溫州南鰲江口海域海床近期沖淤演變分析

申偉杰，汪一航，張釗，劉甜甜

（1.寧波大學(xué) 理學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.國家海洋局溫州環(huán)境監(jiān)測中心，浙江 溫州 325027）

鰲江口海域位于溫州南，大約在東經(jīng)120°4′-120°41′，北緯22°22′-22°46′之間。隨著溫州沿海產(chǎn)業(yè)帶圍填海工程建設(shè)，近年來該海域的宋埠西灣南片圍墾、江南海涂圍墾及蒼南華潤電廠防波堤等工程建設(shè)會對鰲江口附近海域的水動力環(huán)境產(chǎn)生影響，另外位于鰲江口北邊飛鰲灘促淤堤、鰲江口進(jìn)出航道疏浚等活動也會引起鰲江口附近海域的地形產(chǎn)生變化，進(jìn)而形成新的海床演變趨勢，因此研究該海域的地形沖淤變化對岸灘開發(fā)利用和航道維護有著重要現(xiàn)實意義。江河口海床演變一直引起學(xué)者們的關(guān)注，如運用動力地貌學(xué)方法對長江口三島岸灘剖面的形態(tài)和沖淤變化進(jìn)行研究（楊世綸等，1999）；也有用不同年間的海圖制作沖淤等值線分析長江口南匯嘴近岸海床演變規(guī)律（虞志英，2004）；還有用實測資料對臺州灣椒江口沖淤進(jìn)行分析（麥苗等，2009）。近年來已有不少學(xué)者對鰲江口海域地貌改變和泥沙運動進(jìn)行過研究，如通過建立模型研究了江南海涂圍墾施工以后對鰲江口潮流的影響（姚炎明等，2005）；通過對巴艚港內(nèi)部水文泥沙分析，結(jié)果表明對航道沖淤起重要作用的潮流因素（蔣國俊等，2005）；結(jié)合水文泥沙、波浪、底質(zhì)沉積物顆粒等因素，對溫州蒼南華潤電廠工程區(qū)附近海域多個時期水深圖進(jìn)行對比分析，得到該海域海床地形變化趨勢（李旭升等，2008）。不過以上對鰲江口海域的研究分析基本是在2008年前的，主要側(cè)重于江南海涂圍墾、蒼南華潤電廠防波堤、鰲江進(jìn)出航道疏浚及江南海涂吹填等活動沒有竣工前的海床趨勢變化和潮波性質(zhì)探討。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，收集了2011年地形圖和2010年實測水文泥沙對鰲江口江南海涂圍墾工程、蒼南華潤電廠防波堤工程、鰲江進(jìn)出航道疏浚及江南海涂吹填等完成后的海床沖淤演變及原因做了初步探討，特別是2008-2011年的海床狀況進(jìn)行分析研究，為潮灘利用和航道維護提供科學(xué)依據(jù)。

1 水文泥沙特性

1.1 潮汐

鰲江口附近海域受東海前進(jìn)潮波影響，（HK1+HO1） /HM2在0.18～0.28 之間，故M2分潮在潮汐系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，根據(jù)鰲江、琵琶門多年統(tǒng)計資料，兩測站平均高潮位為2.5 m 和2.32 m，平均低潮為-1.69 m 和-1.95 m，由此產(chǎn)生水面橫比降，影響著鰲江口和外海之間的水沙交換。平均漲落潮流歷時：該海域總體上呈現(xiàn)落潮流歷時大于漲潮流歷時，蒼南華潤電廠防波堤附近呈現(xiàn)漲潮流歷時大于落潮流歷時。大中潮落潮流歷時明顯長于漲潮流歷時，小潮時各測站漲落潮流歷時差明顯縮短（蔣國俊等，2005）。

1.2 潮流

潮流是塑造岸灘的重要因素之一，根據(jù)收集的水文資料得出， （WK1+WO1） /WM2均小于0.50，WM4/WM2都大于0.04，故潮流性質(zhì)屬于不規(guī)則淺海半日潮流，M2分潮橢圓率K 值在0.02～0.24 之間，潮流以往復(fù)流為主。潮流流向：潮流流向與鰲江口南岸走向幾乎平行，與北岸走向接近垂直。漲潮最大流速呈現(xiàn)西北走向以290°-335°之間進(jìn)入鰲江口，退潮最大流速呈現(xiàn)東南走向以125°-150°退入外海。漲落潮最大潮流流向趨于集中，有利于鰲江口海域泥沙的輸移。潮流流速：鰲江口江南圍墾工程區(qū)附近海域最大落潮流大于漲潮流，其他海域最大漲潮流稍大于落潮流；從垂向分布上流速隨水深增加而減弱（國家海洋局第二海洋研究所，2013）。

1.3 風(fēng)浪

該海域波浪以涌浪為主，根據(jù)琵琶門站1992-2010年波浪資料統(tǒng)計，涌浪的頻率約為70%，方向基本出現(xiàn)在ENE 和E 向，波向受季風(fēng)（冬季盛行偏北風(fēng)，夏季盛行偏南風(fēng)，春秋季則偏南風(fēng)和偏北風(fēng)交替出現(xiàn)） 影響。因此全年有兩個主要波向：東-東南向波浪，頻率為52%，北-東北向波浪，頻率為36%，涌浪對海底地形和岸灘塑造有著較大的影響（李旭升等，2005）。

1.4 含沙量

2010年3-4月水文泥沙調(diào)查顯示該海域含沙量不大，含沙量的垂向平均值約0.293 1 kg/m3，含沙量分布特征：平面上含沙量分布呈現(xiàn)出自鰲江口向外海依次降低，垂向含沙量分布呈現(xiàn)出隨水深增加而升高，表、底層平均含沙量的比例約為1 ∶4.4。大潮垂線平均含沙量大于中、小潮，大、中、小潮的平均含沙量分別為0.367 4 kg/m、0.290 1 kg/m3和0.239 9 kg/m3。平均漲落潮含沙量相差不大。海域輸沙量：大潮大于小潮，落潮略大于漲潮。大潮凈輸沙方向除了蒼南華潤電廠附近海域為漲潮方向，其他海域均為落潮方向，這有利于鰲江口海域的沖刷（國家海洋局第二海洋研究所，2013）。

1.5 沉積物顆粒

根據(jù)2010年3-4月調(diào)查資料，從沉積物分粒度系數(shù)看，本海域分選系數(shù)在0.004 03～0.007 69 mm之間，且整個海域的平均分選程度相差較小。除了蒼南華潤電廠附近海域粉砂含量為38.64%，粘土含量占61.36%外，其他海域整體表層沉積物粉砂含量50.43 %～76.80 %，平均占58.85 %。粘土含量占23.20 %～49.57 %，平均占41.15 %，因此該海域表層沉積物以粘土質(zhì)粉砂為主（國家海洋局第二海洋研究所，2013）。

2 鰲江附近工程概況

鰲江口海域近十年間完成了宋埠西灣南片圍墾、江南海涂圍墾、蒼南華潤電廠防波堤等工程（圖1）。宋埠西灣南片圍墾合攏于2002年，位于鰲江北口和楊嶼山之間，圍填海面積3.5 km2左右（合5 220 畝），圍堤長約為5.1 km；江南海涂圍墾合攏于2010年，位于鰲江口南端和琵琶島之間，圍填海面積約為4.7 km2（合7 000 畝），圍堤長約13 km；蒼南華潤電廠擋沙防波堤合攏于2011年，位于巴艚港和平陽咀之間，大壩長約2.8 km。圍墾工程進(jìn)行的同時為了解決圍墾吹填土的來源問題和航道安全航行問題，鰲江口海域又實施了江南海涂吹填工程和鰲江進(jìn)出港航道（K3+500～K13+800段） 疏浚工程（圖1），其中進(jìn)港航道疏浚長約10.3 km，挖槽底寬在180～300 m 之間，挖槽深約8 m，挖方量約為3.451×107m3。

圖1 鰲江海域圍墾工程及航道疏浚概況圖

3 近期演變特征

本研究共收集到四幅地形圖，分別為2003年（1 ∶5 000）、2005年（1 ∶10 000） 和2011年（1 ∶50 000） 不同時期實測的水深圖3 幅以及1963年海圖（13710） 1 幅。從圖中提取水深數(shù)據(jù)并將水深統(tǒng)一訂正至85 高程（該海域理論基面與85 高程差為3.1 m），利用自然鄰近插值技術(shù)生成不同時期等深線圖和沖淤地形圖，并計算出不同時期沖淤量來分析鰲江口海域海床近期沖淤演變趨勢。

3.1 岸線及等深線的變化

鰲江南口江南海涂岸線從1963-2003年向外平推約1 200 m 左右，年均外推距離20～40 m；2005-2011年江南海涂圍墾堤壩合攏使得岸線向外平推約4 km（圖2（a））。由于江南海涂圍墾將鰲江口海域0 m、-2 m 等深線附近的海域作為圍填施工區(qū)域，所以本文選取了不同年份的-3m、-4m、-5 m等深線作對比分析（圖2（b） -（d））。1963-2003年40年間-3 m 等深線向外推移100 m 左右，-4 m、-5 m 等深線分別蝕退了60～100 m、70～100 m。2003-2005年的-3 m、-4 m、-5 m 等深線均略有后退。2005-2011年-3 m、-4 m、-5 m 等深線均表現(xiàn)為蝕退，蝕退距離分別為900～1 700 m、45～500 m和300～600 m，尤其是江南海涂圍墾圍堤附近的-3 m 等深線向內(nèi)遷移可達(dá)1.7 km 左右（圖2（b））。由此可知，鰲江口-3 m 等深線經(jīng)歷了淤漲到?jīng)_刷的過程；-4、-5 m 等深線經(jīng)歷穩(wěn)定到?jīng)_刷的過程。

3.2 海底地形變化

對1963年與2003年水深進(jìn)行對比（圖3（a）） 發(fā)現(xiàn)，鰲江口海域以楊嶼山和琵琶島連線為界分為2 個部分，連線以西以淤積為主，淤積幅度在0～1.5 m 之間，連線以東基本處于沖淤平衡狀態(tài)，琵琶島東南側(cè)有小片區(qū)域處于沖刷狀態(tài)，沖刷幅度在0.5 m 左右。2003-2005年鰲江口海床演變趨勢表現(xiàn)為既沖刷又淤積的穩(wěn)定狀。2005年與2011年水深對比（圖3（b）） 可知：靠近鰲江口北側(cè)的宋埠西灣南片圍墾區(qū)域處于淤積狀態(tài)，面積為7 km2左右，最大淤積幅度可達(dá)1.5 m 左右；江南海涂圍堤外側(cè)顯現(xiàn)出一條寬度約200～400 m 的帶狀沖刷，最大沖刷幅度已達(dá)到1.5 m 左右；蒼南華潤電廠防波堤兩側(cè)處于淤積狀態(tài)，淤積幅度在0.5～1.5 m 之間，防波堤口門處淤積較為明顯，最大淤積幅度達(dá)到2 m 以上；巴艚港的琵琶門南部也處于0.5～1 m 淤積狀態(tài)。其他海域的海床均處于沖刷狀態(tài)，沖刷幅度在0～1 m 之間，防波堤東側(cè)海域有一個面積約為10.2 km2沖刷區(qū)域，沖刷幅度約在1 m左右。1963-2003年與2005-2011年兩個時段的沖淤量對比可知，1963-2003年，整個海域有沖有淤，淤積面積大于沖刷面積，凈淤積量達(dá)到2.20×107m3左右，2005-2011年整個海域以沖刷為主，凈淤積量約為-4.95×107m3。兩個時段相比，2005年以后鰲江口海域沖刷面積和沖刷量均呈現(xiàn)增長趨勢，并且速率也明顯加快，鰲江口海域海床整體由淤積態(tài)變?yōu)闆_刷態(tài)，具體海床沖淤特征值（表1）。

圖2 鰲江口海域近期海岸線及等深線變遷圖

圖3 鰲江口海域近期沖淤圖

由以上分析可知，鰲江口海域海床變化趨勢為：1963-2003年江南海涂等海區(qū)緩慢淤積；而2003-2005年該海域處于既沖刷又淤積穩(wěn)定狀；2005-2011年整個水域以輕微沖刷為主的3 個不同狀態(tài)。

表1 不同時期鰲江口海床沖淤特征值（1963-2011）

4 海床變化趨勢影響因素討論與分析

近年來溫州鰲江附近的其他海域也在進(jìn)行圍墾、促淤及疏浚等工程。比如鰲江以北的溫州甌江口，近十余年來先后完成十余次圍墾促淤工程，其中甌江口南岸附近圍墾工程面積已經(jīng)達(dá)到50 km2左右，包括海濱圍墾、永興圍墾、天成圍墾、淺灘一期、靈霓北堤、淺灘二期促淤堤等。飛云江南岸有閣巷圍墾、龍灣一期、龍灣二期、飛鰲促淤堤、宋埠西灣南片圍墾等工程。鰲江口南岸則有江南海涂圍墾、蒼南華潤電廠、鰲江進(jìn)出港航道疏浚及江南海涂圍墾吹填疏浚等工程。這些近岸工程會對鰲江海域的泥沙和地形變化帶來一定的影響。

其一，江南海涂圍墾工程用海面積約為29.7km2，而僅用鰲江口進(jìn)出港航道疏浚的土方回填圍墾區(qū)滿足不了江南海涂圍墾工程對土料的需求，這就需要從工程區(qū)附近抽取大量泥沙對工程區(qū)內(nèi)進(jìn)行吹填，江南海涂圍堤外側(cè)出現(xiàn)的寬度在200～400 m 的帶狀沖刷地形應(yīng)該是因江南海涂圍墾吹填疏浚向圍區(qū)內(nèi)吹沙而形成的。其中鰲江進(jìn)港航道疏浚工程挖方量約為3.451×107m3，江南海涂圍墾吹填疏浚工程抽取江南海涂圍堤外側(cè)附近海床泥沙方量約為1.0×107m3。鰲江進(jìn)出港航道疏浚及江南海涂吹填疏浚工程共計抽挖泥沙方量約為4.45×107m3。而2005-2011年6年間鰲江口附近海域海床的凈淤積量約為-4.95×107m3。由此可知鰲江進(jìn)出港航道疏浚及江南海涂吹填工程是造成鰲江口海域海床泥沙減少的主要原因。這些人為因素直接影響著鰲江海域海底地形的變化。

其二，甌江南口封堵工程使甌江入海泥沙只能由甌江北口流入大海，靈霓北堤的合攏切斷的甌江南岸海域和甌江北岸海域的水沙交換，樂清灣灣內(nèi)泥沙、甌江入海泥沙不能南下進(jìn)入鰲江海域。淺灘一期促淤堤、淺灘二期促淤堤、飛鰲灘促淤堤等圍涂促淤工程的淤漲速率比自然條件下提高了4～7倍，消耗了工程區(qū)附近海域的大量泥沙，這使本已減少的進(jìn)入鰲江口海域的泥沙進(jìn)一步減少。含沙量的減少有利于鰲江口海床的沖刷。

其三，2005年之前，鰲江口保持著自然岸灘，潮灘面積巨大，灘坡緩和。漲潮時水流沿海床上溯作用于灘坡，使底部泥沙迅速起動，水體泥沙濃度迅速增大，含沙濃度較高；退潮時經(jīng)過憩流，較薄水層的泥沙落淤，有利于海床的穩(wěn)定。江南海涂圍墾、蒼南華潤電廠防波堤等工程建成后，鰲江口潮流勢必受到影響，為了更好地研究潮流變化，根據(jù)我們所做的鰲江口潮流數(shù)值模擬（單慧潔 等，2014），分析了鰲江口工程對潮流的影響（如圖4，圖5）。模擬結(jié)果顯示，潮流流速改變的區(qū)域主要在工程區(qū)附近，宋埠西灣南片圍墾附近和蒼南華潤電廠防波堤兩側(cè)的流速減小以外，其他工程區(qū)附近的流速都有略微增大，其中江南海涂圍墾工程大壩的合攏使得潮流進(jìn)入鰲江口的口門急劇縮窄，海水聚集使得鰲江口門處流速增大，而流向由之前的沿自然岸線變?yōu)檠毓こ痰叹€，海水流速的增大對江南海涂圍墾大堤外側(cè)海域海床的產(chǎn)生沖刷作用。在鰲江入海口處北邊，宋埠西灣南片圍墾減小了海流速度，形成了宋埠西灣南片周圍的淤積狀態(tài)。2007年在蒼南華潤電廠防波堤沒有施工之前，該海域處于一種略微沖刷的狀態(tài)。自蒼南華潤電廠防波堤施工以后海水流速在防波堤附近降低。至2011年防波堤合攏后海水流速進(jìn)一步降低，含沙量相對較高的漲潮海水進(jìn)入防波堤內(nèi)側(cè)后由于流速降低，海水挾沙力減小，泥沙回落，使得防波堤內(nèi)外兩側(cè)處于淤積態(tài)，從圖3（b） 可見防波堤口門處淤積較為明顯，淤積幅度在0.5～2 m 之間。防波堤外側(cè)東南海域由于流速增加，形成面積較大的沖刷區(qū)域，沖刷幅度約1 m 左右。

圖4 鰲江2005（左） 2011（右）年落潮時流場圖

圖5 鰲江2005（左） 2011（右）年漲潮時流場圖

本文在蒼南華潤電廠防波堤合攏后收集到的2011年地形資料對該海域進(jìn)行的海床沖淤演變研究結(jié)果為：蒼南華潤電廠工程區(qū)域附近以淤積為主，淤積面積約為14 km2，淤積幅度在0～2 m 之間，南岙沙北側(cè)附近處于淤積狀態(tài)，最大淤積可達(dá)1.5 m 左右，南岙沙南側(cè)即蒼南華潤電廠防波堤附近處于0.5～1.5 m 的淤積狀態(tài)，防波堤岸線東側(cè)存在面積約為10.2 km2的較強沖刷區(qū)域，沖刷幅度在1 m 左右。而浙江蒼南海域水文泥沙環(huán)境及沖淤演變分析（李旭升等，2008） 一文對蒼南華潤電廠工程區(qū)域附近海底地形演變趨勢進(jìn)行對比分析后得到的結(jié)果為：2003-2005年工程區(qū)附近整個水域以微沖為主，兩年間沖刷幅度在0.1～0.3 m 之間。局部零星的淤積區(qū)主要分布在蒜嶼周圍、張鳳山、南岙沙北側(cè)附近，淤積程度在1 m 左右；岸線東側(cè)邊灘呈現(xiàn)相對較大的沖刷，沖刷程度1 m 左右。與前人的研究結(jié)果對比可知，受蒼南華潤電廠工程合攏影響，工程區(qū)附近沖淤狀態(tài)由沖刷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛俜e狀態(tài)，并且南岙沙北側(cè)淤積幅度由1 m 左右變?yōu)?.5 m 左右，淤積幅度有所加強。岸線東側(cè)較大的沖刷區(qū)域幅度仍然在1 m 左右，變化不大。

總之，江南海涂圍墾工程、蒼南華潤電廠防波堤工程、鰲江進(jìn)出航道疏浚及江南海涂圍墾吹填疏浚等工程對研究區(qū)域的海床產(chǎn)生了重要影響，疏浚和吹填直接影響了海床改變，泥沙量的減少和潮流流速的變化使得海床沖刷的趨勢進(jìn)一步加強。

5 結(jié)論

通過對鰲江口海域?qū)崪y水文泥沙資料和四幅不同時期水深資料對比分析，結(jié)合圍墾、疏浚等工程活動和潮流模擬結(jié)果，得出如下結(jié)論：

（1） 鰲江口是強潮河口，潮流類型屬于淺海不規(guī)則半日潮，漲落潮歷時不對稱；潮流以往復(fù)流為主，漲潮流流向呈西北走向，落潮流流方向相反；該海域以涌浪為主；海域含沙量偏低，自鰲江口向外海依次降低，垂向含沙量隨水深增加而升高。

（2） 鰲江口海域南岸岸線長期處于向外海推移的狀定態(tài)，北岸相對穩(wěn)；1963-2003年該海域潮灘以淤積為主，最大淤積達(dá)到2 m，其他區(qū)域處于有沖有刷的穩(wěn)定狀態(tài)；2003-2005年該海域處于既沖刷又淤積的穩(wěn)定狀態(tài)；2005-2011年6年間鰲江口海域以沖刷為主，鰲江口北岸宋埠西灣南片圍墾和蒼南華潤電廠防波堤附近處于淤積狀態(tài)，最大淤積1.5 m 以上；江南海涂圍墾圍堤外側(cè)顯現(xiàn)出一條寬度在200～400 m 的帶狀沖刷，最大沖刷幅度達(dá)到1.5 m 左右，其他海域處于沖刷狀態(tài)，沖刷幅度在0～1 m 之間。凈淤積量在-4.95×107m3左右。特別是蒼南華潤電廠防波堤合攏以后，電廠附近海域由沖刷態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛俜e態(tài)，并且南岙沙北側(cè)淤積幅度由1 m 左右變?yōu)?.5 m 左右，淤積幅度有所加強。

（3） 鰲江口進(jìn)出港航道疏浚、江南海涂圍墾吹填疏浚對鰲江口海床沖刷起到直接作用；蒼南華潤電廠防波堤工程有利于附近海域促淤；圍墾工程局部潮流變化及鰲江口海域含沙量減少對海床沖淤變化也有一定的影響。

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