上海洋山深水港一期～三期港區(qū)回淤特征研究

嚴(yán)家君

摘 要：基于實(shí)測水文和地形資料，開展洋山深水港一期～三期港區(qū)的回淤特征和回淤機(jī)理的分析，研究表明：洋山海域含沙量冬季高、夏季低，港區(qū)冬春季回淤強(qiáng)度略高于春夏季，回淤形式以懸沙落淤為主;一期港區(qū)流態(tài)平順且潮流動(dòng)力強(qiáng)，回淤強(qiáng)度相對(duì)較低，僅0.04m/a，二期港區(qū)緊鄰汊道的分流、匯流口，潮流動(dòng)力減弱，不利于泥沙輸移，回淤強(qiáng)度可達(dá)1.32m/a，三期港區(qū)漲、落潮流在此擴(kuò)散和匯聚，回淤強(qiáng)度也有0.47m/a，但是由于口門束窄，水深較深，港區(qū)基本無須疏浚維護(hù)。

關(guān)鍵詞：洋山深水港;懸沙落淤;回淤強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TV148? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）06-0091-04

洋山深水港位于杭州灣東部的崎嶇列島，由大、小洋山為主的數(shù)十個(gè)島嶼環(huán)抱形成了西寬東窄的“多島嶼、多汊道”峽道地形。2002年6月洋山深水港區(qū)開工建設(shè)以來，實(shí)施了一系列的堵汊、吹沙造陸、港池開挖、局部炸礁、碼頭駁岸建設(shè)等工程，受其影響，港區(qū)周邊水沙條件發(fā)生一定程度改變，海床地形也相應(yīng)調(diào)整[1-4]。目前，洋山一期～三期深水港區(qū)建成已有十余年，地形的沖淤調(diào)整逐漸趨緩并適應(yīng)了新的水沙條件[5]。本文根據(jù)近期洋山一～三期港區(qū)實(shí)測地形的分析，對(duì)港區(qū)回淤過程進(jìn)行了研究和總結(jié)，深化洋山港區(qū)回淤問題的認(rèn)識(shí)，為科學(xué)制定洋山港區(qū)疏浚維護(hù)方案提供了依據(jù)，也為今后類似離岸深水港建設(shè)和維護(hù)提供了技術(shù)支撐。

1 區(qū)域概況及港區(qū)建設(shè)情況

洋山深水港是我國最大的集裝箱港區(qū)，位于上海南匯咀東南方向，距離蘆潮港約32km，由東海大橋連接港區(qū)和上海市南匯咀。在以大、小洋山為主的南、北兩支島鏈環(huán)抱下，洋山海域形成向杭州灣開口的喇叭狀水域，眾多島嶼之間形成分流汊道，在波浪和潮流動(dòng)力作用下，形成了海域特有的峽道地形[6-7]，洋山深水港水域海床總體表現(xiàn)為“西寬東窄、西高東低”的態(tài)勢，在西口門處水域?qū)挾燃s7km左右，水深在8～10m，至東口門處，寬度縮窄至1km左右，局部水深可達(dá)50m以上。

2002年6月洋山深水港正式開工建設(shè)，2002～2005年間，為了港區(qū)建設(shè)需要，先后封堵了位于北島鏈的小洋山～鑊蓋塘（中汊道）、大烏龜～顆珠山（西汊道）、鑊蓋塘～大巖礁（東汊道）等三個(gè)汊道，并實(shí)施了一、二期港池開挖和小巖礁局部炸礁、中港區(qū)碼頭駁岸建設(shè)和中港區(qū)拋沙造陸等工程及三期東側(cè)北圍堤工程、大指頭～小巖礁分汊口封堵及東港區(qū)吹填造陸和碼頭駁岸建設(shè)等工程，2005年、2006年、2009年和2018年，洋山港區(qū)一期～四期工程相繼建成。根據(jù)建設(shè)要求，一期、二期及四期港區(qū)的設(shè)計(jì)水深為15.5米（理論最低潮面，下同），三期港區(qū)的設(shè)計(jì)水深為17.5m。隨著港區(qū)工程的建設(shè)完成，小洋山附近區(qū)域的水沙條件也發(fā)生了明顯的改變。

2 洋山海域水文、泥沙特征

洋山海域潮汐為非正規(guī)半日淺海潮，潮汐強(qiáng)度中等，平均高潮位3.88m，平均低潮位1.14m，平均潮差2.74m，最大潮差5.03m，平均漲潮歷時(shí)5h51min，平均落潮歷時(shí)6h34min，落潮歷時(shí)略長于漲潮歷時(shí)。

杭州灣是我國著名的強(qiáng)潮海灣，洋山海域又毗鄰長江河口，具有“強(qiáng)動(dòng)力、高濁度”等特點(diǎn)。洋山海域受島鏈約束，潮流總體以往復(fù)流為主。根據(jù)2019年8月實(shí)測水文資料，大潮期間，漲、落潮流速分別在0.45～1.06m/s和0.53～1.13m/s之間，小潮期間漲、落潮流速分別在0.34～0.98m/s和0.44～0.85m/s之間。從漲、落潮流速變化來看，漲、落潮流速較接近，動(dòng)力基本相當(dāng)。自西口門向東口門，由于通道寬度逐漸束窄，大、小潮期間均表現(xiàn)為東口門處漲、落潮流速大于西口門處。

洋山海域在沿岸蘇北沿岸流和臺(tái)灣暖流的相互作用下，海域含沙量呈現(xiàn)“冬季高、夏季低”的季節(jié)性變化特點(diǎn)：每年11月～次年4月的冬、春季節(jié)洋山海域表層潮平均含沙量在0.92～1.24kg/m3之間;5月～10月夏、秋季節(jié)含沙量有所降低，在0.33～0.81kg/m3之間。根據(jù)2019年8月實(shí)測含沙量，港區(qū)海域全潮平均含沙量在0.6～0.8 kg/m3之間，東、西口門之間沒有明顯的區(qū)域差異。

洋山海域懸沙平均中值粒徑為6.3?m，泥沙類型為細(xì)粉砂和極細(xì)粉砂，在水流的作用下極易活動(dòng)。洋山海域底質(zhì)中值粒徑在5～12?m之間，以粘土質(zhì)粉砂為主，粘粒含量多在20%～40%之間。總體而言，洋山港區(qū)的底質(zhì)與懸沙粒度分布較接近，表明洋山港區(qū)回淤以懸沙落淤為主要形式。

3 一～三期港池的回淤特征

為更好地分析港池水深變化及回淤特征，2017年以來，每年在一期～三期港內(nèi)水域開展地形測量，考慮到部分測圖期間，港區(qū)開展過維護(hù)疏浚，影響回淤強(qiáng)度的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，因此本文主要采用2018年9月～ 2019年7月的地形實(shí)測資料開展研究。

3.1 一期～三期港區(qū)水深分布特征

洋山一期～三期港區(qū)位于北島鏈顆珠山汊道以東，沿北島鏈自西向東依次為二期、一期和三期港區(qū)。由于南、北島鏈之間的通道寬度逐漸束窄，水深逐漸增深，港池水域水深也發(fā)生相應(yīng)變化。根據(jù)2019年9月1：10000實(shí)測地形資料，二期港池水域平均水深15.0m，最小水深12.7m，水深不滿足設(shè)計(jì)水深的淺點(diǎn)率為66%;一期港池平均水深17.1m，最小水深14.6m，淺點(diǎn)率為8%;三期港池平均水深40.7m，最小水深16.4m，淺點(diǎn)率僅2%（圖2）。

3.2 一期～三期港區(qū)回淤特征

2018年9月至2019年4月，洋山一期～三期港池水域內(nèi)的地形沖淤變化表現(xiàn)為：位于西側(cè)的二期港池水域總體呈現(xiàn)淤積特征，大部分水域的淤積幅度在0.5～1m之間，北側(cè)局部區(qū)域淤積1～2m之間;位于中間的一期港區(qū)水域在最外側(cè)的航道區(qū)域也呈淤積態(tài)勢，淤積幅度在0.5～1m之間，北部碼頭前沿附近則有所沖刷，沖刷幅度在0.5～1m之間，中部區(qū)域基本沖淤平衡;位于最東側(cè)的三期港池水域呈沖淤交替分布，沖淤幅度局部可達(dá)3m以上，但該區(qū)域水深條件達(dá)50m以上，均大于港池設(shè)計(jì)水深（圖3）。

2019年4月至7月，在西側(cè)的二期港池水域淤積范圍較冬春季節(jié)有所擴(kuò)大，已完全覆蓋蔣公柱前沿水域，港池內(nèi)平均淤積厚度為0.35m;一期港區(qū)內(nèi)基本沖淤平衡，局部有0.2～0.5m的小幅沖刷;三期港池水域總體仍以沖淤交替分布為主，沖淤幅度在1m左右，較冬春季節(jié)略有減小（圖3）。

就洋山港區(qū)回淤特征而言，由于疏浚影響，回淤強(qiáng)度在不同時(shí)段波動(dòng)較大（圖4）。 根據(jù)2018年9月～2019年7月期間的回淤強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)，在一期港區(qū)水域回淤強(qiáng)度相對(duì)較低，折合年回淤強(qiáng)度約為0.04m/a，其中2018年9月～2019年4月的冬春季節(jié)略有淤積，2019年4月～7月的春夏季節(jié)則小幅沖刷;二期港區(qū)年回淤強(qiáng)度約為1.32m/a，全年以淤積為主，其中冬春季節(jié)的淤積強(qiáng)度大于春夏季節(jié)的回淤強(qiáng)度;三期港區(qū)年回淤強(qiáng)度為0.47m/a，但港區(qū)水深條件良好，基本無需疏浚維護(hù)。

4 港池回淤原因分析

洋山海域的泥沙來源主要為長江口直接擴(kuò)散泥沙和潮流攜來的海域泥沙。受近岸流系尤其是沿岸流及臺(tái)灣暖流強(qiáng)度的季節(jié)性變化，洋山海域含沙量冬、夏季差異也較大。夏季，長江入海泥沙主要沉積在攔門沙海域及其水下三角洲前緣，向南輸送的泥沙量較少，因而含沙量相對(duì)較低;冬季，蘇北沿岸流增強(qiáng)，長江入海泥沙可以擺脫河口的束縛向南輸運(yùn)，加上冬季大風(fēng)寒潮天氣較多，風(fēng)浪掀沙作用明顯，洋山海域含沙量相應(yīng)增大[8、9]。受洋山海域含沙量的季節(jié)變化影響，因此港區(qū)回淤強(qiáng)度上也表現(xiàn)為9月～次年4月的冬春季回淤強(qiáng)度略高于4月～7月春夏季的回淤強(qiáng)度。

此外，潮流動(dòng)力條件的影響也是導(dǎo)致不同港區(qū)回淤強(qiáng)度差異的重要原因。根據(jù)二維潮流數(shù)模對(duì)洋山海域大潮期間的流場模擬：位于西側(cè)的二期港區(qū)，由于靠近港區(qū)主通道與顆珠山汊道的分流、匯流口，且蔣公柱前沿存在水深不足5m的淺灘，導(dǎo)致該水域潮流動(dòng)力較弱，落潮流在越過淺灘進(jìn)入二期港區(qū)水域時(shí)流速有所下降，落急時(shí)刻降幅約為0.15m/s，落憩時(shí)刻降幅約為0.10m/s，且在漲憩時(shí)段存在較為明顯的回流現(xiàn)象，受此影響導(dǎo)致二期港區(qū)水域的水流挾沙能力減弱，使水體中的懸沙落淤，從而提高了港區(qū)的回淤強(qiáng)度。在三期港區(qū)水域，漲潮流在此擴(kuò)散，落潮流則沿相反方向在此匯聚，流態(tài)也較復(fù)雜，但是由于處于通道束窄區(qū)域，附近最大漲、落急流速可達(dá)2.2m/s，水流動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)，因此回淤也相對(duì)較低，且該區(qū)域水深較深，對(duì)港區(qū)疏浚維護(hù)基本不構(gòu)成影響。受峽道效應(yīng)的影響，一期港區(qū)大潮漲急流速在1.2～2.0m/s之間，落急流速在1.4～1.8m/s之間，潮流動(dòng)力也相對(duì)較強(qiáng)且水域內(nèi)潮流流向基本沿岸線走向，流態(tài)總體平順，泥沙不易落淤，因此回淤強(qiáng)度也較低。

5 結(jié)論

洋山深水港區(qū)自2009年建成以來已10年有余，一期～三期港區(qū)水域地形調(diào)整與水沙條件已基本適應(yīng)，港區(qū)回淤也趨于常態(tài)化，根據(jù)2018年9月～ 2019年7月的實(shí)測地形資料，對(duì)港區(qū)的回淤特征進(jìn)行了分析并對(duì)回淤機(jī)理進(jìn)行了探究，形成結(jié)論如下：

（1）洋山港區(qū)以懸沙落淤為主，泥沙來源于長江口的泥沙擴(kuò)散，受近岸流系的季節(jié)性變化，海域含沙量呈“冬高夏低”的變化特征，由此導(dǎo)致港區(qū)冬春季回淤強(qiáng)度略高于春夏季;

（2）洋山一期港區(qū)流態(tài)平順且潮流動(dòng)力較強(qiáng)，回淤強(qiáng)度相對(duì)較低，僅0.04m/a，二期港區(qū)緊鄰汊道的分流、匯流口，潮流動(dòng)力減弱，不利于泥沙輸移，回淤強(qiáng)度可達(dá)1.32m/a，三期港區(qū)漲、落潮流在此擴(kuò)散和匯聚，回淤強(qiáng)度也有0.47m/a，但是由于口門束窄，港區(qū)水深條件良好，基本無需疏浚維護(hù)。

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