臺風對樂清灣進港航道淤積的影響分析

范武雷，陸 偉

(1.溫州市港航管理中心，溫州 325088；2.天津水運工程勘察設計院有限公司 天津市水運工程測繪技術重點實驗室，天津 300456)

臺風往往會對淺水水域的潮汐增減水、海底泥沙運動平衡等將造成較大影響，將在一定時期內影響海底泥沙運動平衡，造成海底在短時間內嚴重淤積。臺風引起淤積現象時有發生，一直是工程泥沙問題研究的難點[1]。

樂清灣是浙江臺州和溫州的重要港口水域[2]。樂清灣進港航道于2013年8月建設完成，起自樂清灣港外候潮錨地，終至溫州的樂清灣南港區，航道全長約45.5 km，規模為10萬t級散貨船單向乘潮通航，并滿足5萬t級集裝箱船雙向乘潮通航[3]。本次研究段位于鹿西島東側，全長約11.6 km，起終點分別距鹿西島約3 km、14.6 km，為樂清灣進港航道的主要淺段，是航道疏浚養護的主要范圍，維護量約占整個進港航道的70%以上。其位置如圖1所示。航道研究段疏浚底寬222 m，設計通航水深12.6 m[3]，航道邊坡外側平坦區域水深11～13 m，航道挖槽深度0～2 m不等，表層底質以粘土質粉砂(YT)為主，中值粒徑0.003～0.021 mm，平均0.007 5 mm。已有研究表明，航道所在海域泥沙沖淤基本為懸沙的落淤及再懸浮，沒有大范圍的海床沖刷及淤積，水體含沙量較小，開敞水域含沙量為0.11～0.23 kg/m3[4]，海床沖淤亦很小[5]，但溫州海區易受臺風影響[6-8]，臺風對含沙量變化也有較大影響[9]。航道建設前的數模計算表明，風速大于20 m/s情況下3 d淤積厚度為0.06～0.13 m[7]。

圖1 航道研究段平面位置布局Fig.1 Location of study section

相關研究表明，臺風對航道回淤會造成一定的影響[10]，影響程度與臺風的風力等級和路徑有關，通常情況下，臺風風力等級越高，掀起的淺灘泥沙越多，水體含沙量越大，故航道回淤越大[11-13]。樂清灣航道建成以來多次開展水深監測，積累豐富實測數據。為了解臺風對樂清灣進港航道的淤積影響，服務于航道養護計劃的制訂與實施。收集了2013～2020年歷次航道水深監測結果以及同期的臺風強度與影響范圍相關資料，對樂清灣進港航道研究段的淤積情況進行了詳細統計。其中2013～2020年，開展了兩次維護性疏浚，歷時分別為2015年9月～11月、2019年10月～2020年4月，疏浚歷時段未予以淤積分析。

1.1 歷次水深監測結果

2013年9月～2020年10月樂清灣進港航道研究段共開展了24期水深監測，所有數據均來自各期的水深監測報告或成果圖紙。除2013年9月、2018年7月30日兩期為多波束掃測之外，其余均采用單波束水深測量，深度基準面均為當地理論最低潮面。根據收集的數據與圖紙，采用南方CASS軟件以三角網DTM法或斷面法計算了航道槽內的平均水深見表1。

表1 樂清灣進港航道研究段歷次水深監測平均水深Tab.1 Average water depth of previous times of the Yueqing Bay m

1.2 同期臺風信息

為分析臺風對航道淤積的影響，在“臺風路徑實時發布系統(typhoon.zjwater.gov.cn)”網站上查詢了上述24期測量期間的所有臺風信息。該系統所查詢的臺風信息明確列出了7級半徑與10級半徑，以及臺風中心的運行軌跡，據此可以在地圖上直接確定研究的航道段距臺風中心的距離，以及是否位于7級半徑或10級半徑。

經統計，2013年至今7級半徑覆蓋樂清灣進港航道研究段的臺風共計12次，其中10級半徑覆蓋或接近該研究段的臺風有6次，分別為“201323菲特”、“201509燦鴻”、“201808瑪莉亞”、“201909利奇馬”、“201918米娜”、“202004黑格比”。臺風最近點距離航道研究段及風圈半徑信息見表2。

表2 2013～2020年7級風圈覆蓋樂清灣進港航道研究段的主要臺風信息列表Tab.2 List of main Typhoon Information in the study section covered by level 7 wind circle (2013～2020年)

2 臺風對航道淤積的總體影響

以歷次平均水深及測量時間為依據，計算了各月份的平均淤積厚度如圖2。計算時，當測量數據時間跨度超過1個月時，如期間未有臺風，按月計算平均值；如期間有臺風，非臺風所在月份參考之前月份數值，階段累計淤積減去非臺風月份的淤積當作臺風當月的淤積。其中2015年8月～2015年12月、2019年10月～2020年4月為航道養護疏浚期，未進行淤積計算。

圖2 月均淤積厚度柱狀圖(2013-10～2020-10)Fig.2 Histogram of monthly average sedimentation (2013-10～2020-10)

統計表明，根據目前臺風7級半徑、10級半徑分類(其他風級及細節特征因缺少詳細數據不予統計分析)，臺風7級及以下風圈半徑覆蓋情況下基本不會對該航道造成較大淤積，此類情況下，月平均淤積厚度最大0.07 m，平均約0.03～0.04 m，計算年均淤積厚度約0.36～0.48 m，這與同海域溫州深水航道泥沙模型研究表明的年淤強介于0.0～0.62 m/a[14]基本吻合。臺風10級及以上風圈半徑覆蓋情況下可能將造成航道在大風期出現相對較大淤積，淤積厚度均超過0.1 m，明顯超過非臺風影響下淤積厚度，其中利奇馬和黑格比影響最大，淤積厚度約0.4 m，同樣與溫州深水航道泥沙模型研究表明的“東向50 a一遇大浪作用3 d風后的條件下，外海航段驟淤強度在0. 50 m以內”[11]基本吻合。

3 “瑪莉亞”臺風期航道淤積特點

3.1 臺風期水深與底泥跟蹤監測

“瑪莉亞”是近年來影響該航道區域較為典型的強臺風之一。“瑪莉亞”于2018年7月11日從福建連江登陸，嚴重影響到樂清灣進港航道所在海域，當地最大風力達14級。為了解本次臺風對樂清灣航道的淤積影響，在臺風后開展了3次水深跟蹤監測及1次海底密度剖面測量(見表3)。

表3 臺風“瑪莉亞”跟蹤監測時間與內容Tab.3 Monitoring time and content after typhoon Maria

臺風后18 d的底泥密度剖面監測點位位于航道中心線附近，共計7個站位，1#～7#站順航道中心線自西向東基本均勻分布于航道研究段。密度監測采用音叉振動密度計。

3.2 跟蹤監測結果

對臺風“瑪莉亞”前后幾次的測量數據進行平均水深計算并繪制了過程曲線如圖3。臺風后3 d平均水深相比前一期測量有較大幅度減小，平均水深僅11.65 m，相比2018年4月臺風前淺了0.36 m，臺風后14 d、18 d平均水深有所回升，分別為11.76 m、11.79 m。

圖3 臺風“瑪莉亞”前后水深監測平均水深過程曲線Fig.3 Curve of average water depth before and after typhoon Maria

根據各期水深監測數據繪制了航道區域數字地形模型DTM，并以各期DTM的差值為數據源，繪制了航道沖刷與淤積的演變圖進行對比。相比臺風前，臺風后18 d時研究段東部區域呈現出沖刷態勢，沖刷幅度最大0.3～0.4 m，中部區域呈現出較大幅度的淤積，最大淤積厚度近1 m；而相比臺風后14 d，臺風后18 d時，除中部區域外出現一定的變深外，其余均呈現少量的變淺。結合后述的密度剖面空間分布特征，初步分析與泥沙沉積和密實有關。

監測的密度剖面曲線表明底部泥水分界處水體密度約1 035 kg/m3，最大探測密度1 660 kg/m3，自泥面往下底泥明顯密度分界為1 440 kg/m3，統計了各站1 035～1 440 kg/m3、1 440～1 660 kg/m3區間的泥層厚度如圖4。

圖4 臺風“瑪莉亞”后18 d泥層厚度Fig.4 Silt thickness 18 days after typhoon Maria

統計表明航道研究段密度1 035～1 440 kg/m3的泥層最大厚度為0.25 m，平均厚度為0.16 m；密度1 440～1 660 kg/m3的泥層最大厚度為0.55 m，平均厚度為0.27 m。探測泥層厚度均呈現東西兩端薄、中間厚特征，與臺風前后水深監測反映的兩端淤積較少、中部淤積大的空間分布特征總體趨勢一致，可初步判斷本次淤積的底泥為臺風影響造成。

3.3 臺風影響分析

根據監測結果及相關圖表，可以分析得出臺風“瑪莉亞”對樂清灣進港航道的淤積影響如下：

(1)“瑪莉亞”臺風前后的沖淤渲染圖表明，受臺風影響航道總體呈淤積趨勢且沖淤的空間分布不均勻，呈現出外沖內淤的空間分布態勢。臺風后最外部區域出現局部沖刷，最大沖刷幅度近0.4 m；其余區域以淤積為主，最大淤積幅度近1 m；底泥密度監測結果表明航道中部泥層較厚度，兩端較薄，這與沖淤空間分布基本一致。

(2)“瑪莉亞”臺風登陸造成了研究段的總體淤積，水深由深變淺，但臺風后航道底泥逐步密實，水深又出現了由淺變深的恢復過程，也說明此次臺風致使航道區域海底產生了較大擾動。臺風后半個月左右，密實沉積超過0.1 m，速度逐步變緩，趨于穩定。

4 結語

(1)樂清灣進港航道非臺風影響情況下正常淤積幅度不大，總體年淤積厚度為0.3～0.5 m。

(2)臺風7級及以下風圈半徑覆蓋情況下基本不會引起航道的短期較大淤積，不會加快航道的總體淤積速率；臺風10級及以上風圈半徑覆蓋時，海底擾動較大，會造成短時期的較大淤積，具體淤積數值與臺風強度、路徑等因素有關。臺風后隨著底泥的逐步密實，水深條件有所恢復。

(3)航道沖淤受“瑪莉亞”臺風影響明顯，外側深水區域呈少量沖刷，內側以淤積為主，平均淤積為0.1～0.2 m。

(4)臺風屬于自然惡劣天氣，難以提前預計每年發生次數與臺風強度，且每次臺風情況也并非一致，因此航道養護日期在臺風期過后，并且在浮泥沉積穩定后。

(5)目前臺風對航道的淤積影響僅限于對常規測量數據的統計與分析，建議今后加強監測，并可根據工程實際需要，開展大風期的泥沙監測與研究專題工作，以進一步了解臺風對航道淤積的影響機理與影響結果。