港珠澳大橋附近海域海床演變分析

應 強，辛文杰，毛佩郁

（南京水利科學研究院，南京210029）

伶仃洋是珠江口東部4個口門（虎門、蕉門、洪奇瀝和橫門）注入的河口灣，灣型呈喇叭狀，灣頂寬約4 km（虎門口），灣口寬約30 km（澳門至香港大濠島之間），縱向長達72 km，水域面積2 110 km2。伶仃洋水下地形具有西部淺、東部深的橫向分布特點和灣頂窄深、灣腰寬淺、灣口寬深的縱向分布特點，灘槽分布呈“三灘兩槽”的基本格局，三灘指西灘、中灘和東灘，兩槽指東槽和西槽［1］。

港珠澳大橋（HZMB）位于伶仃洋南部海區，跨越珠江口伶仃洋，連接香港、珠海和澳門三地（圖1），擬建橋區西側海床主要位于西部淺灘的下部，內有九洲港航道、江海直達船航道和青洲航道；橋區東側水深較大，內有伶仃航道、銅鼓航道，上游不遠處是中部淺灘（礬石淺灘）的下緣。

港珠澳大橋在設計中存在許多需要研究解決的技術問題，橋位所處海床的穩定性和其演變趨勢是其中之一。本文在以往研究的基礎上，根據最近幾年伶仃洋海域的水文、泥沙觀測資料和航道整治工程資料，對港珠澳大橋所在橋位附近的海床進行演變分析［2-4］。

圖1 伶仃洋及港珠澳大橋示意圖Fig.1 Sketch of the Lingding bay and the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

1 來水來沙特征

珠江水系主要由西江、北江和東江組成，根據《廣東省水資源》（1986年）統計，珠江流域河川水資源總量為3 360億m3，其中出海徑流3 260億m3。西江年徑流量2 300億m3。北江510億m3，東江257億m3，三角洲諸河293億m3，這些河流經8大口門入海，其中東部4個口門——虎門、蕉門、洪奇門、橫門匯入伶仃洋后注入南海。圖2為西江高要站1980年以來歷年流量、輸沙量的變化，北江石角站和東江博羅站也有同樣的趨勢［5］。由圖2可以看出，雖然各年的流量不等，但總的趨勢變化不大，由于河道內人工取沙、上游植被保護、水利工程的修建攔沙等因素的綜合作用，使得輸入河口的泥沙呈現減小趨勢。

圖2 西江高要站流量、輸沙量年際變化Fig.2 Annual variation of water and sediment amount at Gaoyao hydrometric station

2 潮汐與潮流特征

伶仃洋的潮汐類型屬不規則半日混合潮型，即每個太陰日出現2次高潮和2次低潮，潮高和潮歷時存在明顯的不等現象，特別是在某些時段，還會出現全日潮。最高潮位一般出現在洪季，最低潮位出現在枯季或汛后。汛期高潮位東部高于西部，低潮位則相反；漲潮時海平面向西南傾斜，落潮時向東南傾斜；枯水期無論高低潮位，東部均略低于西部，海平面向東南傾斜。

伶仃洋為弱潮河口，潮差較小，平均潮差為0.86～1.69 m，最大潮差為2.29～3.36 m。潮差呈現由東向西逐漸遞減，由灣口向灣頂逐漸遞增的特點。

天津水運工程勘測設計院［6］在2007年8月13～14日及16～17日對伶仃洋海區進行了潮位同步測量，4個口門的潮位過程見圖3。由圖3可知，大虎站的潮位過程早于橫門、蕉門站約2 h，而板沙尾站最晚，可能是由于板沙尾站位于洪奇瀝水道口門較上游所致；4個口門的最低潮位值相差不大，但最高潮位值有所差別，以大虎站為最高，蕉門次之，板沙尾站再次之，橫門站為最低。這與4個口門的徑流、潮流強弱有關。資料表明，潮汐作用強弱依次為虎門、蕉門、洪奇門、橫門，其山潮比分別為0.26、1.74、2.16、2.75，虎門為以潮汐作用為主的口門，其他3個口門則以徑流作用為主。

圖4為沿伶仃洋縱向分布各潮位站點的潮位過程線。由圖4可知，伶仃洋從口門的大萬山島站向內河河口的虎門站，潮位逐漸升高，最高潮位在桂山島站最低，內伶仃島站次之。

根據整理后的實測潮位資料，大虎站最大潮差為2.62 m，平均潮差為1.85 m；內伶仃島站最大潮差為2.51 m，平均潮差為1.52 m；桂山島站最大潮差為2.17 m，平均潮差為1.21 m；大萬山島站最大潮差為2.02 m，平均潮差為1.12 m?？梢姀耐夂４笕f山到虎門，沿程潮差呈遞增變化。

3 橋位附近流速變化

圖3 4個口門潮位過程線（2007年8月13～14日）Fig.3 Tidal curves of four estuaries on Aug.13～14，2007

圖4 伶仃洋不同站點實測潮位過程線Fig.4 Tidal curves of different sites in the Lingding bay

圖5為枯季（2009年3月）橋位斷面大、小潮流速流向平面分布圖，圖5中CL01、CL02在橋位線上游，CL03、CL04、CL05、CL06、CL07、CL08、CL09 共 7 個測點在橋位線上，CL10、CL11 在橋位線下游。由圖 5 可見，該水域內漲落潮以往復流為主，且與所在的航槽走向一致，反映了地形與水流的相互作用關系；橋位東側的流向較為一致，橋位西側的流向較為發散；落潮流的流向較為一致，漲潮流的流向較為發散；大、小潮相比，大潮的漲落潮流向一致性較好，小潮流向的發散性較大；實測資料統計表明：最大流速為136 cm/s；橋位附近11個測點的全潮落潮平均流速在21～70 cm/s；漲潮平均流速在25～58 cm/s。洪季時橋位附近水域內漲落潮仍以往復流為主，大潮時流速較大，小潮時則較小。

圖5 橋位斷面枯季流速流向平面分布圖Fig.5 Distribution of tidal velocity and direction along cross section of bridge site in dry season

4 橋位附近含沙量變化特征

2009年在對橋位進行潮流測量的同時，對含沙量也進行了測量。根據2009年3月27～28日、6月16～17日、6月22～23日的實測資料，統計得出各測次落潮、漲潮和全潮平均的含沙量（表1）。

表1 橋位海域實測含沙量統計Tab.1 Statistics data of measured sediment concentration at bridge site kg/m3

由表1可以看出：橋位附近水體的含沙量很小，3個測次中平均漲、落潮含沙量最大值均小于0.3 kg/m3，2個大潮過程相比較，枯季水體含沙量較小，同為洪季，大潮含沙量大于小潮含沙量。在同一測次中，不同測點水體的含沙量也有較大差別。

分析2004年、2007年和2009年橋區附近海區底質粒徑分布可知：近年來床面泥沙粒徑趨于均勻，2009年中的床面泥沙粒徑約為8Φ。

5 橋位附近地形變化

選取1954年、1964年、1974年、1989年、1998年、2001年、2004年及2009年海圖，對工程海區的近期灘槽演變進行2 m、5 m和10 m等深線的變化比較。結果表明：橋位附近2 m等深線隨不同年份有所變化，變化范圍在1～1.5 km，既有沖刷后往岸邊后退的過程（如1954～1964年），也有淤積擴展的過程（如1974～1989年），還有基本無變化的情況（1964～1974年），2001年以來，2 m等深線向岸邊方向移動了約500 m，表現為沖刷態勢，原因有待進一步分析。橋位附近5 m等深線隨不同年份有所變化，靠西部海區邊緣的基本較為穩定；但由西部淺灘靠伶仃水道的向下沙體，則有所發展，主要表現為沙體向下（南）延伸，1998年、2001年和2009年的5 m等深線下延均已穿過橋位線；介于伶仃航道與銅鼓西航道間的礬石淺灘尾端5 m等深線沒有明顯變化，但其東側銅鼓東、西航道間的5 m等深線有一定的上移趨勢（上移約1 km），而其另一側的等深線變化不大，說明銅鼓淺灘有萎縮態勢；橋位附近10 m等深線隨不同年份變化不大，2009年的等深線有所展寬，是由于伶仃航道人為拓寬浚深，同樣2009年在橋位上方新增的-10槽，是新開挖的銅鼓航道。

圖6為2004年及2008年西灘上橋軸線及其上游950 m處2個斷面地形變化比較。由圖6可以看出:經過近4 a的水沙作用，橋區附近斷面單向性變化不明顯，統計這2個斷面的資料，2004年橋位斷面的平均水深為5.306 m，2008年為5.282 m；4 a來水深減小了0.024 m；與此相應，2004年橋軸線上游950 m處的斷面平均水深為5.341 m，2008年為5.325 m；4 a來水深減小了0.016 m，說明橋位附近河床每4 a淤積2 cm左右。

圖6 橋位附近西灘斷面淤積變化比較Fig.6 Variation of sediment accumulation of west beach near the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge site

6 擬建橋區海床沖淤演變的發展趨勢

橋區所在海域的演變受制于伶仃洋的總體演變，許多學者對伶仃洋的演變進行了研究，雖然所得的淤積速率有所不同，但都認為伶仃洋處于緩慢淤積的過程。因此，雖然從近期橋位附近海區的演變趨勢分析來看海床沖淤變化不大，但從長遠來看，橋位處海床總的發展趨勢以緩慢淤積為主。

橋區西段：西段淺灘在自然狀態下屬微淤環境，海床相對較穩定。珠江河口徑流雖主要經由這里向海排泄，但徑流動力至此已與潮流動力融合而消能，淡水亦已與鹽水混合形成了混合水，故此區段不論徑流或潮流的動力作用均不強，不會造成該處海床的大幅沖淤變化，海床穩定性較好。但需注意橋位上游西灘靠近伶仃水道處沙舌的下移變化。

橋區東段：橋區東段海區的海底高程一般在-5 m以下，水深較大，水流亦較強，并有伶仃水道深槽與銅鼓淺灘分汊水道在此匯聚，高鹽陸架水常年由此入侵和上涌，是侵蝕沖刷的主要地段。該水域水動力環境的主要特征是洪季呈高度分層狀態，上層水體以“河口羽”的形式漂浮在中、底層高鹽陸架水之上，迅速向海排泄，其最大流速可達2 m/s，中、底層水體以上溯流為主。近期演變分析可知，海床沖淤變化幅度不大，處于相對穩定的狀態，如其上游的灘槽不發生較大的改變，這種狀態應能保持下去。

7 結論

伶仃洋的水沙主要來自于東部4個口門——虎門、蕉門、洪奇門、橫門，1980～2007年的年徑流量、年輸沙量資料表明，雖然各年的流量不等，但流量總的趨勢變化不大；而年輸送的泥沙數量則呈減小趨勢。

伶仃洋的潮汐類型屬不規則半日混合潮型，潮位在不同季節、不同位置均有所差別。潮位從外海到河口的虎門站（從南往北），逐漸抬高，過后又呈下降趨勢；伶仃洋水域內漲落潮以往復流為主，且與所在的航槽走向一致，反映了地形與水流的相互作用關系。大、小潮相比，大潮的漲落潮流向一致性較好，小潮流向的發散性較大，靠西側的測點流向較東側測點的流向散亂。

橋位附近水體的含沙量均較?。淮裁婺嗌沉捷^細且均勻。橋位處海床總的發展趨勢以緩慢淤積為主，但淤積強度較小，2004～2008年淤積了2 cm左右，屬微淤狀態，需注意橋位上游西灘靠近伶仃水道處沙舌的下移變化，橋區東段其上游的灘槽不發生較大的改變，海床將保持相對穩定的狀態。

［1］徐君亮，李永興，蔡福祥，等.珠江口伶仃洋灘槽發育演變［M］.北京：海洋出版社，1985.

［2］辛文杰.港珠澳大橋對珠江口港口航道影響研究總報告（平行研究1）［R］.南京：南京水利科學研究院，2010.

［3］應強，毛佩郁，辛文杰.港珠澳大橋建設對珠江口港口航道影響物理模型試驗研究之一海床演變分析［R］.南京：南京水利科學研究院，2010.

［4］辛文杰，應強.港珠澳大橋工程可行性研究階段海床演變分析報告［R］.南京：南京水利科學研究院，2004.

［5］陸永軍，賈良文，莫思平，等.珠江三角洲河網低水位變化［M］.北京:中國水利水電出版社，2008.

［6］楊樹森，韓西軍.2007年8月廣州港伶仃航道三期工程項目伶仃洋海域現場勘測資料成果匯編［R］.天津：交通部天津水運工程科學研究所，2007.