趙新宇(臺(tái)州市港航管理局,浙江舟山318000)

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港口“淺水深用”受回淤影響分析

趙新宇
(臺(tái)州市港航管理局,浙江舟山318000)

摘要：國內(nèi)港口的淺水深用工程有成功的范例，也有一些是有爭(zhēng)議的。珠海港、黃驊港、江蘇如東人工島、廣州南沙港區(qū)等港口航道工程都是對(duì)淺水深用進(jìn)行了有益的嘗試和推廣，文章根據(jù)各港口的不同自然條件從不同的側(cè)重點(diǎn)對(duì)泥沙來源和淤積問題進(jìn)行分析，為國內(nèi)類似的港口建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：建港條件;港口資源;淺水深用;泥沙驟淤;泥沙來源;水動(dòng)力環(huán)境

隨著船舶大型化的發(fā)展和優(yōu)質(zhì)港口資源的日益缺乏，為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)形式的發(fā)展，為地方工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸配套，港口資源的淺水深用被提上了議事日程，國內(nèi)一些主要港口業(yè)對(duì)淺水深用進(jìn)行了嘗試。國內(nèi)的珠海港、黃驊港、江蘇如東人工島、廣州南沙港區(qū)進(jìn)行了人工開挖深水航道，對(duì)港口資源進(jìn)行淺水深用。各個(gè)港口水文氣象等自然條件不一，有成功經(jīng)驗(yàn)也有失敗教訓(xùn)。

1珠海港

1.1水文泥沙情況

黃茅海水域由于受喇叭形邊界和上游徑流的影響，潮流運(yùn)動(dòng)形式為往復(fù)流，深槽尤為明顯。汛期漲潮流沿北偏西上溯，落潮流沿南偏東岸下泄;枯季漲潮流沿北偏東上溯，落潮流沿南偏西下泄。大潮流速大于小潮流速，表層流速大于底層流速，落潮歷時(shí)長于漲潮歷時(shí)，潮波具有駐波性質(zhì)。高欄港區(qū)所在的水域流態(tài)平順，趨于往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

黃茅海區(qū)含沙量大小與潮流流速大小關(guān)系密切：流急含沙量大，流緩則含沙量??；大潮期比小潮期含沙量大，落潮期比漲潮期含沙量大，汛期比枯季含沙量大。在空間分布上，最大含沙量主要出現(xiàn)在攔門沙淺灘附近以及東、西邊灘上，灣頂含沙量在汛期比灣口大，而在枯季則稍小些。黃茅海底質(zhì)泥沙較細(xì)，主槽泥沙稍粗易于被風(fēng)浪掀起由潮流輸送。

1.2港區(qū)泥沙回淤情況分析

黃茅海淺海區(qū)是二槽三灘的格局。高欄港海域臨近雞啼門、崖門、虎跳門、磨刀門等珠江分流河口。高欄港區(qū)常年淤積量約為500萬m3，以懸沙淤積為主。泥沙來源主要有以下幾種：海區(qū)沉積的泥沙在風(fēng)浪作用下重新懸浮、落淤。該區(qū)的泥沙在潮流、波浪等動(dòng)力條件下，搬運(yùn)到了港區(qū)；崖門、虎跳門下泄泥沙由黃茅海東灘、大海環(huán)邊灘中轉(zhuǎn)，經(jīng)三角山東、西兩口門隨落潮流進(jìn)入十字海區(qū)落淤；雞啼門、磨刀門、伶仃洋下泄泥沙隨西南向沿岸流在漲潮時(shí)由高欄島-荷包島的南口門帶進(jìn)高欄港十字海區(qū)落淤；在大風(fēng)天情況下，黃茅?？谕獾哪嗌吃跐q潮流作用下進(jìn)入港區(qū)．從而引起港區(qū)的驟淤。分析2002年6月和2002年lO月兩次實(shí)測(cè)水下地形資料，港區(qū)驟淤厚度約占此期間總淤積厚度的55%，驟淤較嚴(yán)重。大量的泥沙進(jìn)入港區(qū)航道，至使航道嚴(yán)重淤積，影響了船舶的安全航行。每年都要花費(fèi)大量資金來疏浚和維護(hù)航道，對(duì)港口經(jīng)濟(jì)效益有一定的影響。

2黃驊港

2.1黃驊港海域的泥沙環(huán)境

黃驊海域水下岸坡西高東低，灘面平緩，近岸存在大片侵蝕殘留淺灘并伴有殘留堡島及半珠狀堡島鏈，它是古黃河三角洲水下堆積體，所處的海岸應(yīng)屬淤泥質(zhì)粉沙海岸。渤海灣內(nèi)北部水域底質(zhì)基本屬于淤泥質(zhì)，而南部水域底質(zhì)則屬于粉沙質(zhì)，N和EN向大風(fēng)下，北部水域的波浪要小于南部，由于粉沙質(zhì)泥沙更易起動(dòng)懸浮和較強(qiáng)的動(dòng)力條件使得該水域泥沙大量懸浮，形成高含沙水域；此外，渤海灣北部水域漲潮水體主要來自水體含沙量較小的渤海中部，而南部水域除波浪對(duì)海底掀沙外，懸浮泥沙的運(yùn)移，對(duì)該水域也帶來一定影響。黃驊港海域泥沙運(yùn)動(dòng)上要受風(fēng)浪控制，風(fēng)浪越大含沙量越大。近岸含沙量分布含沙量明顯大于遠(yuǎn)岸，同時(shí)近岸泥沙在落潮流帶動(dòng)下向外海輸移，在航道局部水域存在懸沙濃度較高區(qū)域。含沙量分布特征為：夏季含沙量較低，春秋季含沙量相對(duì)較高；大風(fēng)天氣下，海區(qū)含沙量急劇增加，垂線分布上，上下的梯度較大，底部明顯存在著高濃度含沙層。

2.2黃驊港外航道的淤積狀況及原因分析

黃驊港1997年開工建設(shè)，2000年開挖外航道，2000年秋季到2001年春，航道基本淤平。2001年調(diào)整航道軸向后，2002年3場(chǎng)大風(fēng)總淤積量達(dá)到了770萬m3，2003年3場(chǎng)大風(fēng)淤積量達(dá)到1320萬m3，大風(fēng)作用下外航道淤積現(xiàn)象十分明顯，對(duì)航道的維護(hù)帶來很大影響。外航道泥沙淤積原因分析：

黃驊港灘面破波帶的角度分析，波浪破碎對(duì)灘面的強(qiáng)烈擾動(dòng)，對(duì)于灘面坡度小于1/1 000的海岸，按照波浪破碎指標(biāo)0.55計(jì)算，在波高4.0 m情況下，破波位置大約在-4.2～-6.2 m，波高3.0 m情況下，破波位置大約在-2.3～-4.4m，對(duì)灘面的強(qiáng)烈擾動(dòng)，水體含沙量高,大風(fēng)浪天氣在破波帶可形成高含沙量區(qū)，位置與黃驊港外航道最大淤積強(qiáng)度分布相對(duì)應(yīng)。

從泥沙的運(yùn)移形態(tài)分析，黃驊港灘面泥沙沉速較快，沉降量為30%的動(dòng)水沉速達(dá)0.129 cm/s，以-5.0 m處漲落潮平均流速和流向計(jì)算，水流斜向穿越航道所用時(shí)間約為4h，垂線上懸沙落淤的高度為1.6 m，大風(fēng)期外航道的嚴(yán)重淤積主要不是上層懸移質(zhì)，而是底層高含沙水體。

黃驊港建成后，由于建筑物的作用，局部流場(chǎng)發(fā)生了明顯變化:一是口門處在高潮位與低潮位時(shí)均出現(xiàn)橫流；二是在大風(fēng)作用下，由于風(fēng)吹流造成南北兩側(cè)近岸壅水，潮位抬高，增加了近岸落潮流速，使得近岸區(qū)高濃度泥沙沿防波堤兩側(cè)向外運(yùn)動(dòng)，在穿越航道的過程中，泥沙落淤，對(duì)外航道局部區(qū)域回淤帶來一定影響。

影響航道泥沙淤積的主要泥沙來源是當(dāng)?shù)啬嗌车那治g一搬運(yùn)一沉積作用。黃驊港海域波浪動(dòng)力較強(qiáng)，強(qiáng)風(fēng)向主要來自NE、ENE和E向，由于海域?yàn)┟嫫教梗ɡ似扑閹л^寬，破碎波對(duì)灘面的強(qiáng)烈擾動(dòng)，使破波帶成為泥沙最為活躍的區(qū)域。航道兩側(cè)灘面上的“波浪掀沙，水流輸沙”是泥沙運(yùn)動(dòng)的主要形式。由于黃驊港灘面泥沙活動(dòng)性大，易起動(dòng)、易沉降、密實(shí)快，在大風(fēng)浪的作用下，底部形成高濃度含沙水體，隨潮流運(yùn)動(dòng)沉人航道。因此，底部泥沙運(yùn)動(dòng)是形成航道的驟淤的主要原因。

航道的疏浚及深度維護(hù)成了黃驊港發(fā)展的一大難題，處理黃驊港外航道的泥沙驟淤問題基本思路是“采用整治與疏浚相結(jié)合”的治理原則，以減少航道的疏浚費(fèi)用，提高航道的通航保證率。

3江蘇如東人工島

3.1港區(qū)的自然條件和水沙特點(diǎn)

如東人工島面積0.3 km2,所處的海域地處蘇北輻射沙洲，輻射沙洲規(guī)模宏大、水動(dòng)力及灘槽動(dòng)態(tài)復(fù)雜。海區(qū)波浪的季節(jié)性變化主要受季風(fēng)影響：春季多為東風(fēng)，多為東向浪，主浪向?yàn)闁|向，強(qiáng)浪為西北偏北和西北偏西；夏季受臺(tái)風(fēng)影響，主流向?yàn)闁|南，強(qiáng)浪向?yàn)闁|南和西北；秋季整個(gè)海區(qū)多為偏北向，主浪向?yàn)闁|北，強(qiáng)浪向?yàn)楸毕?；冬季盛行偏北風(fēng)，主浪向主西北，強(qiáng)浪為西北向。對(duì)海域風(fēng)浪影響較大的風(fēng)向主要NE、ESE向。海區(qū)波浪大小與潮位有密切關(guān)系，潮位高時(shí)波浪大，隨潮下降波浪將明顯降小。

爛沙洋北水道原是古長江口行潮泄流的主水道，目前是該輻射沙洲海區(qū)南部的重要水道，兩側(cè)有沙洲鏈做屏蔽，是一條掩護(hù)良好天然深水道，水深、流急、潮大、浪小，底床穩(wěn)定，水面寬闊，具有開發(fā)現(xiàn)代深水航道的有利條件。底床為粉沙質(zhì)，容易起動(dòng)，活動(dòng)性大。

3.2進(jìn)港航道驟淤的可能性分析

驟淤是港航工程中的一個(gè)專用術(shù)語，其含義是指一場(chǎng)大風(fēng)天氣過程引起港航工程中嚴(yán)重淤淺而影響船舶正常航行和作業(yè)的淤積。洋口港深水航道建于爛沙洋北水道。由于該水道底床為粉沙質(zhì)，而粉沙質(zhì)泥沙極易在波浪作用下引起航道回淤，如2003年10月我國北方地區(qū)發(fā)生1次特大風(fēng)況，黃驊港和京唐港外航道均發(fā)生了驟淤，損失慘重，因此，人們對(duì)洋口港深水航道的驟淤十分關(guān)心。

驟淤的發(fā)生一般要同時(shí)具備3個(gè)條件:①動(dòng)力方面：應(yīng)有一定持續(xù)時(shí)間的強(qiáng)浪，足以將底床泥沙攪起，形成水體中的高含沙量；②沙源方面：航道兩側(cè)應(yīng)有廣闊淺灘，足以生成產(chǎn)生傲積的豐富泥沙；③淤積環(huán)境：有良好的淤積條件，促使泥沙淤積。

對(duì)照這3個(gè)條件來分析爛沙洋北水道深水航道在臺(tái)風(fēng)浪作用下發(fā)生驟淤的可能性:①雖然臺(tái)風(fēng)期高潮位時(shí)，爛沙洋北水道內(nèi)曾出現(xiàn)過4.2 m的大浪，但時(shí)間很短，潮位下降后，波高迅速下降，能引起床沙懸浮上揚(yáng)的波浪歷時(shí)只有4個(gè)多小時(shí)，不會(huì)對(duì)航道產(chǎn)生驟淤；②爛沙洋北水道河床寬僅3-4km，航道兩側(cè)床灘狹窄，且水深較大，波浪底部速度小，不產(chǎn)生床沙的巨大輸移構(gòu)成驟淤威脅；③通過灘地開挖航道時(shí)，航道與輸沙方向有一個(gè)交角，輸沙橫越航道時(shí)，因水深加大，流速減小，因而發(fā)生泥沙淤積。但在爛沙洋北水道內(nèi)開挖航道時(shí)，航道與深槽抽線平行，水流與航槽一致，懸沙沿航槽因流速變化而逐漸發(fā)生沖淤變化，不會(huì)構(gòu)成驟淤。

雖然輻射沙洲規(guī)模宏大、水動(dòng)力及灘槽動(dòng)態(tài)復(fù)雜,曾一度被認(rèn)為是建港的禁區(qū)，但隨著輻射沙洲形成演變和海洋動(dòng)力的深入研究,輻射狀沙脊中南部的爛沙洋深水潮汐通道自然水深可滿足10萬噸級(jí)船舶乘潮通航,其南側(cè)低潮出露的西太陽沙同時(shí)具有建設(shè)人工島的地形基礎(chǔ),爛沙洋深水航道不會(huì)因大風(fēng)發(fā)生驟淤，輻射沙洲區(qū)總體格局與輻聚、輻散的流場(chǎng)特征相適應(yīng),部分潮汐通道長期存在,具有一定的開發(fā)利用前景。

4廣州南沙港區(qū)

4.1自然條件和水沙特性

港區(qū)主要處于受上游虎門、鳧洲水道落潮流和伶仃洋由灣外向?yàn)稠數(shù)臐q潮流的影響。龍穴島東側(cè)水域處于虎門和亮洲水道的落潮流體系的西部邊緣區(qū)。漲潮時(shí)，外海潮波由灣口向?yàn)硟?nèi)傳播，流向基本上為由南向北。漲潮流在東槽和西槽(伶仃洋水道)的流速較大，而在淺灘上的流速相對(duì)較弱。龍穴島西南部的橫門和龍穴南水道的大片出口淺灘灘面較高，漲潮流受此淺灘的阻礙，流速進(jìn)一步降低。因此，經(jīng)過該淺灘后進(jìn)入本港區(qū)的漲潮流速一般不大。港區(qū)水域潮流基本呈往復(fù)流動(dòng)，主流向與伶仃航道的走向趨于一致。洪季落潮流占優(yōu)，枯季漲潮流較強(qiáng)。

受眾多島嶼的遮擋，外海波浪很難傳到本工程海區(qū)。本海域以風(fēng)成浪為主。海域進(jìn)行過短期的波浪觀測(cè)，常浪向?yàn)镾SE,平均波高為0.2 m。最大波高為1.98 m，南沙港工程海區(qū)含沙量變化很小，該水域年平均含沙量約為0.16 kg/m3，屬低含沙海區(qū)。

4.2泥沙來源分析

珠江屬少沙河流，平均輸沙量8000萬t/a,每年進(jìn)入河口區(qū)的懸移質(zhì)總輸沙量3 664萬t,汛期多年平均輸沙量占全年的90%，沙峰與洪峰出現(xiàn)時(shí)間基本一致。

伶仃洋西部水域受蕉門、橫門和洪奇瀝3大口門來水來沙直接影響，東部水域主要接納虎門來水來沙及蕉門部分水沙。港區(qū)淤積主要有3個(gè)泥沙來源。其一為上游鳧洲水道和虎門下泄的少部分泥沙；其二為漲潮時(shí)橫門和龍穴南水道出口外的大片淺灘上的泥沙被風(fēng)浪掀起隨漲潮流到達(dá)港區(qū)水域的懸沙；其三是港區(qū)未開挖的淺灘上的泥沙在潮流和風(fēng)浪作用下的再懸浮。

南沙港區(qū)的淤積主要為懸沙淤積。相比黃驊港，由于風(fēng)和流的不同特征，南沙港區(qū)的淤積沒有那么嚴(yán)重。在港池航道維護(hù)疏浚以確保生產(chǎn)需要的通航水深時(shí)，將疏浚土吹填到指定的港區(qū)回填區(qū)內(nèi)，綜合利用疏浚土，也可為港口創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)利益。

5結(jié)束語

通過對(duì)珠海港、黃驊港、江蘇如東人工島、廣州南沙港區(qū)的水文、氣象、泥沙特征及來源的分析，得知港口航道的淤積程度會(huì)因港區(qū)的地質(zhì)、風(fēng)浪、海流及潮汐的不同而有所差異。如黃驊港海域波浪動(dòng)力較強(qiáng)，由于海域?yàn)┟嫫教?，波浪破碎帶較寬，破碎波對(duì)灘面的強(qiáng)烈擾動(dòng)，使破波帶成為泥沙最為活躍的區(qū)域。航道兩側(cè)灘面上的“波浪掀沙，水流輸沙”是泥沙運(yùn)動(dòng)的主要形式，底部泥沙運(yùn)動(dòng)是形成黃驊港航道的驟淤的主要原因。而江蘇如東人工島的爛沙洋航道就沒有黃驊港航道那種“大風(fēng)大淤，小風(fēng)小淤”的情況，由于爛沙洋北水道的基本屬性不變，即兩側(cè)有沙洲鏈掩護(hù)，水深大，潮差大，潮位變化快，航道兩側(cè)床灘狹窄，不具備驟淤條件，航道不會(huì)發(fā)生驟淤。

航道淤積的泥沙來源不僅包括航道兩側(cè)淺灘上的泥沙被風(fēng)浪掀起隨漲潮流進(jìn)入航道的懸沙，還有入海徑流下泄的泥沙。如珠海港，珠海港之高欄港址主要泥沙來源于港址附近淺灘的泥沙、崖門和虎跳門下泄的泥沙、黃茅?？谕馕髂舷蜓匕读鞯妮斏骋约按箫L(fēng)天隨漲潮流進(jìn)入港區(qū)的泥沙。大量的泥沙進(jìn)入港區(qū)航道，至使航道嚴(yán)重淤積，影響了船舶的安全航行。每年都要花費(fèi)大量資金來疏浚和維護(hù)航道，影響了港口經(jīng)濟(jì)效益。

DOI編碼：10.13646/j.cnki.42-1395/u.2016.01.012

中圖分類號(hào)：U658.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006－7973（2016）01－0044－03