head

图5对比了稳态流(案例1)与中潮(案例3)条件下坝头冲刷模式。潮汐双向流产生差异化侵蚀：尽管涨潮(Flood tide)持续时间较短，但其较高流速显著增强泥沙输运能力，导致涨潮主导的冲刷坑沿水流方向发育，而退潮(Ebb tide)侧形成次生冲刷坑。值得注意的是，ICE工况下既有冲刷坑与新形成冲刷坑在坝头上游呈现"交织延伸"特征，这种动态叠加效应在传统ECE模型中无法体现。

Conclusion

本研究创新性地量化了施工过程对潮汐河口丁坝冲刷形态的影响：

1. 提出含无量纲参数η的ICE冲刷深度预测公式，其与β参数(定义冲刷区轮廓)存在关联——较小β值对应较宽冲刷带，较大β值(最终选定β=60%为阈值)对应集中冲刷区；

2. 揭示ICE与ECE模型的冲刷深度空间分异规律，证明传统ECE模型可能低估坝头上游区域冲刷风险；

3. 为潮汐河口临时丁坝(如Qiantang河口采用的土工管袋结构)的动态施工与防护设计提供理论支撑。