樂清灣大烏港水道沖淤變化分析

鞏明，李伯根，周鴻權

(國家海洋局第二海洋研究所 國家海洋局工程海洋學重點實驗室，浙江 杭州 310012)

樂清灣大烏港水道沖淤變化分析

鞏明，李伯根，周鴻權

(國家海洋局第二海洋研究所 國家海洋局工程海洋學重點實驗室，浙江 杭州 310012)

大烏港水道位于樂清灣中灣西側，是樂清灣內外灣水沙交換的主要潮流通道之一。根據(jù)1933-2005年間5個年份的水深地形資料，采用GIS技術建立大烏港水道不同年份的數(shù)字高程模型（DEM）。通過模型疊合對大烏港水道近70年間進行數(shù)字化沖淤定量計算，結合實測水文泥沙、地貌形態(tài)、人類開發(fā)活動等資料綜合分析表明：大烏港水道整體上處于緩慢淤積的趨勢，其南北兩端潮流分匯流緩流區(qū)的淤積幅度大于中間的潮流暢通區(qū)段，斷面形態(tài)及深槽位置未發(fā)生大的改變；堵港、圍涂等人類活動加速了大烏港水道的淤積過程。

樂清灣；潮流通道；沖淤變化

Abstract: Dawugang channel is located in the west of the middle bay of Yueqing Bay, which is one of the main tidal channel where water and sediment exchange between inner bay and outer bay, with abundant deepwater coastal areas.Supported by GIS, five bathyorographical maps from 1933 to 2005 are transformed to digital elevation models to calculate the amount of the erosion and deposition and analyse the general trend of the erosion and deposition, also based on the data of the observed tidal current, suspended sediment, geomorphology, etc.It is shown that Dawugang channel is in a slow sedimentation trend on the whole, the area of slack water where the tidal current separates and joins at both ends depositing more than the middle part where the current can flow freely, and the form of the cross section and the site of the groove don’t change greatly.Besides, coastal engineerings such as reclamation speed up the deposition of Dawugang channel.

Keywords: Yueqing bay; tidal channel; erosional and depositional change

引 言

我國東南沿岸發(fā)育著眾多的基巖淤泥質海灣，從北往南依次為象山港、三門灣、樂清灣、沙埕港、三沙灣、福清灣等海灣，灣內擁有島礁、水道、灘涂、深水岸線等多種空間資源，樂清灣便是其中比較典型的一個。它位于浙江沿海南部，甌江口、溫州灣北側，向西南開口，其東北西三面為低山丘陵環(huán)繞，1977年漩門堵口后，樂清灣從一個潮流通道型海灣變?yōu)闉橐粋€典型的半封閉海灣（圖1）。灣內島嶼眾多，島嶼之間，島陸之間形成潮流通道[1]。大烏港水道便是其中規(guī)模較大的一支，擁有豐富的港口和航道資源。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人類加強了對海洋資源的開發(fā)，引起了該地區(qū)動力環(huán)境和海床地形局部的人為改變。

工程所引起的沖淤影響分析等方面，給予了普遍的關注，做出了大量的工作與成果[2-6]，其中不少研究已經(jīng)涉及到了樂清灣[7-9]，但尚未見對大烏港水道的沖淤特性進行細致深入的調查與研究。因此研究自然條件及人為影響下該地區(qū)的海床沖淤特性，對該地區(qū)岸線資源的有效合理開發(fā)利用、促進該地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展具有現(xiàn)實意義。本文根據(jù)歷年水深地形資料，采用GIS技術進行數(shù)字化定量沖淤計算，并結合實測水文泥沙，地貌形態(tài)以及人類開發(fā)活動等資料分析大烏港水道進行沖淤變化特性。

1 研究區(qū)環(huán)境特征概述

樂清灣屬于溺谷式基巖淤泥質海灣，根據(jù)地貌形態(tài)組合特征，以大青山—大橫床—東山埠頭連線和連嶼—大烏島—鐘山連線為界，樂清灣由北向南依次可分為內灣、中灣和外灣。內灣地貌形態(tài)以樹枝狀潮流汊道與脊嶺狀、舌狀潮灘相間發(fā)育為最大特征；中灣地貌組合總體以潮灘窄，島嶼多，島間或島陸間潮流通道為主要特征，水下地形起伏較大；外灣則海域相對開敞，海底地形西淺東深，西岸潮灘發(fā)育，東岸灘涂窄邊坡較陡，深槽逼岸[10]。

大烏港水道位于樂清灣中灣的西側，南起大烏島～鐘山連線北接清江、白溪港，長約10km左右，由大烏島、江巖島、茅埏島、茅坦山、大橫床等島嶼與其西側大陸海岸構成（圖1），是內外灣水沙交換的主要通道之一。該水道兩側潮灘總體狹窄，水下地形相對平緩，僅在大烏島和茅埏島西側拋西礁兩處形成局部深潭，水深大于2 m、5 m寬度分別達到了2～3 km和1.5 km[10]。受口門及灣內島嶼阻擋，外海波浪不易傳入，徑流作用影響也十分有限，水道沖淤演變以潮流塑造作用為主。大烏港水道海域為正規(guī)半日潮海區(qū)，潮波呈現(xiàn)駐波性質[1]；實測平均潮差和最大潮差分別達到了4.43 m和7.23 m，屬于強潮海區(qū)；潮流呈以落潮流為優(yōu)勢流的往復流，實測最大漲落潮流速分別為1.26 m/s和1.49 m/s。泥沙以懸移形式運動為主，實測垂線平均含沙量大潮期為0.309至0.518 kg/m3，小潮期為0.107至0.335 kg/m3。

圖1 大烏港水道地理位置、站位及剖面示意圖Fig.1 Sketch map of the Dawugang Channel, stations and sections

2 大烏港水道沖淤分布特征

通過收集選取了大烏港水道1933、1964、1984、2002、2005年5個年份水深地形圖，其中1933、1964、2005年采用理論深度基準面，1984年采用1956年黃海高程基準面，2002年采用1985國家高程基準。在長約10.6 km，面積約31.7km2的狹長形研究區(qū)域內，利用Mapinfo軟件對其進行配準并提取水深點。然后利用Sufer軟件，采用Kriging插值方法將離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，并將各年份水深地形圖基面統(tǒng)一為 1985國家高程基準，從而建立該海域不同年份的數(shù)字高程模型（DEM）進行沖淤計算。

2.1 大烏港水道縱剖面沖淤分布

大烏港水道深槽區(qū)不同年份縱剖面的地形高程對比繪于圖2。由圖可知，70余年來，該水道縱剖面總體上處于緩慢淤積狀態(tài)，僅在茅埏島西側岬角前沿深潭附近出現(xiàn)最大可達 4.88 m的較大沖淤幅度，整個剖面平均淤積幅度為1.95 m，淤積速率為 2.71 cm/a，但不同的年間，存在一定的差異。1933—1964年間，剖面總體上緩慢淤積，剖面形態(tài)表現(xiàn)為北淤南沖，平均淤積幅度0.97 m，淤積速率3.12 cm/a。1964—1984年間，剖面淤積趨緩，除茅埏島西側深潭附近出現(xiàn)最大為 2.3m的淤積外，其他區(qū)段沖淤基本平衡或出現(xiàn)微沖，平均淤積幅度0.29 m，淤積速率1.45cm/a。1984—2002年間，剖面總體繼續(xù)以緩慢淤積為主，茅埏島西側深潭以北出現(xiàn)沖淤交替，以南則以緩慢淤積為主，平均淤積幅度0.30m，淤積速率1.67 cm/a。2002—2005年間，剖面呈現(xiàn)加速淤積，整個剖面均表現(xiàn)為淤積，茅埏島西側深潭附近淤積較為嚴重，最大淤積幅度達1.1 m，平均淤積幅度0.39 m，淤積速率13.0 cm/a。

2.2 大烏港水道橫斷面沖淤分布

為了了解大烏港水道沿程的沖淤變化，選取 6條典型橫斷面（圖1），通過這些橫斷面的水下地形高程對比，繪于圖3。由圖可知，大烏港水道沿程橫斷面的沖淤變化基本上表現(xiàn)為緩慢淤積，與縱剖面沖淤特征基本一致，70多年來沖淤幅度為1.08～3.23 m，平均沖淤速率為1.50～4.49 cm/a。但在不同時段大烏港水道沿程橫斷面沖淤變化存在一定的差異。

1933—1964年間，沿程橫斷面出現(xiàn)不同程度的淤積，位于水道南北兩端的 AA′、EE′、FF′斷面淤積明顯較快，淤積幅度為1.00～1.80 m，淤積速率為3.23～5.80 cm/a，其余相對較小，如DD′斷面淤積幅度僅0.15 m，淤積速率為0.47 cm/a。在側向沖淤變化上，除 EE′斷面底部深潭較大幅度淤積外，其余橫斷面表現(xiàn)為普遍輕微淤積且側向淤積較為均勻。

圖3 大烏港水道沿程橫斷面水深變化Fig.3 Water depth variation of the cross sections along the Dawugang Channel

圖2 大烏港水道深槽縱剖面水下地形變化Fig.2 Elevation variation of the longitudinal section along the groove of the Dawugang Channel

1964年—1984年間，各斷面有沖有淤，沖淤幅度差異較大，位于水道北部的EE′、FF′斷面沖刷較明顯，沖刷幅度分別為0.24 m和0.25 m，沖刷速率為1.20 cm/a和1.25 cm/a，而中部的DD′斷面淤積幅度最大，為0.44 m，淤積速率為2.20 cm/a。在側向沖淤變化上，各橫斷面?zhèn)认蜃兓饕憩F(xiàn)為沖淤交替，其中DD′、EE′、FF′斷面呈現(xiàn)出較明顯的西淤東沖的特點，除EE′斷面東側沖刷幅度較大外，其余則沖淤較為緩慢且均勻。

1984年—2002年間，各橫斷面沖淤幅度較為均勻，除最北端的FF′斷面出現(xiàn)0.11 m的沖刷外，其余則均表現(xiàn)為緩慢淤積，淤積幅度為 0.47～1.32 m，淤積速率為2.61～7.33 cm/a。在側向沖淤變化上，各橫斷面差異較大，AA′、DD′、FF′斷面呈現(xiàn)沖淤交替的狀態(tài)，中部的BB′、CC′斷面表現(xiàn)為普遍輕微淤積，其中CC′斷面底部及西邊坡淤積幅度較大，EE′斷面除東側深潭區(qū)域快速淤積外，其余則基本保持沖淤平衡狀態(tài)。

2002年—2005年間，各橫斷面沖淤幅度分布與1933年—1964年類似，水道南北兩端的AA′、EE′、FF′斷面淤積較快，淤積幅度和速率分別為0.43～0.84 m和14.43～28.10 cm/a，而中部CC′斷面淤積最弱，淤積幅度和淤積速率分別為 0.10 m和3.23 cm/a。在側向沖淤變化上，BB′、DD′、FF′斷面表現(xiàn)為較均勻的緩慢淤積，AA′、EE′斷面底部出現(xiàn)較大淤積，邊坡沖淤基本平衡，CC′斷面則出現(xiàn)西邊坡緩慢沖刷，底部及東邊坡緩慢淤積的趨勢。

從上述不同時段沿程橫斷面沖淤分布來看，近70年來大烏港水道經(jīng)歷了緩慢淤積、輕微沖刷、加速淤積的過程。總體上水道呈現(xiàn)南北部淤積幅度大于中部海域的特征；橫斷面的側向沖淤分布也比較均勻，形態(tài)基本可以保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.3 大烏港水道平面沖淤分布

據(jù)5個年份的數(shù)字高程模型進行疊合計算分析結果可知（圖4，表1），1933—2005年70余年間，大烏港水道淤積區(qū)面積大于沖刷區(qū)面積，年均淤積量大于沖刷量，總體趨于淤積，淤積幅度一般在1～2.5m之間，平均淤積速率約為3.01 cm/a，但在不同的地貌部位存在著較大的差異。在水道南北兩端以及水道邊坡的部位淤積較強，幅度大多超過2 m，局部可達5 m左右，而水道中部區(qū)域，淤積較弱，幅度基本在2 m以下（圖4a）。在不同的時段，海床沖淤幅度及其分布也不盡相同。

1933年—1964年的31年間，水道淤積區(qū)面積大于沖刷區(qū)面積，年均淤積量大于沖刷量，總體趨于淤積（圖4b），全區(qū)平均淤積幅度及速率分別為0.89 m和2.86 cm/a (表1）。1964年—1984年的20年間，水道沖刷區(qū)面積大于淤積區(qū)面積，年均沖刷量大于淤積量，總體表現(xiàn)為沖刷，而在清江口以南的水道束窄段則出現(xiàn)了顯著淤積（圖4c），全區(qū)平均沖刷幅度及速率分別為0.22 m和1.10 cm/a（表1）。1984年—2002年的18年間，水道淤積區(qū)面積大于沖刷區(qū)面積，年均淤積量大于沖刷量，總體上再次出現(xiàn)淤積，而茅埏島西側海域出現(xiàn)了明顯的沖刷（圖4d），全區(qū)平均淤積幅度及速率也分別增加到1.09 m和6.06 cm/a(表1)。2002年—2005年的3年間，水道淤積區(qū)面積大于沖刷區(qū)面積，年均淤積量大于沖刷量，總體趨于淤積（圖4e），全區(qū)平均淤積幅度及速率分別達到0.41 m和13.69 cm/a（表1），淤積出現(xiàn)加速的趨勢。

圖4 大烏港水道海床平面沖（-）淤（+）分布Fig.4 Horizontal distribution of the erosion and deposition of the seabed of the Dawugang Channel

表1 大烏港水道海床不同時段沖淤特征值Tab.1 Characteristics of the erosion and deposition of the seabed of the Dawugang Channel in different periods

3 討 論

3.1 大烏港水道沖淤對人類活動的響應

隨著周邊社會經(jīng)濟的發(fā)展的需求，自 1977年以來，樂清灣頂部先后建成了漩門一期（堵港）、漩門二期5.59萬畝圍涂和清江上游方江嶼1.36萬畝建庫蓄水等三大主要工程[10,11]，這些工程的實施使樂清灣中、內灣納潮量、流場以及泥沙來源等環(huán)境因素發(fā)生了變化，勢必引起該海域相應的局部沖淤調整。

1933年—1964年時段，大烏港水道平面輪廓除主要受到西側人工堤岸制約外，在其上游及附近尚未修建堵港截流的海岸工程，水動力和泥沙環(huán)境接近自然狀態(tài)，海床應處于自然環(huán)境作用下的緩慢淤積狀態(tài)（圖4b）。

1964年—1984年時段，漩門一期堵港（漩門水道）工程和清江上游方江嶼修建水庫工程分別于1977年和1979年竣工完成[11]，這些工程對其附近海域的沖淤產生了相應的影響。漩門一期工程一方面使樂清灣進潮量減小了7%[10]，改變了流暢結構；另一方面，隔斷了漩門口的高含沙水體的進入，造成水體含沙量的降低，出現(xiàn)局部微量沖刷[12]。大烏港水道距離漩門口較遠，并且有茅埏島等大小島嶼的阻隔，流場受其影響改變較小，但經(jīng)過漲潮期海水在灣頂納潮區(qū)的混合作用，大烏港水道含沙量較為明顯的減小，造成水道淤積作用減弱，部分區(qū)域出現(xiàn)沖刷，這種現(xiàn)象在大烏港水道邊坡比底部區(qū)域更為顯著（圖4c）。方江嶼修建水庫工程位于清江感潮河段上游，該工程的建成，攔截了上游的徑流，阻斷了洪水期洪峰徑流和強輸沙作用，并且縮短了感潮河段，減小了清江口以上的納潮量，從而削減了洪水和落潮流對清江口以及大烏港水道北部的沖刷作用，因此該海域出現(xiàn)明顯的淤積除了由于地處分匯流的緩流區(qū)外，還可能與方江嶼修建水庫工程有關（圖4c）。

1984年—2002年時段，經(jīng)歷了樂清灣綜合開發(fā)圍墾階段[11]，樂清灣的蓄潮面積相應減小，納潮量也隨之減小，導致大烏港水道再次出現(xiàn)淤積。大烏港水道西岸中部山馬塘圍涂工程于 1994年完成[11]，它加強了附近狹窄段水道的束窄作用，使該海域出現(xiàn)沖刷的情況（圖4d）。2001年完工的漩門二期工程，使樂清灣納潮量進一步減小達 7%[10]，包括大烏港在內灣內的水道流速減緩，有利于細顆粒泥沙的落淤，從而造成了2002年—2005年時段的加速淤積現(xiàn)象，水道平均淤積速率達到了15.0 cm/a（圖4e），其沖淤區(qū)域及幅度分布與2002年李志永等作出的預測基本一致[8]。

3.2 大烏港水道沖淤動態(tài)趨勢

大烏港水道沖淤動態(tài)變化主要取決于樂清灣海域泥沙來源，水沙運動，地形地貌等環(huán)境因素及其變化。樂清灣水域泥沙來源主要有4個方面：沿岸山溪性河流輸沙；甌江北口來沙；長江入海泥沙擴散南移的懸浮物質及東海內陸架再懸浮物質，其中前兩者的影響十分有限，后兩者則是參與樂清灣海床塑造的主要物質基礎[1]。樂清灣內相當隱蔽，外海波浪不易傳入，處于相對低能動力沉積環(huán)境，有利于細顆粒沉積物落淤，灘槽沖淤調整以潮動力作用為主[1]。外海泥沙隨漲潮流進入大烏港水道及其以北海域，隨著潮流動力逐漸減弱而沿程落淤。由于駐波等因素[13]，部分泥沙落淤于潮灘。這使得樂清灣該海域納潮量減小，從而造成大烏港水道過水斷面的潮流量及潮流流速的相應減小，沖刷作用減弱。所以包括大烏港水道在內的整個海灣整體上處于緩慢淤積的狀態(tài)，僅在島礁聚集區(qū)和基巖岬角前沿附近海域出現(xiàn)緩慢沖刷(圖4a)。

樂清灣是典型的強潮海灣，大烏港水道以北有寬廣的蓄潮盆地以及大片的灘涂，從而納潮量以及潮汐汊道潮流流速都比較大并且具有以落潮流為優(yōu)勢流的特征。大烏港水道既是樂清灣內外灣漲落潮流交換的主要通道，又是上游徑流入海的通道之一，而入灣河流來沙有限，海域含沙量亦較低，通過水文泥沙實測資料計算的單寬輸沙以隨漲落潮流的往返搬運為主，凈輸沙量較?。ū?），因而水道尤其是深槽區(qū)不會出現(xiàn)較大幅度的沖淤變化；由于受到島嶼及基巖海岸的束窄，斷面形態(tài)不會發(fā)生較大變化，深槽也不會產生大范圍的擺動，所以在自然條件下大烏港水道能長期維持一定的水深條件和其基本不變的形態(tài)特征。圍涂、堵港等工程的實施通過改變流場、含沙量等可以引起該海域海床的沖淤變化，從而不同程度得改變大烏港水道緩慢淤積的自然過程。與外海含沙量、外海潮波、徑流量等宏觀自然條件對大烏港水道沖淤趨勢的影響相比，工程效應可能更為明顯。近期已經(jīng)建成的工程效應前面已經(jīng)講述。近期，根據(jù)浙江省灘涂總體規(guī)劃，至 2020年在大烏港水道及其以北海域沿岸將規(guī)劃數(shù)萬畝，這將導致包括大烏港水道在內的整個樂清灣的納潮量的進一步減小，從而造成加快淤積的趨勢；水道西南側樂清灣北港區(qū)以及水道北部跨海大橋建成后，將會使局部流場發(fā)生改變，引起工程附近海域的沖淤調整[10]。

表2 大烏港水道各測站的垂線平均流速(m/s)和流向(°)Tab.2 Depth-averaged velocity(m/s) and direction(°) at the stations of the Dawugang Channel

表3 大烏港水道各測站的單寬輸沙率[t/(d·m)]及方向(°)Tab.3 Sediment discharge of unit width[t/(d·m)]and direction (°) on the stations of the Dawugang Channel

在大烏港水道南北兩端（L6，L7站），周邊島嶼和水道在漲落潮時起到分流和匯流的作用，形成緩流區(qū)，致使潮流流速較弱（表2），水流挾沙力也相應減弱，一般有利于細顆粒泥沙沉降，因而淤積幅度較大；而在水道中部平面形態(tài)順直及潮流流暢區(qū)段細顆粒泥沙則相對不易沉降，因而淤積幅度較小，這與據(jù)實測資料計算的單寬凈輸沙總體上偏向水道兩側邊坡是相一致的。在茅埏島西側和大烏島北側，由于基巖岬角挑流作用，深潭發(fā)育，隨著局部沖淤調整以及深潭的緩慢拓展，造成該區(qū)域水下地形出現(xiàn)較大的起伏。此外，單寬凈輸沙結算結果（表3）表現(xiàn)為大潮期水道北端偏南向輸沙，南端偏北向輸沙，這種輸沙特性很大程度上使泥沙發(fā)生匯集并引起海床的淤積；小潮期則表現(xiàn)為南北兩端同為偏北向輸沙，輸沙量南端大于北端，同樣可以造成淤積。這與2002年—2005年間沖淤特征基本吻合，意味著大烏港水道總體仍趨于緩慢淤積方向發(fā)展。

4 結 論

通過大烏港水道數(shù)字化定量沖淤計算，結合實測水文泥沙資料，地貌特征以及人類活動的影響進行了沖淤分布變化及其動態(tài)趨勢分析，得到了以下認識：

（1）大烏港水道環(huán)境隱蔽，潮動力是海床沖淤調整的主要因素。該區(qū)域屬于正規(guī)半日潮強潮海域，潮流運動以往復流為主，落潮流占優(yōu)勢，含沙量相對較低，泥沙運動主要以懸移質形式，隨漲落潮流往復搬運，凈輸沙量很小。

（2）自然狀態(tài)下，受往復流的水動力條件有限的來沙數(shù)量，以及基巖島嶼的制約，大烏港水道長期以來保持緩慢淤積的相對穩(wěn)定狀態(tài)；堵港、圍墾等人類活動導致納潮量的減小以及局部流場改變，加速了大烏港水道淤積過程，改變了局部沖淤狀態(tài)。

（3）近70年來，在自然和人類活動的共同作用下，大烏港水道總體上表現(xiàn)為緩慢淤積，呈現(xiàn)出沖淤速率邊坡大于底部，南北兩端緩流區(qū)大于中部區(qū)域的特性，平均淤積幅度和淤積速率為2.16 m和3.01 cm/a，單寬輸沙計算結算結果表明，該水道總體仍趨于緩慢淤積的方向發(fā)展。

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Calculation of the amount and analysis of the trend of siltation and erosion in Dawugang channel of Yueqing Bay

GONG Ming, LI Bo-gen, ZHOU Hong-quan

(Second Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Hangzhou 310012, China)

P737.14

A

1001-6932(2011)02-0206-08

2010-07-09；收修改稿日期：2010-10-19

國家海洋局第二海洋研究所基本科研業(yè)務費專項資助項目（JG0907）。

鞏明（1984-），男，碩士研究生，電子郵箱：gm-321@163.com。

李伯根，男，研究員，電子郵箱：libogen@126.com。