寧波鎮(zhèn)海港區(qū)淤積機(jī)理及影響因素分析

郜會彩，李志永，王瑞峰，李若華

(浙江省水利河口研究院，杭州 310020)

1 研究背景

土地資源短缺是人類面臨的嚴(yán)峻問題。預(yù)測21世紀(jì)中期我國人口將凈增2億～3億，而耕地減少累計量將達(dá)1 800 km2，屆時我國將缺少4億～5億人口的生存空間［1］。許多沿海國家與地區(qū)都將與海爭地作為解決土地資源不足的重要途徑，如荷蘭的圍海造陸、日本廢棄物填海造陸、澳門的填海造地等。隨著我國沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，圍海造地便成為增加岸線資源、緩解用地緊張的有效途徑。杭州灣南岸鎮(zhèn)海岸段自上世紀(jì)80年代后期開始圍涂，至今累計圍涂面積約4 467 hm2(6.7萬畝):80年代圍涂約2 000 hm2(3.0萬畝);2001年底寧波港鎮(zhèn)海港區(qū)為興建18#泊位，在擬建泊位后方促淤圍涂40 hm2(600畝)，作為碼頭的化工儲罐區(qū)和堆場;2002年和2004年分別圍涂1 133 hm2(1.7萬畝)和800 hm2(1.2萬畝);2005年新泓口圍涂493 hm2(0.74萬畝)［2］。這些圍海造地工程改變了周邊的地形和水流泥沙條件，使寧波港鎮(zhèn)海港區(qū)賴以生存的外游山深潭逐漸萎縮淤淺。本文利用翔實的實測地形資料對外游山深潭的淤積機(jī)理和原因作出解釋，區(qū)分不同因素對港區(qū)淤積貢獻(xiàn)的大小，揭示人類活動影響下港區(qū)泥沙淤積機(jī)理和規(guī)律，為天然深水良港的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

2 港區(qū)概況

鎮(zhèn)海港位于寧波甬江口北岸，其NNW－N向水域開闊，與錢塘江河口相連，正北與南匯咀隔海相望，NNE－ESE向水域為舟山金塘水道，該水域有七里嶼、黃蟒山、金塘山以及大榭島等島嶼為天然屏障，使寧波港成為不可多得的天然良港。目前鎮(zhèn)海港區(qū)有已建的 17#，18#，19#，20#泊位，以及擬建的 21#，22#泊位。各泊位位置及外游山深潭等高線如圖1所示。由圖1中(2008年7月測圖)等深線可知，外游山深潭大致呈東西向橢圓形，－15 m等高線長軸長1 640 m，短軸長610 m。鎮(zhèn)海港區(qū)各泊位均沿外游山深潭布置，并依賴外游山深潭的優(yōu)良水深條件而存在。但近年來隨著人類活動的加劇，外游山深潭正處于快速淤積狀態(tài)，80年代以來累計淤積幅度達(dá)15.0 m。1995年后深潭－30 m等高線消失，至2008年－20 m等高線消失，－15 m等高線也明顯向東側(cè)淤縮。而－15 m等高線則是鎮(zhèn)海港賴以生存的生命線，因此，亟需對外游山深潭的淤積機(jī)理和原因作出解釋，為鎮(zhèn)海港的生存和發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 鎮(zhèn)海港各泊位位置及外游山深潭等高線圖Fig.1 Location of berths at Zhenhai harbor and contours of the pool at Waiyou mountain

3 海域水動力特性

鎮(zhèn)海港海域潮汐為非正規(guī)淺海半日潮，鎮(zhèn)海站多年平均潮差1.91 m，平均漲潮歷時6 h 18 min，平均落潮歷時6 h 7 min。外海潮波由東南向西北挺進(jìn)，傳至浙江近岸，受岸壁阻礙、島架堵截和地形制約，多沿水道或岸線走向傳播。漲潮時東南方向的外海潮流先后從佛渡水道、蝦峙門、清滋門和福利門水道等進(jìn)入峙頭洋，再經(jīng)螺頭水道在大榭島附近水域分成兩股，一股通過冊子水道經(jīng)西堠門和富翅門進(jìn)入杭州灣，另一股則向西經(jīng)金塘水道進(jìn)入杭州灣，鎮(zhèn)海港水域漲潮時主要受此股漲潮流的影響。如圖2所示，水流出金塘水道后，水域邊界突然放寬，水流發(fā)散，深槽分汊，一股貼甬江口沿外游山深潭西進(jìn)，另一股沿金塘山西側(cè)北上。落潮時來自杭州灣的落潮流下泄至該水域時，受地形影響過水?dāng)嗝婵s窄流勢漸強(qiáng)，對該水域有著重要影響。

圖2 外游山深潭及附近海域圖Fig.2 The pool at Waiyou mountain and the surrounding waters

4 海域泥沙特性

泥沙運(yùn)移常常是波浪或水流共同作用的結(jié)果。水流可沖刷海床和海岸，或從別處攜帶泥沙落淤;波浪會侵蝕海岸產(chǎn)生泥沙，或掀動淺灘泥沙后，讓波流或海流把它帶走［3］。根據(jù)相關(guān)研究［2］，鎮(zhèn)海港附近海域存在來自杭州灣的凈輸沙:大潮期泥沙從杭州灣內(nèi)隨落潮流進(jìn)入該海域，一個潮周期其量值可達(dá)0.011 3億t;中潮時凈輸沙的方向以及量值與大潮基本相同;小潮期，凈輸沙方向相反，泥沙從該海域進(jìn)入杭州灣內(nèi)部，其值達(dá)0.009 4億t。對凈進(jìn)出水量而言，是從鎮(zhèn)海海域向杭州灣內(nèi)部輸移，凈輸沙和凈輸水方向截然不同反映了鎮(zhèn)海港海域海床演變的復(fù)雜性。

該海域海床沉積物類型均屬黏土質(zhì)粉砂，其中，砂含量約占1.15%，粉砂含量約占59%，黏土含量約占39.8%。據(jù)底質(zhì)調(diào)查，該海域的沉積物分布具有如下特點(diǎn):縱向上，自南向北，沉積物粒徑具有逐漸變細(xì)的特點(diǎn);橫向上，灰鱉洋海域中部沉積物顆粒稍粗、兩側(cè)細(xì)，這種沉積物的分布特點(diǎn)是受金塘水道強(qiáng)潮流和島嶼隱蔽作用的結(jié)果。

5 沖淤分析

5.1 沖淤基本面貌

富宏的進(jìn)潮量使金塘水道能維持70～80 m水深，漲落潮流緊貼甬江口兩側(cè)岸線，在深槽區(qū)往復(fù)流動，因此鎮(zhèn)海岸灘長期以來較為穩(wěn)定。根據(jù)1928—2002年的1∶50 000水下地形測量圖，對本海域進(jìn)行了沖淤分布分析(圖3)。以甬江口為界，東西兩側(cè)沖淤面貌不同，東側(cè)總體呈微弱沖刷，鎮(zhèn)海港區(qū)所在的甬江口以西區(qū)域呈緩慢淤積態(tài)勢。

圖3 工程海域1928—2002年沖淤面貌Fig.3 Features of erosion and deposition in the surrounding waters of the project(1928—2002)

圖4 海域－15 m等高線變化圖Fig.4 Variation of －15 m contour lines in the surrounding waters of the project

圖4為該海域－15 m等高線圖(由篇幅所限，－20，－30 m 等高線略)，根據(jù)該海域 －15，－20，－30m等高線的歷年變化可知，自1888—2011年百余年間，深槽位置總體大致未變，金塘水道及沿金塘山西側(cè)深槽的各等高線變化也不大，但甬江口外游山深潭水域變化較大，主要表現(xiàn)為淤積。受杭州灣南岸外圍淤積和附近圍墾工程等人類活動的影響，深槽逐年淤高;1995年及以后－30 m等高線消失，至2008年－20 m等高線消失，－15 m等高線明顯向金塘水道方向淤縮(約2.8 km)，只在外游山頭部留有－15 m高程的局部深潭。

5.2 淤積原因分析

5.2.1 人類活動的影響

外游山深潭的發(fā)育和保持，主要有潮流和地形2方面的因素:①金塘水道富宏的進(jìn)潮量使金塘水道能維持70～80 m水深，漲落潮流緊貼甬江口兩側(cè)岸線，在深槽區(qū)往復(fù)流動，同時杭州灣由北而南的落潮流受岸線約束，在外游山附近潮流有所增強(qiáng);②鎮(zhèn)海岸線呈西北至東南走向，強(qiáng)勁的落潮流受鎮(zhèn)海港區(qū)北側(cè)岸線阻擋后，流向朝東，繞過外游山后，再匯入金塘水道，鎮(zhèn)海港區(qū)北側(cè)岸線及外游山體因向外伸出類似于丁壩頭部而形成一沖刷深潭［4］。但最近幾十年的人類活動使該海域的地形和水流條件產(chǎn)生了明顯變化:

(1)為興建鎮(zhèn)海港，1975年8月在招寶山至游山間拋筑了長約3 186 m導(dǎo)堤，截斷了岸灘與甬江口外的水沙交換;導(dǎo)堤建成后，甬江口門下移至外游山附近，導(dǎo)堤西側(cè)流隱區(qū)出現(xiàn)明顯淤漲。

(2)20世紀(jì)80年代后鎮(zhèn)海邊灘圍涂約2 000 hm2(3萬畝)，使岸線外移1.0 km。

(3)2001年為興建鎮(zhèn)海港18#泊位，其后方圍涂約40 hm2(600畝)用作罐區(qū)，它直接改變了深潭附近海域的地形水流條件，且使岸線向外推出250 m，外游山體在水域中長度由300 m縮短為50 m，對水域內(nèi)漲、落潮流壓縮和挑流的磯頭作用明顯減弱，造成外游山深潭的進(jìn)一步淤積［5］。

(4)2002—2004年鎮(zhèn)海岸段圍涂約1 933 hm2(2.9萬畝)，使岸線外推約0.4 ～1.7 km;2005 年開始施工，至2008年7月合龍的新泓口圍涂，使新泓口岸段岸線外推1.3～1.8 km;2006年4月興建金塘大橋。

(5)杭州灣南岸的淤積環(huán)境也是引起外游山深潭淤積的一個大背景。

綜上所述，海域深槽的范圍因金塘水道較為穩(wěn)定而基本不變，然而海域的局部沖淤則與人類活動關(guān)系密切。①圍海造地、修筑導(dǎo)堤等人類活動直接引起潮量減少，該水域水流動力作用逐漸減弱，水流動力作用的這種減弱趨勢，勢必導(dǎo)致該水域向淤縮方向發(fā)展;②局部圍涂使外游山深潭的磯頭效應(yīng)顯著削弱，引起深潭的進(jìn)一步淤積;③落潮流指向邊灘有利于泥沙向岸邊搬運(yùn)，易在邊灘沉積。鎮(zhèn)海海岸及外游山深潭的淤漲主要與這3個因素有關(guān)。

5.2.2 各影響因素貢獻(xiàn)分析

為了更深入了解外游山深潭沖刷坑淤積的原因，分析各影響因素對該水域淤積的貢獻(xiàn)，采用1963年以來的6次測圖，分析其沖淤變化。表1為外游山深潭沖淤厚度與對應(yīng)的人類活動。

表1 外游山深潭沖淤變化Table 1 Variation of erosion and deposition in the pool at Waiyou mountain

由表1可以看出，自1963年以來外游山深潭共淤積約19 m?？梢源致缘膭澐秩缦?其中1984年以前約3.3 m的淤積由 1975年修筑導(dǎo)堤引起;1984—1999年約9.0 m的淤積由鎮(zhèn)海岸段2 000 hm2(3萬畝)圍墾引起;1999—2005年約7 m的淤積由18#泊位后方的40 hm2(600畝)圍涂、修建18#泊位以及鎮(zhèn)海岸段的1 933 hm2(2.9萬畝)圍涂引起;2005—2008年淤積的0.5 m由新泓口圍墾引起。2008年7月至今不淤反沖了約1.0 m，這估計與大環(huán)境灰鱉洋床面這期間呈沖刷有關(guān)。

需要說明的是，盡管外游山深潭的淤積是由遠(yuǎn)、近處的各種人類活動引起的，但其淤積機(jī)理不盡相同。遠(yuǎn)處的圍涂主要是流速減小引起淤積;而近處外游山上游側(cè)的40 hm2(600畝)圍涂因縮短突體長度，顯著削弱外游山的磯頭效應(yīng)而引起淤積。后者雖然圍墾涂面積不大，但對外游山深潭淤積影響的權(quán)重比遠(yuǎn)區(qū)圍墾大［3］。

6 結(jié)語

(1)外游山深潭的發(fā)育和保持，是該海域特殊的地形、水文等條件(詳見5.2節(jié))共同作用的結(jié)果。圍海造地工程和杭州灣南岸外圍淤積環(huán)境改變了周邊的地形和水流泥沙條件，致使寧波港鎮(zhèn)海港區(qū)賴以生存的外游山深潭逐漸萎縮淤淺。1995年及以后深潭－30 m等高線消失，至2008年－20 m等高線消失，－15 m等高線也明顯向東側(cè)淤縮。外游山深潭的快速淤積是對人類活動改變該海域地形、水文條件做出的響應(yīng)。

(2)對鎮(zhèn)海港賴以生存的外游山深潭近40年的淤積原因進(jìn)行了梳理，區(qū)分了不同因素對港區(qū)淤積貢獻(xiàn)的大小，其中周邊規(guī)模較大的圍涂和外游山局部圍涂使其磯頭效應(yīng)顯著削弱是造成該深潭持續(xù)淤積的主要原因。

(3)在實施海岸工程時，必須進(jìn)行綜合規(guī)劃，選擇綜合效益最佳的方案。隨著我國海岸線利用的規(guī)模擴(kuò)大，類似工程之間的矛盾也會不斷出現(xiàn)，要解決這一問題必須制訂綜合發(fā)展和建設(shè)規(guī)劃，并不斷加以協(xié)調(diào)、修正、完善，這樣才能保證海岸帶開發(fā)的可持續(xù)性。

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