外釣山島附近海域沖淤演變分析

宣勝男，曾 淵，尹 晶，倪云林，祝 悅

（1.浙江海洋大學港航與交通運輸工程學院，浙江舟山 316022；2.臺州市港航管理局,浙江臺州 318000；3.國家海洋環境監測中心，國家海洋局海域管理技術重點實驗室，遼寧大連 116023）

外釣山島地處寧波-舟山港老塘山港區的中心位置，毗鄰眾多島嶼，東面與舟山本島隔海相望，北面被里釣山島、富翅島、冊子島等島嶼所包圍，西面是金塘島。島嶼之間形成的潮流峽道成為煤炭、糧食、原油等大宗貨物船舶進出老塘山港區的重要通道。

關于外釣山島周邊海域的沖淤變化研究，主要圍繞金塘水道開展。邱建立等[1-2]、汪家君等[3]在北侖港建港初期，重點研究碼頭工程前后金塘水道南岸水下岸坡的沖淤變化。倪云林等[4]利用不同年份的海圖資料，研究了1935-2004年間不同時段金塘水道海床沖淤變化的基本特征。倪云林等[5]通過測深資料，計算并探討了金塘水道北岸大浦口集裝箱碼頭前沿海域的沖淤變化。上述研究有助于更好地認識自然環境和人類活動共同作用下金塘水道的沖淤變化特性，但研究范圍距離外釣山島有一定距離，隨著2011年以后外釣山島進行整島開發，有必要掌握外釣山島開發前附近海域的沖淤動態，為后期研究工程環境效應提供研究基礎。

1 資料來源和處理方法

1.1 資料來源

本文收集了2004年、2007年、2010年和2011年4個年份的水深地形資料，具體信息見表1。水文泥沙資料由國家海洋局第二海洋研究所于2009年5-6月、2010年9月同步觀測得到。

表1 外釣山島附近海域水深地形資料Tab.1 Bathymetry material of the Waidiaoshan Island

1.2 處理方法

對上述4個年份的水深地形資料進行數字化處理，通過Bursa-Wolf七參數模型（式1）[6]和MapInfo軟件把水深資料統一為WGS84坐標系統下的墨卡托投影（基準緯度為30°N），并利用Surfer軟件，采用Kriging插值方法把離散數據網格化，建立不同年份的數字高程模型，進而定量計算外釣山島的岸線變化及附近海域的海床平面沖淤變化和特征等深線分布變化，同時結合水文泥沙實測資料，分析沖淤動態趨勢。

式中，X1、Y1、Z1是北京 54 坐標系統下的平面坐標；X2、Y2、Z2是轉換后 WGS84 坐標系統下的平面坐標，X0、Y0、Z0是 3 個平移參數，著X、著Y、著Z是 3 個旋轉參數；m 是尺度參數。

2 研究區概況

外釣山島周圍潮流峽道的發育，主要有冊子水道、西堠門水道、富翅門水道等；東側為舟山本島，西側為金塘島，北側有冊子島、富翅島和里釣島（圖1）。外釣山島附近海域潮流為不正規淺海半日潮流類型，具有明顯的往復流特征，平均流速0.3～0.6 m/s；平均含沙量為 0.312 kg/m3，主要為粘土質粉砂；底質沉積物類型由粉砂（74.8%）、粘土質粉砂（24.0%）和砂（1.2%）組成。外釣山島地貌類型為低丘-灘涂-水下岸坡，北部水下岸坡坡度較陡，南部則相對較緩[7-8]。

3 研究區岸灘演變

3.1 岸線演變

根據2004年、2007年、2011年水深地形資料中的岸線數據，結合Google Earth中2004-2015年的影像資料，可以發現，外釣山島的岸線在2004-2015年間總體保持穩定，只在局部岸段，由于圍海造地和碼頭修建導致岸線向海推進或發生變化。其中，在2004-2007年間，外釣山島岸線保持不變；到2011年，島嶼東南、西南兩側進行了圍海造地，面積約10.9公頃，使得岸線向海推進約107～260 m；隨著光匯石油儲運基地庫區項目的建設，到2012年，在東南側填海形成的岸線之上，新建了工作船碼頭和千噸級碼頭，并在島嶼東北通過填海新增陸域面積約1.5 hm2，到2014年，在島嶼西側新建了30萬t級碼頭，到2015年，又新建了10萬t級碼頭（圖2）。

圖1 外釣山島地理位置示意圖Fig.1 Geographic sketch of Waidiaoshan Island

圖2 外釣山島2004-2015岸線變化Fig.2 Coastline change of Waidiaoshan Island during 2004-2015

3.2 海床平面沖淤變化

通過Surfer軟件可以計算前、后兩個年份水下數字高程模型對應網格點上水深數據的差值，從而得到該時段海床平面的沖淤變化，其中，差值大于0時為淤積，小于0時為沖刷，等于0則表示不沖不淤，計算結果如圖3a～c和表2所示。總的來看，在2004-2011的8 a間，外釣山島附近海域沖淤相間，淤積區面積大于沖刷區面積，淤積區和沖刷區的平均淤積厚度和沖刷厚度分別為3.00 m和3.01 m，但整個區域以淤積為主，平均淤積0.61 m，淤積速率為7.6 cm/a（圖3a）。分不同時段來看，在2004-2007年間，外釣山島附近海域的沖淤幅度約為2 m，其中，外釣山島和舟山本島之間的老塘山港區進港航道存在3 m左右的沖刷。這一時段，整個區域趨于沖刷，沖刷區面積和沖刷區平均沖刷厚度均大于淤積區面積和淤積區淤積厚度，全區平均沖刷厚度0.55 m，沖刷速率為13.7 cm/a（圖3b）。而在2007-2011年間，整個區域又趨于淤積，島嶼東南、西南兩側的圍海造地工程區及老塘山港區進港航道亦表現為不同程度的淤積；淤積區面積大于沖刷區面積，淤積區平均淤積厚度2.59 m，沖刷區平均沖刷厚度2.03 m，全區凈淤積1.09 m，平均淤積速率21.8 cm/a（圖3c）。

上述沖淤變化反映了在2004-2011年間，外釣山島附近海域經歷了從緩慢沖刷到較快淤積的沖淤調整過程，并總體上處于緩慢淤積的狀態。

圖3 外釣山島附近海域沖淤分布（m）Fig.3 Distribution of scouring-silting nearby Waidiaoshan Island（unit:m）

表2 外釣山島附近海域沖淤變化特征值Tab.2 Eigenvalue of changes in erosion-deposition nearby Waidiaoshan Island

4 研究區沖淤動態趨勢分析

如上所述，在外釣山島整島開發之前，其附近海域海床平面經歷了由沖轉淤的調整過程。其中，在2004-2007年間，海床平面處于緩慢沖刷狀態，主要原因是該時段，外釣山島的岸線保持穩定，其周邊島嶼也沒有大型的開發利用活動，并且受先期局部岸段修建海堤的影響，原本彎曲的自然岸線變得順直，漲落潮流流速增大，有利于附近海域海床平面的沖刷。在2007-2011年間，實施了光匯石油儲運基地庫區項目填海造地工程，在一定程度上導致了外釣山島南面海域及外釣山島和舟山本島之間老塘山港區進港航道普遍淤積；同時，周邊舟山跨海大橋等大型水工結構的建設也或多或少地影響著外釣山島附近海域的淤積。因此，在這一時段，外釣山島附近海域處于較快淤積狀態。

圖4 外釣山島附近海域大小潮期泥沙輸移圖Fig.4 Transportation map of sediment in Waidioashan island nearshore waters flood and ebb current

從實測水文泥沙資料來看，外釣山島附近海域的懸浮泥沙絕大部分是長江入海泥沙南下時通過周邊水道進入的細顆粒懸浮泥沙，這些泥沙成為本海區主要的泥沙來源。整個區域漲潮流歷時長于落潮流歷時，優勢流以漲潮流為主，這對該海域單寬凈輸沙特征具有重要的影響[9]。由外釣山島附近海域大小潮期泥沙輸移趨勢（圖4和表3）可知，2009年5-6月間，外釣山島西南側L1、L2站位大潮、小潮的凈輸沙量和凈輸沙量方向差別較大。其中，L1 站位大潮期凈輸沙量為 148.8 t/（m·d），輸沙方向319°（正北方向為0°，按順時針方向為正方向），小潮期凈輸沙量為 26.4 t/（m·d），輸沙方向 199°；L2 站位大潮期凈輸沙量為 224.1 t/（m·d），輸沙方向 312°，小潮期凈輸沙量為 16.0 t/（m·d），輸沙方向 196°。因此，L1、L2 站位泥沙凈輸運方向為離岸方向，在2004-2011年間，外釣山島西南海域總體上以沖刷為主（圖3a）。在外釣山島東南側的L3、L4站位大潮、小潮的凈輸沙方向基本一致，且在輸沙量上也相差不大。其中，L3站位大潮期凈輸沙量為59.7 t/（m·d），輸沙方向315°，小潮期凈輸沙量為38.7 t/（m·d），輸沙方向 312°；L4 站位大潮期凈輸沙量為43.4 t/（m·d），輸沙方向 349°，小潮期凈輸沙量為16.2 t/（m·d），輸沙方向346°。因此，L3、L4站位泥沙凈輸運方向為向岸方向，在2004-2011年間，外釣山島東南海域及外釣山島和舟山本島之間的老塘山港區進港航道總體上趨于淤積（圖3a）。

2011年以后，隨著外釣山島的整島開發，島嶼西側、東側和南側岸線上新建了多個超大型高樁碼頭（圖2）。這些碼頭平臺及引橋的樁基必然會對漲落潮流起阻礙和摩擦作用，進而阻滯泥沙輸運，促使過境泥沙落淤[10]。因此，在現有的泥沙條件和邊界條件下，外釣山島附近海域的淤積還會持續一段時間。

表3 各站周日單寬輸沙量與方向Tab.3 Unit sediment discharge and direction every day of the stations t/（m·d）,°

5 結語

（1）在2004-2011年這8 a間，外釣山島的岸線總體保持穩定，只是在局部岸段由于圍海造地使得岸線向海推進107～260 m，形成了10.9 hm2左右的陸域面積。外釣山島附近海域經歷了由緩慢沖刷到較快淤積的調整過程，但總體上以淤積為主，平均淤積0.61 m，淤積速率為7.6 cm/a。

（2）外釣山島附近海域的泥沙來源、水沙運動及其強度變化是影響海床平面沖淤變化的本質原因。受填海造地、興建碼頭等海岸工程阻水作用的影響，外釣山島附近海域的漲落潮流流速有所減小，挾沙能力減弱，泥沙沉積。特別是隨著外釣山島的整島開發，其附近海域的淤積還會持續一段時間。這說明人類活動是導致外釣山島附近海域沖淤變化的主要原因。