濰坊港沉積物特征及岸灘穩定性研究

劉國亭，閆新興，侯志強

（交通運輸部天津水運工程科學研究所 工程泥沙交通行業重點實驗室，天津300456）

濰坊港地處萊州灣的灣頂，岸灘寬淺、泥沙活躍。濰坊市海岸線西起壽光市羊口鎮養殖場與廣饒縣水產開發公司養殖場交界處，東至膠萊河河流中心線，海岸線全長140 km。目前濰坊市沿海擁有濰坊港中港區、羊口作業區等多處中、小型港區，其中濰坊港中港區為主要港區。為了調查研究濰坊港海區的沉積物類型和物質組成以及為淤積分析、模型計算提供參數和依據，2011 年3 月在濰坊港各港區開展了海底沉積物取樣工作，共采取了225 個沉積物表層樣品。所取樣品均進行了粒度分析，分析儀器采用美國Microtrac 公司生產的S3500 系列激光粒度分析儀進行。

1 自然條件

1.1 潮汐

西港區：采用羊角溝水文站1988～2008 年資料統計，主要日分潮與半日分潮振幅比為0.80，屬不規則半日潮海區［1］。

中港區：采用北港碼頭南側1990 年4 月16日～1991 年4 月15 日潮位資料統計主要日分潮與半日分潮振幅比為0.63，屬不規則半日潮海區。

東港區：采用下營水文站多年實測潮位資料統計分析后，與濰河口短期實測資料對比分析，屬不規則半日潮海區。

各港區潮位特征值如表1 所示（當地理論最低潮面）。

表1 各港區潮位特征值Tab.1 Characteristic value of tidal level in each harbor district m

1.2 海流

根據2011 年3 月期間濰坊沿海11 個測站大、小潮的水文全潮觀測結果分析，本海區的海流以潮流為主，且屬于規則半日潮流。

從流向來看，各測站呈明顯往復流，各測站漲潮平均流向呈SW—WNW，落潮平均流向呈NE—E。

余流流速較小，從垂線平均的余流結果來看，最大值出現在小潮期間4#測站，達10.0 cm/s，方向為323°，其余測站余流均在10 cm/s 以下，平均為3.5 cm/s。

漲、落潮流平均歷時分別為6 h37 min 和5 h39 min，漲潮流歷時大于落潮流歷時，平均歷時差58 min。漲潮憩流時間，即初落時間，發生在高潮前59 min～高潮后1 h05 min，平均發生在高潮后16 min；落潮憩流時間，即初漲時間，發生在低潮前34 min～低潮后56 min 之間，平均發生在低潮后14 min。各測站潮波都是介于駐波與前進波之間，兼有駐波與前進波的特征。

1.3 波浪

根據濰河口外-5.0 m 水深處，1989 年3～9 月短期波浪觀測資料統計，該海區常浪向為N，出現頻率為21.22%；次常浪向為NNE，出現頻率為16.14%；強浪向為NNE。應該說明，上述資料主要代表了春季和夏季的波浪狀況，而缺測的秋季和冬季正是盛行偏北各向風的季節，因此可以預測偏北各向波浪的年出現頻率將大于上述統計值。

濰河口地處濰坊東港區，距濰坊中港區約30 km，與濰坊中港區均靠近萊州灣灣頂，兩區風區長度相近，海底地形坡度相近。因此濰河口的波浪狀況可代表濰坊港中港區的波浪狀況。

1.4 泥沙來源

濰坊港近海區的泥沙來源有4 個方面，一為河向來沙；二為海向來沙；三為沿岸輸沙；四為本海區灘面泥沙的局部搬運。

本海域基本無海向來沙；沿岸輸沙很小，對港區的淤積影響不大；本區泥沙運移的方式為“波浪掀沙，潮流輸沙”，灘面泥沙的局部搬運是造成港區泥沙淤積的主要原因［2］；黃河口泥沙的擴散對本港區泥沙有一定影響，但目前還不是港口淤積的主要原因。

2 沉積物特征

本次底質調查濰坊港區沉積物質總體分布為，西港區小清河河道內的沉積物以砂質粉砂及細砂分布為主；小清河河口的沉積物以細砂分布為主；濰坊中港區防沙堤口門以外航道及兩側沉積物以粉砂及粘土質粉砂分布為主；濰坊東港區以細砂分布為主。

沉積類型中，粗顆粒物質有砂（S）、粗中砂（CMS）、中砂（MS）、細中砂（FMS）、中細砂（MFS）、細砂（FS）共6 種；細顆粒物質有砂質粉砂（ST）、粉砂（T）及粘土質粉砂（YT）共3 種。

2.1 沉積物中值粒徑

本區沉積物中值粒徑總體分布特征為，西港區小清河河道內中值粒徑大于0.10 mm 與小于0.10 mm 的物質分布各半；小清河河口區域以中值粒徑在0.10～0.15 mm 的物質分布為主；濰坊中港區防沙堤口門以外航道及兩側沉積物，在口門以東8 km 內中值粒徑大于0.05 mm，8 km 以外區域小于0.05 mm；濰坊東港區以中值粒徑在0.05～0.10 mm 的物質分布為主。

2.1.1 小清河河道

本區沉積物中值粒徑在0.035 7～0.335 6 mm，平均中值粒徑為0.098 8 mm，沉積物總體上顯示出由內河向河口逐漸變粗的沉積特征。

結合水深測圖，對位于河道深槽的23 個樣品的平均中值粒徑進行了計算，為0.067 7 mm，與河道邊灘的平均中值粒徑0.116 7 mm 相比，約為河道邊灘物質粒徑的58%，表現出河道深槽沉積物質細，河道邊灘物質粗的分布特征。

斷面（10）以西，大部分區域中值粒徑小于0.1 mm，大于0.1 mm 物質在斷面（2）呈零星狀分布，在斷面（6）～斷面（8）之間呈少量條狀分布；斷面（10）以東，大部分區域中值粒徑大于0.1 mm，小于0.1 mm 物質呈零星狀分布。

2.1.2 小清河河口

本區沉積物中值粒徑在0.037 8～0.378 9 mm，平均中值粒徑為0.129 7 mm，沉積物總體上顯示出由近岸向外海逐漸變細的沉積特征。

從中值粒徑分布圖（圖1）可以看出，大部分區域中值粒徑介于0.10～0.15 mm。大于0.15 mm 物質除在所調查區域西端由西北向東南呈少量條狀分布外，同時大部分區域呈零星分布。小于0.1 mm 物質在斷面（9）～（12）之間區域呈局部分布外，在斷面（1）～（8）之間呈零星狀分布。小于0.05 mm 物質僅在斷面（8）以東呈少量塊狀分布。

2.1.3 濰坊中港區

本區沉積物中值粒徑在0.009 0～0.180 3 mm，平均中值粒徑為0.046 4 mm，沉積物總體上顯示出由近岸向外海逐漸變細的沉積特征。

在口門以東8 km 內沉積物中值粒徑大于0.05 mm，8 km 以外區域沉積物中值粒徑小于0.05 mm。中值粒徑大于0.05 mm 區域中又以介于0.1 ～0.2 mm 物質分布為主；中值粒徑小于0.05 mm 區域分布則比較均勻。

圖1 小清河河口表層沉積物中值粒徑分布圖Fig.1 Distribution of sediment′s median size in surface layer in Xiao-Qinghe River estuary

由口門向外，0～5 km 內，平均粒徑基本維持在0.06～0.10 mm；5～10 km 段，平均粒徑由0.10 mm 陡降至0.02 mm；10～28 km 段，平均粒徑基本維持在0.02 mm 上下。

此外，自口門向東，沿航道縱向13 個樣品的平均中值粒徑為0.073 8 mm，航道西側13 個樣品的平均中值粒徑為0.022 0 mm，航道東側13 個樣品的平均中值粒徑為0.067 0 mm。說明航道東側的沉積物粗于西側，查證2006 年濰坊港森達美港區沉積物特征與演變趨勢報告［3］，也說明了東部粒徑粗于西部這一特征。同時，西防沙堤西側的154、155 兩個樣品的平均中值粒徑為0.111 6 mm，東防沙堤東側的182、183 兩個樣品的平均中值粒徑為0.113 8 mm，同為細砂，量值上幾乎相等。結合2006 年底質調查結果，說明在-6 m 水深以內，防沙堤東西側的沉積物質在粒徑粗細上基本相當。

2.1.4 濰坊東港區

本區沉積物中值粒徑在0.020 5～0.118 4 mm，平均中值粒徑為0.085 8 mm，沉積物總體上顯示出由近岸向外海逐漸變細的沉積特征。

大部分區域中值粒徑介于0.05～0.10 mm。大于0.10 mm 物質除在所調查區域最南端及北部呈少量帶狀分布外，還在測量區域中部呈局部分布。而小于0.05 mm 物質在斷面（4）及測量區域的西北角呈零星狀分布。

2.2 沉積物分選程度

按照海洋調查規范［4］的劃分標準，本區分選程度主要為3 級，即分選系數介于0～0.6 屬分選程度很好，0.6～1.4 屬分選程度好，1.4～2.2 屬分選程度中常。

本次底質調查濰坊港區分選程度總體分布為，西港區小清河河道內的沉積物以分選程度為好的分布為主；小清河河口區域的沉積物以分選程度為很好的分布為主；濰坊中港區防沙堤口門以外航道及兩側沉積物，以分選程度為好的分布為主；濰坊東港區以分選程度為很好的分布為主。

2.2.1 小清河河道

樣品分析成果表明，本區沉積物的分選系數在0.25～1.54，平均分選系數為0.66。

本區沉積物分選程度的分布特征為，分選程度很好的區域與分選程度好的區域面積大致相當，分選程度中常的區域呈點狀分布。

2.2.2 小清河河口

樣品分析成果表明，本區沉積物的分選系數在0.16～1.20，平均分選系數為0.43。

從分選程度分布圖（圖2）可以看出，分選程度為很好的測點占據絕大部分區域，分選程度好的測點除在所調查區域的西南角、東北角及東南角呈小面積分布外，在調查區域的中部呈零星狀分布，分選程度中常的區域呈點狀分布。

2.2.3 濰坊中港區

樣品分析成果表明，本區沉積物的分選系數在0.34～1.71，平均分選系數為1.11。

本區沉積物分選程度的分布特征為，分選程度好的區域在取樣區域呈大面積分布，分選程度很好的區域在口門附近及斷面（7）呈局部分布、在最西端呈帶狀分布，分選程度中常的區域在東端及中部呈局部分布。

2.2.4 濰坊東港區

樣品分析成果表明，本區沉積物的分選系數在0.17～1.79，平均分選系數為0.50。

本區沉積物分選程度的分布特征為，分選程度為很好的測點自南向北占據大部分區域；分選程度好的測點除在所調查區域的西北角及在斷面（4）～斷面（6）之間呈小面積分布外，還在斷面（8）呈零星狀分布；分選程度中常的測點僅在斷面（4）呈點狀分布。

圖2 小清河河口表層沉積物分選程度分布圖Fig.2 Distribution of sediment′s sorting degree in surface layer in Xiao-Qinghe River estuary

3 海岸動力地貌及演變趨勢分析

3.1 濰坊沿海地貌特征

本區為沖積海積平原，以海積為主，河口區淺灘寬闊平坦，近岸多為鹽田和養殖區，多有石堤護岸，森達美港自陸向海建有數十公里的海堤，堤上已建成雙向的疏港公路，圍海面積范圍較大。

本區雖處萊州灣頂，但據多年測圖對比和地貌調查結果認為，本段海岸處于沖淤平衡，接近穩定狀態。

據鉆孔資料（孔深一般為20 m）分析，濰坊港近岸底質自上而下依次為泥質粉砂、亞粘土、粉砂、亞粘土，上部為海相沉積，下部為陸相沉積，如此巨厚的沉積物質，源于歷史上黃河奪小清河入海及附近河流下泄泥沙。

歷史上黃河曾3 次共19 a 從甜水溝以南入海，五次決口先是1895 年6 月22 日于齊東決口，黃河水由青城南趨，直灌小清河入海，而后1897 年，1899 年和1901 年3 次決口，最后是1937 年黃河在麻灣決口，黃水南下經小清河入海，大量泥沙在口門附近堆積，塑造了本區的岸灘地貌，并使岸灘迅速淤長、外延，1953 年黃河改由神仙溝入海后，此地沙源大減，細顆粒物質經潮流分選作用后被帶往外海，岸灘物質明顯粗化，以1995 年與2011 年2 次森達美港（濰坊中港區）近海區沉積物取樣分析結果比對，泥沙顆粒的物理指標特征未發生質的改變，反映出的結果是不僅未發生泥沙顆粒的細化，而且表現出略有粗化的現象。

泥沙粗化的表現，顯示了該地區外來沙源的不足，而且表明當泥沙經波浪與潮流動力的分選作用，細顆粒泥沙被帶入外海，而使當地泥沙處于不斷粗化的演變過程中。

經多年水深對比分析結果表明，濰坊東、中、西港區水下岸坡長期處于相對穩定狀態，海岸處于動態平衡狀態，沒有恒定的外來沙源補給，泥沙運動形式主要是波浪掀沙，潮流輸沙。

2011 年度萊州灣濰坊港的西、中、東港區的近海取樣分析結果表明，河口區與近岸沉積物的沉積特征仍延續了20 世紀90 年代（1991～1995 年）的調查分析結果，近岸沉積物質主要表現為極細砂與砂質粉砂，源于歷史上黃河及附近河口的泥沙。

3.2 濰坊沿海地貌演變趨勢分析

3.2.1 海圖資料

等深線對比及沖淤變化分析采用了萊州灣及附近的海圖資料，如下：

（1）萊州灣及附近海圖（編號1224），海軍司令部海道測量局1953 年9 月刊行，采取1935 年日版海圖及1950 年英版海圖資料調制，比例尺1:25 萬。

（2）老黃河口至龍口港（包括萊州灣）海圖（編號15-1010），海軍司令部航海保證部1971 年8 月出版，海域為1958～1959 年測量，比例尺1:15 萬。

（3）萊州灣海圖（編號11840），航保部2002 年1 月出版，工程區水深為1984 年測量，比例尺1:15 萬。

（4）萊州灣海圖（編號11840），航保部2005 年10 月出版，工程區水深為2002 年測量，比例尺1:15 萬。

3.2.2 濰坊港海域海岸演變特征

依據以上海圖資料，對黃河口至膠萊河口海域的0 m、2 m、5 m、10 m 等深線及岸線進行了套繪，等深線對比圖見圖3。

從圖3 可以看出，黃河口至膠萊河口海域，按等深線走向的明顯變化及淤積強度區域分布的差異性，大致可以劃分為兩個區域?；疑珔^域A 位于萊州灣海域近岸區的北部，等深線1984～2002 年一直向外迅速推進，基本以清水溝老黃河入海口為軸線向SE 延伸。各等深線1984～2002 年累計向外推進距離分別為，0 m等深線8.7 km，2 m 等深線13.6km，5 m 等深線14.7 km，10m 等深線12.9 km，其主要原因是1976 年黃河人工改道清水溝后，黃河來水來沙在河海相互作用和河口鋒的屏蔽作用下，大量入海泥沙在河口區附近堆積，使得河口沙咀快速向海延伸。白色區域位于萊州灣海域近岸區的中東部，等深線淤漲速度較區域A 大大減小，1959～2002 年5 m 等深線最大外推距離只有2 km 左右，平均46 m/a，1959～1984 年10 m 等深線向內蝕退最大距離為3 km 左右，平均117 m/a。從圖3 可以看出，白色區域B 正是濰坊港海區所處工程海域，與區域A 相比，等深線變化幅度與速率已大大減小，可以認為處于動態平衡之中。同時，0 m 等深線自D2 斷面以南1959 年后有所蝕退，分析其原因為，在區域A 沙咀泥沙大量堆積形成的岬角效應及泥沙來源有所減少的雙重作用下，由于泥沙補給不足而使灘面有所蝕退。

圖3 黃河口至膠萊河口海域等深線對比圖Fig.3 Collation map of depth contour in sea area from the Yellow River estuary to Jiaolai River estuary

圖4 為黃河口至膠萊河口海域岸線對比及水深固定斷面布置圖，從圖上可以看出，A 點是海岸線淤進、蝕退的分界點，A 點以北，海岸線1935～1984 年一直處于緩慢的淤進之中；A 點以南，海岸線則總體上以蝕退為主。海岸線變化的平面趨勢為，以A 點為界，向北淤進距離逐漸加大，至清水溝老黃河入海口達到最大，此處1935～2002 年累計淤進距離為36.2 km，從老黃河口向北再逐漸減小；以A 點為界，向南蝕退距離逐漸加大，至膠萊河口達到最大，此處1935～2002 年累計蝕退距離為10.5 km，再向南逐漸減小，至虎頭崖岸線基本穩定。從時間趨勢上看，1935～1959 年南部海岸線變動幅度較大，1984～2002 年則以老黃河口形成的沙咀南北區域變動較大。同時，由于A 點以南海岸線后退影響，萊州灣海域的幾個主要河口均發生了擺動，如廣利河口、小清河河口總體上向南擺動，濰河口、膠萊河口總體上向東擺動。

圖4 黃河口至膠萊河口海域岸線對比及水深固定斷面布置圖Fig.4 Collation map of shore line and layout of water depth section in sea area from the Yellow River estuary to Jiaolai River estuary

通過進一步分析可以發現，萊州灣海域河口地區岸線相對其他岸線段變動較為明顯，當1953 年黃河入?？诒币坪?，A 點南側的岸線1959～2002 年較1935～1959 年變化范圍及幅度已大大減小。因此，濰坊港海域岸線穩定的前提是黃河口以現清8 入?？谖恢帽３植蛔?，如河口位置北移，則海岸線更加穩定；如果河口位置南移，則勢必影響本海區海岸線穩定。據第三屆黃河國際論壇（2007 年），《黃河河口河道治理歷程及治理對策研究》［5］、《黃河河口清水溝流路行河年限研究》［6］2 篇論文，均一致認為，在有計劃地安排入海流路并在一定的工程措施條件下，清水溝流路將在50 a 或更長時間內保持穩定，同時將刁口河流路作為備用流路。因此從黃河流路變遷這一角度來看，本海區岸線將在長期內保持穩定。

3.2.3 濰坊港海域附近海床沖淤變化

為了說明濰坊港海域水深的垂向變化趨勢，在黃河口至膠萊河口海域沿岸線縱向布設了6 個斷面（斷面位置見圖4），各斷面水深變化趨勢見圖5，可以看出，從1959～2002 年期間，河口沙咀外等深線一直處在向外快速推進狀態之中，海床地形則表現為持續的淤漲趨勢，-14 m 水深線以外水深則基本保持穩定。從圖4 上還可以看出，在-10 m 等深線以淺，1959～1984 年間海床淤漲速率明顯高于1984～2002 年間；在-10 m 等深線以深情況則恰恰相反。這種情況說明在相同的水動力條件下，海床淤漲選擇更加容易的方式，即泥沙更傾向于在近岸區堆積。

斷面D2 布設在斷面D1 南側13 km 處，1959～1984 年之間，-10 m 等深線以內海床表現為略微的淤漲，-10 m 等深線以外則表現為略微的沖刷；1984～2002 年在-2～-10 m 等深線之間存在一個巨大的堆積體，堆積體自斷面D1 開始至斷面D2 達到最大，再向南逐漸減小，至距斷面D2 南側11 km 位置5m 等深線處消失，也就是說，自黃河老入?？陂_始，向南24 km 海域1984 年后海床一直處在持續的淤漲之中，這種趨勢是否在繼續以及向東發展還需要資料加以驗證。

圖5 斷面D1～D6 水深變化圖Fig.5 Collation map of water depth in section D1～D6

斷面D3～D5 布設在小清河口至膠萊河口，基本對應著濰坊港的西、中、東港區。斷面D6 布設在膠萊河口以東15 km 處。1959～1984 年間，D3、D4 斷面海床略有升高，1984～2002 年間則以-5 m 等深線為界，在-5 m 等深線以內，表現為海床基本穩定或略有抬高，-5～-10 m 等深線間，海床呈抬高趨勢，但幅度較D2 已大為減小，且自D2～D4 呈持續減少的趨勢。而斷面D5～D6 的水深多年來基本保持穩定。

從斷面水深變化趨勢可以看出，濰坊中港區以西，受黃河口泥沙擴散、沉積影響，海床一直處于持續淤漲之中，這種趨勢還將持續，濰坊中港區以東海床則基本保持穩定。

4 結語

（1）西港區小清河河道內的沉積物以砂質粉砂及細砂分布為主；小清河河口的沉積物以細砂分布為主；濰坊中港區防沙堤口門以外航道及兩側沉積物以粉砂及粘土質粉砂分布為主；濰坊東港區以細砂分布為主。

（2）西港區小清河河道內中值粒徑大于0.10 mm 與小于0.10 mm 的物質分布各半；小清河河口區域以中值粒徑在0.10～0.15 mm 的物質分布為主；濰坊中港區防沙堤口門以外航道及兩側沉積物，在口門以東8 km內中值粒徑大于0.05 mm，8 km 以外區域小于0.05 mm；濰坊東港區以中值粒徑在0.05～0.10 mm 的物質分布為主。

（3）西港區小清河河道內的沉積物以分選程度為好的分布為主；小清河河口區域的沉積物以分選程度為很好的分布為主；濰坊中港區防沙堤口門以外航道及兩側沉積物，以分選程度為好的分布為主；濰坊東港區以分選程度為很好的分布為主。

（4）濰坊港海域岸線穩定的前提是黃河口以現清8 入?？谖恢帽３植蛔儯绾涌谖恢帽币疲瑒t海岸線更加穩定；如果河口位置南移，則勢必影響本海區海岸線穩定。

（5）從黃河流路變遷這一角度來看，本海區岸線將在長期內保持穩定。

（6）從斷面水深變化趨勢可以看出，濰坊中港區以西，受黃河口泥沙擴散、沉積影響，海床一直處于持續淤漲之中，這種趨勢還將持續，濰坊中港區以東海床則基本保持穩定。

［1］楊彩云，何馮斌，盧鳳蘭，等.濰坊港總體規劃修編［R］.濰坊:濰坊市交通運輸局，2010.

［2］李本臣，楊樹森.小清河口沖淤演變規律研究［J］.水道港口,1999（3）：27-32.LI B C，YANG S S. Study on scour and silting evolution law of Xiao-Qinghe River Estuary［J］. Journal of Waterway and Harbor，1999（3）：27-32.

［3］閆新興.濰坊港森達美港區岸灘物質演變趨勢及外航道淤積物可挖性預測［R］.天津:交通部天津水運工程科學研究所,2006.

［4］國家海洋局.海洋調查規范（第四分冊——海洋地質調查）［M］.北京:海洋出版社,1975.

［5］唐梅英，丁大發,何予川，等.黃河河口河道治理歷程及治理對策研究［C］//水利部.第三屆黃河國際論壇論文集.山東：東營，2007.

［6］錢裕，安催花，萬占偉，等.黃河河口清水溝流路行河年限研究［C］//水利部.第三屆黃河國際論壇論文集.山東：東營，2007.