淺析廈門(mén)港石碼3000噸級(jí)航道工程施工期驟淤現(xiàn)象

◎ 張智翔 福建省港航勘察設(shè)計(jì)研究院

1.工程概況

廈門(mén)港石碼3000噸級(jí)航道工程自2012年11月2日開(kāi)工建設(shè)，全長(zhǎng)約20.3公里。2013年7月～9月受多個(gè)臺(tái)風(fēng)影響，航道發(fā)生大面積回淤。

2.水動(dòng)力泥沙環(huán)境及海床沖淤演變分析

2.1 地形地貌特征

九龍江河口區(qū)受潮汐和徑流雙重影響。九龍江河口灣區(qū)為一口小腹大的狹長(zhǎng)海灣，東西長(zhǎng)約18km，灣口寬約4km、灣頂寬約9km。分成南、北不同水道，地形呈西高東低的分布，水深在2m～-10m（理論基面）不等，與嵩鼓水道、廈鼓水道構(gòu)成進(jìn)入海灣的主要通道。

2.2 洪季潮流特征

2013年7月在臺(tái)風(fēng)蘇力（7月14日至16日）和西馬倫（7月19日至21日）過(guò)境后開(kāi)展了兩次全潮海流觀測(cè)。第一次觀測(cè)，上游浦南站最大泄洪流量3219m3/s，最大潮差3.9m；第二次觀測(cè)，浦南站最大泄洪流量970m3/s，最大潮差4.72m。洪季水流明顯呈往復(fù)流特點(diǎn)，落潮流明顯大于漲潮流。本工程汊道區(qū)大潮落潮平均流速是漲潮的2～3倍。而在上游流量較小時(shí)，漲落潮平均流速則基本相當(dāng)。

圖1 北、中、南港汊道沖淤變化（2000.7-2013.9）

2.3 底質(zhì)和泥沙特征

2013年7月底質(zhì)取樣結(jié)果顯示分布趨勢(shì)自西向東，由粗到細(xì)。北港和南港底質(zhì)中值粒徑相對(duì)較粗，中值粒徑在0.1m m以上，兩端為細(xì)顆粒物質(zhì)。

工程所在的南港水道的含沙量較高，平均含沙量0.218～0.265kg/m3，潮段平均最大含沙量0.945kg/m3。由于河道窄、水體上下紊動(dòng)強(qiáng)度大，垂線分布上整條垂線上含沙量都比較高，上下分布相對(duì)均勻。

2.4 九龍江汊道區(qū)沖淤變化

圖1可以看出南港中泓深槽一直以來(lái)都處于沖刷狀態(tài)，沖刷幅度約1～2m左右，局部區(qū)域稍大。主要由于進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)九龍江輸沙量與20世紀(jì)相比減小了約20%左右，而徑流量變化不大，徑流對(duì)河道的沖刷作用增強(qiáng)，導(dǎo)致21世紀(jì)以來(lái)總體保持沖刷的狀態(tài)。

3.淤積原因分析

3.1 臺(tái)風(fēng)情況

廈門(mén)灣海域每年7～10月經(jīng)常受臺(tái)風(fēng)襲擊并伴隨著暴雨影響。導(dǎo)致廈門(mén)石碼3000噸級(jí)航道停工的臺(tái)風(fēng)見(jiàn)表1。

3.2 河流輸沙

九龍江為山區(qū)性河流，徑流量受降雨量影響，輸沙量有明顯的季節(jié)變化，以4～9月（洪季）為主，10月～翌年3月（枯季）占比極小。徑流量、含沙量、輸沙量月平均最大值與最小值之比分別為6.02、5.33和145.4，洪季明顯大于枯季，據(jù)8607號(hào)臺(tái)風(fēng)時(shí)洪峰期實(shí)測(cè)泥沙資料，含沙量增大13倍，流速增大1.4倍。可見(jiàn)河流輸沙主要發(fā)生在洪水期。上游開(kāi)閘泄洪，下泄洪水?dāng)y帶著大量泥沙向下游輸移，加上大流速?zèng)_刷作用，河道、邊灘泥沙起動(dòng)懸揚(yáng)，使得水體含沙量劇增。其運(yùn)動(dòng)形態(tài)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)為主，也有懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)懸移質(zhì)濃度很高時(shí)，還會(huì)在床面形成浮泥運(yùn)動(dòng)。當(dāng)水體到達(dá)流速較弱區(qū)域時(shí)開(kāi)始大量落淤下來(lái)，形成淤積。

3.3 自然地理因素的制約

九龍江河口段流域呈傘形，南港流量主要為西溪、北溪流域的洪水。兩溪流域上游植被受破壞，水土流失加重，加之洪水沖刷，洪水?dāng)y帶泥沙繞過(guò)沙洲島分流后進(jìn)入南港。泥沙進(jìn)入河口灣后由于河道拓寬，底摩加大，而逐步沉降，加之地處感潮區(qū)，受潮水頂托作用流速減小，泥沙更容易淤積，自汊道向東最遠(yuǎn)可延伸達(dá)海門(mén)島水道。

3.4 航道施工的影響

航道開(kāi)挖后，灘面與航道的落差，使得上游來(lái)的水體到達(dá)挖深區(qū)能量被迅速耗散，水流流速迅速降低，由此造成水體挾沙力降低，水體中所含的泥沙會(huì)迅速在航道沉積下來(lái)。導(dǎo)致航道淤積。施工初期邊坡處于不穩(wěn)定期，此時(shí)恰逢洪水，較強(qiáng)的水動(dòng)力條件下使邊坡崩塌。綜合作用導(dǎo)致航道內(nèi)驟淤遠(yuǎn)大于一般情況。

3.5 水利工程影響

上游興建水庫(kù)、水閘，導(dǎo)致占九龍江流域面積65.7%的北溪的徑流和泥沙庫(kù)容在郭洲頭以上河段，枯水期只有少量徑流和泥沙流入海，大量的泥沙主要集中在幾個(gè)洪峰期較短時(shí)間內(nèi)泄出河口，使該海域地形的沖淤產(chǎn)生了季節(jié)性變化。

4.原設(shè)計(jì)挖槽施工期回淤量

目前估算近海挖槽懸沙回淤率多采用中國(guó)工程標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)水運(yùn)工程委員會(huì)推薦劉家駒公式:

結(jié)合工程區(qū)域數(shù)學(xué)模型計(jì)算，航道淤?gòu)?qiáng)約在0.06～0.11m/a。正常天氣下年回淤量為12.8萬(wàn)m3。

表1 主要臺(tái)風(fēng)統(tǒng)計(jì)表

表2 回淤新增工程量計(jì)算表

5.異常天氣驟淤工程量計(jì)算

選取的計(jì)算時(shí)間段為7月2日至9月28日。由于過(guò)程中并未停工。因此總回淤量為該期間各測(cè)圖新增工程量加上施工船方量折算后的疏浚工程量。施工單位實(shí)際完成的疏浚工程量采用正常時(shí)段測(cè)圖計(jì)算的水下方，與監(jiān)理記錄的船方量進(jìn)行對(duì)比，確定泥駁泥漿的含泥量。

據(jù)過(guò)程資料計(jì)算得泥漿濃度約73.64%，石碼航道計(jì)算段2013年7月2日～9月28日回淤新增工程量68.7萬(wàn)m3。

6.結(jié)語(yǔ)

（1）本海域受潮汐和徑流雙重影響，水沙條件較為復(fù)雜，泥沙主要來(lái)源于九龍江輸沙，特別是臺(tái)風(fēng)影響中形成的暴雨，洪水下泄泥沙對(duì)河口區(qū)影響巨大。此外航道浚深、各類工程的影響以及周邊居民的生產(chǎn)活動(dòng)均會(huì)對(duì)航道的淤積產(chǎn)生一定影響。

（2）九龍江口汊道水域至海門(mén)島一帶泥沙以粗中砂為主，其運(yùn)動(dòng)形態(tài)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)為主，也有懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)懸移質(zhì)濃度很高時(shí)，還會(huì)在床面形成浮泥運(yùn)動(dòng)，泥沙流經(jīng)航道時(shí)，由于水動(dòng)力減弱而停積下來(lái)，形成淤積。臺(tái)風(fēng)影響期間，工程航段回淤量高達(dá)67.6萬(wàn)m3，淤?gòu)?qiáng)達(dá)1.29m/a，遠(yuǎn)超正常水平。

（3）本海域常受臺(tái)風(fēng)等氣候條件影響，驟淤現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。施工單位應(yīng)做好事前、事后測(cè)量，避免合同糾紛。管理部門(mén)應(yīng)做好水深維護(hù)工作，特別是臺(tái)風(fēng)、洪水后及時(shí)檢測(cè)，確保通航安全。