江苏东台辐射沙脊区海上风电场址位于强潮动力作用下的近海沙脊、潮流深槽地貌区，海床冲淤频繁，其稳定性直接影响风机基础埋深、防冲设计及运行安全。本文基于历史海图及最新测深资料构建数字高程模型，结合水文资料，采用海床自然冲刷风险评价及经验公式计算，分析场址潮流与泥沙输运特征、海床冲淤演变规律及单桩基础局部冲刷特征，为场址稳定性评价及基础设计提供依据。

研究表明，东台海域潮型为规则半日潮，平均潮差4.44 m，最大潮差7.11 m，各站垂向平均最大潮流流速0.94～1.74 m/s。竹根沙、毛竹沙右侧潮流深槽与沙脊交错带、外侧深槽及近岸局部浅水翼部水动力较强。悬沙浓度随潮差增大而升高，大潮、中潮、小潮期间平均含沙量分别为0.500、0.251、0.205 kg/m³，悬沙以粉砂为主、黏土次之，中值粒径多为0.007～0.011 mm。泥沙运移受潮汐通道体系控制，细颗粒以悬沙形式输运，粗颗粒以床面沿水道及向沙脊位移为主；沉积物来源多元，长江和黄河供沙为主要物质背景。

表层沉积物总体呈沙脊和浅滩较粗、深槽较细特征，自北向南砂含量由77.7%降至59.8%，粉砂由19.1%升至36.0%，沉积物整体逐渐细化。场址东部和东南部砂质沉积物占96.38%～99.34%，中值粒径0.181～0.194 mm；中西部及槽谷细颗粒明显富集，砂含量5.84%～16.62%，中值粒径0.010～0.023 mm。

1979—2025 年场址冲淤速率为 -0.25～0.16 m/a，平均冲淤速率为 -0.04 m/a，整体表现为弱冲刷。西南部竹根沙外缘和东南部铁板沙外缘为主要淤积区，冲刷主要集中于苦水洋水道及场址内部沟槽，最大冲刷深度约 7 m。冲淤格局受现今潮流动力、邻近滩脊支线迁移和潮流通道调整共同影响，蒋家沙支线呈东南向摆动且分支增多，竹根沙支线北移，对深槽摆动和局部冲刷具有重要影响。场址各特征点年冲淤速率总体介于 -0.17～0.10 m/a 之间，多数点位自然冲刷风险较低，中北部 p8、p16 和 p17 存在一定自然下切背景。

局部冲刷计算结果表明，100 年一遇工况下，各机位控制冲刷深度为 8.7～9.3 m，控制冲刷范围为 27.5～29.6 m。p3、p9、p10 和 p15 同时表现为冲刷深度和冲刷范围高值，应作为重点防护对象；p4、p8、p12、p13、p14 和 p16 在冲刷深度或冲刷范围上相对偏大，宜适当提高防护要求。结合自然冲刷背景，p8 同时具有长期下切和局部冲刷扩展特征，p16、p17 主要表现为自然下蚀持续性较强。工程应用中，应根据不同机位的局部冲刷深度、冲刷范围和自然冲淤背景差异，分区确定备冲深度、护底范围和运行期监测重点。

第1章 绪论... 1

1.1  研究背景及意义... 1

1.2  国内外研究进展... 3

1.2.1  辐射沙脊群形成演化机制... 3

1.2.2  强潮海域泥沙输运与海床演变特征... 4

1.2.3  海上风电桩基局部冲刷方法... 6

1.3  本文主要研究内容... 8

第2章 研究区概况... 10

2.1  区域地理位置... 10

2.1.1  辐射沙脊群宏观地貌格局... 10

2.1.2  区域地质构造基础... 11

2.2  区域气象水文特征... 12

2.2.1  季风气候特征与风况分析... 12

2.2.2  潮汐与波浪场及其季节性特征... 12

2.2.3  极端天气与灾害性海况... 15

第3章 数据来源与研究方法... 16

3.1  数据来源与收集... 16

3.1.1  全潮水文泥沙资料... 16

3.1.2  波浪资料... 16

3.1.3  表层沉积物资料... 16

3.1.4  历史海图与测深资料收集... 17

3.2  数据处理与分析方法... 17

3.2.1  潮流特征参数计算... 17

3.2.2  沉积物粒度参数计算和输运趋势分析... 18

3.2.3  历史岸线提取与变化速率分析... 20

3.2.4  海图的处理和DEM构建... 20

3.2.5  冲淤演变与海床稳定性评估... 21

3.2.6  桩基局部冲刷经验公式... 21

第4章 潮流动力与泥沙输运过程特征... 26

4.1  潮汐与潮流动力特征... 26

4.1.1  潮型判别和海流特征... 26

4.1.2  海域余流和可能最大流速分布... 28

4.2  悬浮泥沙时空分布特征... 31

4.2.1  悬沙浓度潮周期变化过程... 31

4.2.2  悬沙粒径的时空差异... 32

4.2.3  不同局地环境下悬沙粒度浓度及流速的响应... 34

4.2.4  泥沙运移特性和来源分析... 36

4.3  本章小结... 38

第5章 海床地形冲淤演变与稳定性评价... 39

5.1  表层沉积物粒度分布特征... 39

5.1.1  大范围海域沉积物类型划分与空间分布... 39

5.1.2  风电场址区域粒度参数空间分布特征... 41

5.2  辐射沙脊区历史岸线变迁... 44

5.3  海床演变动态分析... 46

5.3.1  辐射沙脊宏观沉积特征... 46

5.3.2  不同时空尺度下海床冲淤变化... 49

5.3.3  海域水深等值线变化特征和断面分析... 54

5.4  海床演变的动力沉积机制... 56

5.4.1  潮流动力对冲淤格局的影响... 56

5.4.2  泥沙输运与底质分选的响应... 57

5.4.3  邻近沙脊潮槽迁移对工程附近海域地形演变的影响... 58

5.5  海床稳定性评价与工程启示... 60

5.5.1  海床自然冲刷的风险评价... 60

5.5.2  特征点的自然备冲深度及布置建议... 63

5.6  本章小结... 65

第6章 桩基局部冲刷计算与工程防护分区... 66

6.1  桩基局部冲刷机理与控制因素... 66

6.1.1  桩周绕流结构与马蹄涡形成机制... 66

6.1.2  局部冲刷的主要控制因素... 66

6.2  典型经验公式选取与计算结果... 67

6.2.1  采用王汝凯公式进行桩基局部冲刷计算... 68

6.2.2  采用韩海骞公式进行桩基局部冲刷计算... 70

6.2.3  采用潘晓春公式进行桩基局部冲刷计算... 72

6.3  各公式计算结果的差异性分析... 74

6.3.1  不同公式计算结果的空间离散特征... 74

6.3.2  局部冲刷控制因子响应与区域差异分析... 75

6.3.3  最不利局部冲刷取值分析... 77

6.4  基于自然冲刷和局部冲刷综合分析的工程防护等级建议... 78

6.4.1  工程防护分区的建立... 78

6.4.2  防护优先级与实施建议... 81

6.5  本章小结... 82

第7章 结论与展望... 83

7.1  结论... 83

7.2  创新点... 84

7.3  存在不足与展望... 84

参考文献... 85

致谢... 94

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果... 95