港口“淺水深用”受回淤影響分析

趙新宇(臺州市港航管理局,浙江舟山318000)

?

港口“淺水深用”受回淤影響分析

趙新宇
(臺州市港航管理局,浙江舟山318000)

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

關鍵詞：建港條件;港口資源;淺水深用;泥沙驟淤;泥沙來源;水動力環境

隨著船舶大型化的發展和優質港口資源的日益缺乏，為了適應經濟形式的發展，為地方工業經濟運輸配套，港口資源的淺水深用被提上了議事日程，國內一些主要港口業對淺水深用進行了嘗試。國內的珠海港、黃驊港、江蘇如東人工島、廣州南沙港區進行了人工開挖深水航道，對港口資源進行淺水深用。各個港口水文氣象等自然條件不一，有成功經驗也有失敗教訓。

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，潮流運動形式為往復流，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，落潮歷時長于漲潮歷時，潮波具有駐波性質。高欄港區所在的水域流態平順，趨于往復運動。

黃茅海區含沙量大小與潮流流速大小關系密切：流急含沙量大，流緩則含沙量小；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。黃茅海底質泥沙較細，主槽泥沙稍粗易于被風浪掀起由潮流輸送。

1.2港區泥沙回淤情況分析

黃茅海淺海區是二槽三灘的格局。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：海區沉積的泥沙在風浪作用下重新懸浮、落淤。該區的泥沙在潮流、波浪等動力條件下，搬運到了港區；崖門、虎跳門下泄泥沙由黃茅海東灘、大海環邊灘中轉，經三角山東、西兩口門隨落潮流進入十字海區落淤；雞啼門、磨刀門、伶仃洋下泄泥沙隨西南向沿岸流在漲潮時由高欄島-荷包島的南口門帶進高欄港十字海區落淤；在大風天情況下，黃茅海口外的泥沙在漲潮流作用下進入港區．從而引起港區的驟淤。分析2002年6月和2002年lO月兩次實測水下地形資料，港區驟淤厚度約占此期間總淤積厚度的55%，驟淤較嚴重。大量的泥沙進入港區航道，至使航道嚴重淤積，影響了船舶的安全航行。每年都要花費大量資金來疏浚和維護航道，對港口經濟效益有一定的影響。

2黃驊港

2.1黃驊港海域的泥沙環境

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，所處的海岸應屬淤泥質粉沙海岸。渤海灣內北部水域底質基本屬于淤泥質，而南部水域底質則屬于粉沙質，N和EN向大風下，北部水域的波浪要小于南部，由于粉沙質泥沙更易起動懸浮和較強的動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海底掀沙外，懸浮泥沙的運移，對該水域也帶來一定影響。黃驊港海域泥沙運動上要受風浪控制，風浪越大含沙量越大。近岸含沙量分布含沙量明顯大于遠岸，同時近岸泥沙在落潮流帶動下向外海輸移，在航道局部水域存在懸沙濃度較高區域。含沙量分布特征為：夏季含沙量較低，春秋季含沙量相對較高；大風天氣下，海區含沙量急劇增加，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，2000年開挖外航道，2000年秋季到2001年春，航道基本淤平。2001年調整航道軸向后，2002年3場大風總淤積量達到了770萬m3，2003年3場大風淤積量達到1320萬m3，大風作用下外航道淤積現象十分明顯，對航道的維護帶來很大影響。外航道泥沙淤積原因分析：

黃驊港灘面破波帶的角度分析，波浪破碎對灘面的強烈擾動，對于灘面坡度小于1/1 000的海岸，按照波浪破碎指標0.55計算，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，對灘面的強烈擾動，水體含沙量高,大風浪天氣在破波帶可形成高含沙量區，位置與黃驊港外航道最大淤積強度分布相對應。

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

黃驊港建成后，由于建筑物的作用，局部流場發生了明顯變化:一是口門處在高潮位與低潮位時均出現橫流；二是在大風作用下，由于風吹流造成南北兩側近岸壅水，潮位抬高，增加了近岸落潮流速，使得近岸區高濃度泥沙沿防波堤兩側向外運動，在穿越航道的過程中，泥沙落淤，對外航道局部區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地泥沙的侵蝕一搬運一沉積作用。黃驊港海域波浪動力較強，強風向主要來自NE、ENE和E向，由于海域灘面平坦，波浪破碎帶較寬，破碎波對灘面的強烈擾動，使破波帶成為泥沙最為活躍的區域。航道兩側灘面上的“波浪掀沙，水流輸沙”是泥沙運動的主要形式。由于黃驊港灘面泥沙活動性大，易起動、易沉降、密實快，在大風浪的作用下，底部形成高濃度含沙水體，隨潮流運動沉人航道。因此，底部泥沙運動是形成航道的驟淤的主要原因。

航道的疏浚及深度維護成了黃驊港發展的一大難題，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合”的治理原則，以減少航道的疏浚費用，提高航道的通航保證率。

3江蘇如東人工島

3.1港區的自然條件和水沙特點

如東人工島面積0.3 km2,所處的海域地處蘇北輻射沙洲，輻射沙洲規模宏大、水動力及灘槽動態復雜。海區波浪的季節性變化主要受季風影響：春季多為東風，多為東向浪，主浪向為東向，強浪為西北偏北和西北偏西；夏季受臺風影響，主流向為東南，強浪向為東南和西北；秋季整個海區多為偏北向，主浪向為東北，強浪向為北向；冬季盛行偏北風，主浪向主西北，強浪為西北向。對海域風浪影響較大的風向主要NE、ESE向。海區波浪大小與潮位有密切關系，潮位高時波浪大，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南部的重要水道，兩側有沙洲鏈做屏蔽，是一條掩護良好天然深水道，水深、流急、潮大、浪小，底床穩定，水面寬闊，具有開發現代深水航道的有利條件。底床為粉沙質，容易起動，活動性大。

3.2進港航道驟淤的可能性分析

驟淤是港航工程中的一個專用術語，其含義是指一場大風天氣過程引起港航工程中嚴重淤淺而影響船舶正常航行和作業的淤積。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，而粉沙質泥沙極易在波浪作用下引起航道回淤，如2003年10月我國北方地區發生1次特大風況，黃驊港和京唐港外航道均發生了驟淤，損失慘重，因此，人們對洋口港深水航道的驟淤十分關心。

驟淤的發生一般要同時具備3個條件:①動力方面：應有一定持續時間的強浪，足以將底床泥沙攪起，形成水體中的高含沙量；②沙源方面：航道兩側應有廣闊淺灘，足以生成產生傲積的豐富泥沙；③淤積環境：有良好的淤積條件，促使泥沙淤積。

對照這3個條件來分析爛沙洋北水道深水航道在臺風浪作用下發生驟淤的可能性:①雖然臺風期高潮位時，爛沙洋北水道內曾出現過4.2 m的大浪，但時間很短，潮位下降后，波高迅速下降，能引起床沙懸浮上揚的波浪歷時只有4個多小時，不會對航道產生驟淤；②爛沙洋北水道河床寬僅3-4km，航道兩側床灘狹窄，且水深較大，波浪底部速度小，不產生床沙的巨大輸移構成驟淤威脅；③通過灘地開挖航道時，航道與輸沙方向有一個交角，輸沙橫越航道時，因水深加大，流速減小，因而發生泥沙淤積。但在爛沙洋北水道內開挖航道時，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生沖淤變化，不會構成驟淤。

雖然輻射沙洲規模宏大、水動力及灘槽動態復雜,曾一度被認為是建港的禁區，但隨著輻射沙洲形成演變和海洋動力的深入研究,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10萬噸級船舶乘潮通航,其南側低潮出露的西太陽沙同時具有建設人工島的地形基礎,爛沙洋深水航道不會因大風發生驟淤，輻射沙洲區總體格局與輻聚、輻散的流場特征相適應,部分潮汐通道長期存在,具有一定的開發利用前景。

4廣州南沙港區

4.1自然條件和水沙特性

港區主要處于受上游虎門、鳧洲水道落潮流和伶仃洋由灣外向灣頂的漲潮流的影響。龍穴島東側水域處于虎門和亮洲水道的落潮流體系的西部邊緣區。漲潮時，外海潮波由灣口向灣內傳播，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，流速進一步降低。因此，經過該淺灘后進入本港區的漲潮流速一般不大。港區水域潮流基本呈往復流動，主流向與伶仃航道的走向趨于一致。洪季落潮流占優，枯季漲潮流較強。

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

4.2泥沙來源分析

珠江屬少沙河流，平均輸沙量8000萬t/a,每年進入河口區的懸移質總輸沙量3 664萬t,汛期多年平均輸沙量占全年的90%，沙峰與洪峰出現時間基本一致。

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。港區淤積主要有3個泥沙來源。其一為上游鳧洲水道和虎門下泄的少部分泥沙；其二為漲潮時橫門和龍穴南水道出口外的大片淺灘上的泥沙被風浪掀起隨漲潮流到達港區水域的懸沙；其三是港區未開挖的淺灘上的泥沙在潮流和風浪作用下的再懸浮。

南沙港區的淤積主要為懸沙淤積。相比黃驊港，由于風和流的不同特征，南沙港區的淤積沒有那么嚴重。在港池航道維護疏浚以確保生產需要的通航水深時，將疏浚土吹填到指定的港區回填區內，綜合利用疏浚土，也可為港口創造一定的經濟利益。

5結束語

通過對珠海港、黃驊港、江蘇如東人工島、廣州南沙港區的水文、氣象、泥沙特征及來源的分析，得知港口航道的淤積程度會因港區的地質、風浪、海流及潮汐的不同而有所差異。如黃驊港海域波浪動力較強，由于海域灘面平坦，波浪破碎帶較寬，破碎波對灘面的強烈擾動，使破波帶成為泥沙最為活躍的區域。航道兩側灘面上的“波浪掀沙，水流輸沙”是泥沙運動的主要形式，底部泥沙運動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“大風大淤，小風小淤”的情況，由于爛沙洋北水道的基本屬性不變，即兩側有沙洲鏈掩護，水深大，潮差大，潮位變化快，航道兩側床灘狹窄，不具備驟淤條件，航道不會發生驟淤。

航道淤積的泥沙來源不僅包括航道兩側淺灘上的泥沙被風浪掀起隨漲潮流進入航道的懸沙，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、黃茅海口外西南向沿岸流的輸沙以及大風天隨漲潮流進入港區的泥沙。大量的泥沙進入港區航道，至使航道嚴重淤積，影響了船舶的安全航行。每年都要花費大量資金來疏浚和維護航道，影響了港口經濟效益。

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

中圖分類號：U658.1

文獻標識碼：A

文章編號：1006－7973（2016）01－0044－03