濰坊港中港區(qū)3.5萬噸級航道工程對海岸沖淤影響

陳靖，劉峰，尹曉斐，張曉琨

(國家海洋局第一海洋研究所 青島 266061)

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濰坊港中港區(qū)3.5萬噸級航道工程對海岸沖淤影響

陳靖，劉峰，尹曉斐，張曉琨

(國家海洋局第一海洋研究所 青島 266061)

基于水文氣象，水深地形等實測資料，運用水動力和泥沙輸運數(shù)學模型，分析了濰坊港3.5萬噸級航道工程對周邊海域沖淤環(huán)境的影響，預測了淤積趨勢。研究結(jié)果表明，工程建成后研究區(qū)流場變化較小，變化主要集中在口門附近。航道驟淤的淤積厚度最大為0.81 m。口門內(nèi)、外平均淤積厚度分別約為0.26 m和0.27 m。大風淤積量約為290萬m3?？陂T內(nèi)、外淤積量分別約為41萬m3和249 m3。

濰坊港；航道；沖淤；數(shù)值模擬

港口是沿海經(jīng)濟的重要支撐。港口工程的建設影響到附近海域的水動力條件，改變了泥沙的運移趨勢，并最終引起地形地貌的動態(tài)調(diào)整[1]。無論是針對工程適宜性還是防護海岸，研究海岸工程的泥沙問題具有十分重要的理論及實踐意義[2]。

濰坊港是山東省綜合運輸體系的重要樞紐和地區(qū)性重要港口，將以散貨、雜貨運輸為主，積極發(fā)展集裝箱運輸和客滾運輸。濰坊港地處渤海萊州灣南岸，山東半島東北部，西臨東營，東連青島。萊州灣是典型的低平粉沙質(zhì)海岸。對粉沙質(zhì)海岸的研究，是繼砂質(zhì)海岸及淤泥質(zhì)海岸之后所開展的新課題，至今仍處于探索和基礎研究階段[3-4]。本研究以水文氣象、水深地形等實測資料為基礎，結(jié)合數(shù)值模型，預測了濰坊港東港區(qū)3.5萬噸級航道建設后對周邊海域沖淤環(huán)境的影響。

1 研究區(qū)概況

1.1 工程概況

濰坊港由西港區(qū)、中港區(qū)、東港區(qū)組成。中港區(qū)位于濰坊濱海海岸，白浪河入?？谖鱾?cè)，陸上距濰坊市主城區(qū)約60 km，水上距天津港139 n mile，煙臺港142 n mile，大連港180 n mile。擬建工程自1萬噸級碼向深水延伸，不改變原有航道的工程位置，繼續(xù)浚深加寬航道。有效寬度135 m，設計底標高-12.0 m，航道全長48 km。具體地理位置為： 37°15′15.30″N—37°32′58.57″N，119°11′13.25″E—119°35′8.70″E。

1.2 水文氣象概況

該區(qū)常風向為SSE向，出現(xiàn)頻率為14.5%，其次為S向，出現(xiàn)頻率為12.07%。強風向為NE向，全年不小于7級風出現(xiàn)頻率為0.25%；次強風向為NNE向，全年不小于7級風出現(xiàn)頻率為0.23%。

該海區(qū)常浪向為N向，出現(xiàn)頻率為21.22%，其次為NNE向，出現(xiàn)頻率為16.14%。強浪向NNE向。但由于觀測季節(jié)為春夏季，而該海區(qū)自秋末至初春盛行NW—NE方向的大風，海面出現(xiàn)大浪，預計偏北向波浪的年出現(xiàn)頻率將大于上述統(tǒng)計值。

本海區(qū)為規(guī)則的半日潮流區(qū)，潮流呈往復流性質(zhì)，漲潮流向SW，落潮流向NE。河口內(nèi)流速較大，河口以外流速較弱，潮段平均流速僅為0.15 m/s，漲落潮流最大垂線平均流速分別為0.44 m/s和0.26 m/s。最大漲潮流速0.60 m/s，最大落潮流速0.61 m/s，該海區(qū)余流流速較小。

1.3 地質(zhì)特征

萊州灣虎頭崖以西是華北臺地上的沉降區(qū)，第四紀以來其上發(fā)育了巨厚的沉積層，形成了廣闊的魯北沉降平原。目前的海岸輪廓是全新世最后一次海侵形成的淤積型平原海岸，加上黃河及其他河流帶來的大量泥沙，海岸淤進迅速，從而發(fā)育成了粉沙質(zhì)平原海岸。其形態(tài)為低平的岸灘、廣闊的潮間帶、河口外有寬廣的攔門砂發(fā)育，是典型的低平粉沙質(zhì)海岸。通過多次測圖的對比發(fā)現(xiàn)，本區(qū)地形基本穩(wěn)定，略有淤積。

濰坊港鄰近海域無海向來沙，本海區(qū)沿岸輸沙很小，對港區(qū)的淤積影響不大；經(jīng)分析，位于本港NW向的黃河口泥沙的擴散對本港區(qū)有一定影響，但目前還不是港口淤積的主要原因；本港位于粉沙質(zhì)海岸，泥沙運移的方式為“波浪掀沙，潮流輸沙”[1]，顯然灘面泥沙的局部搬運是造成港區(qū)泥沙淤積的主要原因。

2 研究資料

氣象資料來源于位于港區(qū)以西約20 km處羊口鹽場氣象站(37°07′ N，118°57′ E)的實測資料。采用濰坊北港碼頭南側(cè)1990年4月16日至1991年4月15日一年潮位觀測資料，表層沉積物資料來源于交通運輸部天津水運工程科學研究院在1990年、1995年和2003年現(xiàn)場底質(zhì)取樣分析數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果分析

3.1 工程對水文動力環(huán)境影響分析

3.1.1 流場特征分析

工程海域等深線和岸線接近平行，潮流以往復流形式運動。口門以里水域大部分為弱流區(qū)，漲落急時刻水流平順進出，未見明顯環(huán)流現(xiàn)象。從方案實施后漲、落急流場圖，對比現(xiàn)狀流場可知，工程方案實施后工程區(qū)以外潮流運動基本不變。方案實施后外航道區(qū)域漲、落急流態(tài)與現(xiàn)狀一致，漲急近似SSW向，落急近似ENE向；漲、落急走向與航道走向趨于一致，交角較?。豢陂T以里水域大部分為弱流區(qū)，漲落、急時刻水流平順進出，未見明顯環(huán)流現(xiàn)象。

口門附近近似W向的漲潮流受口門潛堤影響向北偏轉(zhuǎn)，繞過口門轉(zhuǎn)向SW方向；落急近似NE向的沿堤流繞過口門后轉(zhuǎn)為E向；口門處漲、落急時刻沒有環(huán)流存在，水流流態(tài)平順?？陂T附近漲、落急時刻流速均在0.6 m/s以內(nèi)。

3.1.2 航道流場特征

工程實施前后航道內(nèi)流速差別較小，分布趨勢均為外海大，向近岸逐漸減小，口門處有所增大，港池內(nèi)流速最小。圖1和圖2分別為工程實施前后航道內(nèi)最大流速及最大橫流分布示意圖。

圖1 3.5萬噸級航道內(nèi)最大流速分布趨勢

圖2 3.5萬噸級航道內(nèi)最大橫流分布趨勢

3.2 工程對海底蝕淤的影響分析

濰坊港中港區(qū)以西，受黃河口泥沙擴散、沉積影響，海床一直處于持續(xù)淤漲之中，這種趨勢還將持續(xù)，濰坊港中港區(qū)以東海床則基本保持穩(wěn)定。

根據(jù)濰坊港航道2010年10月和2012年5月兩個時期的水深測圖可以推算出航道年淤積厚度。兩次測圖均以當?shù)乩碚撋疃然鶞拭鏋楦叱袒鶞剩勺鳛楹降烙俜e驗證的依據(jù)。實測結(jié)果顯示，口門以里受掩護段航道淤積較小，淤積厚度沿程分布均勻(0～9+000段)，平均年淤積厚度在0.32 m左右；9+000～9+200段航道為沖刷狀態(tài)，這可能是2010年航道浚深結(jié)束后在9+000段航道附近航道深度由8.9 m減小為 7.1 m，存在階梯式地形，在海床穩(wěn)定過程中，較高位置海床向較低處塌陷所致，還可能與此段存在的堤頭繞流有關；受其影響靠近口門段航道9+300～10+000淤積量明顯偏離航道整體淤積趨勢；非掩護段航道(10+000以外)淤積明顯增大，航道淤積厚度沿航道基本呈線性分布，挖深較大的航道淤積較多，航道平均淤積厚度約為0.4m，最大淤積發(fā)生在口門附近，為0.85 m。

圖3給出3.5萬噸級航道建設后，潛堤堤頭位于-6 m、-7 m、-8 m等深線時航道沿程的年淤強分布趨勢。

圖3 濰坊港3.5萬噸級航道沿程年淤強分布

(1)從淤強分布趨勢而言，3.5萬噸級航道的年淤強分布趨勢表現(xiàn)為以下特點。

潛堤堤頭位于-6 m等深線時，年淤強分布沿航道軸線呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，老口門處淤強略小，老口門向外約1 km附近淤強達最大值，為1.44 m/a，至航道末端時淤強僅在0.04 m/a左右。淤強變化較大的區(qū)段位于航道9～18 km處，9 km 以內(nèi)以及18 km以外淤強分布較為均勻，變化不大。

潛堤堤頭位于-7 m等深線時，年淤強分布沿航道軸線也基本呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，其中老口門內(nèi)淤積較小，老口門至延伸潛堤3 km新口門之間淤強值存在波動，淤強最大值位于延伸潛堤3 km新口門以外約1 km處，即航道14 km附近，最大值為1.16 m/a，航道18 km以外淤強分布較為均勻，變化不大，至航道末端時年淤強已減小至0.04 m/a。

潛堤堤頭位于-8 m等深線時，年淤強分布仍然呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，其中老口門內(nèi)淤積較小，老口門至延伸潛堤6 km新口門之間淤強值存在波動，淤強最大值位于延伸潛堤6 km新口門以外約1 km處，即航道17 km附近，最大值為0.92 m/a，航道18 km以外淤強分布較為均勻，變化不大，至航道末端時年淤強已減小至0.04 m/a。

(2)從淤積厚度統(tǒng)計結(jié)果來看，潛堤堤頭位于不同水深時3.5萬噸級航道的年淤積厚度略有差異，表現(xiàn)為：潛堤堤頭位于-6 m等深線時，航道內(nèi)年淤積厚度最大為1.44 m/a，年平均淤積厚度在0.53 m/a左右，掩護段以內(nèi)平均淤積厚度在

0.47 m/a左右，掩護段以外平均淤積厚度在0.54 m/a左右。

潛堤堤頭位于-7 m等深線時，航道內(nèi)年淤積厚度最大為1.16 m/a，年平均淤積厚度在0.49 m/a左右，掩護段以內(nèi)平均淤積厚度在0.57 m/a左右，掩護段以外平均淤積厚度在0.46 m/a左右。

潛堤堤頭位于-8 m等深線時，航道內(nèi)年淤積厚度最大為0.92 m/a，年平均淤積厚度在0.47 m/a左右，掩護段以內(nèi)平均淤積厚度在0.57 m/a左右，掩護段以外平均淤積厚度在0.40 m/a左右。

(3)從年淤積量計算結(jié)果來看，潛堤堤頭位于不同水深時3.5萬噸級航道的年淤積量也有所不同，表現(xiàn)為：潛堤堤頭位于-6 m等深線時，航道年淤積總量在341萬m3左右，掩護段以內(nèi)年淤積量在57.6萬m3左右，掩護段以外的年淤積量在283.8萬m3左右。

潛堤堤頭位于-7 m等深線時，航道年淤積總量在325萬m3左右，掩護段以內(nèi)年淤積量在94.4萬m3左右，掩護段以外的年淤積量在230.3萬m3左右。

潛堤堤頭位于-8 m等深線時，航道年淤積總量在309萬m3左右，掩護段以內(nèi)年淤積量在115.6萬m3左右，掩護段以外的年淤積量在193.6萬m3左右。

4 結(jié) 論

工程實施前后，工程用海區(qū)周圍流場變化較小，變化主要集中在口門附近。周圍水域流速變化很小，航道內(nèi)均為減小趨勢，防波堤北側(cè)流速略有增大。在10年一遇天氣情況下，航道驟淤的淤積厚度最大為0.81 m，平均淤積厚度約為0.27 m?？陂T內(nèi)、外平均淤積厚度分別約為0.26 m和0.27 m。從整體淤積量來看，大風淤積量約為290萬m3?？陂T內(nèi)外淤積量分別約為41萬m3和249 m3。

[1] 常瑞芳. 海岸工程環(huán)境[M].青島：中國海洋大學出版社，1997．

[2] 張澤華，吳建政，朱龍海，等. 海陽港東港區(qū)建設對砂質(zhì)海岸沖淤影響[J]. 海洋地質(zhì)前沿，2012(8):49-55.

[3] 許國輝，劉德輔，賈同彬. 粉砂淤泥質(zhì)海岸開敞航道淤積模式探討[J]. 海岸工程，2005(4):11-16.

[4] 周良勇，張志珣，陸凱. 1985—2002年江蘇粉砂淤泥質(zhì)海岸岸線和圍海變化[J]. 海洋地質(zhì)動態(tài)，2010(6):7-11.

U653.1；U656.2

A

1005-9857(2015)04-0042-03