應(yīng) 強(qiáng)，辛文杰，毛佩郁

（南京水利科學(xué)研究院，南京210029）

伶仃洋是珠江口東部4個口門（虎門、蕉門、洪奇瀝和橫門）注入的河口灣，灣型呈喇叭狀，灣頂寬約4 km（虎門口），灣口寬約30 km（澳門至香港大濠島之間），縱向長達(dá)72 km，水域面積2 110 km2。伶仃洋水下地形具有西部淺、東部深的橫向分布特點和灣頂窄深、灣腰寬淺、灣口寬深的縱向分布特點，灘槽分布呈“三灘兩槽”的基本格局，三灘指西灘、中灘和東灘，兩槽指東槽和西槽［1］。

港珠澳大橋（HZMB）位于伶仃洋南部海區(qū)，跨越珠江口伶仃洋，連接香港、珠海和澳門三地（圖1），擬建橋區(qū)西側(cè)海床主要位于西部淺灘的下部，內(nèi)有九洲港航道、江海直達(dá)船航道和青洲航道；橋區(qū)東側(cè)水深較大，內(nèi)有伶仃航道、銅鼓航道，上游不遠(yuǎn)處是中部淺灘（礬石淺灘）的下緣。

港珠澳大橋在設(shè)計中存在許多需要研究解決的技術(shù)問題，橋位所處海床的穩(wěn)定性和其演變趨勢是其中之一。本文在以往研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)最近幾年伶仃洋海域的水文、泥沙觀測資料和航道整治工程資料，對港珠澳大橋所在橋位附近的海床進(jìn)行演變分析［2-4］。

圖1 伶仃洋及港珠澳大橋示意圖Fig.1 Sketch of the Lingding bay and the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

1 來水來沙特征

珠江水系主要由西江、北江和東江組成，根據(jù)《廣東省水資源》（1986年）統(tǒng)計，珠江流域河川水資源總量為3 360億m3，其中出海徑流3 260億m3。西江年徑流量2 300億m3。北江510億m3，東江257億m3，三角洲諸河293億m3，這些河流經(jīng)8大口門入海，其中東部4個口門——虎門、蕉門、洪奇門、橫門匯入伶仃洋后注入南海。圖2為西江高要站1980年以來歷年流量、輸沙量的變化，北江石角站和東江博羅站也有同樣的趨勢［5］。由圖2可以看出，雖然各年的流量不等，但總的趨勢變化不大，由于河道內(nèi)人工取沙、上游植被保護(hù)、水利工程的修建攔沙等因素的綜合作用，使得輸入河口的泥沙呈現(xiàn)減小趨勢。

圖2 西江高要站流量、輸沙量年際變化Fig.2 Annual variation of water and sediment amount at Gaoyao hydrometric station

2 潮汐與潮流特征

伶仃洋的潮汐類型屬不規(guī)則半日混合潮型，即每個太陰日出現(xiàn)2次高潮和2次低潮，潮高和潮歷時存在明顯的不等現(xiàn)象，特別是在某些時段，還會出現(xiàn)全日潮。最高潮位一般出現(xiàn)在洪季，最低潮位出現(xiàn)在枯季或汛后。汛期高潮位東部高于西部，低潮位則相反；漲潮時海平面向西南傾斜，落潮時向東南傾斜；枯水期無論高低潮位，東部均略低于西部，海平面向東南傾斜。

伶仃洋為弱潮河口，潮差較小，平均潮差為0.86～1.69 m，最大潮差為2.29～3.36 m。潮差呈現(xiàn)由東向西逐漸遞減，由灣口向灣頂逐漸遞增的特點。

天津水運工程勘測設(shè)計院［6］在2007年8月13～14日及16～17日對伶仃洋海區(qū)進(jìn)行了潮位同步測量，4個口門的潮位過程見圖3。由圖3可知，大虎站的潮位過程早于橫門、蕉門站約2 h，而板沙尾站最晚，可能是由于板沙尾站位于洪奇瀝水道口門較上游所致；4個口門的最低潮位值相差不大，但最高潮位值有所差別，以大虎站為最高，蕉門次之，板沙尾站再次之，橫門站為最低。這與4個口門的徑流、潮流強(qiáng)弱有關(guān)。資料表明，潮汐作用強(qiáng)弱依次為虎門、蕉門、洪奇門、橫門，其山潮比分別為0.26、1.74、2.16、2.75，虎門為以潮汐作用為主的口門，其他3個口門則以徑流作用為主。

圖4為沿伶仃洋縱向分布各潮位站點的潮位過程線。由圖4可知，伶仃洋從口門的大萬山島站向內(nèi)河河口的虎門站，潮位逐漸升高，最高潮位在桂山島站最低，內(nèi)伶仃島站次之。

根據(jù)整理后的實測潮位資料，大虎站最大潮差為2.62 m，平均潮差為1.85 m；內(nèi)伶仃島站最大潮差為2.51 m，平均潮差為1.52 m；桂山島站最大潮差為2.17 m，平均潮差為1.21 m；大萬山島站最大潮差為2.02 m，平均潮差為1.12 m?？梢姀耐夂４笕f山到虎門，沿程潮差呈遞增變化。

3 橋位附近流速變化

圖3 4個口門潮位過程線（2007年8月13～14日）Fig.3 Tidal curves of four estuaries on Aug.13～14，2007

圖4 伶仃洋不同站點實測潮位過程線Fig.4 Tidal curves of different sites in the Lingding bay

圖5為枯季（2009年3月）橋位斷面大、小潮流速流向平面分布圖，圖5中CL01、CL02在橋位線上游，CL03、CL04、CL05、CL06、CL07、CL08、CL09 共 7 個測點在橋位線上，CL10、CL11 在橋位線下游。由圖 5 可見，該水域內(nèi)漲落潮以往復(fù)流為主，且與所在的航槽走向一致，反映了地形與水流的相互作用關(guān)系；橋位東側(cè)的流向較為一致，橋位西側(cè)的流向較為發(fā)散；落潮流的流向較為一致，漲潮流的流向較為發(fā)散；大、小潮相比，大潮的漲落潮流向一致性較好，小潮流向的發(fā)散性較大；實測資料統(tǒng)計表明：最大流速為136 cm/s；橋位附近11個測點的全潮落潮平均流速在21～70 cm/s；漲潮平均流速在25～58 cm/s。洪季時橋位附近水域內(nèi)漲落潮仍以往復(fù)流為主，大潮時流速較大，小潮時則較小。

圖5 橋位斷面枯季流速流向平面分布圖Fig.5 Distribution of tidal velocity and direction along cross section of bridge site in dry season

4 橋位附近含沙量變化特征

2009年在對橋位進(jìn)行潮流測量的同時，對含沙量也進(jìn)行了測量。根據(jù)2009年3月27～28日、6月16～17日、6月22～23日的實測資料，統(tǒng)計得出各測次落潮、漲潮和全潮平均的含沙量（表1）。

表1 橋位海域?qū)崪y含沙量統(tǒng)計Tab.1 Statistics data of measured sediment concentration at bridge site kg/m3

由表1可以看出：橋位附近水體的含沙量很小，3個測次中平均漲、落潮含沙量最大值均小于0.3 kg/m3，2個大潮過程相比較，枯季水體含沙量較小，同為洪季，大潮含沙量大于小潮含沙量。在同一測次中，不同測點水體的含沙量也有較大差別。

分析2004年、2007年和2009年橋區(qū)附近海區(qū)底質(zhì)粒徑分布可知：近年來床面泥沙粒徑趨于均勻，2009年中的床面泥沙粒徑約為8Φ。

5 橋位附近地形變化

選取1954年、1964年、1974年、1989年、1998年、2001年、2004年及2009年海圖，對工程海區(qū)的近期灘槽演變進(jìn)行2 m、5 m和10 m等深線的變化比較。結(jié)果表明：橋位附近2 m等深線隨不同年份有所變化，變化范圍在1～1.5 km，既有沖刷后往岸邊后退的過程（如1954～1964年），也有淤積擴(kuò)展的過程（如1974～1989年），還有基本無變化的情況（1964～1974年），2001年以來，2 m等深線向岸邊方向移動了約500 m，表現(xiàn)為沖刷態(tài)勢，原因有待進(jìn)一步分析。橋位附近5 m等深線隨不同年份有所變化，靠西部海區(qū)邊緣的基本較為穩(wěn)定；但由西部淺灘靠伶仃水道的向下沙體，則有所發(fā)展，主要表現(xiàn)為沙體向下（南）延伸，1998年、2001年和2009年的5 m等深線下延均已穿過橋位線；介于伶仃航道與銅鼓西航道間的礬石淺灘尾端5 m等深線沒有明顯變化，但其東側(cè)銅鼓東、西航道間的5 m等深線有一定的上移趨勢（上移約1 km），而其另一側(cè)的等深線變化不大，說明銅鼓淺灘有萎縮態(tài)勢；橋位附近10 m等深線隨不同年份變化不大，2009年的等深線有所展寬，是由于伶仃航道人為拓寬浚深，同樣2009年在橋位上方新增的-10槽，是新開挖的銅鼓航道。

圖6為2004年及2008年西灘上橋軸線及其上游950 m處2個斷面地形變化比較。由圖6可以看出:經(jīng)過近4 a的水沙作用，橋區(qū)附近斷面單向性變化不明顯，統(tǒng)計這2個斷面的資料，2004年橋位斷面的平均水深為5.306 m，2008年為5.282 m；4 a來水深減小了0.024 m；與此相應(yīng)，2004年橋軸線上游950 m處的斷面平均水深為5.341 m，2008年為5.325 m；4 a來水深減小了0.016 m，說明橋位附近河床每4 a淤積2 cm左右。

圖6 橋位附近西灘斷面淤積變化比較Fig.6 Variation of sediment accumulation of west beach near the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge site

6 擬建橋區(qū)海床沖淤演變的發(fā)展趨勢

橋區(qū)所在海域的演變受制于伶仃洋的總體演變，許多學(xué)者對伶仃洋的演變進(jìn)行了研究，雖然所得的淤積速率有所不同，但都認(rèn)為伶仃洋處于緩慢淤積的過程。因此，雖然從近期橋位附近海區(qū)的演變趨勢分析來看海床沖淤變化不大，但從長遠(yuǎn)來看，橋位處海床總的發(fā)展趨勢以緩慢淤積為主。

橋區(qū)西段：西段淺灘在自然狀態(tài)下屬微淤環(huán)境，海床相對較穩(wěn)定。珠江河口徑流雖主要經(jīng)由這里向海排泄，但徑流動力至此已與潮流動力融合而消能，淡水亦已與鹽水混合形成了混合水，故此區(qū)段不論徑流或潮流的動力作用均不強(qiáng)，不會造成該處海床的大幅沖淤變化，海床穩(wěn)定性較好。但需注意橋位上游西灘靠近伶仃水道處沙舌的下移變化。

橋區(qū)東段：橋區(qū)東段海區(qū)的海底高程一般在-5 m以下，水深較大，水流亦較強(qiáng)，并有伶仃水道深槽與銅鼓淺灘分汊水道在此匯聚，高鹽陸架水常年由此入侵和上涌，是侵蝕沖刷的主要地段。該水域水動力環(huán)境的主要特征是洪季呈高度分層狀態(tài)，上層水體以“河口羽”的形式漂浮在中、底層高鹽陸架水之上，迅速向海排泄，其最大流速可達(dá)2 m/s，中、底層水體以上溯流為主。近期演變分析可知，海床沖淤變化幅度不大，處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，如其上游的灘槽不發(fā)生較大的改變，這種狀態(tài)應(yīng)能保持下去。

7 結(jié)論

伶仃洋的水沙主要來自于東部4個口門——虎門、蕉門、洪奇門、橫門，1980～2007年的年徑流量、年輸沙量資料表明，雖然各年的流量不等，但流量總的趨勢變化不大；而年輸送的泥沙數(shù)量則呈減小趨勢。

伶仃洋的潮汐類型屬不規(guī)則半日混合潮型，潮位在不同季節(jié)、不同位置均有所差別。潮位從外海到河口的虎門站（從南往北），逐漸抬高，過后又呈下降趨勢；伶仃洋水域內(nèi)漲落潮以往復(fù)流為主，且與所在的航槽走向一致，反映了地形與水流的相互作用關(guān)系。大、小潮相比，大潮的漲落潮流向一致性較好，小潮流向的發(fā)散性較大，靠西側(cè)的測點流向較東側(cè)測點的流向散亂。

橋位附近水體的含沙量均較小；床面泥沙粒徑較細(xì)且均勻。橋位處海床總的發(fā)展趨勢以緩慢淤積為主，但淤積強(qiáng)度較小，2004～2008年淤積了2 cm左右，屬微淤狀態(tài)，需注意橋位上游西灘靠近伶仃水道處沙舌的下移變化，橋區(qū)東段其上游的灘槽不發(fā)生較大的改變，海床將保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

［1］徐君亮，李永興，蔡福祥，等.珠江口伶仃洋灘槽發(fā)育演變［M］.北京：海洋出版社，1985.

［2］辛文杰.港珠澳大橋?qū)χ榻诟劭诤降烙绊懷芯靠倛蟾妫ㄆ叫醒芯?）［R］.南京：南京水利科學(xué)研究院，2010.

［3］應(yīng)強(qiáng)，毛佩郁，辛文杰.港珠澳大橋建設(shè)對珠江口港口航道影響物理模型試驗研究之一海床演變分析［R］.南京：南京水利科學(xué)研究院，2010.

［4］辛文杰，應(yīng)強(qiáng).港珠澳大橋工程可行性研究階段海床演變分析報告［R］.南京：南京水利科學(xué)研究院，2004.

［5］陸永軍，賈良文，莫思平，等.珠江三角洲河網(wǎng)低水位變化［M］.北京:中國水利水電出版社，2008.

［6］楊樹森，韓西軍.2007年8月廣州港伶仃航道三期工程項目伶仃洋海域現(xiàn)場勘測資料成果匯編［R］.天津：交通部天津水運工程科學(xué)研究所，2007.