樂(lè)清灣港池試挖槽回淤監(jiān)測(cè)

黃志揚(yáng)，丁健，葉建國(guó)

（1.中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200120；2.溫州市樂(lè)清灣港區(qū)開發(fā)建設(shè)管理委員會(huì)，浙江 樂(lè)清 325600）

0 引言

樂(lè)清灣位于浙江南部甌江入海口北側(cè)，灣內(nèi)水深港闊。為充分利用其水深條件，并達(dá)到“淺水深用”的目的，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃擬在樂(lè)清灣中部西側(cè)的打水灣附近開發(fā)深水港區(qū)。目前規(guī)劃港池水域自然灘面水深約3.8 m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妫峦鄢卦O(shè)計(jì)水深13.8 m，平均挖泥厚度約10 m。港池浚深后回淤問(wèn)題，特別是大風(fēng)天的驟淤問(wèn)題是樂(lè)清灣深水港區(qū)開發(fā)建設(shè)要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。

目前，就港池、航道浚深后的回淤?gòu)?qiáng)度估算主要有經(jīng)驗(yàn)公式法、物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試挖槽試驗(yàn)等研究手段[1-5]。以上幾種方法中現(xiàn)場(chǎng)試挖槽試驗(yàn)最能真實(shí)地反映工程區(qū)水沙運(yùn)動(dòng)情況，其成果可靠性最高，是研究泥沙問(wèn)題的最佳途徑。為深入研究今后樂(lè)清灣港區(qū)建設(shè)的港池、航道回淤問(wèn)題，結(jié)合港區(qū)陸域形成工程取土的需要，在擬建港池區(qū)開展試挖槽回淤監(jiān)測(cè)研究工作。利用1個(gè)完整水文年的回淤監(jiān)測(cè)資料，分析試挖槽的回淤環(huán)境和回淤規(guī)律，并采用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)港區(qū)回淤?gòu)?qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，研究成果將為樂(lè)清灣港區(qū)“淺水深用”的開發(fā)建設(shè)提供重要科學(xué)參考。

1 試挖槽概況及回淤環(huán)境

樂(lè)清灣擬建深水港區(qū)位于樂(lè)清灣中部的西岸、南岳鎮(zhèn)東沙港頭村打水灣附近，見(jiàn)圖1。樂(lè)清灣口窄內(nèi)寬，灣內(nèi)灘地寬廣，汊道密布，潮差又大，因而納潮量大，是我國(guó)典型的強(qiáng)潮海灣之一。本試挖工程綜合考慮港池后期的開挖港和港區(qū)陸域形成泥土的需要，試挖槽布置在擬建港池中部，試挖槽沿碼頭方向長(zhǎng)約645 m，垂直碼頭方向?qū)捈s457 m，浚后水深12.3 m，平均挖泥厚度約8.5 m，見(jiàn)圖2。

樂(lè)清灣為典型強(qiáng)潮海灣，海灣內(nèi)平均潮差為4.77 m，實(shí)測(cè)最大潮差值可達(dá)7.87 m，潮差由灣口往灣頂逐漸增大，灣頂處潮差約為灣口處1.19倍。樂(lè)清灣海域的潮流特征為不規(guī)則半日淺海潮流，灣內(nèi)潮流主要受地形制約呈往復(fù)流形態(tài)，漲、落潮流路基本穩(wěn)定。樂(lè)清灣中部漲急流速1.16 m/s，流向354°；落急流速1.59 m/s，流向172°，落潮流速大于漲潮流速。由于樂(lè)清灣三面環(huán)山，風(fēng)浪掩護(hù)條件好，年平均波高約0.4 m。

由于樂(lè)清灣掩護(hù)條件良好，風(fēng)浪不大，風(fēng)浪的掀沙作用有限，水體含沙量總體較小。從樂(lè)清灣沙港頭2003年全年含沙量觀測(cè)成果來(lái)看，表層年平均含沙量為0.08 kg/m3，底層年平均含沙量為0.14 kg/m3。2009年7月和2010年4月試挖槽區(qū)實(shí)測(cè)含沙量分別為0.15～0.21 kg/m3和0.06～0.16 kg/m3。從泥沙來(lái)源來(lái)看，主要有以下三方面[6]：1）入灣河流輸沙；2）甌江徑流向東北的輸沙；3）長(zhǎng)江入海南移和陸架區(qū)再懸浮泥沙。其中，入灣河流及甌江徑流輸沙對(duì)樂(lè)清灣的影響較小。而長(zhǎng)江入海南移和陸架區(qū)再懸浮泥沙為樂(lè)清灣主要泥沙來(lái)源。

從底質(zhì)類型和分布（圖3）來(lái)看，樂(lè)清灣底質(zhì)以細(xì)顆粒的粉砂質(zhì)黏土為主，屬淤泥質(zhì)海灣，底質(zhì)中值粒徑的分布由灣口至灣頂逐漸變細(xì)。從本次研究的底質(zhì)取樣結(jié)果來(lái)看，底質(zhì)中值粒徑在0.00563～0.00717 mm之間，其中黏粒（d<0.005 mm）質(zhì)量大于總質(zhì)量的30%，底質(zhì)為黏土。樂(lè)清灣底中值粒徑與懸沙中值粒徑（0.0051～0.0143 mm）基本相當(dāng)，說(shuō)明泥沙落淤以懸沙淤積為主。

2 回淤統(tǒng)計(jì)與分析

自2009年5月至2010年4月對(duì)試挖槽進(jìn)行了8次水深測(cè)驗(yàn)，從試挖槽及周邊近1 a的沖淤分布（圖4）來(lái)看，試挖槽外有沖有淤，沖淤幅度總體較小，在±0.2 m內(nèi)；而試挖槽內(nèi)淤積相對(duì)明顯，其西南側(cè)淤積厚度在1.0 m左右，而東北側(cè)淤積厚度在0.2～0.5 m，在淤積分布上呈現(xiàn)西側(cè)淤積厚度明顯大于東側(cè)的特征。

從觀測(cè)期間的淤積過(guò)程來(lái)看，試挖槽呈現(xiàn)持續(xù)淤積狀態(tài)，從2009年5月至2010年4月歷時(shí)11個(gè)月，全槽平均淤積厚度為0.89 m，折合到年回淤?gòu)?qiáng)度為0.97 m/a，挖槽灘槽高差約8.5 m，年回淤率約11%，常年回淤?gòu)?qiáng)度不大。

從淤積的季節(jié)變化來(lái)看，2009年5月9日—10月22日歷時(shí)5.5個(gè)月處于夏半年，全槽淤積厚度為0.49 m，折合到半年（6個(gè)月）的回淤厚度為0.53 m；2009年10月22日—2010年4月5日歷時(shí)5.5個(gè)月處于冬半年，全槽淤積厚度為0.40 m，折合到半年（6個(gè)月）的回淤厚度為0.44 m，見(jiàn)表1。對(duì)比試挖槽冬、夏季回淤厚度可知，夏半年淤積厚度略大于冬半年，但兩者基本相當(dāng)，說(shuō)明淤積的季節(jié)性不是很明顯。

表1 試挖槽累計(jì)淤積厚度統(tǒng)計(jì)

就不同階段的淤積速率來(lái)看，試挖槽竣工初期（2009年5月9日—6月4日）和莫拉克臺(tái)風(fēng)期（2009年8月5日—8月15日）淤積相對(duì)略快。竣工初期淤積相對(duì)略快主要是因?yàn)橥诓鄹淖兞嗽械臑┟嫫胶猓４蔡幱谡{(diào)整初期；而莫拉克臺(tái)風(fēng)期淤積比正常天氣情況下淤積略快，主要是由于大風(fēng)期間波浪的掀沙作用，見(jiàn)圖5。

3 臺(tái)風(fēng)對(duì)回淤的影響

臺(tái)風(fēng)是影響溫州海區(qū)最重大的災(zāi)害性天氣，每年有2～3次熱帶風(fēng)暴及臺(tái)風(fēng)影響，并有1～2次臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮出現(xiàn)。此次回淤觀測(cè)期間試挖槽經(jīng)歷了2009年第8號(hào)臺(tái)風(fēng)莫拉克的影響。莫拉克臺(tái)風(fēng)8月10日6時(shí)左右進(jìn)入溫州境內(nèi)，8月10日19時(shí)左右離開溫州境內(nèi)，風(fēng)力九級(jí)，最大風(fēng)速21 m/s，風(fēng)向?yàn)镹NE向。

臺(tái)風(fēng)對(duì)港池、航道回淤的影響主要關(guān)注在風(fēng)浪掀沙是否會(huì)造成“驟淤”。已有研究表明，引起港池、航道發(fā)生驟淤需同時(shí)具備兩個(gè)條件[7-9]，其一是易于沉積的水動(dòng)力環(huán)境，其二是有豐富的泥沙來(lái)源。

從沉積環(huán)境來(lái)看，樂(lè)清灣為強(qiáng)潮河口，潮差大，水流較強(qiáng)，水流為往復(fù)流，落潮流大于漲潮流，總體有利于灣內(nèi)泥沙的向外輸移。就淤泥質(zhì)海岸大風(fēng)天出現(xiàn)驟淤的泥沙來(lái)源而言，主要為浮泥發(fā)育和大風(fēng)浪掀沙。從莫拉克臺(tái)風(fēng)后高低頻水深監(jiān)測(cè)來(lái)看，試挖槽內(nèi)98%的區(qū)域高低頻水深測(cè)量差值在0～0.2 m之間，說(shuō)明此次大風(fēng)后未出現(xiàn)明顯的浮泥發(fā)育。從大風(fēng)天的風(fēng)浪掀沙條件來(lái)看，雖然灣內(nèi)西灘沉積物較細(xì)（中值粒徑在0.0052～0.0087 mm之間），水深較淺，具備波浪掀沙的條件，但由于樂(lè)清灣三面環(huán)山，風(fēng)浪掩護(hù)條件較好，風(fēng)浪作用有限。2005年7月18日海棠臺(tái)風(fēng)期的實(shí)測(cè)資料表明，當(dāng)時(shí)南岳極值風(fēng)速為37.3 m/s，在樂(lè)清灣港區(qū)邊灘上測(cè)得的底層最大含沙量為3.04 kg/m3，港區(qū)附近底層最大含沙量約0.85 kg/m3；2009年莫拉克臺(tái)風(fēng)后試挖槽區(qū)底層和垂涎平均最大含沙量分別為1.54 kg/m3和0.43 kg/m3。總的來(lái)看，大風(fēng)天工程區(qū)含沙量雖然比平常天氣情況時(shí)大，但并未出現(xiàn)明顯的高含沙量。

通過(guò)以上對(duì)樂(lè)清灣沉積的水動(dòng)力環(huán)境、泥沙來(lái)源和已有研究成果初步判斷，樂(lè)清灣出現(xiàn)“驟淤”的可能性不大。就莫拉克臺(tái)風(fēng)期間試挖槽淤積來(lái)看，臺(tái)風(fēng)前后兩次測(cè)量時(shí)間間隔約10 d，試挖槽平均淤積厚度約9.8 cm，期間也未發(fā)生明顯淤積。

4 經(jīng)驗(yàn)公式的適用性驗(yàn)證

回淤估算的經(jīng)驗(yàn)公式是通過(guò)理論推導(dǎo)和工程實(shí)踐總結(jié)得到的。由于不同海區(qū)回淤的水沙環(huán)境差異較大，在選用經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)需根據(jù)海岸性質(zhì)、水沙特征等合理確定，并有必要通過(guò)實(shí)測(cè)資料就公式的適用性進(jìn)行分析驗(yàn)證。

樂(lè)清灣為淤泥質(zhì)海灣，目前計(jì)算淤泥質(zhì)海岸港池、航道回淤?gòu)?qiáng)度時(shí)，劉家駒公式[10]得到廣泛運(yùn)用，其中針對(duì)開敞式港池的回淤計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：P為年回淤?gòu)?qiáng)度，m/a；K1為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.35；ω為細(xì)顆粒泥沙絮凝沉速，m/s；S為當(dāng)?shù)啬昶骄沉浚琸g/m3；T為淤積歷時(shí)，s；γ0為淤積泥沙干容重，kg/m3，可按γ0=1750計(jì)算；d1、d2分別為灘面水深和港池水深，m。

采用式（1），根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料年平均含沙量取0.13 kg/m3；γ0取690 kg/m3，泥沙絮凝沉速取0.0005 m/s，計(jì)算得到試挖槽的淤積強(qiáng)度為0.94 m/a，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的回淤?gòu)?qiáng)度0.97 m/a吻合較好，說(shuō)明式（1）適用于樂(lè)清灣海域港池的回淤計(jì)算，今后可以采用該公式進(jìn)行港池的回淤?gòu)?qiáng)度估算。

5 主要結(jié)論

為了研究樂(lè)清灣深水港區(qū)建設(shè)港池、航道的回淤問(wèn)題，在擬建港池開展了試挖槽回淤監(jiān)測(cè)研究。研究表明，樂(lè)清灣為我國(guó)典型強(qiáng)潮海灣，潮差大、潮流強(qiáng)；灣內(nèi)掩護(hù)條件較好，波浪掀沙作用不強(qiáng)，水體含沙量較小泥沙淤積以懸沙落淤為主。試挖槽平均挖泥厚度約8.5 m，實(shí)測(cè)年回淤?gòu)?qiáng)度0.97 m/a，年回淤率約11%，回淤?gòu)?qiáng)度不大，且冬、夏季相當(dāng)。通過(guò)“莫拉克”臺(tái)風(fēng)期的水深測(cè)量和浮泥發(fā)育監(jiān)測(cè)，結(jié)合工程區(qū)的沉積水動(dòng)力環(huán)境和泥沙來(lái)源分析，初步判斷臺(tái)風(fēng)對(duì)試挖槽回淤的影響較小，樂(lè)清灣深水港池發(fā)生驟淤的可能性不大，樂(lè)清灣具備“淺水深用”的建港條件。

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