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        上海臨港海上風(fēng)電二期工程區(qū)域海洋水沙特征分析

        2020-11-06 05:50:45沈彥軍陳亮王國(guó)波
        中國(guó)水運(yùn) 2020年9期

        沈彥軍 陳亮 王國(guó)波

        摘 要:本文重點(diǎn)分析上海臨港海上風(fēng)電二期工程區(qū)域海洋水沙特征,主要對(duì)潮汐、潮流、風(fēng)浪、泥沙及海床地形等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。研究成果可為該海域的海洋風(fēng)電及其它工程項(xiàng)目的研究立項(xiàng)、開發(fā)及管理提供科學(xué)參考依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:臨港海上風(fēng)電;潮汐;潮流;風(fēng)浪;含沙量;海床演變

        中圖分類號(hào):P75? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1006—7973(2020)09-0138-03

        1引言

        上海臨港海上風(fēng)電場(chǎng)二期工程位于南匯邊灘以東,杭州灣與長(zhǎng)江口南槽的交匯處,西起-5m等深線附近、東以長(zhǎng)江口南支航道以西避航區(qū)為界、北至南匯大治河延長(zhǎng)線、南為環(huán)球海底光纜以北(相距1km),可利用海域面積約45km2。風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃總裝機(jī)容量20萬(wàn)kW,場(chǎng)址分為南北兩部分,本次研究區(qū)域?yàn)楸眰?cè)二期工程部分(見圖1),裝機(jī)容量10萬(wàn)kW級(jí)。

        本文研究區(qū)域位于長(zhǎng)江口和杭州灣的交匯地帶,受長(zhǎng)江口與杭州灣水沙交換相互影響,二十世紀(jì)以來(lái),分別實(shí)施了南匯東灘圍墾工程、長(zhǎng)江口北槽深水航道治理工程、南槽航道治理工程、洋山深水港工程、東海大橋工程等,工程的實(shí)施改變了原南匯邊灘外邊界。國(guó)內(nèi)學(xué)者研究方向多集中在南匯邊灘近岸段的動(dòng)力過(guò)程、剖面塑造機(jī)制及演變規(guī)律等方面進(jìn)行了分析[1-3],但未對(duì)南匯邊灘的離岸區(qū)域和本風(fēng)電場(chǎng)海域內(nèi)水沙特征進(jìn)行深入分析。本文將基于研究區(qū)域內(nèi)的潮汐、潮流、風(fēng)浪、泥沙及海床沖淤變化等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出該區(qū)域海洋水沙特征,為該海域的海洋風(fēng)電及其它工程項(xiàng)目的研究立項(xiàng)、開發(fā)及管理提供科學(xué)參考依據(jù)。

        2 海洋水文特征分析

        2.1 潮汐特征

        本風(fēng)電場(chǎng)海域內(nèi)沒有驗(yàn)潮資料,故以本風(fēng)電場(chǎng)東南約10km的大戢山、西約18km的蘆潮港長(zhǎng)期驗(yàn)潮資料作為潮位分析的依據(jù),以兩站驗(yàn)潮基準(zhǔn)面的高程關(guān)系作為風(fēng)電場(chǎng)工程高程基準(zhǔn)的依據(jù),并以兩站驗(yàn)潮資料表征風(fēng)電場(chǎng)海域潮汐的基本特征。參考以上兩海洋站驗(yàn)潮資料,可知,本海域的潮汐屬非正規(guī)半日淺海潮。

        風(fēng)電場(chǎng)海域的最高、最低潮位極值的出現(xiàn),是在重大天氣系統(tǒng)侵襲,風(fēng)暴增、減水造成。本海域最高潮位極值發(fā)生在9711號(hào)臺(tái)風(fēng)影響期,最低潮位極值發(fā)生在1980年10月25日。

        杭州灣口內(nèi)和口外的潮差存在差異:潮差的大小口內(nèi)明顯大于口外,但最大潮差極值均出現(xiàn)在0012號(hào)(派比安)臺(tái)風(fēng)期;潮差的月際變化存在著兩種類型。蘆潮港月平均潮差一年中呈一高一低型。即9月最大,1月最下;大戢山的月平均潮差一年中呈兩高兩低型。兩高出現(xiàn)在3月和9月,兩低出現(xiàn)在6月和12月。

        外海潮波進(jìn)入風(fēng)電場(chǎng)海域后,受地形和徑流的作用,潮波逐漸變形,前波增陡,后波變緩,使得落潮歷時(shí)長(zhǎng)于漲潮歷時(shí),歷時(shí)差從東向西逐漸增大。

        2.2 潮流特征

        本風(fēng)電場(chǎng)位于南匯嘴外、大戢洋的西北側(cè),為杭州灣與長(zhǎng)江口南槽的交匯處。長(zhǎng)江口南槽是長(zhǎng)江口與杭州灣水沙交換的直接通道,東海潮波進(jìn)入長(zhǎng)江口與杭州灣交匯區(qū)后,進(jìn)入長(zhǎng)江口的潮波方向?yàn)?05°,漲潮流的主導(dǎo)方向?yàn)?16°,進(jìn)入杭州灣北部的潮波方向?yàn)?57°,漲潮主導(dǎo)流向?yàn)?68°。

        2007年6月30日~7月8日在本風(fēng)電場(chǎng)海域布設(shè)兩個(gè)流速流向測(cè)站N1、N2,進(jìn)行了流速流向觀測(cè)。N1、N2測(cè)站分別位于風(fēng)電場(chǎng)北側(cè)及南側(cè)。本次N1站實(shí)測(cè)漲潮平均流向?yàn)?55°,落潮為83°~92°,表明本風(fēng)電場(chǎng)海域主要為杭州灣流徙控制,同時(shí)也受到長(zhǎng)江口流系的作用影響。本風(fēng)電場(chǎng)海域的潮波接近駐潮波,潮流與潮位存在位相差,在一個(gè)潮周期中有漲潮落潮流、漲潮漲潮流、落潮漲潮流、落潮落潮流四個(gè)階段,其中落潮落潮流時(shí)間最長(zhǎng),其次為漲潮漲潮流,漲潮落潮流,落潮漲潮流時(shí)間最短,一般在1小時(shí)左右。

        本風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)最大流速流向具有以下特征:以垂線流速看,實(shí)測(cè)最大流速在潮次間的變化為:N1站中潮最大,大潮次之,小潮略小;N2站大、中、小潮流速變化很小,表層流速大潮最大;本風(fēng)電場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)流不顯著,且南、北相反;本風(fēng)電場(chǎng)的潮流成旋轉(zhuǎn)狀態(tài),流向在垂向、潮次間有一定的變化,但大、中、小潮垂線最大流速的流向還是較穩(wěn)定。

        全潮平均流速流向是一個(gè)全潮各時(shí)次漲潮、落潮實(shí)測(cè)流速流向的矢量平均。N1站全潮漲潮垂線平均流速大、中、小潮分別為61cm/s、77cm/s、62cm/s;落潮分別為68cm/s、79cm/s、67cm/s。N2站全潮漲潮垂線平均流速大、中、小潮分別為52cm/s、67cm/s、63cm/s;落潮分別為65cm/s、67cm/s、63cm/s;N1全潮平均流向與強(qiáng)流向有10°左右的偏差。平均流速的垂向變化為表層最大、中層次之、底層最小。

        2.3 風(fēng)浪特征

        本風(fēng)電場(chǎng)周邊有引水船、大戢山兩個(gè)長(zhǎng)期波浪觀測(cè)站。引水船海洋站是借助于停泊在九段沙東側(cè)的引水船進(jìn)行風(fēng)、波浪等項(xiàng)目的觀測(cè),距風(fēng)電場(chǎng)北側(cè)12km左右。大戢山海洋站位于風(fēng)電場(chǎng)東南約10km,測(cè)風(fēng)點(diǎn)位于山頂、海拔高度81m,四周空曠。測(cè)波點(diǎn)位于島的東北方向,離岸約500m,浮筒處水深18.8m,NW~S向的波浪有良好的代表性,包括了風(fēng)電場(chǎng)海域的常浪向、強(qiáng)浪向。

        通過(guò)分析上述兩個(gè)站的資料得出:風(fēng)電場(chǎng)海域風(fēng)向的季節(jié)變化十分明顯,冬季盛行偏北風(fēng),夏季盛行偏南風(fēng),年常風(fēng)向?yàn)镹NE、NE,年強(qiáng)風(fēng)向?yàn)槠毕颍?978~2002年NNE向10分鐘平均風(fēng)速最大為28m/s(海面10m高度)。年常浪向?yàn)镹NE、NE向,年強(qiáng)浪向?yàn)槠保∟NW、N、NNE、NE)向,其中H1/10最大為7.0m(NNE向)。

        2.4 泥沙和海床演變特征

        本工程區(qū)域海床表面主要為淤泥和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。工程所在海域懸沙含沙量隨年內(nèi)季節(jié)變化和潮汐變化而相應(yīng)變化,冬季含沙量普遍大于夏季含沙量;大、中、小潮比較,大潮含沙量最高,中潮含沙量較小,小潮含沙量則明顯為低。根據(jù)水文測(cè)驗(yàn)資料,場(chǎng)址區(qū)大潮垂線平均含沙量為1.2kg/m3左右,懸沙級(jí)配比較均勻,平均粒徑基本上為0.008mm左右,為粉沙質(zhì)粘土。場(chǎng)址區(qū)海域泥沙底質(zhì)為比較均勻的粉沙質(zhì)淤泥,平均粒徑為0.010~0.015mm。

        依據(jù)不同時(shí)期杭州灣水下地形測(cè)量成果及東海大橋2002-2003年水下地形測(cè)量成果,通過(guò)對(duì)場(chǎng)址區(qū)域斷面變化情況比較,分析了海床演變情況。東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)所在工程區(qū)1962年~1976年間處于淤積狀態(tài),年平均淤積3cm左右;1976年~1997年間工程區(qū)離岸4~6km范圍內(nèi)沖刷,6km以外為淤積,沖淤幅度不大,21年間最大沖淤幅度0.6m左右,海床基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。由近年的資料分析也可看出,海堤外水下邊坡區(qū)和海床內(nèi)邊緣有一定的沖刷,但離岸5km以外沖刷量趨小[4]。

        本風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址區(qū)西側(cè)距離岸線最近處9.2km,所在的岸線目前基本為人工海岸,岸線已被固定,本風(fēng)電場(chǎng)工程海域近岸6km范圍內(nèi)近年基本處于微沖狀態(tài),6km以外海床基本處于微淤狀態(tài)。因此,本風(fēng)電場(chǎng)工程區(qū)海床總體上基本穩(wěn)定。

        3 結(jié)論

        (1)本海域的潮汐屬非正規(guī)半日淺海潮,海域落潮歷時(shí)長(zhǎng)于漲潮歷時(shí),歷時(shí)差從東向西逐漸增大。

        (2)本風(fēng)電場(chǎng)海域的潮波接近駐潮波,潮流成旋轉(zhuǎn)流狀態(tài),大、中、小潮垂線最大流速的流向較穩(wěn)定,平均流速的垂向變化為表層最大、中層次之、底層最小。

        (3)風(fēng)電場(chǎng)海域風(fēng)向的季節(jié)變化十分明顯,冬季盛行偏北風(fēng),夏季盛行偏南風(fēng),年常風(fēng)向?yàn)镹NE、NE,年強(qiáng)風(fēng)向?yàn)槠毕颉D瓿@讼驗(yàn)镹NE、NE向,年強(qiáng)浪向?yàn)槠毕颉?/p>

        (4)本工程區(qū)域海床表面主要為淤泥和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土;所在海域冬季含沙量普遍大于夏季含沙量;大中小潮含沙量依次減小。

        (5)本工程海域近岸6km范圍內(nèi)近年基本處于微沖狀態(tài),6km以外海床基本處于微淤狀態(tài),總體上工程區(qū)海床基本穩(wěn)定。

        參考文獻(xiàn):

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        [4]上??睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院. 上海臨港海上風(fēng)電二期工程可行性研究報(bào)告[R].上海:上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 2015.

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