袁勝英 ，應(yīng) 強(qiáng)

（1.南京水利科學(xué)研究院，南京210029；2.水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210029）

邊坡穩(wěn)定性指邊坡巖、土體在一定坡高和坡角條件下的穩(wěn)定程度，在工程實(shí)施過(guò)程中尋找穩(wěn)定的邊坡相當(dāng)重要，如果邊坡過(guò)緩，勢(shì)必加大開挖量，增加資金投入，延誤工期；如果邊坡過(guò)陡，不利于邊坡穩(wěn)定，會(huì)影響工程正常運(yùn)行。

廣州港是我國(guó)華南最大的主樞紐港。改革開放以來(lái)，隨著港口吞吐量的增加且進(jìn)港船舶趨于大型化，廣州港對(duì)提高出海航道通航等級(jí)的需求日益迫切。目前廣州港出海航道一期和二期工程已投入使用，出海航道的三期（10萬(wàn)t級(jí)航道）工程建設(shè)也進(jìn)入工可研階段，為對(duì)三期航道的設(shè)計(jì)和建設(shè)進(jìn)行優(yōu)化，廣州市政府先期安排了航道試挖槽工程，文章重點(diǎn)研究伶仃航段（KP17～KP60）（圖1）的邊坡變化，通過(guò)對(duì)比分析得出航道邊坡穩(wěn)定情況。

圖1 伶仃航段（KP17～KP60）Fig.1Lingding channel（KP17～KP60）

1 伶仃洋概況

伶仃洋是珠江口東部4個(gè)口門（虎門、蕉門、洪奇瀝和橫門）注入的河口灣，位于東經(jīng) 113°33′～114°09′，北緯22°12′～22°45′。灣型呈喇叭狀，走向接近 NNW—SSE 方向，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(zhǎng)達(dá)72 km［1］。經(jīng)虎門、蕉門、洪奇瀝和橫門注入伶仃洋的年徑流總量為1 670億m3，占珠江年總徑流量的55.3%［2］。珠江徑流年內(nèi)分配極不均勻，汛期4～9月約占全年徑流總量的80%，6～8月則占全年總量的50%以上。

伶仃洋“三灘兩槽”的格局多年不變，東部礬石水道深槽歷年來(lái)保持穩(wěn)定［3］。泥沙主要來(lái)源于陸域，海域來(lái)沙很少，輸沙量的年內(nèi)分配極不均勻。其中海域水體懸移質(zhì)的中值粒徑一般為0.002～0.017 mm，大潮粗，中、小潮細(xì)，但差別不大，床沙的中值粒徑變化范圍在0.002～0.64 mm。有北粗南細(xì)、東粗西細(xì)、槽粗灘細(xì)、峽粗灣細(xì)的空間分布特征［4］。

伶仃洋為弱潮河口，潮差較小，潮差由東向西逐漸遞減，由灣口向?yàn)稠斨饾u遞增。潮汐類型屬不規(guī)則半日混合潮型，潮高和潮歷時(shí)存在明顯的不等現(xiàn)象，特別是在某些時(shí)段，還會(huì)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。

2 工程概況

廣州港出海航道自伶仃洋灣口附近的桂山錨地，經(jīng)榕樹頭水道、伶仃航道、川鼻航道、大虎航道、坭洲頭航道和蓮花山東航道至黃埔新港，全長(zhǎng)約115 km。航道全線主要有2個(gè)淺段，即虎門內(nèi)的蓮花山淺段和虎門外的伶仃洋淺段［5］。伶仃航道自1959年開通后，不斷進(jìn)行維護(hù)浚深，1998年11月～2000年8月完成了出海航道一期工程（底寬160 m，底標(biāo)高-11.5 m，3.5萬(wàn)t級(jí)船舶乘潮進(jìn)出港），二期工程于2004年3月開工建設(shè)，2006年底完工，航道設(shè)計(jì)底標(biāo)深到-13 m，滿足5萬(wàn)t級(jí)船舶雙向通航，可隨時(shí)進(jìn)出廣州港；廣州港出海航道三期工程擬將航道設(shè)計(jì)底標(biāo)高浚深到-17 m，底寬拓至24 m，10萬(wàn)t級(jí)集裝箱船舶不乘潮通航、12萬(wàn)t級(jí)散貨船舶可乘潮單向通航，5萬(wàn)t級(jí)船舶可雙向通航［6］。

廣州港出海航道試挖航段由南沙港區(qū)至伶仃洋口外，全長(zhǎng)約66 km，按底寬230 m、底標(biāo)高－15.5 m、邊坡1∶5設(shè)計(jì)開挖。試挖槽處的伶仃航道比二期工程深度增加了2.5 m，底寬擴(kuò)大了70 m，邊坡也變陡了很多，與即將開展的三期工程建設(shè)有很多類似之處。

虎門以內(nèi)航道水深條件歷來(lái)較好，二期工程以前，該航段的維護(hù)疏浚量基本保持在每年幾十萬(wàn)方的水平。二期工程航道增深了2.5 m，目前還沒(méi)有資料表明回淤量是否會(huì)增加。為了合理安排疏浚維護(hù)工作，有必要對(duì)這段航道的回淤情況開展調(diào)查分析。

3 航道地形檢測(cè)分析

3.1 數(shù)據(jù)采集方法

根據(jù)2008年1月、4月、9月3次航道測(cè)量的地形資料，對(duì)航道邊坡進(jìn)行計(jì)算，分析平均坡度，以及不同時(shí)間的變化情況。計(jì)算坡度用高度H與水平長(zhǎng)度L的比值來(lái)表示。

3.2 伶仃航道邊坡穩(wěn)定性初步分析

3.2.1 邊坡整體概況

廣州港出海航道三期航道試挖工程，設(shè)計(jì)邊坡由原來(lái)的1∶10調(diào)整為1∶5，邊坡作了較大調(diào)整。統(tǒng)計(jì)時(shí)根據(jù)不同組次航道地形的測(cè)量資料，計(jì)算出伶仃航道挖槽段兩側(cè)的邊坡坡度，統(tǒng)計(jì)范圍為KP17～KP60，共計(jì)28個(gè)斷面，只統(tǒng)計(jì)航槽底邊至斷面發(fā)生明顯的拐點(diǎn)地形，不統(tǒng)計(jì)斷面邊坡為零或負(fù)邊坡。計(jì)算每個(gè)斷面東、西側(cè)邊坡坡度（表1）及各組次的平均坡度（表2）。

3.2.2 航道東側(cè)邊坡變化

通過(guò)對(duì)比航道沿程各樁號(hào)不同時(shí)間的斷面圖，東側(cè)邊坡變化主要表現(xiàn)為：

（1）樁號(hào)KP17～KP31，1～4月主要以淤積為主，淤積集中在坡頂，坡底相對(duì)較小，坡頂淤積使得此段航道邊坡變陡，9月份測(cè)圖所得的航道東側(cè)邊坡大多介于1～4月份邊坡線之間。典型斷面如KP27+446（圖2）所示，統(tǒng)計(jì)可知，此航段東邊坡坡比1月份為1∶10.1，4月份為1∶8.0，9月份較4月份有所沖刷，介于1～4月，9月份坡比為 1∶9.2。

（2）樁號(hào)KP32～KP45，1～4月主要以淤積為主，淤積分布于整個(gè)坡面，不同斷面淤積強(qiáng)度大小不同，9月份測(cè)圖所得的航道東側(cè)邊坡大多介于1～4月份邊坡線之間，統(tǒng)計(jì)KP32～KP45的東側(cè)坡比，1月份為1∶9.8，4月份為 1∶9.1，9 月份為 1∶8.2。

（3）樁號(hào)KP46～KP60，由于1月份測(cè)圖中東側(cè)邊坡的點(diǎn)據(jù)很少，很難反映整個(gè)邊坡的實(shí)際情況，因此不對(duì)1月份測(cè)圖進(jìn)行討論。就4月份和9月份測(cè)圖比較，KP46～KP48、KP54、KP55及KP59+630斷面邊坡有所淤積，其他斷面則變化不大或有所沖刷。KP46～KP60的東側(cè)坡比，1月份為1∶14.6，4月份為1∶8.7，9月份為1∶8.9。

表1 伶仃航道不同斷面邊坡坡比Tab.1 Slope ratios of different sections in both east and west of Lingding channel

表2 伶仃航道東、西側(cè)平均坡比Tab.2 Average slope ratio in both east and west of Lingding channel

由以上分析可知，2008年1月與4月平均坡比相差較大，4月與9月平均坡比相差較小，1～4月邊坡淤積較多，4～9月邊坡有所沖刷，只有少數(shù)斷面略有淤積。4月與9月平均坡比變化幅度較小，說(shuō)明邊坡沖淤變化小，邊坡將趨于穩(wěn)定。

3.2.3 航道西側(cè)邊坡變化

通過(guò)對(duì)比航道沿程各樁號(hào)不同時(shí)間的斷面圖，西側(cè)邊坡變化主要表現(xiàn)為：

（1）樁號(hào)KP17～KP31，1～4月主要以淤積為主，淤積部位也集中在坡頂，4～9月變化不大或略有沖刷，與東側(cè)邊坡比較，樁號(hào)KP17～KP24西側(cè)邊坡的淤積量不及東側(cè)邊坡大。9月份的邊坡與4月基本相同，較4月份略有沖刷。此航段西側(cè)邊坡坡比1月份為1∶16.1，4 月份為 1∶16.2，9 月份為 1∶14.0；樁號(hào)KP25～KP31西側(cè)邊坡的淤積量大于東側(cè)邊坡，西側(cè)邊坡坡比1月份為1∶10.2，4月份為 1∶6.4，9 月份為 1∶7.3。

（2）樁號(hào) KP32～KP45，1～4 月主要以淤積為主，淤積分布于整個(gè)坡面，其中只有少數(shù)斷面的淤積較小或基本不變（如KP34、KP43 及 KP44），4～9 月份的測(cè)圖在 KP34～KP39變化不大或略有沖刷，KP40、KP41基本不變，KP42沖刷、KP43淤積，KP44基本不變，9月份實(shí)測(cè)的邊坡線主要介于1～4月份邊坡線之間，根據(jù)1～9月份邊坡比較可知，除 KP34、KP38、KP42及 KP44變化不大外，其余斷面均為淤積。1月份為1∶8.8，4月份為1∶8.1，9 月份為 1∶7.4。

（3）樁號(hào) KP46～KP60，與東側(cè)邊坡情況相同，西側(cè)邊坡1月份測(cè)點(diǎn)據(jù)很少，因此不對(duì)1月份測(cè)圖進(jìn)行討論。就4月份和9月份測(cè)圖比較，KP46～KP53邊坡基本不變或略有沖刷，KP54～KP58邊坡基本不變或略有淤積，KP59～KP60航道底部較寬（與南沙港進(jìn)口航道有關(guān)），西部已無(wú)邊坡（圖 3）。統(tǒng)計(jì) KP46～KP58 的西側(cè)坡比，1 月份為 1∶17.3，4 月份為 1∶8.3，9 月份為1∶8.7。

從西側(cè)坡比變化看出，KP17～KP60航道邊坡主要以淤積為主，東側(cè)淤積少，西側(cè)淤積多。從相鄰測(cè)量月份平均坡比統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，4月份平均坡比比1月大，9月平均坡比介于兩者之間，但1月與4月平均坡比變化幅度明顯大于4月與9月的變化幅度。邊坡隨著季節(jié)變化而變化，但這種變化幅度在不斷減小，4月與9月平均坡比變化較小，說(shuō)明邊坡處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2 KP27+446斷面東側(cè)邊坡Fig.2 East slope of section KP27+446

圖3 KP59+630斷面不同時(shí)間變化情況Fig.3 Variation of section KP59+630 in different months

4 結(jié)語(yǔ)

（1）伶仃航段（KP17～KP60間疏浚）航道東、西兩側(cè)邊坡坡比的總體變化為：2008年1月分別為1∶11.1和 1∶11.7，4 月分別為 1∶8.6 和 1∶8.5，9 月分別為 1∶8.8 和 1∶8.4。1～4 月平均坡比變化較大，4～9 月平均坡比變化較小，基本穩(wěn)定在1∶8.5左右。

（2）文中所采用的邊坡坡度不是最大坡度，也不是坡腳附近的坡度，而是斷面平均坡度。航道東、西兩側(cè)坡腳附近（2 m）的坡度總體變化為：2008 年 1 月分別為 1∶8.9 和 1∶9，4 月分別為 1∶5.8 和 1∶4.9，9 月分別為 1∶6.2和1∶4.9。坡腳坡度與斷面平均坡度隨時(shí)間變化趨勢(shì)一致，但坡腳坡度比整個(gè)坡面陡，說(shuō)明試挖槽的邊坡還不穩(wěn)定，有進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)，還需更深入的研究。

（3）本文分析是基于現(xiàn)有航道所處的地質(zhì)資料，若航道繼續(xù)挖深至17 m，還需考慮此間土層的地質(zhì)資料組成情況來(lái)設(shè)計(jì)，以保證航道邊坡的穩(wěn)定性。

［1］陳志民，蔡南樹，辛文杰.珠江口伶仃洋航道的回淤分析［J］.海洋工程，2002，20（3）：61-68.CHEN Z M，CAI N S，XIN W J.Anlaysis on the sedimentation of the Lingding channel in the Zhujiang estuary［J］.The Ocean Engineering，2002，20（3）：61-68.

［2］李孟國(guó)，韓西軍，楊樹森，等.廣州港南沙港區(qū)深水航道水沙問(wèn)題研究［J］.水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展：A輯，2008（5）：321-330.LI M G，HAN X J，YANG S S，et al.Study on tidal current and sediment problems of deepwater channel project of Nansha Harbor District of Guangzhou Port［J］.Chinese Journal of Hydrodynamics：Ser.A，2008（5）：321-330.

［3］羅肇森.珠江口伶仃洋深水航道開發(fā)方案的回淤研究［J］.水利水運(yùn)科學(xué)研究，1995（2）：111-118.LUO Z S.Study of silation for development of deep water navigation channel of Lingdingyang in Pearl river estuary［J］.Hydroscience and Research，1995（2）：111-118.

［4］莫思平，辛文杰，應(yīng)強(qiáng).廣州港深水出海航道伶仃航段回淤規(guī)律分析［J］.水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2008（1）：42-46.MO S P，XIN W J，YING Q.Law governing back silting in Lingdingyang reach of the seaward deepwater channel of Guangzhou Harbor［J］.Hydro-science and Engneering，2008（1）：42-46.

［5］YING Qiang，XIN Wen jie.Silting Characters of the Lingding Channel［C］//International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation.Proceedings of the second international conference on estuaries and coasts.Guangzhou：Guangdong Economy Publishing House，2006.

［6］李文丹.廣州港出海航道三期工程潮流數(shù)學(xué)模型研究［J］.水道港口，2008，29（3）：179-184.LI W D.Numerical modeling of tidal current on deepwater channel project of Nansha Harbor District of Guangzhou Port［J］.Journal of Waterway and Harbor，2008，29（3）：179-184.