杭州灣北岸水下地形沖淤演變分析

王 穎 ，劉 樺 ，張景新

（1.上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)物業(yè)管理有限公司，上海 201507；2.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240）

杭州灣北岸水下地形沖淤演變分析

王 穎1，劉 樺2，張景新2

（1.上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)物業(yè)管理有限公司，上海 201507；2.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240）

通過分析歷史資料，研究了杭州灣北岸上海市化學(xué)工業(yè)區(qū)堤防前沿的水動(dòng)力特征、岸灘的沖淤演變特征及部分可能影響因素。針對(duì)化工區(qū)海防安全的要求，著重分析了堤防工程的若干工程效應(yīng)及其對(duì)該水域岸灘保護(hù)的工程作用。針對(duì)該水域的最大海洋自然災(zāi)害——臺(tái)風(fēng)浪，匯總了工程建設(shè)前后幾次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)過境該水域時(shí)的若干水動(dòng)力條件及岸灘損壞情況，分析了若干動(dòng)力特征及岸灘沖淤演變的時(shí)空特征。通過資料分析，提出了針對(duì)杭州灣北岸上海市化學(xué)工業(yè)區(qū)海防安全所需重點(diǎn)關(guān)注的幾點(diǎn)問題，包括前沿水域深槽演變的不斷觀測，近岸0 m等深線變化的觀測等。

水動(dòng)力條件；泥沙；岸灘演變；臺(tái)風(fēng)浪

Biography：WANG Ying（1984-），female，assistant engineer.

上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)位于上海市的最南端，杭州灣北岸金山—奉賢交界的漕徑—柘林岸段，東起南竹港，西至龍泉港，岸線走向呈東西向轉(zhuǎn)為近東北向的凹弧形，長13.3 km。一期工程?hào)|大堤7.6 km（南竹港至西泵站），二期工程西大堤5.7 km（西泵站至龍泉港），規(guī)劃建設(shè)面積29.4 km2，是“十五”期間中國投資規(guī)模最大的工業(yè)項(xiàng)目之一，是上海六大產(chǎn)業(yè)基地的南塊中心。目前多個(gè)跨國公司以及世界著名公用工程公司已落戶區(qū)內(nèi)。

由于該岸段潮流及其波浪動(dòng)力作用較杭州灣北岸沿線其他岸段弱，20世紀(jì)90年代以前，近岸以淤漲為主［1］。自化工區(qū)建設(shè)以來，隨著杭州灣北岸上下游高強(qiáng)度的開發(fā)活動(dòng)和長江來水來沙條件的變化［2-3］，該處岸灘由淤變沖，侵蝕力度不斷加強(qiáng)［4］，尤其夏季臺(tái)風(fēng)過境其間的岸灘沖淤是影響堤身安全的潛在因素［5］。

從化工區(qū)建設(shè)和生產(chǎn)安全考慮，研究化工區(qū)海域的地貌形態(tài)和來水泥沙條件及岸灘的沖淤狀況具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 水動(dòng)力條件

化工區(qū)前沿海域地處杭州灣北岸中部，據(jù)化工區(qū)5個(gè)斷面10條垂線同步水文測驗(yàn)資料［6］分析：（1）該水域?qū)儆跍\海半日潮，受整個(gè)杭州灣漏斗狀地形影響，大潮期間化工區(qū)前沿水域由東向西落潮歷時(shí)稍有減少，漲潮歷時(shí)有所延長，沿程變化不大，小潮期間相反。此外，部分岸段因近岸局部地形影響，整個(gè)水域總體為落潮歷時(shí)長于漲潮歷時(shí)；（2）大潮期間的漲潮平均流速在1～1.5 m/s，落潮平均流速小于1 m/s；小潮漲潮平均流速約1 m/s，落潮平均流速小于0.5 m/s，漲落潮流路與岸線基本平行；（3）余流流速在0.1～0.3 m/s，方向大致與岸線平行，但目華路以東余流有所偏轉(zhuǎn)，其中-5 m以淺區(qū)余流方向?yàn)?85.7°，流速約為0.1 m/s；此外，西泵站臨近水域流速方向在近岸-5 m以淺是離岸方向，-10 m臨近區(qū)為向岸和平行岸線輸運(yùn)；（4）化工區(qū)前沿水域以漲潮優(yōu)勢流為主，在東泵站和西泵站間海域漲潮優(yōu)勢流大于舒華路和目華路之間岸段的水域，即“兩頭大、中間小”。

杭州灣內(nèi)波浪主要以風(fēng)浪為主，涌浪次之，該海域多年平均波高為0.4 m，平均周期為2.9～3.2 s，最大波高為3.9 m（金山石化）。近岸海域在冬半年以離岸風(fēng)浪為主，平均波高為0.3～0.4 m，波向?yàn)镹W向和N向；夏半年為向岸浪，平均波高為0.5～0.6 m，波向?yàn)镾E-SSE向。

懸沙含沙量沿水深縱向分布明顯呈上小下大的規(guī)律，符合懸移質(zhì)泥沙在垂線上沿水深分布的規(guī)律。表層漲潮最大含沙量為0.5～1.5 kg/m3，底層漲潮最大含沙量可超過10 kg/m3；落潮表層最大含沙量小于0.5 kg/m3，底層小于5 kg/m3；全潮漲潮平均含沙量表層介于0.2～0.5 kg/m3，底層介于0.7～5.8 kg/m3。落潮平均含沙量小于漲潮含沙量，其底部最大含沙量不超過2.5 kg/m3。

單寬輸沙量變化是指在一個(gè)全潮過程中，某站單位寬度垂向漲落潮輸沙量及其差值，用凈進(jìn)（即漲潮流方向）或凈出（即落潮流方向）表示。單寬輸沙量的計(jì)算表明，該海域大小潮輸沙量基本一致，都表現(xiàn)為漲潮輸沙量大于落潮輸沙量。水域自東向西凈進(jìn)輸沙量逐漸減小，其中一期工程附近水域單寬凈進(jìn)輸沙量每潮大于100 kg，二期工程臨近水域單寬凈進(jìn)輸沙量每潮小于50 kg。

2 海床穩(wěn)定性與沖淤演變分析

2.1 歷史變遷

歷史上杭州灣的演變特征為北沖南淤，南岸淤漲，北岸在漲潮流和東南向強(qiáng)浪作用下，岸線侵蝕。近3 000 a來，隨著人口增多，長江流域開發(fā)日盛，水土流失加劇，長江水體含沙量增加。長江三角洲迅速向東擴(kuò)展，杭州灣北岸岸線也隨之向南推進(jìn)［7］。

杭州灣北岸在順岸往復(fù)流作用下，潮灘沿著海岸呈帶狀分布，灘地寬度不盡一致。近代以來，化工區(qū)所處的柘林—漕涇段在南匯嘴和金山嘴人工控制節(jié)點(diǎn)作用下，形成了微彎內(nèi)凹的弧形海岸線。在凹入海岸的低能地區(qū)，灘地較寬，物質(zhì)細(xì)化，多呈淤積狀態(tài)［8］；同時(shí)，豐富的長江入海泥沙一部分進(jìn)入杭州灣，為灘涂淤漲提供了物質(zhì)來源。此段海域岸線沖淤變幅小，0 m（吳淞基準(zhǔn)）以上灘涂向外淤漲。

20世紀(jì)80年代中后期有沖刷趨勢，尤其是-8 m線內(nèi)退明顯。主要有2個(gè)方面的影響因素：其一是長江流域來沙量的減少。主要原因是中游干流河床和洞庭湖、鄱陽湖淤積加劇，圍湖造地、庫壩攔沙、河床采沙等人類活動(dòng)因素也是過沙減少的原因。以大通站［9］為例，20世紀(jì)50年代以來，大通站年均輸沙率總體呈下降趨勢，年均輸沙量大幅下降。而錢塘江年均輸沙量只有668萬t，來水來沙對(duì)杭州灣影響甚小。長江入海擴(kuò)散的大量泥沙，有一部分隨漲潮流進(jìn)入杭州灣，參與杭州灣泥沙運(yùn)移。長江流域來沙量的減少，勢必影響到杭州灣水沙輸移的平衡。其二是南匯邊灘的促淤造地工程。1994年以來的南匯東灘和南灘圈圍灘地，攔截了部分入海泥沙，減少了進(jìn)入杭州灣的泥沙量，沖刷帶由東往西遷移，化工區(qū)前沿海域沖刷強(qiáng)度增加。

2.2 化工區(qū)建設(shè)后的變化

化工區(qū)海堤建設(shè)后，岸線走向基本與灘地等深線方向一致，對(duì)沿岸潮流運(yùn)動(dòng)和泥沙輸移不會(huì)產(chǎn)生較大的影響。考慮到水位在堤前雍高導(dǎo)致回流和波浪破碎位置向岸前移，將對(duì)堤前灘面造成局部沖刷，影響大堤安全穩(wěn)定，化工區(qū)建立了保灘工程。由于杭州灣北岸的主波向基本垂直于岸線，加上近岸漲落潮流較強(qiáng)，使短丁壩保灘護(hù)岸收效不大。至2009年底，化工區(qū)基本建立沿堤順壩保灘工程，工程建設(shè)后，波浪越壩大為衰減，堤內(nèi)水域平靜，隨浪、流挾帶的泥沙可較快地沉淀，在促淤方面起到了很好的效果。目前為止，西大堤順壩促淤使原灘面普遍抬高至2 m（吳淞基準(zhǔn)）左右。

考慮到化工區(qū)前沿海灘已布設(shè)海堤，近岸海床沖淤變化是評(píng)估的關(guān)鍵，其中不同等深線變化的位移直接反映海床的穩(wěn)定性。以-8 m等深線位移為例，由圖3可以看出，自化工區(qū)建設(shè)以來，大件碼頭以東，灘地沖刷，以西灘地有所淤積，西部灘地明顯高于東部。分析可知西部海域處于凹入海岸的低能地區(qū)，灘地較寬，漲落潮轉(zhuǎn)流過程中，低流速歷時(shí)較長，泥沙易于淤積。

為了進(jìn)一步了解東部海域的海床沖淤演變情況，對(duì)化工區(qū)在一期工程海域布置的6個(gè)斷面（圖 4）1999、2005、2008年的測圖（圖 5）進(jìn)行了分析。

由圖5可以看出，與1999年初化工區(qū)建設(shè)相比，固4和固5斷面300 m內(nèi)沖刷嚴(yán)重；固6斷面300 m外呈淤積狀態(tài)，其他幾個(gè)斷面沖刷明顯。自2005年以來，除固1斷面沖刷較為嚴(yán)重外，其他斷面沖淤交替。化工區(qū)東部是落潮主流頂沖地帶，受其影響海堤前沿沖刷較廣，固1斷面所處位置遭受夏季東南向岸浪沖蝕嚴(yán)重。2007年碼頭以東2.9 km（至固1斷面西800 m處）修建了保灘順壩，固2和固3斷面護(hù)堤效果明顯，相對(duì)于2005年測量結(jié)果無較大變化。化工區(qū)大件碼頭以西-8 m以淺的岸灘和水下灘坡，則處在沖刷槽主流北側(cè)的緩流區(qū)內(nèi)，流速較小，流向亦有所分散，對(duì)水下灘地沖刷作用明顯減弱，沖淤相對(duì)穩(wěn)定。

不同岸段侵蝕的強(qiáng)度決定于近岸泥沙的供給量和動(dòng)力強(qiáng)度，杭州灣上下游圍堤活動(dòng)的增多，長江口入海泥沙的減少，都將對(duì)近岸水文、泥沙產(chǎn)生一定的影響。因此加強(qiáng)水下地形的測量，密切關(guān)注海床變化，對(duì)化工區(qū)的堤防安全是很有必要的。

2.3 金山深槽的影響

金山深槽是一道海底深水槽，始于大、小金山間的金山門海峽，是漲潮激流沖刷淘蝕的結(jié)果。金山嘴附近及石化廠前沿深水區(qū)靠近陸部海岸，-8 m等深線離岸僅800 m。深槽底部由一系列深潭串連而成，一般深度在-30～-40 m，以大小金山附近為最深，達(dá)-50 m左右。20世紀(jì)30年代初，-20 m深水區(qū)已由金山門伸展至戚家墩前沿；20世紀(jì)50年代已越過金山灘嘴（今緯三路）；20世紀(jì)70年代又向西延伸1 km；20世紀(jì)90年代起，對(duì)其近年水下地形測量資料分析，從橫向看，深槽展平淤淺，即上部繼續(xù)擴(kuò)張，下部淤積變淺變窄，截面積總體擴(kuò)大，發(fā)展緩慢。從縱向看，北岸趨平穩(wěn)，南岸發(fā)育，總體西伸［10］。

化工區(qū)西部與金山交界處海域，在前沿海域約1 km的水深處，分布有一條近似與等深線平行的深槽，約-10 m，該槽處在大小金山北偏東處?？紤]到杭州灣北岸海域沖刷帶由東往西移動(dòng)［11］，因此避免2個(gè)深槽連成一體、阻止其向化工區(qū)逼近是很有必要的。

3 臺(tái)風(fēng)影響

臺(tái)風(fēng)是影響上海城市安全和沿海防汛工程的主要自然災(zāi)害，大風(fēng)浪可造成岸灘在短時(shí)間內(nèi)的迅速侵蝕，并影響海堤安全。1997年8月的9711號(hào)臺(tái)風(fēng)，杭州灣北岸增水1.22～1.67 m；波浪破碎產(chǎn)生強(qiáng)大的紊流將化工區(qū)灘面泥沙大量淘刷，前沿灘地刷深達(dá)1.6～3.3 m；已筑好的標(biāo)高6 m平臺(tái)以上的1：3干砌塊石護(hù)坡被風(fēng)浪全線摧毀，堤身普遍被削掉1～3 m，個(gè)別嚴(yán)重處5 m。此次臺(tái)風(fēng)的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1 000萬元。

2005年的0509號(hào)“麥莎”臺(tái)風(fēng)影響化工區(qū)共3 d，恰逢汛期第五次天文大潮汛，出現(xiàn)了風(fēng)、雨、潮“三碰頭”的嚴(yán)峻形勢。期間實(shí)測最高潮位5.5 m，增水0.96 m，超警戒水位0.2 m；瞬時(shí)風(fēng)速最大31.8 m/s（11級(jí)），風(fēng)向東南東；實(shí)測最大波高4.2 m；總降水量203.9 mm，一日最大降水量170.4 mm。此次臺(tái)風(fēng)造成一期海塘50 m短丁壩群中的50%損壞，一處堤腳塌陷?！胞溕迸_(tái)風(fēng)前后地形測量分析表明：大堤以外10～100 m為強(qiáng)烈沖刷區(qū)，一期工程聯(lián)合路以東海床-8 m以淺區(qū)沖刷嚴(yán)重，幅度1～2 m，西段沖刷0.2～0.6 m；130～1 000 m為淤積區(qū)，淤積厚度一般為0.2～0.8 m，這種上部沖刷、下部淤積的沖刷模式符合風(fēng)浪侵蝕海岸的典型剖面。各固定斷面的沖淤變化見圖6。若按破碎波臨界波高估計(jì)，化工區(qū)前沿海域潮位為4.7～5.5 m，故臺(tái)風(fēng)過境時(shí)破波波高3～4.2 m，因此化工區(qū)前沿的0 m（吳淞基準(zhǔn)）等深線區(qū)域岸灘為臺(tái)風(fēng)大浪過境的重要侵蝕地段，需要對(duì)此加強(qiáng)分析。

4 結(jié)論

上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)所處地段為微彎內(nèi)凹的弧形海岸線，波浪和潮流二大動(dòng)力作用相對(duì)較弱，歷史上沖淤變幅小，0 m以上灘涂向外淤漲。近年來由于杭州灣上下游圍堤活動(dòng)的增多，長江口入海泥沙的減少，致使化工區(qū)沿線岸段由淤轉(zhuǎn)沖，部分?jǐn)嗝鏇_淤交替。該水域東側(cè)灘地沖刷明顯，需要盡快采取保灘工程措施?；^(qū)西部水域存在東西走向深槽，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)觀察，避免與金山深槽連通，逼近化工區(qū)。前沿海域的0 m等深線區(qū)域岸灘為臺(tái)風(fēng)大浪過境的重要侵蝕地段，需要對(duì)此加強(qiáng)分析，并考慮采取必要工程措施保證大堤的安全。

［1］楊金中，趙玉靈，王毅.杭州灣南、北兩岸潮灘變遷遙感動(dòng)態(tài)調(diào)查［J］.地質(zhì)科學(xué)，2004，39（2）：168-177.

YANG J Z，ZHAO Y L，WANG Y.Remote sensing dynamic monitoring of tidal banks in the Hangzhou Bay［J］.Chinese Journal of Geology，2004，39（2）：168-177.

［2］孔俊，葉榮輝，薛曉曉，等.南匯東灘對(duì)長江口與杭州灣泥沙交換的影響研究［J］.水道港口，2009，30（2）：77-81.

KONG J，YE R H，XUE X X，et al.Influence of Nanhui tidal flat on water and sediment exchange between the Yangtze Estuary and Hangzhou Bay［J］.Journal of Waterway and Harbor，2009，30（2）：77-81.

［3］趙建春，戴志軍，李九發(fā)，等.強(qiáng)潮海灣近岸表層沉積物時(shí)空分布特征及水動(dòng)力響應(yīng)［J］.沉積學(xué)報(bào)，2008，26（6）：1 043-1 051.

ZHAO J C，DAI Z J，LI J F，et al.Study on the characteristics of temporal and spatial changes in properties of surface sediment on near-shore seabed of strong-tide bay［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2008，26（6）：1 043-1 051.

［4］戴志軍，惲才興，韓震，等.杭州灣北岸漕徑—拓林岸段的海堤預(yù)警分析［J］.海岸工程，2004，23（4）：23-31.

DAI Z J，YUN C X，HAN Z，et al.Sea wall warning analysis of Caojing-Zhilin bank segment along north coast of the Hangzhou Bay［J］.Coastal Engineering，2004，23（4）：23-31.

［5］戴志軍，張小玲，閆虹，等.臺(tái)風(fēng)作用下淤泥質(zhì)海岸動(dòng)力地貌響應(yīng)［J］.海洋工程，2009，27（2）：63-95.

DAI Z J，ZHANG X L，YAN H，et al.Morphodynamic behavior of the mud coast in response to typhoon action［J］.The Ocean Engineering，2009，27（2）：63-95.

［6］劉樺，張景新，王本龍，等.2005年海岸工程科學(xué)實(shí)驗(yàn)基地研究報(bào)告［R］.上海：上海交通大學(xué)海岸工程科學(xué)實(shí)驗(yàn)基地，2005.

［7］賀松林，勞治聲，陳全.上海蘆潮港岸灘沖淤動(dòng)態(tài)及原因探究［J］.東海海洋，1996，30（6）：19-25.

HE S L，LAO Z S，CHEN Q.Study on erosion-siltation behavior and cause of Luchaogang shore，Shanghai［J］.Donghai Marine Science，1996，30（6）：19-25.

［8］上海海洋地質(zhì)調(diào)查局.上海海洋地質(zhì)調(diào)查志［M］.上海：上海社會(huì)科學(xué)出版社，1996.

［9］賀松林，王盼成.長江大通站水沙過程的基本特征Ⅱ．輸沙過程分析［J］.華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004（2）：81-109.

HE S L，WANG P C.The basic character on process of runoff and sediment discharge at Datong Station of the Changjiang River II.Analysis on sediment transport process［J］.Journal of East China Normal University：Natural Science，2004（2）：81-109.

［10］顧春林，沈永清，朱懋杰，等.杭州灣北岸海塘防汛聯(lián)防二十年［R］.上海：上海化學(xué)工業(yè)區(qū)物業(yè)管理有限公司，2009.

［11］茅志昌，郭建強(qiáng)，虞志英，等.杭州灣北岸岸灘沖淤分析［J］.海洋工程，2008，26（1）：108-113.

MAO Z C，GUO J Q，YU Z Y，et al.Analysis on erosion and siltation of tidal flats in the north part of the Hangzhou Bay［J］.The Ocean Engineering，2008，26（1）：108-113.

Analysis on scouring-silting evolution of sea bottom near north bank of Hangzhou Bay

WANG Ying1，LIU Hua2，ZHANG Jing-xin2
（1.Shanghai Chemical Industry Park Property Management Co.Ltd.，Shanghai201507，China；2.School of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200240，China）

Shanghai Chemical Industry Park（SCIP）is located at the north bank of Hangzhou Bay.Based on the measured data for the domain of SCIP，the characteristics and the influencing factors of the hydrodynamic conditions and sediment transport were studied.Considering coast defense of SCIP，one issue of the present work was focused on the effects of the dike construction on the beach protection.With the measurements of hydrodynamics and beach evolution during typhoon，several characteristics of the beach evolution were analyzed in case of the biggest natural disaster.Several standpoints about the inspection of the hydrodynamics and beach evolution in the domain were presented，referring to the evolution of deeper channel and the change of 0 m isobath.

hydrodynamic condition；sediment；beach evolution；typhoon wave

TV 131.2；TV 141

A

1005-8443（2011）02-0173-06

2010-07-08；

2010-09-06

王穎（1984-），女，山東省人，助理工程師，主要從事海塘管理工作。