濰坊港中港區(qū)3.5萬(wàn)噸級(jí)航道工程對(duì)海岸沖淤影響

陳靖，劉峰，尹曉斐，張曉琨

(國(guó)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(wàn)噸級(jí)航道工程對(duì)海岸沖淤影響

陳靖，劉峰，尹曉斐，張曉琨

(國(guó)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(shí)測(cè)資料，運(yùn)用水動(dòng)力和泥沙輸運(yùn)數(shù)學(xué)模型，分析了濰坊港3.5萬(wàn)噸級(jí)航道工程對(duì)周邊海域沖淤環(huán)境的影響，預(yù)測(cè)了淤積趨勢(shì)。研究結(jié)果表明，工程建成后研究區(qū)流場(chǎng)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?？陂T內(nèi)、外平均淤積厚度分別約為0.26 m和0.27 m。大風(fēng)淤積量約為290萬(wàn)m3?？陂T內(nèi)、外淤積量分別約為41萬(wàn)m3和249 m3。

濰坊港；航道；沖淤；數(shù)值模擬

港口是沿海經(jīng)濟(jì)的重要支撐。港口工程的建設(shè)影響到附近海域的水動(dòng)力條件，改變了泥沙的運(yùn)移趨勢(shì)，并最終引起地形地貌的動(dòng)態(tài)調(diào)整[1]。無(wú)論是針對(duì)工程適宜性還是防護(hù)海岸，研究海岸工程的泥沙問(wèn)題具有十分重要的理論及實(shí)踐意義[2]。

濰坊港是山東省綜合運(yùn)輸體系的重要樞紐和地區(qū)性重要港口，將以散貨、雜貨運(yùn)輸為主，積極發(fā)展集裝箱運(yùn)輸和客滾運(yùn)輸。濰坊港地處渤海萊州灣南岸，山東半島東北部，西臨東營(yíng)，東連青島。萊州灣是典型的低平粉沙質(zhì)海岸。對(duì)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(chǔ)研究階段[3-4]。本研究以水文氣象、水深地形等實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值模型，預(yù)測(cè)了濰坊港東港區(qū)3.5萬(wàn)噸級(jí)航道建設(shè)后對(duì)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(tái)港142 n mile，大連港180 n mile。擬建工程自1萬(wàn)噸級(jí)碼向深水延伸，不改變?cè)泻降赖墓こ涛恢茫^續(xù)浚深加寬航道。有效寬度135 m，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-12.0 m，航道全長(zhǎng)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(fēng)向?yàn)镾SE向，出現(xiàn)頻率為14.5%，其次為S向，出現(xiàn)頻率為12.07%。強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹E向，全年不小于7級(jí)風(fēng)出現(xiàn)頻率為0.25%；次強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹NE向，全年不小于7級(jí)風(fēng)出現(xiàn)頻率為0.23%。

該海區(qū)常浪向?yàn)镹向，出現(xiàn)頻率為21.22%，其次為NNE向，出現(xiàn)頻率為16.14%。強(qiáng)浪向NNE向。但由于觀測(cè)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(fēng)，海面出現(xiàn)大浪，預(yù)計(jì)偏北向波浪的年出現(xiàn)頻率將大于上述統(tǒng)計(jì)值。

本海區(qū)為規(guī)則的半日潮流區(qū)，潮流呈往復(fù)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(tái)地上的沉降區(qū)，第四紀(jì)以來(lái)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(lái)的大量泥沙，海岸淤進(jìn)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(guò)多次測(cè)圖的對(duì)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(wú)海向來(lái)沙，本海區(qū)沿岸輸沙很小，對(duì)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(kuò)散對(duì)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(yùn)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(yùn)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(lái)源于位于港區(qū)以西約20 km處羊口鹽場(chǎng)氣象站(37°07′ N，118°57′ E)的實(shí)測(cè)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(cè)資料，表層沉積物資料來(lái)源于交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院在1990年、1995年和2003年現(xiàn)場(chǎng)底質(zhì)取樣分析數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果分析

3.1 工程對(duì)水文動(dòng)力環(huán)境影響分析

3.1.1 流場(chǎng)特征分析

工程海域等深線和岸線接近平行，潮流以往復(fù)流形式運(yùn)動(dòng)?？陂T以里水域大部分為弱流區(qū)，漲落急時(shí)刻水流平順進(jìn)出，未見明顯環(huán)流現(xiàn)象。從方案實(shí)施后漲、落急流場(chǎng)圖，對(duì)比現(xiàn)狀流場(chǎng)可知，工程方案實(shí)施后工程區(qū)以外潮流運(yùn)動(dòng)基本不變。方案實(shí)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，交角較小；口門以里水域大部分為弱流區(qū)，漲落、急時(shí)刻水流平順進(jìn)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(guò)口門轉(zhuǎn)向SW方向；落急近似NE向的沿堤流繞過(guò)口門后轉(zhuǎn)為E向；口門處漲、落急時(shí)刻沒(méi)有環(huán)流存在，水流流態(tài)平順。口門附近漲、落急時(shí)刻流速均在0.6 m/s以內(nèi)。

3.1.2 航道流場(chǎng)特征

工程實(shí)施前后航道內(nèi)流速差別較小，分布趨勢(shì)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(shí)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(wàn)噸級(jí)航道內(nèi)最大流速分布趨勢(shì)

圖2 3.5萬(wàn)噸級(jí)航道內(nèi)最大橫流分布趨勢(shì)

3.2 工程對(duì)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(kuò)散、沉積影響，海床一直處于持續(xù)淤漲之中，這種趨勢(shì)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(gè)時(shí)期的水深測(cè)圖可以推算出航道年淤積厚度。兩次測(cè)圖均以當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面為高程基準(zhǔn)，可作為航道淤積驗(yàn)證的依據(jù)。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，口門以里受掩護(hù)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(guò)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(guān)；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(shì)；非掩護(hù)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(wàn)噸級(jí)航道建設(shè)后，潛堤堤頭位于-6 m、-7 m、-8 m等深線時(shí)航道沿程的年淤?gòu)?qiáng)分布趨勢(shì)。

圖3 濰坊港3.5萬(wàn)噸級(jí)航道沿程年淤?gòu)?qiáng)分布

(1)從淤?gòu)?qiáng)分布趨勢(shì)而言，3.5萬(wàn)噸級(jí)航道的年淤?gòu)?qiáng)分布趨勢(shì)表現(xiàn)為以下特點(diǎn)。

潛堤堤頭位于-6 m等深線時(shí)，年淤?gòu)?qiáng)分布沿航道軸線呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，老口門處淤?gòu)?qiáng)略小，老口門向外約1 km附近淤?gòu)?qiáng)達(dá)最大值，為1.44 m/a，至航道末端時(shí)淤?gòu)?qiáng)僅在0.04 m/a左右。淤?gòu)?qiáng)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?gòu)?qiáng)分布較為均勻，變化不大。

潛堤堤頭位于-7 m等深線時(shí)，年淤?gòu)?qiáng)分布沿航道軸線也基本呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，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?gòu)?qiáng)值存在波動(dòng)，淤?gòu)?qiáng)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?gòu)?qiáng)分布較為均勻，變化不大，至航道末端時(shí)年淤?gòu)?qiáng)已減小至0.04 m/a。

潛堤堤頭位于-8 m等深線時(shí)，年淤?gòu)?qiáng)分布仍然呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，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?gòu)?qiáng)值存在波動(dòng)，淤?gòu)?qiáng)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?gòu)?qiáng)分布較為均勻，變化不大，至航道末端時(shí)年淤?gòu)?qiáng)已減小至0.04 m/a。

(2)從淤積厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，潛堤堤頭位于不同水深時(shí)3.5萬(wàn)噸級(jí)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(shí)，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(hù)段以內(nèi)平均淤積厚度在

0.47 m/a左右，掩護(hù)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(shí)，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(hù)段以內(nèi)平均淤積厚度在0.57 m/a左右，掩護(hù)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(shí)，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(hù)段以內(nèi)平均淤積厚度在0.57 m/a左右，掩護(hù)段以外平均淤積厚度在0.40 m/a左右。

(3)從年淤積量計(jì)算結(jié)果來(lái)看，潛堤堤頭位于不同水深時(shí)3.5萬(wàn)噸級(jí)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(shí)，航道年淤積總量在341萬(wàn)m3左右，掩護(hù)段以內(nèi)年淤積量在57.6萬(wàn)m3左右，掩護(hù)段以外的年淤積量在283.8萬(wàn)m3左右。

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

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

4 結(jié) 論

工程實(shí)施前后，工程用海區(qū)周圍流場(chǎng)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(shì)，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。口門內(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(lái)看，大風(fēng)淤積量約為290萬(wàn)m3?？陂T內(nèi)外淤積量分別約為41萬(wàn)m3和249 m3。

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

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U653.1；U656.2

A

1005-9857(2015)04-0042-03