舟山市小干二橋工程海洋水動力環境影響分析

摘" 要：為了解舟山市小干二橋建設工程對所在海域的水動力環境影響，包括工程附近海域的潮流場和泥沙場的變化。該文通過建立平面二維潮流數值模型對小干二橋的潮流場以及水動力進行分析，并對該工程區域的泥沙環境進行沖淤情況預測。結果顯示，工程實施后，沒有改變大范圍海域的流場特征，對周邊水域流場的影響主要發生在工程區附近，橋墩樁基附近流向變化較大，橋墩附近流速減弱、流向改變明顯，沖淤影響僅限于工程區域附近海域，對沈家門港區和定海至沈家門航道的正常運行均不會造成大的影響。

關鍵詞：小干二橋；海洋環境；潮流場；水動力；沖淤變化

中圖分類號：X82" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）13-0095-04

Abstract： In order to understand the influence of Xiaogan Second Bridge construction project on the hydrodynamic environment of the sea area in Zhoushan City， including the change of tidal current field and sediment field in the nearby sea area. The tidal current field and hydrodynamic force of Xiaogan Second Bridge are analyzed by establishing a two-dimensional tidal current numerical model. Meanwhile， the erosion and silting conditions of the project area are investigated. The results show that after the implementation of the project， the characteristics of flow field in a wide range of sea areas are not changed， and the impact on the flow field in surrounding waters mainly occurs near the project area. The flow direction near the pier and pile foundation changes greatly， the flow velocity near the pier weakens and the flow direction changes obviously， and the impact of scour and silting is limited to the sea area near the project area. The normal operation of Shenjiamen Port area and Dinghai - Shenjiamen waterway will not be greatly affected.

Keywords： Xiaogan Second Bridge; The marine environment; tidal current field; hydrodynamic force; erosion and silting change

發展海洋經濟，建設海洋強國是我國重要的發展戰略。經濟發展過程中，多伴隨大規模基礎設施建設，產生各種生態環境影響。舟山群島地處我國東部黃金海岸線與長江黃金水道的交匯處，具有優越的區位條件和豐富的海洋資源。“臨城新區”介于定海、普陀兩大城區之間，由臨城、勾山、小干島組成的市級主中心，是舟山城市重點拓展策略區。作為小干島中央商務區開發項目的重要交通基礎設施，小干二橋是舟山首座按城市道路標準設計的市政跨海大橋，同時也是舟山首座城市景觀橋。該項目的建設一方面為舟山市島群一體化發展提供便利，另一方面項目在建設過程中以及建成后不可避免會對附近海域造成一定影響。

本文選取小干二橋工程，采用平面二維潮流數值模型對工程影響區域進行潮流場分析，對工程附近海域水動力和泥沙環境影響進行分析，以綜合評價工程項目的社會經濟與環境影響。

1" 工程概況

舟山市小干二橋工程位于舟山市臨城新區港島路上，作為連接舟山本島與小干島之間的第二條島際通道，橫跨定沈航道（圖1）。工程南起小干島規劃緯七路，北至本島海天大道，線路全長1 455.2 m，其中橋梁工程全長1 246 m。主橋為雙塔結合梁自錨式懸索橋[1-2]。

2" 工程對海洋動力環境影響分析

跨海橋梁的建設必然會改變工程附近海域的潮流場和泥沙場，進而影響海床泥沙的沖淤變化。本研究通過平面二維潮流模型，對項目實施流態、流速的影響進行分析，進而得出項目所在海域水動力以及沖淤情況的動態變化。

2.1" 數學模型建立與驗證

2.1.1" 基本方程

垂線平均的平面二維淺水潮波連續方程與運動方程為

2.1.2" 計算條件及參數選擇

1）計算基面。計算的水平面設置在1985年國家高程基準面。采用直角坐標右手系，工程區域水下地形圖采用2012年4月施測的1∶1 000和2011年9月施測的1∶5 000測圖，其余采用2007—2010年出版的海圖拼接而成。

2）計算范圍和網格尺寸。模型的計算范圍東邊界至東福山，西邊界設在乍浦一線，北邊界至蘆潮港-綠華山一線，南邊界至象山松蘭山（圖2）。計算域的橫向寬約155 km，縱向長度約150 km，計算域面積約為15 440 km2。網格布置充分利用了三角形網格的優點，按照重點關鍵水域網格密、其他水域疏的原則剖分。計算域內的網格布設考慮了水流、地形梯度的差異，對工程附近的計算網格做進一步加密，保證工程前后流場模擬精度。共布有4.4萬個計算節點和8.3萬個三角形單元，域內最大水深達100 m以上，最小空間步長約為10 m，計算時間步長為0.5～1 s，網格布置如圖2所示。

3）邊界條件。對于流場的計算，岸邊界采用可滑不可入條件。對于西側水邊界根據鎮海實測潮位過程推算，北邊界控制點根據岱山實測潮位過程推算，南邊界控制點根據大目涂實測潮位過程推算，其余水邊界利用全球潮汐模型（TPXO6）求得。

2.1.3" 驗證資料

驗證資料采用2012年4月實測水文泥沙資料。

潮位觀測：在小干島設置臨時潮位站，進行為期半個月潮位觀測；同時抄錄定海、鎮海、岱山、松蘭山（大目涂）長期驗潮站潮位資料的搜集。

水文、泥沙測驗：在工程區域布置全潮同步水文測驗5條垂線，進行包括水深、潮流（流速、流向）、含沙量、懸沙及底質粒度、海面風速（風向）等6項觀測項目，垂線位置如圖3所示[3]。

1）潮位驗證。模型對計算域內的鎮海、定海、岱山、小干島4個潮位站進行了驗證，驗證結果顯示，大潮、中潮、小潮各潮位站模型與實測的潮位過程吻合較好，模型的漲落潮歷時和相位與實測資料基本一致[4]。

2）潮流驗證。模型對計算域內的1#—12#共12個測流點的潮流流速、流向進行驗證，大潮、中潮、小潮流速、流向驗證過程與實測過程吻合較好，包括轉憩流時間、最大漲、落潮流速出現時間及量值均與原體實測結果基本符合[4]。

2.2" 水動力條件影響分析

由于本工程橫跨小干圍涂和舟山本島，主橋橋墩在水道，均位于0 m線以上，多處水深低于平均中潮位，現狀情況下，漲潮時水道兩側邊灘過水時間約3 h，落潮時，西北來的潮流受眾多島嶼阻礙，潮流較漲潮時較弱，邊灘流速較小，過水時間基本在1 h以內。因此，工程后流場變化主要在橋墩樁基附近。工程實施后沒有改變大范圍海域的流場特征，對周邊水域流場的影響主要發生在工程區附近，橋墩樁基附近流向變化較大，漲潮時順水道西北行的水流遇樁基被迫轉向，基本沿樁基線繞行，落潮時同理[4]。

圖4、圖5分別為工程實施后漲、落潮平均流速變化圖。由圖可見，漲潮時，水道內西北行的水流遇橋墩樁基而過水受阻，橋墩附近流速減弱、流向改變明顯，橋墩處流速減弱最大幅度約0.30 m/s，與橋墩距離由近及遠，流速變化呈帶狀幅度逐漸減弱，向西影響在距二橋1 000 m范圍內，向東在200 m范圍內。同時受阻水流向航道中間擠壓，沈家門航道靠近兩側橋墩處流速略有增大，增大幅度在0.05 m/s。

落潮時，橋墩位置處大部分時間處于露灘狀態，橋墩對周邊影響較弱，基本集中在橋墩附近200 m范圍以內，流速減小最大幅度0.30 m/s。

2.3nbsp; 海床沖淤變化

海床沖淤需要幾年甚至數十年時間才能達到平衡狀態，圍涂工程對海域的影響也是個長期過程。對于這種長歷時的海床沖淤變化，采用數學模型計算難度較大，目前較多的是采用經驗方法進行估算。工程后的海床地形預測選用半經驗半理論的公式估算

，

式中：P為工程后的淤積厚度；V1、V2分別為工程前后的流速；H1、H2分別為工程前后的水深；s為工程區域沿垂線平均含沙量；ω為泥沙沉降速度（在河口海岸地區應考慮絮凝的影響）；？酌′s為泥沙干容重。

圖6為二橋工程實施平衡時工程附近沖淤變化圖。如圖所示，二橋工程實施引起的沖淤影響僅限于工程區域附近海域，水道走向橋墩附近基本呈淤積態勢，沖淤平衡時累積淤積幅度0.5 m以內；橋墩靠近航道處稍有沖刷，沖刷幅度在0.2 m以內；靠近小干圍涂堤線附近也略有0.2 m以內沖刷，沖淤影響范圍主要集中在距離橋墩200 m范圍內，對沈家門港區和定海至沈家門航道的正常運行均不會造成大的影響。

3" 結束語

通過對小干二橋的平面潮流場以及水動力的分析，得到了有關小干二橋建設過程中以及建成后對所在海域的影響。

1）工程實施后，沒有改變大范圍海域的流場特征，對周邊水域流場的影響主要發生在工程區附近，橋墩樁基附近流向變化較大，橋墩附近流速減弱、流向改變明顯。流速變化呈帶狀幅度逐漸減弱，向西影響在距二橋1 000 m范圍內，向東在200 m范圍內，沈家門航道靠近兩側橋墩處流速增大幅度0.05 m/s。落潮時，對周邊影響較弱，基本集中在橋墩附近200 m范圍以內，流速減小最大幅度0.30 m/s。

2）工程實施引起的沖淤影響僅限于工程區域附近海域，水道走向橋墩附近基本呈淤積態勢，沖淤平衡時累積淤積幅度0.5 m以內；橋墩靠近航道處稍有沖刷，沖刷幅度在0.2 m以內；靠近小干圍涂堤線附近也略有0.2 m以內沖刷，沖淤影響范圍主要集中在距離橋墩200 m范圍內，對沈家門港區和定海至沈家門航道的正常運行均不會造成大的影響。項目建設短期內帶來的社會經濟效益大于環境影響。

參考文獻：

[1] 常付平.舟山市小干二橋工程主橋設計[J].橋梁建設，2016，46（6）：83-87.

[2] 上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司.舟山市小干二橋工程可行性研究報告[R].2014.

[3] 浙江省河海測繪院.舟山市小干島西部圍涂工程及新城與小干島、長峙島連島工程地形測量技術報告[R].2012.

[4] 國家海洋局第二海洋研究所.舟山市小干二橋工程環境影響報告書[R].2014.