殷振東,李王紅

(1.珠海港開(kāi)發(fā)建設(shè)有限公司，廣東 珠海 519050；2.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院深圳有限公司，廣東 深圳 518000)

在珠海港高欄港區(qū)，由于水域水深較小，進(jìn)港航道多通過(guò)開(kāi)挖海床而形成。目前主要航道包括高欄港進(jìn)港主航道、華聯(lián)支航道、電廠支航道、國(guó)碼支航道、巖谷九豐支航道等，地理位置及航道布置分別見(jiàn)圖1[1]、2。

隨著珠海港高欄港區(qū)的飛速發(fā)展,2008年以后，進(jìn)港主航道及電廠支航道進(jìn)行了多次擴(kuò)建，從而形成長(zhǎng)約16 km的高欄港區(qū)10萬(wàn)噸級(jí)進(jìn)港航道(表1)[2]。

表1 2008年以后珠海港高欄港區(qū)航道擴(kuò)建概況

注：以理論最低潮面為基面。

圖1 高欄港區(qū)航道地理位置

圖2 10萬(wàn)噸級(jí)航道布置

高欄港區(qū)的碼頭與航道多數(shù)始建于20世紀(jì)90年代，已運(yùn)行多年。在港口運(yùn)行過(guò)程中，港池和航道的回淤問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，影響到港船舶進(jìn)港航行。因此，有必要開(kāi)展航道回淤分析，為高欄港區(qū)疏浚維護(hù)以及未來(lái)航道等級(jí)的提升提供技術(shù)支撐。

1 海床演變

黃茅海是在古珠江溺谷灣的基礎(chǔ)上，在徑流、潮流和風(fēng)浪動(dòng)力的長(zhǎng)期塑造過(guò)程中，泥沙不斷堆積和三角洲不斷發(fā)育慢慢形成的[3]。

1861年，黃茅海的“三灘兩槽”格局尚未形成，崖門和虎跳門兩水道匯流后，口門外有一大片淺灘，大虎、二虎、三虎尚未與陸地相連，仍為海灣中的孤立島嶼，直至1936年，黃茅海的三灘兩槽格局才基本形成。崖門和虎跳門的徑流水沙下泄，使東岸和西北側(cè)大面積淺灘不斷淤高，迫使水流歸槽，形成東槽上段崖門落潮沖刷槽；由于虎跳門口門狹小，其潮流作用相對(duì)較弱，而崖門潮流作用則相對(duì)較強(qiáng)，落潮主流循崖門水道方向下泄，從而使深槽逐漸東移；在攔門沙外坡，在強(qiáng)大的潮流動(dòng)力作用下，形成東、西2條漲潮溝，因而在其東、西兩側(cè)及中間形成東、西灘和中灘。1883—1964年，由于虎跳門和崖門攜帶的泥沙不斷在黃茅海堆積，攔門沙不斷發(fā)展，使西槽向南退縮，呈萎縮趨勢(shì)，深槽寬度逐漸減小，中灘面積則不斷擴(kuò)大(圖3)。1964—1989年，東槽相對(duì)穩(wěn)定，赤鼻淺灘和黃茅淺灘在灘頂位置上、下有所變化，西槽則不斷向南退縮，中灘相應(yīng)地有所擴(kuò)大，仍基本維持三灘兩槽的地貌格局。

圖3 1883—1964年黃茅海地形對(duì)比

根據(jù)1977、1989、2003年黃茅海水域3次水下地形圖，對(duì)1977—2003年黃茅海水域地形沖淤變化進(jìn)行分析。各灘槽分區(qū)平均沖淤厚度變化見(jiàn)表2，各灘槽分區(qū)沖淤?gòu)?qiáng)度變化見(jiàn)表3(表中正號(hào)為淤積，負(fù)號(hào)為沖刷)[4]。

由表2、3可知：在1977—1989年的12年間，崖門深槽中上段淤積，淤積厚度在0.0～1.0 m之間；下段沖刷，沖刷深度0.5～2.0 m；東灘以淤積為主，淤積厚度0.0～0.91 m，平均淤積強(qiáng)度0.0～7.58 cm/a，其中上部平均淤積強(qiáng)度4.72 cm/a，中部淤積強(qiáng)度7.58 cm/a，下部淤積強(qiáng)度3.42 cm/a；攔門淺灘西側(cè)和內(nèi)坡沖淤變化不大，灘頂和外坡以淤積為主，厚度0.0～0.2 m，平均淤積厚度為0.04 m，平均淤積強(qiáng)度為0.33 cm/a。

在1989—2003年的14年間，崖門深槽沖刷明顯[5]，水深加深0.0～3.0 m，局部大于3.0 m；東灘由淤轉(zhuǎn)沖，沖刷深度0.0～2.0 m，其中上部平均沖刷速率2.07 cm/a，中部平均沖刷速率0.86 cm/a，下部產(chǎn)生淤積，淤積強(qiáng)度為0.86 cm/a。說(shuō)明主槽沖刷有向東發(fā)展的趨勢(shì)；攔門沙淺灘仍以淤積為主，但淤積幅度較小，內(nèi)坡、灘頂及外坡淤積0.0～0.2 m，局部大于0.2 m，平均淤厚0.09 m，淤積強(qiáng)度為0.64 cm/a；西側(cè)淤積0.0～0.2 m。

高欄港航道位于黃茅海東南部的四島間十字水域附近。從海床的沖淤變化看，該區(qū)域處于淤積狀態(tài)，1977—1989年間平均淤積強(qiáng)度約3.42 cm/a，1989—2003年間淤積強(qiáng)度減弱，平均約0.86 cm/a[6]。總體來(lái)看，區(qū)域自然條件下平均淤積強(qiáng)度較小。

表2 黃茅海1977—2003年沖淤厚度變化 m

表3 黃茅海1977—2003年沖淤?gòu)?qiáng)度變化 cm/a

2 高欄港區(qū)航道泥沙來(lái)源分析

2.1 上游來(lái)水來(lái)沙影響

黃茅海承接崖門水道及虎跳門水道下泄的徑流。崖門水道承泄西江部分水流及潭江徑流，其控制站黃沖站的多年平均年徑流量為196億m3，其中約1/3來(lái)自于潭江徑流[7]；虎跳門水道承泄部分西江徑流，其控制站西炮臺(tái)站多年平均年徑流量為202億m3。2條水道匯入黃茅海的多年平均年徑流量為398億m3。

據(jù)珠江西四口門1950—1980年資料統(tǒng)計(jì)，多年平均輸沙量約為3 709萬(wàn)t，西四口門的磨刀門、虎跳門、雞啼門、崖門分別為2341、509、469、363萬(wàn)t，所以進(jìn)入黃茅海水域的沙量為872萬(wàn)t[8]。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，受人類活動(dòng)等因素的影響，西、北江分汊口及網(wǎng)河區(qū)水道水沙分配比發(fā)生改變，并引起出海口門的輸水、輸沙量分配發(fā)生變化?，F(xiàn)狀(1985—2000年)條件下，西四口門的年平均徑流量為1 277億m3，比80年代以前(1950—1980年)的1 518億m3減少了241億m3，西四口門的平均輸沙量約為3 036萬(wàn)t，比80年代以前減少9.1%，其中虎跳門水道和崖門輸沙量減少約2.7%。

2.2 外海潮汐潮流的影響

在珠江河口八大口門中，黃茅海是徑流動(dòng)力較弱、潮流動(dòng)力較強(qiáng)的河口海灣。表4列出黃茅海崖門水道黃沖站與虎跳門水道西炮臺(tái)站多年平均潮量特征值及其年內(nèi)分配情況。由表4可見(jiàn)，就多年平均漲落潮量而言，崖門與虎跳門的凈泄量相接近，但崖門漲潮量是虎跳門的11.2倍，占兩口門總漲潮量的92%；落潮量崖門是虎跳門的3.2倍，占兩門的總落潮量的76%。表明崖門潮汐動(dòng)力遠(yuǎn)大于虎跳門。在多年平均山潮比方面，崖門為0.24，即凈泄量只占漲潮量的24%；而虎跳門為3.43，即凈泄量是漲潮量的3.43倍。表明崖門是以潮流動(dòng)力作用為主的口門，而虎跳門是以徑流動(dòng)力作用為主的河口。兩口門均遵循洪季山潮比大、枯季山潮比小的規(guī)律，具有潮量洪季小、枯季大的特點(diǎn)。但崖門全年山潮比均小于1，表明崖門即使在洪季潮流作用仍然占優(yōu)勢(shì)，而虎跳門洪季受徑流控制，枯季潮流作用較強(qiáng)。

黃茅海灣內(nèi)潮汐均屬不規(guī)則半日混合潮型，在一個(gè)太陰日內(nèi)出現(xiàn)2次高潮和2次低潮，日潮不等現(xiàn)象顯著。潮汐有滯后現(xiàn)象，大潮出現(xiàn)于朔、望之后1～2 d，小潮出現(xiàn)于上、下弦之后1～2 d。

表4 黃沖、西炮臺(tái)站多年平均潮量特征值

2.3 波浪掀沙影響

黃茅海面向南海，外海波浪對(duì)其有一定的影響。根據(jù)灣口荷包島波浪測(cè)站為期1年(1981年10月—1982年9月)的觀測(cè)成果可知，黃茅海外海波浪多為以風(fēng)浪為主的混合浪。波浪方向全年以SE向?yàn)橹?，頻率占50.72%，其次為NE向，頻率為12.3%。強(qiáng)浪向?yàn)镾E向，該向H1/10> 1.5 m，出現(xiàn)頻率為6.33%。

受黃茅海灣口島群的阻擋，外海波浪在向?yàn)硟?nèi)傳播的過(guò)程中逐漸減小。由于島群的走向?yàn)镹E～SW向，偏南向(SE、S、SW)波浪對(duì)灣內(nèi)影響較大。其中出現(xiàn)頻率較高SE和S向的年平均波高Hm=0.56 m，H1/10=1.12 m，H1/3=0.9 m，平均波周期為5.1 s。

除了外海涌浪外，在強(qiáng)風(fēng)作用下，灣內(nèi)水域會(huì)形成風(fēng)浪。但由于風(fēng)距小，加上灣內(nèi)岸線曲折，水深較小，難以形成大浪。

淺水區(qū)波浪可以掀起很高的含沙量,波高愈大掀沙能力愈強(qiáng),破波掀沙能力更大。深水區(qū)波浪掀沙能力顯著減小,因而有灘地掀起的泥沙被潮流帶入主槽，會(huì)使主槽發(fā)生淤積,即波浪具有刷灘淤槽的功能。大風(fēng)天浪高風(fēng)大,刷灘作用劇烈,灘區(qū)會(huì)形成很高的含沙量,在潮流的作用下高濁度混水遍及整個(gè)海區(qū),主槽(深水區(qū))波浪掀沙能力驟降,發(fā)生驟淤。

3 高欄港區(qū)航道回淤分析

3.1 年均回淤組成

圖4a)給出1999—2012年間主航道OM段以及電廠支航道的平均底高程變化過(guò)程。其中,1999年6月—2000年12月，航道泥沙回淤明顯，航道底高程由-15.3 m抬高至-13 m左右，到2003年航道底高程基本接近-11 m；當(dāng)航道底高程接近-11 m時(shí)，底高程迅速下降，表明此時(shí)段內(nèi)航道進(jìn)行疏浚維護(hù)；2003—2008年，主航道底高程與電廠支航道底高程基本維持在-12 m左右。如圖4b)所示，2008—2012年，主航道疏浚量增加，航道底高程維持在-15 m左右，電廠支航道底高程維持在-12 m左右；2013年主航道底高程疏浚至-15.5 m，電廠支航道底高程疏浚至-14 m[9]。

圖4 高欄港區(qū)航道平均底高程變化

圖5給出由底高程變化計(jì)算所得的月平均淤積強(qiáng)度變化。

注：正值表示某次測(cè)圖與之前一次測(cè)圖之間航道出現(xiàn)淤積，負(fù)值表示航道出現(xiàn)沖刷。

圖5高欄港區(qū)航道月平均沖淤速度變化

由圖5可知，主航道沖刷與疏浚對(duì)應(yīng)，人為影響較大。在2000年6月以前，航道高程較低時(shí)(約-15.3 m)，回淤速率保持在較高的水平，主航道OM段平均淤積強(qiáng)度達(dá)0.15 m/月，電廠支航道為0.10 m/月；隨著回淤量的累積，航道底高程抬高，淤積強(qiáng)度明顯下降，其中，2000年6月—2002年6月這兩年間，平均淤積強(qiáng)度僅為0.07 m/月；此后，淤積強(qiáng)度曲線出現(xiàn)多次波動(dòng)，向下波動(dòng)的原因是人工疏浚導(dǎo)致航槽高程下降，向上波動(dòng)表明該時(shí)段內(nèi)航道淤積強(qiáng)度加快，此時(shí)淤積強(qiáng)度均超過(guò)0.15 m/月；2條航道出現(xiàn)淤積強(qiáng)度增大的時(shí)間基本同步，均出現(xiàn)在黃茅海區(qū)域臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)，可以推測(cè)這種淤積加快是臺(tái)風(fēng)引起的航道驟淤所導(dǎo)致的；在無(wú)臺(tái)風(fēng)及疏浚影響期間，主航道OM段和電廠支航道的月平均淤積強(qiáng)度均小于0.1 m/月，且變化幅度不大?？梢?jiàn)，高欄港區(qū)航道淤積由常年淤積和臺(tái)風(fēng)驟淤2部分組成。

3.2 常年淤積

根據(jù)實(shí)測(cè)航道地形資料，若將臺(tái)風(fēng)影響的時(shí)段加以扣除后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出不受臺(tái)風(fēng)影響時(shí)期的總淤積厚度與總月數(shù)，從而可計(jì)算常年淤積強(qiáng)度，但由于臺(tái)風(fēng)均發(fā)生于汛期，在計(jì)算時(shí)期中，枯水期所占月數(shù)較多時(shí)，所得的常年回淤?gòu)?qiáng)度偏小。根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，枯水期多年平均淤積強(qiáng)度約為汛期淤積強(qiáng)度的1/3，也即枯水期2個(gè)月的淤積強(qiáng)度相當(dāng)于汛期一個(gè)月的淤積強(qiáng)度[10]。因而根據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)期的汛期與枯水期的月數(shù)和總淤積厚度，按上述比例關(guān)系，分別計(jì)算枯水期與汛期的淤積強(qiáng)度，從而可得正常年回淤?gòu)?qiáng)度。經(jīng)資料分析可知，高欄港區(qū)主航道正常淤積強(qiáng)度約為1.04 m/a。

3.3 驟淤

根據(jù)氣象資料分析，對(duì)黃茅海水域有明顯影響的臺(tái)風(fēng)平均每年有1～3個(gè)。表5給出2002—2012年間影響黃茅海區(qū)域的主要臺(tái)風(fēng)名稱以及對(duì)應(yīng)時(shí)段高欄港區(qū)驟淤情況。

受臺(tái)風(fēng)作用影響，港池與航道區(qū)域出現(xiàn)驟淤，此處將臺(tái)風(fēng)影響期間港區(qū)總回淤厚度減去該時(shí)段的常年淤積厚度，得到該時(shí)段的驟淤厚度。從2002—2012年間高欄港區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響，平均每年出現(xiàn)1～2次航道驟淤，驟淤厚度一般為0.09～0.99 m，其中最大的驟淤厚度為0.99 m，出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)“伊布都”期間的主航道OM段，驟淤量一般為常年淤積量的30%～50%。

表5 驟淤厚度 m

驟淤量的大小和分布與臺(tái)風(fēng)路徑及強(qiáng)度有關(guān)。圖6為2個(gè)典型臺(tái)風(fēng)的路徑圖。從圖6可以看出，“伊布都”強(qiáng)度更大、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，其臺(tái)風(fēng)中心距離黃茅海較近的時(shí)段(2003年7月23—25日)一直保持強(qiáng)熱帶風(fēng)暴以上的強(qiáng)度，所以對(duì)高欄港航道的驟淤影響特別大；相比之下，“黑格比”雖然影響路徑基本一致，但強(qiáng)度小且持續(xù)時(shí)間較短，因此引起的驟淤量明顯小于前者。

圖6 典型臺(tái)風(fēng)路徑

4 結(jié)語(yǔ)

1)高欄港所在的十字水域海床近年來(lái)處于淤積狀態(tài)，1977—1989年平均淤積強(qiáng)度為3.42 cm/a；1989—2003年間，淤積減緩，約為0.86 cm/a。

2)高欄港區(qū)航道年淤積量由常年淤積和臺(tái)風(fēng)驟淤兩部分組成。

3)根據(jù)常年淤積的數(shù)據(jù)，2008年以前，主航道MB段、OM段和電廠支航道的常年平均淤積強(qiáng)度分別為0.51～0.60、0.87～1.02、0.54～0.60 m/a；2008年以后，隨著航道擴(kuò)建，主航道MB段淤積強(qiáng)度增大，為0.93～0.99 m/a，電廠支航道淤積強(qiáng)度減弱，為0.36～0.42 m/a。

4)高欄港區(qū)航道每年發(fā)生明顯驟淤1～2次，驟淤量一般為常年淤積量的30%～50%，驟淤引起的平均淤積厚度為0.32～0.60 m，驟淤量的大小和分布與臺(tái)風(fēng)路徑及強(qiáng)度有關(guān)。