洋山深水港四期工程港區增深可行性研究

莊 驊，吳明陽，劉國亭

（1.洋山同盛港口建設有限公司，上海 201308；2.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）

洋山深水港四期工程港區增深可行性研究

莊 驊1，吳明陽2，劉國亭2

（1.洋山同盛港口建設有限公司，上海 201308；2.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）

根據洋山深水港區近期（2009年～2013年）的現場觀測資料，通過對多年實測資料的對比分析和數值模擬，深入研究了洋山港海域沖淤變化和四期港區泥沙淤積情況。其結論顯示：大小洋山主通道海域海床總體穩定，西北部局部的沖刷環境為四期港區港池航道的增深創造了有利條件，預測洋山深水港區四期工程港池和航道的年回淤強度為1.0～2.0 m，接近二期港區的實際淤強，計算回淤量為457～881萬m3，二期工程港池和外航道的成功開挖，表明港區的增深可以實現。

泥沙；潮流；數模；增深；可行性；研究

Biography：ZHUANG Hua（1969-），male，senior engineer.

洋山深水港區由大、小洋山島鏈組成。北港區位于小洋山島鏈，西起小烏龜東至小巖礁，岸線長約10 km，其間保留有顆珠山汊道。小洋山的一、二、三期港區5.6 km碼頭岸線，16個深水泊位，先后建成營運，小洋山以西的四期港區正在建設中。洋山海域從1998年至今，十余年來主通道的地形沖淤仍保持著“南淤北沖”的格局，已投產的一期～三期工程水深良好，顆珠山汊道在發展，四期港區水域繼續處于微沖趨勢，灘面自然水深已從工程前的-8.0～-9.0 m，發展到目前的-10.5～-13.0 m，沖刷環境為建設深水港創造了有利條件，特別是在上海市深水岸線缺乏的情況下，開發建設四期港區深水泊位顯得尤為必要［1］。

本文根據洋山深水港區近期（2009年～2013年）的水文泥沙、水深等現場測量資料和數值模擬技術研究成果，深入地分析洋山深水港區海域和四期港區水域沖淤變化情況，為四期港區增深的可行性研究提供基本依據。

1 工程概況及自然條件

1.1 工程概況

洋山深水港于2002年6月開工建設以來，小洋山北港區共有5個汊道，先后封堵了小洋山～鑊蓋塘、大烏龜～顆珠山、鑊蓋塘～大指頭島3個汊道，建成一期～三期工程、一～三期港池開挖工程，四期港區駁岸線已完成，各項工程進展順利。2009年5月～2012年6月，維護疏浚工程量一～三期工程港區分別為130.6萬m3、865.0萬m3和7.0萬m3，內航道和外航道分別為226.0萬m3和790.0萬m3，合計維護疏浚工程量為2 018.6萬m3。

1.2 自然條件

1.2.1 工程前海域地形地貌特征

洋山深水港區位于上海南匯咀東南海域的崎嶇列島，是由大、小洋山南、北兩支島鏈組成，形成東窄西寬面向杭州灣開口的喇叭狀海域。在長期的潮流動力和波浪作用下，形成了洋山港海域特有的地形地貌分布特征：通道內水域自西向東寬度逐漸縮窄，水深逐漸增大（圖1）。

圖1 1998年11月通道內水域地形圖Fig.1 Topographic map of main channel water area in November,1998

圖2 洋山深水港區潮流矢量圖（2013.04）Fig.2 Tidal vector graph of Yangshan Deepwater Port area（2013.04）

1.2.2 潮汐

根據小洋山2007年～2009年實測潮位觀測資料分析，洋山港區屬非正規淺海半日潮型，日潮不等現象明顯。平均高潮位3.90 m，平均低潮位1.14 m，平均潮差2.76 m，潮汐強度中等［2］。

1.2.3 潮流基本特征

（1）潮流流向。

假設辦公局域網的IP地址配置為192.168.3.0/24網段，在該局域網內配置一臺僅緩存DNS服務器。

根據2013年4月觀測資料分析，洋山港區外航道、通道及其南、北和大、小洋山汊道等水域，漲、落潮水流均呈明顯的往復流運動（圖2），漲、落潮平均流向為292°～114°。

（2）潮流流速。

洋山港區海域為強潮流海區，通道西部海區最大漲落潮流速分別為2.45 m/s和2.67 m/s，通道中部最大漲落潮流速分別為2.30 m/s和2.55 m/s，通道東部海區最大漲落潮流速分別為2.21 m/s和2.30 m/s，落潮流速大于漲潮流速。2013年4月實測漲潮流速在0.35～1.06 m/s，平均為0.69 m/s；落潮在0.33～1.29 m/s，平均0.72 m/s，落潮流速大于漲潮流速。其中，外圍水域和進港航道水流強度較強，其次是通道東部和中部，海城西部、大山塘～大洋山汊道和顆珠山汊道相對較弱［3］。

1.2.4 泥沙環境

（1）海區含沙量特征。

根據2013年4月實測資料統計結果，定點實測含沙量平均為0.92 kg/m3，漲、落潮分別為0.93 kg/m3和0.90 kg/m3，漲潮含沙量大于落潮。垂線最大含沙量漲、落潮分別為3.27 kg/m3和3.38 kg/m3；觀測海域內，雙連山～大山塘汊道、顆珠山汊道和大洋山南側水域含沙量最高，雙連山～大山塘汊道、港區中部和西部次之，港區東部、進港航道以及小洋山以北水域含沙量相對較低。

從縱向變化講，平均含沙量自東向西沿程逐漸增大，即進港航道最小，港區東部次之，港區中、西部最大；由橫向分布來看，平均含沙量自南向北沿程逐漸降低，即大洋山以南水域最大，通道水域次之，小洋山以北水域最小；汊道的含沙量與其他水域相比，為觀測海域的大含沙區［4］。

（2）含沙量季節的變化。

根據小洋山站1998年～2008年每日高、低潮時表層含沙量資料統計分析：含沙量年際變幅很小，但季節變化明顯，每年從11月～轉年4月冬、春季節含沙量較高，在0.92～1.24 kg/m3；5月～10月夏、秋季節含沙量較低，在 0.33～0.81 kg/m3［5］。

2007～2009年洋山港區懸沙平均粒徑一般為0.006 4～0.012 2 mm變化，平均中值粒徑d50為0.008 mm，當流速較大時，其平均粒徑稍大，而流速小時相對較小。這種懸沙皆屬細粉砂和極細粉砂兩種類型，懸沙顆粒較細，在水流的作用下具有極易活動的特性。2013年4月懸沙中值粒徑平均為0.005 9 mm，2013年與2007～2009年相比，懸沙中值粒徑平均偏細0.002 5 mm，細化程度大、小潮大于中潮。

（4）底質。

觀測海域沉積物中值粒徑為0.019 5 mm，其中，小洋山北側近岸泥沙粒徑細于大、小洋山通道和大洋山近岸南側區域，港區東部海域泥沙粒徑粗于小洋山北側及大洋山南側區域。沉積物質主要為砂質粉砂、粉砂和粘土等物質組成。

圖3 2009年4月～2013年4月沖淤變化圖Fig.3 Erosion?deposition variation of main channel water area in 2009.4～2013.4

2 洋山深水港區海域通道內近期地形變化分析

2.1 通道內沖淤格局

圖3為洋山深水港區海域通道內2009年4月～2013年4月海床地形沖淤變化情況。從圖中可以看出，通道內總體上保持了“南淤北沖”的格局，即呈現通道北側沖刷、通道中部及南部淤積的分布。計算海域的淤積量為2 266萬m3，合計淤積厚度為0.71 m，平均每年淤積強度為0.18 m。計算海域沖刷量為1 712萬m3、沖刷厚度0.99 m，平均每年沖刷強度為0.25 m，全水域沖淤量為554萬m3，加上港區疏浚工程量1 003萬m3，實際沖淤量為1 557萬m3，年平均淤強為0.08 m。說明洋山海域在工程全面竣工投產后，近期4 a海床的沖淤變化幅度不大，在新的工程邊界條件下處在調整后期，洋山海域的海床總體上是穩定的。

2.2 顆珠山汊道水域近期海床沖淤變化分析

2.2.1 沖淤分布

圖4為顆珠山汊道水域2009年4月～2013年4月海床地形沖淤變化圖。從圖中可以看出，四期工程岸線形成以后，受岸線歸順水流的作用，顆珠山汊道水域總體上呈現出沖刷的態勢，其中淤積強度比較大的區域主要分布于靠近顆珠山一側及鑊臍島周圍，沖刷比較大的區域主要分布于汊道中部，即顆珠山汊道深槽水深加大，而兩側淺灘水域水深變小。

2.3 四期工程水域近期沖淤變化

圖5為洋山深水港區四期工程水域2009年4月～2013年4月海床地形沖淤變化圖。從圖中可以看出，四期港區水域總體上呈現出沖刷的態勢。由于四期工程碼頭岸線的建設，受陸域吹填的影響碼頭岸線前沿產生了較大淤積，同時在碼頭駁岸線的導流作用下岸線南側水域形成沖刷坑，未來四期工程西側導流堤建設以后，沖刷坑將繼續西移，同時沖刷坑范圍和沖刷強度將減小。

圖4 2009年4月～2013年4月顆珠山汊道沖淤變化圖Fig.4 Erosion?deposition variation of Kezhushan inlet water area in 2009.4～2013.4

圖5 2009年4月～2013年4月四期港區沖淤變化圖Fig.5 Erosion?deposition variation of the 4th phase project water area in 2009.4～2013.4

3 四期港區水深及進港航道增深可行性分析

3.1 洋山海域海床沖淤變化處在調整后期，保持了穩定狀態

洋山深水港區在工程全面竣工投產后4 a期間（2009年～2013年），洋山海域海床的沖淤變化繼續保持了“南淤北沖”的格局，每年平均沖刷和淤積強度分別為0.3 m和0.2 m，沖淤變化不大，海床總體上保持了穩定狀態。洋山海域的穩定和西北部沖刷環境為四期港區和進港航道的增深創造了有利條件（圖4）。

3.2 四期工程及進港航道水域的海床處在沖刷態勢

（1）四期工程水域位于洋山海域的西北部，東部緊臨顆珠山汊道和已建成的洋山港一期～三期工程。為了緩解東口門的雍水，減輕泄流的負擔；增強洋山海域北部的潮動力，確保洋山港一期、二期工程的水深維護，自2005年先后封堵了小洋山～鑊蓋塘汊道，大烏龜～顆珠山汊道，保留了顆珠山汊道。顆珠山汊道是以落潮為主的出水出沙通道，2005年以后汊道迅速地發展，漲落潮量也隨之增強，占洋山海域西口門總潮量的10%和15%，增強了洋山海域西北部的潮動力，使四期工程水域處于沖刷狀態，每年沖刷強度平均為0.3～0.5 m，使四期工程水域的水深由2005年的-8.0～-9.0 m增深至2008年的-10～11.0 m；隨著2008年12月洋山深水港區一期～三期工程竣工投產，和2009年底四期工程2.3 km駁岸建成至今，經過了4 a時間，在新邊界條件下的水文泥沙、潮動力的調整和海床的沖淤變化，從2009年4月和2013年4月實測資料對比來看：顆珠山汊道的落潮量是漲潮量的1.96倍，比2009年的落漲潮比1.66增加18%，說明顆珠山汊道繼續發展，出水出沙的作用日趨增強。四期工程水域的水深從2009年4月的平均水深11.0 m，至2013年4月刷深至12.3 m，4 a內平均沖刷1.13 m，年沖刷強度為0.26 m，海床的沖刷環境為港區水深的增強創造了有利的條件（圖5）。

（2）四期工程的進港航道位于蔣公柱的南面，距一期～二期碼頭前沿以南780 m，航道走向130°平行一期～二期碼頭和蔣公柱滾裝船碼頭；15萬t級航道為單向航道寬度為250 m、長度5 km、底高程為-16.5 m、邊坡1：5。該水域的海床在一期～三期工程竣工投產以及四期工程駁岸完成、蔣公柱碼頭建成后呈現相對穩定狀態。從2009年4月至2013年4月4 a水深對比變化來看，蔣公柱邊灘處在穩定狀態，航道部分海床處于微沖狀態，沖刷強度為0.1～0.5 m；從等深線變化來看，中央沙萎縮，航道處有400～200 m，長1.2 km；航道水域出現沖刷幅度0.3～1.2 m的沖刷溝（圖6）。

（3）從斷面水深變化來看，斷面南部的進港航道，在一～二期工程水域內年淤積強度不大，僅為0.1 m，位于蔣公柱水域內處于沖淤平衡狀態（沒有圖對應）。

綜上所述，蔣公柱處在顆珠山汊道和洋山通道的分流口處，航道開挖后泥沙淤積是不可避免的。隨著工程邊界的調整，潮流會逐漸平順、通暢；該區海床趨于穩定和近期的微沖態勢，航道增深后的泥沙回淤量會逐漸有所減少。

圖6 2009年～2013年蔣公柱水域沖淤變化圖Fig.6 Erosion?deposition variation of Jianggongzhu water area in 2009～2013

圖7 洋山深水港區工程平面布置圖Fig.7 Layout plan of Yangshan Deepwater Port′s project

3.3 港區水域內固定、有效的工程邊界，促使潮流更加平順通暢

洋山海域是強潮流、高含沙量的海域，潮流強度的減弱是引起泥沙回淤的原因，根據洋山港工程實踐往往是建設后的工程邊界對潮流的影響程度較大。隨著2008年底一期～三期工程5.6 km碼頭的建成使用、2009年底四期工程2.3 km駁岸完工、2010年蔣公柱滾裝船碼頭建成，目前該地區的工程建設已全部完成，工程邊界條件已基本固定下來。對該地區的潮流起到導流作用，使潮流更加平順、通暢以及潮流強度的增強。在新的工程邊界經過4 a的調整，2009年～2013年海床呈現總體沖淤平衡趨勢，說明已建成的工程邊界是有效的，為該地區水域的增深創造了有利的條件（圖7）。

3.4 顆珠山汊道繼續的發展，增強了洋山海域西北部的潮動力

顆珠山汊道是以落潮為主的出水出沙通道，自2005年封堵了2個汊道后，顆珠山汊道的漲落潮量迅速地增加，占西口潮量的10%和15%，大大地增強了洋山海域西北部的潮動力，使四期工程水域處于沖刷的趨勢；隨著2008年底洋山港一期～三期工程竣工投產和2009年底四期2.3 km駁岸建成至今，經過4 a的調整期，到2013年4月顆珠山汊道的漲落潮量為3.71億m3和6.24億m3，落潮量是漲潮量的1.96倍，比2009年1.66倍，增加18%，說明顆珠山汊道繼續向著以落潮為主方向發展，有利于出水出沙作用的增強，繼續為四期工程水域的增深在新的工程邊界條件提供潮動力［6］。

3.5 洋山二期港池和外航道的開挖成功，說明增深是有可能的

2005年洋山港的外航道10 k淺段從-10.0 m開挖至-16.0 m，年回淤量在0.5 m左右，目前使用良好。2006年二期港池的西部（靠近蔣公柱處）從-8.0 m開挖至-16.0 m，年回淤量2.0 m左右，是洋山港回淤較大的區域，目前除定期地維護挖泥，使用情況良好。

從洋山深水港區經歷過的工程實例來看，開挖初期回淤量較大。洋山港的淤積量隨著工程邊界的固定，潮流會更加平順、潮動力逐漸調整、海床沖淤變化會越來越小，開挖后的回淤量會逐漸減少的趨勢。

3.6 數學模型試驗成果

根據2013年4月和7月兩次現場實測的水文泥沙資料建立了數學模型。利用模型的試驗成果，采用順岸式港池淤積計算公式和海港水文規范推薦的航道淤積計算公式，估算出回淤量如表1所示［7］。

由表1可以看出，港池和進港航道，7萬～15萬t級的年回淤強度為1.0～2.0 m，與二期工程港區的實際淤強基本相當。港池航道噸級由7萬t級增加至15萬t級；回淤量由457萬m3增至881萬m3，增加1.93倍。增加的回淤量開挖初期是較大，但伴隨著工程邊界的固定，導流作用日益有效支持，回淤量會有逐年減少的趨勢。

表1 四期工程港區回淤量統計表Tab.1 Statistical table of back silting quantity in the 4th phase project′s harbor district

4 結論

（1）隨著2008年底洋山深水港區一期～三期工程竣工投產、2009年底四期工程駁岸完工和2010年蔣公柱滾裝船碼頭建成，洋山港海域海床沖淤變化經過4 a在新的邊界條件下的調整，逐漸趨于穩定。近期（2009年～2013年）的水文泥沙、水深測量資料顯示：洋山深水港區海域在工程全面竣工投產后4 a期間，通道內總體上繼續保持了“南淤北沖”的格局，即呈現通道北側沖刷、通道中部及南部淤積的分布。年沖、淤強度為0.25 m和0.18 m，沖淤變化不大，海床總體上保持了穩定狀態。

（2）二期港區水域呈現淤積狀況，三期港區呈現沖刷狀態，一期工程水域介乎二者之間，有沖有淤；蔣公柱港區水域總體呈現淤積；顆珠山汊道水域總體呈現沖刷；近期顆珠山汊道繼續向著以落潮為主的方向發展，增加了顆珠山汊道出水出沙的作用，繼續保持四期工程水域的沖刷趨勢，有利于洋山港一期～三期工程的水深維護。

（3）四期工程水域隨著2.3 km駁岸的完成，水域潮動力的增強和潮流平順通暢，顆珠山汊道處于發展趨勢，目前四期工程水域海床地形總體呈現沖刷，年沖刷深度為0.28 m。

（4）根據數學模型試驗和經驗公式回淤計算結果，7～15萬t級港池和航道的年回淤強度為1.0～2.0 m，接近二期港區的實際淤強，回淤量為457～881萬m3。

（5）洋山海域的穩定和西北部沖刷環境為四期港區和進港航道的增深創造了有利條件；港區水域內固定、有效的工程邊界，促使潮流更加平順通暢，洋山深水港區二期港池和外航道的開挖成功，說明增深是有可能的。開挖初期回淤量可能較大，但隨著工程邊界的固定，導流作用的日益增強，回淤量會有逐年減少的趨勢。

［1］邵榮順，吳明陽.上海洋山深水港區的選址和規劃［J］.水運工程，2013（S1）：40-46.

SHAO R S，WU M Y.Site selection and planning of Yangshan deepwater port［J］.Port&Waterway Engineering,2013（S1）：40-46.

［2］吳明陽，許家帥.上海洋山深水港區水文泥沙研究［J］.海岸工程，2011（2）：43-49.

WU M Y,XU J S.Study on Hydrology and Sedimentation of Shanghai Yangshan Deep?water Harbor Area［J］.Coastal Engineering,2011,30（2）：43-49.

［3］吳明陽，劉國亭.上海國際航運中心洋山深水港區南港區前期研究水文泥沙測驗分析報告（2013年4月）［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學研究所，2013.

［4］吳明陽，劉國亭.上海國際航運中心洋山深水港區四期工程水文泥沙測驗分析報告（2013年7月）［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學研究所，2013.

［5］左書華，楊華.上海國際航運中心洋山深水港洋山海域和西港區水域沖淤演變分析報告［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學研究所，2009.

［6］朱巧云，畢軍芳.洋山深水港南港區前期研究水文測驗技術報告［R］.上海：長江水利委員會水文局長江口水文水資源勘測局，2013.

［7］張征，李蓓，左書華.上海國際航運中心洋山深水港區四期工程建設方案數學模型研究報告［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學研究所，2013.

Feasibility analysis of different depth plan in Shanghai Yangshan Deepwater Port Phase IV Project

ZHUANG Hua1，WU Ming?yang2，LIU Guo?ting2
（1.Yangshan Tongsheng Port Construction Co.Ltd.,Shanghai201308,China;2.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministy of Transport,Tianjin300456,China）

On the basis of observation data in Yangshan Deepwater Port area during 2009～2013,the variation of erosion and siltation in Yangshan Deepwater Port Phase IV Project was analyzed according to numerical simula?tion results and the measured data of past years.The results show that：Overall stability in Yangshan sea area and northwest erosion environment create favorable conditions for different depth plan of dock basin and channel of the phase IV project area.Annually back silting intensity of dock basin and channel of the phase IV project area is 1.0～2.0 m,which is close to actual silting intensity of phase II project of harbor area.The quantity of back silting is 4 570 000～8 810 000 m3.Successful excavation of the phase II project of dock basin and outer channel of Yang?shan Deepwater Port illustrates that it is possible to carry out the different depth plan of harbor area.

sediment;tidal current;numerical simulation;different depth plan;feasibility

TV 142；O 242.1

A

1005-8443（2014）02-0148-06

2013-04-02；

2013-12-09

莊驊（1969-），男，上海市人，高級工程師，主要從事港口及航道工程建設管理工作。