曹妃甸海域水深和沖淤變化特征及原因分析

朱 琴

(河北省水文工程地質(zhì)勘查院 石家莊 050021)

1 前言

自灤河上游修建水庫(kù)及曹妃甸圍填海工程實(shí)施以來(lái)，曹妃甸近岸海域輸沙量銳減，海洋水動(dòng)力條件變化顯著，沖淤條件的改變逐漸引起了曹妃甸海域海底地貌特征的變化，進(jìn)而對(duì)水下岸坡及深槽的穩(wěn)定性構(gòu)成了威脅。在曹妃甸前緣一線，原為古灤河三角洲的古海岸線，主要為含貝殼中砂、細(xì)砂、粉砂質(zhì)細(xì)砂等，沉積物粒徑相對(duì)較粗，主要粒徑為0.06～0.25 mm；在曹妃甸前緣潮道內(nèi)的粒度也較粗，為0.2～0.3 mm的中細(xì)砂。這些沉積物粒徑相對(duì)較粗，較密實(shí)，抗波浪和潮流的侵蝕能力強(qiáng)，有一定的“鐵板砂“作用，故形成了障壁島，對(duì)保護(hù)曹妃甸圍填海工程安全起重要作用。查明曹妃甸周邊海域海底水深特征是加強(qiáng)曹妃甸地區(qū)海洋防災(zāi)減災(zāi)及海洋環(huán)境保護(hù)工作的迫切需要求，對(duì)實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

2 水深變化

渤海灣曹妃甸近岸海區(qū)雙重岸線特征明顯：內(nèi)側(cè)大陸岸線為古灤河廢棄三角洲發(fā)育的沖積海積平原，屬粉沙質(zhì)海岸；外側(cè)是曹妃甸、腰坨、蛤坨和東坑坨等沙島構(gòu)成的沙質(zhì)島嶼岸線。沙島與陸岸之間則發(fā)育有老龍溝澙湖灣和大面積潮灘，沙島間還有潮汐通道深槽發(fā)育。曹妃甸填海是對(duì)原始的曹妃甸島的重新塑造，填海區(qū)填海前原始地貌特征為總體地勢(shì)較平坦，灘面標(biāo)高-0.80～0.80 m，最大水深為2.0 m，為灤河古三角洲前沿發(fā)育的沖海積平原，沿岸多為鹽田、蝦池，潮灘發(fā)育。西北面略高東南面略低，整個(gè)場(chǎng)地由西北向東南微傾。填海后曹妃甸、腰坨、蛤坨和東坑坨成為港區(qū)。曹妃甸島向岸一側(cè)的潮灘早期是過(guò)水漫灘，現(xiàn)今無(wú)法過(guò)水徹底阻斷。曹妃甸東側(cè)的老龍溝澙湖灣和大面積潮灘，沙島間的潮汐通道深槽均保留。

本次利用兩張海圖(圖1和圖2)進(jìn)行對(duì)比分析水深變化特征，其中海圖中各區(qū)塊的測(cè)量時(shí)間已標(biāo)注在圖中。根據(jù)圖中各區(qū)塊的測(cè)量時(shí)間，本次將老龍溝澙湖區(qū)塊2014年與1983年水深進(jìn)行對(duì)比，澙湖口門以南潮溝和龍島2014年與2007、2006年水深對(duì)比，曹妃甸甸頭、1號(hào)和2號(hào)港池、曹妃甸西側(cè)海域2014年與2011年水深對(duì)比。

2.1 澙湖區(qū)

2014年與1983年水深進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，澙湖西5～10 m水深區(qū)和2～5 m水深區(qū)范圍大幅擴(kuò)大，潮灘和0～2 m水深區(qū)范圍大幅度縮小。澙湖東整體變化小，潮灘有所后退，小型離岸潮灘消失，0～2 m水深區(qū)有所擴(kuò)大。

2.2 口門

2014年與2007年、2006年水深進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，口門西側(cè)2～5 m水深區(qū)范圍擴(kuò)大，0～2 m區(qū)和5～10 m區(qū)范圍減小。口門東側(cè)2～5 m范圍明顯擴(kuò)大，0～2 m范圍縮小，口門東側(cè)出現(xiàn)了潮溝。

2.3 龍島離岸沙壩

2014年與2007年、2006年水深進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，沙壩西北角兩側(cè)發(fā)生明顯侵蝕，潮灘范圍明顯縮小，形成一個(gè)明顯尖角。沙壩東側(cè)發(fā)生明顯的堆積；沙壩北側(cè)潮溝內(nèi)，2～5 m和5～10 m水深區(qū)范圍縮小，0～2 m范圍擴(kuò)大，潮溝發(fā)生淤積。

圖1 渤海灣曹妃甸近岸海區(qū)新海圖

圖2 渤海灣曹妃甸近岸海區(qū)早期海圖

2.4 口門南老龍溝

2014年與2007年、2006年水深進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，0～2 m區(qū)范圍擴(kuò)大，老龍溝5～10 m水深區(qū)范圍明顯擴(kuò)大，2～5 m區(qū)范圍縮小；老龍溝西側(cè)0～2 m沙壩范圍擴(kuò)大。

曹妃甸甸頭、1號(hào)和2號(hào)港池、曹妃甸西側(cè)海域2014年與2011年水深對(duì)比發(fā)現(xiàn)，1號(hào)和2號(hào)港池大于10 m深水區(qū)范圍擴(kuò)大。岬角處未發(fā)生明顯變化，甸頭岬角兩側(cè)潮灘范圍縮小，0～2 m區(qū)擴(kuò)大，2～5 m區(qū)范圍大幅減小，5～10 m區(qū)范圍擴(kuò)大。曹妃甸西側(cè)嘴東河口鄰近海域大于10 m深水區(qū)范圍擴(kuò)大，潮灘面積變小，發(fā)生小范圍的侵蝕。

3 沖淤變化初步分析

通過(guò)對(duì)海圖的對(duì)比分析可知，除了人工開(kāi)挖區(qū)域(1號(hào)港池、2號(hào)港池、3號(hào)港池、曹妃甸嘴東河口)，其它區(qū)主要發(fā)生侵蝕。龍島離岸沙壩西北角和西側(cè)、口門南老龍溝2～5 m水深區(qū)、嘴東潮灘等均發(fā)生侵蝕；局部發(fā)生堆積，口門南老龍溝西側(cè)0～2 m水深區(qū)(沙壩)、龍島離岸沙壩東側(cè)和北部潮溝發(fā)生淤積。

為了分析人工開(kāi)挖區(qū)以外區(qū)域地貌變化特征，選取變化較大的一條斷面進(jìn)行分析。斷面位置見(jiàn)圖3，圖中黑色粗線為本次對(duì)比的斷面。將圖1和圖2水深進(jìn)行疊加見(jiàn)圖4，從圖4可以看出沿著斷面方向，潮灘和淺灘變化不明顯，老龍溝向陸兩側(cè)發(fā)生侵蝕、離岸沙壩向海側(cè)侵蝕，離岸沙壩西側(cè)發(fā)生了淤積。

圖3 渤海灣曹妃甸近岸海區(qū)斷面位置圖

圖4 渤海灣曹妃甸近岸海區(qū)斷面對(duì)比圖

曹妃甸多年沖淤為潮灘侵蝕，潮灘水下淺灘和老龍溝發(fā)生淤積，離岸沙壩向海側(cè)潮灘侵蝕，離岸沙壩向海側(cè)淺灘發(fā)生堆積。曹妃甸砂壩澙湖海岸1983-1996年13年間總體變化特征見(jiàn)圖5。

根據(jù)本次水深斷面的分析可知：曹妃甸海域的沖淤特征發(fā)生了明顯變化，水下淺灘和老龍溝的沖淤特征由早期的堆積變成了侵蝕，僅僅在龍島離岸沙壩西南側(cè)拐彎處發(fā)生了一定的淤積。整體來(lái)說(shuō)，曹妃甸海域人工采砂區(qū)以外海域沙壩澙湖區(qū)變化最明顯，主要表現(xiàn)為侵蝕，靠岸潮灘變化較小，其它區(qū)均變化明顯。初步推測(cè)是由于曹妃甸三號(hào)港池的建設(shè)，沙壩澙湖區(qū)納潮量增加造成潮流的流速升高沖蝕作用加劇。其中水深5～10 m、10～20 m區(qū)、離岸沙壩2～5 m、離岸深槽0～2 m區(qū)均發(fā)生了明顯侵蝕。

圖5 早期曹妃甸海岸剖面侵蝕堆積示意圖

前人的研究結(jié)果顯示：早期的曹妃甸東側(cè)沙壩澙湖內(nèi)自東向西的沿岸泥沙流自老龍溝上游進(jìn)入通道，部分堆積于口門內(nèi)澙湖的潮間帶，絕大部分泥沙堆積于老龍溝落潮三角洲。早期澙湖內(nèi)以潮流作用為主，受到沿岸河流和灤河來(lái)的細(xì)顆粒泥沙補(bǔ)給影響日漸淤淺, 深槽受潮流的沖刷作用侵蝕加深；但是現(xiàn)在落潮三角洲區(qū)域、淺灘、深槽均侵蝕加深。

4 結(jié)論

4.1 澙湖區(qū)

2014年與1983年水深進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，澙湖西5～10 m水深區(qū)和2～5 m水深區(qū)范圍大幅擴(kuò)大；潮灘和0～2 m水深區(qū)范圍大幅度縮小；澙湖東整體變化小，潮灘有所后退，小型離岸潮灘消失，0～2 m水深區(qū)有所擴(kuò)大。

4.2 龍島離岸沙壩

2014年與2007年、2006年水深進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，沙壩西北角兩側(cè)發(fā)生明顯侵蝕，潮灘范圍明顯縮小，形成一個(gè)明顯尖角；沙壩東側(cè)發(fā)生明顯的堆積；沙壩北側(cè)潮溝內(nèi)，2～5 m和5～10 m水深區(qū)范圍縮小，0～2 m范圍擴(kuò)大，潮溝發(fā)生淤積。

與早期的海底水深變化特征相比，曹妃甸海域的沖淤特征發(fā)生了明顯變化，曹妃甸東側(cè)水下淺灘和老龍溝的沖淤特征由早期的堆積變成了侵蝕。造成曹妃甸海域水深變化的主要原因是圍填海過(guò)程中取砂活動(dòng)；其他影響因素主要有上游灤河口修大壩造成來(lái)沙量減少和局部水動(dòng)力變化。

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