Sufer在疏浚工程中的应用

Sufer在疏浚工程中的应用

陈杰克1李海涛1

浙江华洋工程咨询有限公司浙江温州325000

摘要：本文以洞头区中心渔港航道疏浚工程为例，利用surfer软件中网格化、白化、等值线图、数学等功能实现对港内冲淤变化的分析和计算，为水运工程设计人员应用该软件提供参考。

关键词：Sufer，冲淤变化，疏浚工程

一、引言

Surfer软件是美国GoldenSoftware公司编制的一款三维地形软件，具有操作界面简介、三维可视效果好、计算功能丰富等特点，被广泛应用于气象、地质等多领域，但在水运工程设计中应用较少。利用该软件的功能特点，对工程范围不同时期的海床地形进行建模分析，可以直观的呈现海床冲淤的过程及特点，为工程设计提供技术支撑，有助于提高工作效率。

二、工程简介

洞头区中心渔港位于洞头岛东南端，渔港三面为群山环抱，西南、东南有大瞿山、中瞿山和半屏山作屏障，是浙南地区最大的天然避风港。渔港港界总面积24.33km2（其中水域面积18.87km2，陆域面积5.46km2），是浙南地区最大的天然避风港。渔港地理位置十分优越，海上交通极其方便。2004年以百浪鼓为起点向西北修建一条防波堤，其主体工程于2007年完成施工。近年来，中心渔港港内淤积较为严重，航道已逐渐不能满足相关渔船航行的要求，需要对中心渔港航道进行疏浚。航道疏浚总长度约为3778m，疏浚面积约为379220m2，疏浚总方量约为100.10万m3。

三、应用意义

航道疏浚开挖后，原来冲淤基本动态平衡的局面受到破坏，航道区的冲淤条件发生变化。开挖初期，在水流及波浪共同作用下，航道两侧泥沙有可能进入航道挖槽内；开挖成槽后，水深增加，流速下降，使航道水流的挟沙能力有所下降，过境泥沙在条件适宜时有部分沉积下来使挖槽淤积。此外，在大风浪的情况下，波浪将作用到床底，床底泥沙受到剧烈扰动而悬扬，风浪过后，开挖航道会出现短时间的快速淤积，即骤淤。因此航道疏浚应充分考虑海床冲淤变化的影响。四、数据处理及图形绘制

Surfer软件在本工程中应用的整体思路如下：（1）数据提取及网格化处理；（2）数据白化；（3）地形图绘制；（4）冲淤图绘制。

（1）数据提取及网格化处理(地形文件制作)

本次工程使用了中心渔港2008年1月和2014年6月两个时期所测的水深地形图（CAD格式，洞头独立坐标，85国家高程），通过CAD软件自带功能，分别提取两个年份地形数据（x，y，z）并保存为“2008地形.xls”、“2014地形.xls”文件，通过surfer软件菜单栏中“网格-数据”选项，选用Kriging网格化方法将地形文件网格化成对应的地形文件（文件后缀为.grd）。为了便于进行两个年份冲淤分析，将两个grd文件中X、Y几何参数（坐标范围、插值间隔）设置一致。

（2）数据白化

数据白化的作用是将指定范围外的数据内容进行消除，仅保留所需分析范围内的地形数据。通过白化可提高分析数据的有效性，避免冗余数据对插值产生干扰。

实例中首先将中心渔港边界在CAD上绘出，将岸线坐标（x，y）按顺序提取，根据白化文件格式生成“渔港边界.bln”文件。随后使用菜单栏中“网格-白化”选项，分别将2008年、2014年两个地形文件按照bln文件设定的范围白化为新的grd文件，命名为“2008等值线.grd”、“2014等值线.grd”。

（3）地形图绘制

Surfer具有强大且方便的制图功能，在“地图”菜单中提供等值线图、基面图、张贴图等多种绘图方式，以满足用户在不同环境下的使用需求。而在本工程应用中，为了更加直观形象地表达出地形特点。更多地采用三维地形图。三维地形绘制步骤同其他绘图方式基本相同，使用“地图-3D表面图”菜单打开已白化的grd文件，根据设置等深线颜色等选项便可清晰明了的输出海底地形。

疏浚工程应尽量结合现有的习惯航道及天然航槽，因此根据生成的等值线图及地形图所呈现的地形特点可对航道疏浚方案进行评估并进行相关优化调整。

（4）冲淤图绘制

Sufer软件同时具有丰富的数学函数功能，并能将计算结果以图表形式表达出来，利用这一特点，可以绘制出冲淤图。选择“网格-数学”选项，将2008年、及2014年白化后的grd文件分别输入至A、B文件位置，然后将运算公式设为“C=A-B”，将运行得到后的文件用“地图-等值线图”选项生成冲淤图。通过调整图形属性选项，直观地反应出2008年至2014年间的冲淤情况。

五、冲淤分析

洞头区中心渔港位于洞头岛与半屏山岛之间的天然水域，该水域的涨、落潮水流通过东北口门(窄口)和西南口门(宽口)流进、流出。涨潮时，水流从两端口门涌入，而落潮时，水流从两端口门流出。在渔港中部，涨潮是汇流区，落潮是分流区，即在渔港中部是弱流区。沿东北口门-洞头岛沿岸侧-西南口门为涨、落潮的主流区。防波堤工程实施后，防波堤堤头外侧(临海侧)流速增加；防波堤内侧区域流速减小；渔港中部及半屏山浅滩流速均减小。

根据冲淤图中心渔港2008年和2014年冲淤分析如下：中心渔港港池整体呈淤积状，港池大部分区域回淤幅度为0m～2m。

2008年至2014年间，港池内自东向西冲淤变化如下：①渔港东北端附近有有一定的冲刷范围，冲刷幅度0.5m左右；②渔港中部水域为淤积最少的区域(原地形就已较高)，淤厚0～1m；③港池西南处为防波堤位置，防波堤内侧为泥沙淤积区，淤厚达2.5m～5.5m。④港池南北近岸山脚附近局部区域淤积幅度为1～1.5m；⑤防波堤堤头外海侧有一冲刷坑，堤头指向洞头岛岸侧附近有一泥沙淤积区与冲刷坑相接。

综上所述，2008年至2014年，中心渔港港池基本呈淤积发展态势。

六、结语

本文将Surfer软件应用于洞头区中心渔港航道疏浚工程实例中，通过数据提取、网格处理、数据白化、图形输出等软件功能对工程范围的冲淤变化进行分析，为工程设计提供了技术支撑，使设计者可以直观地评估优化疏浚方案，提高了工作效率，同时为水运工程设计人员应用该软件提供了参考。

参考文献

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