甌江河口水動(dòng)力泥沙環(huán)境分析

許 婷，麥 苗，韓志遠(yuǎn)

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300456)

1 概 述

甌江口位于溫州市沿海，是中國(guó)主要河口之一，位列全國(guó)第四，河口區(qū)及附近海域大大小小島嶼多達(dá)兩百多個(gè)，是中國(guó)最為典型的島群河口之一，海岸線較長(zhǎng)，擁有豐富的港口、灘涂、漁業(yè)和旅游業(yè)資源，是浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要陣地。目前，已有學(xué)者針對(duì)甌江口海域開(kāi)展了一些科研工作。例如，李誼純、徐群[1]研究了甌江口內(nèi)外潮汐的不對(duì)稱(chēng)性；林偉波、王義剛[2]研究了甌江口海域懸浮泥沙輸運(yùn)特性；姚姍姍等[3]分析了甌江口外海區(qū)灘槽演變及主因；孫決策、麥苗[4]分析了甌江口航道淤積特征；李孟國(guó)等[5-6]研究了甌江口海區(qū)波浪數(shù)學(xué)模型和中沙采沙對(duì)溫州港航道的影響；許婷、趙洪波等[7]開(kāi)展了甌江口航道二期治理潛堤工程三維潮流數(shù)值模擬；黃毅峰等[8]開(kāi)展了甌江口航道海域溢油擴(kuò)散數(shù)值模擬。

為了擴(kuò)大海洋資源的利用，近年來(lái)甌江河口進(jìn)行了一系列大規(guī)模的海洋開(kāi)發(fā)利用工程建設(shè)，在帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也使得甌江河口水沙環(huán)境產(chǎn)生了相應(yīng)變化。因此，本文基于多年歷史資料和最新地形水文測(cè)驗(yàn)資料等分析甌江河口水動(dòng)力泥沙環(huán)境特征，以期為工程規(guī)劃和政府決策等提供科學(xué)依據(jù)。

2 地貌特征

甌江河口是在溺谷型海灣基礎(chǔ)上填充而成，屬與山區(qū)毗鄰的陸海雙相河口，河口呈喇叭型?？谕鈲u嶼眾多，有大小門(mén)島、霓嶼島、洞頭島、大瞿島、竹嶼島等上百個(gè)島嶼；灘槽交錯(cuò)，地形十分復(fù)雜，有溫州淺灘、三角沙、中沙等大面積淺灘，有沙頭水道、中水道、黃大岙水道、重山水道等若干條水道，該海域水下地形自西向東南傾斜。樂(lè)清灣西側(cè)、溫州灣西側(cè)、甌江北口～北水道兩側(cè)分布大量0 m以上淺灘；-5 m等深線深入霓嶼南北兩側(cè)、洞頭峽、甌江北口；-10 m等深線深入樂(lè)清灣、黃大峽～小門(mén)水道、南水道、大瞿島附近，-10 m等深線逼臨大小門(mén)島、狀元岙等島前岸線，在這些地方形成優(yōu)良的深水岸線資源。見(jiàn)圖1。

3 徑流與輸沙

甌江全長(zhǎng)388 km，屬山溪性河流，流域面積1.8×104km2。據(jù)甌江圩仁站1956-2004年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，實(shí)測(cè)最大流量為22 800 m3/s，實(shí)測(cè)最小流量為10.6 m3/s，多年平均徑流量為422.9 m3/s；徑流量年季分配不均勻，季節(jié)性變化較大，下泄流量主要集中在3-8月份，可占全年的76.1%；最大流量多出現(xiàn)在6月份，最小流量一般在10月～翌年2月份枯水季。據(jù)圩仁站實(shí)測(cè)輸沙量資料統(tǒng)計(jì)，甌江年最大輸沙量為559.4×104t，年最小輸沙量為42.3×104t，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為205.1×104t，年均含沙量達(dá)到0.131 kg/m3。

圖1 甌江河口形勢(shì)圖

表1 甌江圩仁站多年各月平均徑流量統(tǒng)計(jì)

4 潮汐與潮流

甌江口海域潮汐屬正規(guī)半日潮類(lèi)型，多年平均潮差4.03 m，最大潮差6.75 m，屬?gòu)?qiáng)潮海域。

甌江口海域潮流性質(zhì)屬正規(guī)淺海半日潮流類(lèi)型，潮流運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)受控于島嶼岸線及灘槽格局。漲潮時(shí)，洞頭列島東側(cè)海域水流向WNW方向運(yùn)動(dòng)，一部分經(jīng)大門(mén)島和狀元岙之間的峽道進(jìn)入大門(mén)島南側(cè)水域和甌江，一部分經(jīng)黃大峽水道沿大小門(mén)島北側(cè)繼續(xù)向北流動(dòng)，還有部分水域匯入樂(lè)清灣。落潮時(shí)，水流運(yùn)動(dòng)與漲潮時(shí)運(yùn)動(dòng)相反。漲潮流向，黃大峽-洞頭島東側(cè)基本呈NW向，狀元岙北側(cè)、大小門(mén)島之間和沙頭水道附近轉(zhuǎn)為WSW向；落潮流向，黃大峽-洞頭島東側(cè)海域呈SE向，狀元岙南北兩側(cè)為偏E向，大小門(mén)島之間和沙頭水道偏轉(zhuǎn)為NE向。從整個(gè)潮流場(chǎng)強(qiáng)弱程度分布而言，甌江河口深槽水道區(qū)域水流強(qiáng)勁。例如，黃大岙水道、中水道、重山水道、沙頭水道等其它水道，漲落潮最大流速多在0.5～1.5 m/s，有時(shí)接近2 m/s。見(jiàn)圖2。

5 風(fēng)況與波浪

據(jù)洞頭氣象站1961-2000年風(fēng)資料統(tǒng)計(jì)，常風(fēng)向?yàn)镹NE向，頻率為18.4%，其次為NE向，頻率為16.6%；強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镾SW向，最大風(fēng)速為38.0 m/s，次強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镾W向和S向，最大風(fēng)速分別為34.0和31.0 m/s。據(jù)洞頭站2001年1月至2004年12月風(fēng)向、風(fēng)級(jí)統(tǒng)計(jì)，0.0～5.4 m/s(0～3級(jí))頻率為83.64%，5.5～10.7 m/s(4～5級(jí))頻率為16.01%，10.8～13.8 m/s(6級(jí))頻率為0.25%，13.9～17.1 m/s(7級(jí))頻率為0.06%，大于或等于風(fēng)速17.1 m/s的8級(jí)風(fēng)頻率為0.05%。

據(jù)甌江口外南麂海洋站多年波浪資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果，該海域主要浪向?yàn)镹～E～S向，合計(jì)頻率占90.5%。其中，常浪向是E～ESE向，頻率達(dá)到49.8%；次常浪向是NNE～NE向，頻率達(dá)到27.3%；強(qiáng)浪向?yàn)镋向，次強(qiáng)浪向?yàn)镋NE向，年均H1/10波高為1.1 m，最大H1/10波高達(dá)10.1 m以上(E向)，大浪的產(chǎn)生均由臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)時(shí)引起。

圖2 實(shí)測(cè)流速橢圓圖

6 泥沙環(huán)境

橫向上看，含沙量有近岸淺灘大、外海深水區(qū)小的分布特點(diǎn)。甌江河口上游段含沙量超過(guò)0.5 kg/m3，河口近岸淺灘區(qū)域含沙量約介于0.1～0.3 kg/m3，而外海深水區(qū)域含沙量基本小于0.03 kg/m3?？v向上看，含沙量呈現(xiàn)出南高北低的分布特點(diǎn)。其中，甌江口淺灘區(qū)域最高，在0.2～0.5 kg/m3之間；甌江口南部近岸淺灘也較高，在0.1～0.3 kg/m3之間；樂(lè)清灣中北部深槽水域較低，在0.03～0.2 kg/m3之間。經(jīng)過(guò)分析可知，含沙量主要受到潮汐作用，基本特征具有大中潮期間，含沙量較高，小潮含沙量較小的變化特點(diǎn)，且有漲潮含沙量大于落潮的規(guī)律。

懸沙的物質(zhì)類(lèi)型主要為粉砂質(zhì)黏土和黏土質(zhì)粉砂，懸沙中值粒徑多在0.003 9～0.007 2 mm之間變化。

甌江口以上河段、中水道、黃大岙水道、重山水道、中沙、烏仙頭西淺灘、深槽與邊灘水域底質(zhì)基本為細(xì)砂、中砂等砂質(zhì)沉積物，其d50為0.154～0.356 mm，僅局部水域?yàn)轲ね临|(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂等細(xì)顆粒物質(zhì)；大門(mén)島以北、大門(mén)島-狀元岙以東、溫州淺灘及其以南水域除局部水域有砂質(zhì)存在外，基本為粉砂質(zhì)黏土或者黏土質(zhì)粉砂，其d50基本為0.003～0.01 mm。底質(zhì)中值粒徑大于0.1 mm的砂質(zhì)沉積物主要堆積在大門(mén)島-狀元岙西側(cè)河口附近水域，其余水域基本上以黏土質(zhì)粉砂為主，其中值粒徑基本在0.005～0.02 mm之間，黏土百分含量基本在30%～40%之間，顯示出甌江河口海域淤泥質(zhì)海岸的沉積特點(diǎn)。底質(zhì)分布特點(diǎn)表明，甌江口來(lái)沙主要堆積在大門(mén)島-狀元岙西側(cè)河口附近水域，大門(mén)島-狀元岙東側(cè)水域受甌江口來(lái)沙的影響較小。見(jiàn)圖3、圖4。

圖4 沉積物類(lèi)型分布圖

7 主要結(jié)論

本文基于現(xiàn)場(chǎng)大量實(shí)測(cè)資料，研究分析了甌江河口海域水動(dòng)力泥沙環(huán)境。結(jié)果表明，本區(qū)潮汐為正規(guī)半日潮型，平均潮差超過(guò)4 m，屬?gòu)?qiáng)潮海區(qū)。甌江口海域潮流性質(zhì)屬正規(guī)淺海半日潮流類(lèi)型，潮流運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)受控于島嶼岸線及灘槽格局，深槽漲落潮最大流速多在0.5～1.5 m/s，有時(shí)接近2 m/s，其余海域多在1 m/s以下。甌江屬山溪性河流，多年平均徑流量為422.9 m3/s；徑流量年季分配不均勻，季節(jié)性變化較大，下泄流量主要集中在3-8月份，可占全年的76.1%。本區(qū)波浪以涌浪或涌浪為主的混合浪為主，常浪向?yàn)镋～ESE向，頻率達(dá)到49.8%；強(qiáng)浪向?yàn)镋向，次強(qiáng)浪向?yàn)镋NE向，最大波高達(dá)10 m以上(E向)，大浪的產(chǎn)生均由臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)時(shí)引起。海域沉積物類(lèi)型既有細(xì)砂、中砂等砂質(zhì)沉積物，也有黏土質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂等細(xì)顆粒物質(zhì)；黏土百分含量基本在30%～40%之間，顯示出甌江河口海域淤泥質(zhì)海岸的沉積特點(diǎn)。近岸含沙量可達(dá)0.1～0.3 kg/m3，而外海深水區(qū)域含沙量基本小于0.03 kg/m3。甌江河口懸沙的物質(zhì)類(lèi)型主要為粉砂質(zhì)黏土和黏土質(zhì)粉砂，懸沙中值粒徑多在0.003 9～0.007 2 mm之間變化。