椒江口臺州灣建港條件研究

李孟國，麥苗，李文丹，肖輝，吳以喜

（交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所港口水工建筑技術(shù)國家工程實驗室工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津300456）

椒江口臺州灣建港條件研究

李孟國，麥苗，李文丹，肖輝，吳以喜

（交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所港口水工建筑技術(shù)國家工程實驗室工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津300456）

通過現(xiàn)場實測的波浪、潮位、潮流、含沙量、底質(zhì)等資料分析，岸灘演變分析、設(shè)計水位計算、外海設(shè)計波要素計算及波浪、潮流、泥沙數(shù)學(xué)模型計算，對椒江口臺州灣的頭門島附近建設(shè)大型深水港口的水動力泥沙條件進行了研究論證。主要研究成果表明：（1）工程海區(qū)水深條件好，潮汐動力強，實測水體含沙量不大，泥沙來源少，底質(zhì)條件好，岸灘長期處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；（2）外海波浪較大，但在眾多島嶼的掩護以及向岸水深變淺的影響下，工程區(qū)域的波浪相對外海明顯減?。唬?）頭門島大型港口建設(shè)對椒江口影響甚小。綜上，頭門島附近具有良好的建港條件。

潮流；泥沙；波浪；含沙量;椒江口；臺州灣；頭門島

椒江是浙江第三大河，其干流自仙居縣天堂尖曲折向東至椒江牛頭頸入海，全長約198 km，沿途有靈江、永寧江和永安溪、始豐溪等80多條江溪匯入，流域面積6750km2，屬于山溪性河流。椒江河口寬1.8 km，牛頭頸出口后進入臺州灣。臺州灣系椒江口的口外海濱［1-2］，平面形態(tài)呈喇叭形，其外側(cè)有臺州列島、東磯列島等島嶼組成屏障與東海相隔，其中主要島嶼有上大陳島、下大陳島，一江山島、百夾山島、東磯島、田岙嶼、雀兒岙島、石坦島、長嶼、小鵝冠島等，在臺州灣內(nèi)側(cè)水域有位于河口北側(cè)的頭門島、大竹山、面長山等島嶼；在椒江口外南北兩側(cè)有臺州淺灘、南洋海涂、北洋海涂三大淺灘。目前，北洋海涂、南洋海涂、臺州淺灘的圍墾已經(jīng)完成，利用實體堤和橋梁連接白沙—大竹山—頭門島頭門港區(qū)的疏港公路已經(jīng)建好（圖1）。

隨著地方經(jīng)濟的發(fā)展，需要在椒江口臺州灣開發(fā)建設(shè)大型深水港口。從港口開發(fā)建設(shè)條件看，位于外面的上大陳島、下大陳島、東磯島等水深條件很好，但其離陸地較遠(yuǎn)，波浪大，港口建設(shè)成本高，而頭門島南北兩側(cè)具有建設(shè)大型深水港口的基礎(chǔ)條件：首先，其離岸較近，通過白沙—大竹山—面長山—頭門島建設(shè)陸島通道即可實現(xiàn)經(jīng)濟可行的陸路交通；其次，頭門島附近水深條件較好，頭門島及其以東海域水深大于-5 m（理論基面，下同），頭門島東側(cè)與田岙島之間存在-10 m以上深槽，并緊鄰東海海域國際航道；再次，頭門島海域受外海島嶼掩護，波浪條件好［3-4］；另外，可利用頭門島及其北側(cè)島嶼圈圍連接大陸形成大型深水港區(qū)。

圖1 椒江口臺州灣形勢圖Fig.1 Sketch of Jiaojiang Estuary and Taizhou Bay

本文通過現(xiàn)場實測的波浪、潮位、潮流、含沙量、底質(zhì)等資料分析，岸灘演變分析、設(shè)計水位計算、外海設(shè)計波要素計算及波浪、潮流、泥沙數(shù)學(xué)模型計算，對椒江口臺州灣的頭門島附近建設(shè)大型深水港口的水動力泥沙條件進行研究和論證。

1 水動力特征

1.1 潮汐

據(jù)下大陳、頭門島等各站潮位觀測調(diào)和分析，各站潮汐類型(HK1+HO1)/HM2的值均小于0.5，表明該椒江口臺州灣海域潮汐屬正規(guī)半日潮型。

根據(jù)頭門島2008年8月1日—2009年7月31日一年潮位資料統(tǒng)計：該站平均潮差為3.66 m，最大潮差達6.15 m。漲、落潮平均歷時分別為6∶12、6∶13，基本接近。因此該海域?qū)儆诖蟪辈顝姵焙Ｓ颍?,5］。

各站平均高潮位、平均潮差由外海向椒江河口，由南向北逐漸增高或增大，漲、落潮平均歷時由漲潮平均歷時稍大于落潮逐漸轉(zhuǎn)為落潮平均歷時稍長于漲潮平均歷時。

頭門島當(dāng)?shù)仄骄Ｆ矫嬖谀甓戎幸?月份為最高，以1、3月份為最低，年度變幅可達0.26 m。

頭門島的基面關(guān)系（圖2）［2］：平均海平面在國家85基面上0.20 m,國家85基面在吳淞基面上1.92 m，吳淞基面在理論基面上1.12 m。橫門的基面關(guān)系［2］∶平均海平面在國家85基面上0.24 m，吳淞基面在理論基面上0.81 m。下大陳島的基面關(guān)系［5］：平均海平面在國家85基面上0.26 m，吳淞基面在理論基面上0.81 m。

根據(jù)頭門島2008年8月1日～2009年7月31日一年潮位資料計算，頭門島的設(shè)計高水位和設(shè)計低水位分別為4.33 m和-3.26 m（國家85基面）［2］。

由于工程海域潮差大，港口航道工程可使用乘潮水位［2］。

1.2 潮流

在椒江口臺州灣有多次多站位多潮次的水文全潮觀測資料［2］（1989年10月16個站大、中、小潮，2003年9月15個站大、中、小潮，2004年3月15個站大、中、小潮，2008年10月頭門島附近8個站大、中、小潮，2009年2月頭門島附近8個站大、中、小潮，2009年4～5月12個站大、小潮，2009年測站位置及大潮潮流橢圓矢量見圖1）。根據(jù)2009年4～5月12個測站全潮資料調(diào)和分析，各站潮流類型F=(WK1+WO1)/WM2=0.28～1.33，表明該海域潮流屬于半日潮流性質(zhì)；各站淺水分潮影響系數(shù)G=(WM4+WMS4)/WM2=0.04～0.29，平均為0.12，表明該海域淺海分潮較強，因此該海域潮流屬于不正規(guī)半日潮型的淺海潮流；各站垂線平均M2分潮流橢園率K值在0.00～0.415之間，表明該海域各站潮流運動可分為往復(fù)流和旋轉(zhuǎn)流運動兩種形式，其中椒江河口～頭門島前水域或受島嶼影響區(qū)域基本為往復(fù)流運動，其它均為順時針的旋轉(zhuǎn)流運動。

歷次水文觀測資料表明，除椒江河口外，臺州灣海域漲落潮流基本呈292°～322°和103°～122°變化（圖1），這種潮流方向的變化與該海域潮波傳遞方向是相一致的。

椒江口附近流速最大，2009年4月大潮實測漲落潮最大流速分別為1.65 m/s和1.51 m/s，漲落潮平均流速分別為1.05 m/s和0.90 m/s；椒江口往外流速逐漸減小。頭門島南北兩側(cè)大潮漲落潮最大流速分別為0.63～0.98 m/s和0.64～0.99 m/s，漲落潮平均流速分別為0.39～0.54 m/s和0.42～0.59 m/s。

圖2 頭門島基面關(guān)系Fig.2Datum relations in Toumen Island

該海域呈現(xiàn)有大潮（潮差大）流速大、小潮（潮差小）流速小的變化規(guī)律，在流速垂線分布上呈現(xiàn)有表層流層大、底層流速小的變化規(guī)律。

1.3 余流

余流一般是指實測海流扣除周周性潮流后的剩余部分，它包括有風(fēng)海流、徑流、地轉(zhuǎn)流、密度流等。根據(jù)2009年4～5月工程海域水文全潮觀測資料分析，該海域河口區(qū)域余流較大，大潮時為0.10～0.19 m/s，小潮時為0.05～0.14 m/s，其方向大部向河口外海域；頭門島北側(cè)水域大潮時為0.04～0.18 m/s，小潮時為0.01～0.08 m/s，其方向指向淺灘或落潮深槽方向。頭門島南側(cè)及在兒岙島北側(cè)水域余流較小，在0.07 m/s以內(nèi)。

1.4 徑流

椒江是匯入臺州灣海域的主要河流，椒江由靈江和永寧江匯合而成，全長198 km，其上游段河床比降約為2‰，中下游段河床比降約為1.3‰，為山溪性河流，流域面積6750km2。椒江潮流界可達距口門58 km的三江村。

椒江年平均徑流總量為51.7億m3，據(jù)靈江石仙婦斷面（靈江與永寧江匯合口上方）統(tǒng)計；多年平均徑流量為163 m3/s，豐水年為290 m3/s，枯水年為72 m3/s。平均洪峰流量為7326m3/s。其中豐水年最大洪峰流量為16300m3/s（1962年9月6日），枯水年最大洪峰流量為2245m3/s（1979年8月5日）。徑流主要發(fā)生在每年4～9月的汛期，占全年總量的75%。徑流的顯著特點反映為流量變幅大，其多年平均最大流量與最小流量的平均比值可達1480。

1.5 波浪

椒江口臺州灣有三處測波資料（測站位置見圖1），大陳島海洋站（28°27′N，121°54′E，水深-15.3 m）、頭門島北側(cè)的B1站（28°43.29′N，121°47.69′E，水深-10 m左右）和頭門島南側(cè)的B2站（28°40.17′N,121°46.05′E，水深-9.0 m左右），其中大陳島測波站為常年測波站，有多年連續(xù)測波資料，B1站資料長度為2008年12月～2009年12月，B2站資料長度為2008年9月～2009年12月。

根據(jù)大陳島海洋站具有代表性的1994年和1997年波浪觀測資料統(tǒng)計，該站常浪向為ENE向，各年出現(xiàn)頻率分別為28.1%和30.0%，次常浪向為E向，各年出現(xiàn)頻率分別為15.3%和24.6%，ESE向浪各年出現(xiàn)頻率分別為12.3%和17.3%。全年常浪向主要為ENE—SE向及N、NNE向，頻率分別為66.8%～82.2%和17.1%～13.7%，波高主要集中于0.6～2.5 m級中，各年頻率分別為94.4%和97.3%。

該站強浪向為E向，最大波高為9.1～9.5 m，次強浪向為ENE向，最大波高為8.6～9.0 m，N向為第三強浪向，出現(xiàn)最大波高為8.1～8.5 m，都是因臺風(fēng)引起。E向和ENE、N向波高大于2.5 m級出現(xiàn)頻率各年分別為4.92%和0.7%。

B1站ENE、E和ESE三個方向的波浪出現(xiàn)頻率占到了75.28%。B2站E、ESE和SE三個方向的波浪出現(xiàn)頻率則占到了87.91%。

B1站常浪向為ESE向，出現(xiàn)頻率為33.16%，次常浪向為E、ENE向，出現(xiàn)頻率分別為24.75%、18.16%，H1/10平均波高為0.59 m；強浪向為ESE向、次強浪向為SE、E向，其H1/10最大波高分別為2.97 m、2.58 m、2.44 m，最大波高分別為4.12 m、3.15 m、2.87 m。B2站常浪向為E向，出現(xiàn)頻率為53.62%，次常浪向為ESE向、SE向，出現(xiàn)頻率分別為29.95%、7.17%，H1/10平均波高為0.74 m，強浪向為ESE向，次強浪向為E、SE向，其H1/10最大波高分別為4.45 m、4.45 m、4.04 m，最大波高分別為5.49 m、5.16 m、5.17 m。從兩站出現(xiàn)H1/10波高的程度上看，除臺風(fēng)經(jīng)過該海區(qū)時波高較大外，B1、B2站H1/10波高均在2.0 m以內(nèi)，大多數(shù)時間H1/10波高在1.5 m以下（B1站和B2站大于1.5 m的H1/10出現(xiàn)頻率分別為2.46%和4.19%），由于B1站掩護條件稍好，使其波況條件要稍好于B2站。但由于波向隨季節(jié)變換，某些時段兩站的波況條件又基本一致。

B1站和B2站的最大波高均為2009年8月“莫拉克”臺風(fēng)作用產(chǎn)生。

B1站和B2站以風(fēng)浪為主的波型出現(xiàn)頻率占優(yōu)，B1站和B2站的平均周期分別為3.4 s和3.9 s。

根據(jù)大陳島海洋站1960～2001年各向H1/10波高年極值，用P-III型曲線作為理論頻率曲線，對每隔45°的方位角進行統(tǒng)計，以適線法求得各波向各重現(xiàn)期的H1/10波高值,按照《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》［6］確定平均周期Tm,見表1［4］。

表1 大陳島海洋站不同重現(xiàn)期波要素Tab.1Different return period wave characteristics in Dachendao Ocean Station

文獻［6］根據(jù)大陳站1960～1994共35 a資料給出的代表北緯28°20′～29°30′等深線為20 m處的浙江中部海區(qū)各方向（N—NNE、NE—ENE、E—ESE、SE—SSE、S—SSW）的設(shè)計波要素。劉海源等［3］根據(jù)大陳島海洋站1960～2001年各向H1/10波高年極值，用P-III型曲線作為理論頻率曲線進行分析計算，得到了16方位的不同重現(xiàn)期波要素。左其華等［7］根據(jù)1960～2002年、2007年和2009年（共計45 a）各向H1/10波高和平均周期年極值，用PIII型曲線作為理論頻率曲線，以適線法求得各波向（N、NE、E、SE、S、SW）各重現(xiàn)期的H1/10波高和周期值。文獻結(jié)果與表1均有可比性。

綜上分析和計算，臺州灣外海波浪較大。

2 泥沙特征

2.1 含沙量

椒江口臺州灣有上述各次水文全潮觀測中的含沙量實測資料，另外，在頭門島西南側(cè)面長山碼頭處設(shè)立含沙量固定觀測站（頭門島固定站），2009年8月17日～10月21日進行了66 d的含沙量觀測，每日7∶00、12∶00、16∶00三次定時取表層、0.6H層、底層水體含沙量。歷次觀測資料的含沙量的分布規(guī)律是基本一致的。通過對含沙量資料分析，其特征如下：

（1）平面分布特征。椒江口臺州灣含沙量平面分布特征是：

①椒江口（1#站）最大，從椒江口向外，含沙量迅速減小。

根據(jù)2009年4～5月水文全潮觀測資料，1#～5#站大潮漲潮最大含沙量分別是12.39 kg/m3、4.83 kg/m3、2.29 kg/m3、0.26 kg/m3、0.24 kg/m3，落潮最大含沙量分別是8.82 kg/m3、4.99 kg/m3、3.01 kg/m3、0.31 kg/m3、0.12 kg/m3，漲潮平均含沙量分別是6.54 kg/m3、1.90 kg/m3、0.79 kg/m3、0.16 kg/m3、0.11 kg/m3，落潮平均含沙量分別是2.86 kg/m3、2.35 kg/m3、0.98 kg/m3、0.17 kg/m3、0.08 kg/m3，可以看出，椒江河口是高含沙量區(qū)，從1#站的2.86～12.39 kg/m3到5#站銳減到0.08～0.24 kg/m3。

②鄰近河口區(qū)及淺水區(qū)（2#站、3#站、7#站和12#站）含沙量大于深水區(qū)。

根據(jù)2009年4～5月水文全潮觀測資料，鄰近河口區(qū)的2#和3#站，漲落潮最大含沙量為2.29～4.99 kg/m3，平均含沙量0.79～2.35 kg/m3，淺水區(qū)的7#站和12#站漲落潮最大含沙量0.67～0.75 kg/m3，而其它深水區(qū)各測站的大潮最大含沙量均小于0.50 kg/m3，平均含沙量在0.30 kg/m3以內(nèi)。

③鄰近頭門島水域范圍為含沙量較小區(qū)域。

根據(jù)2009年4～5月水文全潮觀測資料，頭門島附近的4#、5#、8#、9#大潮平均含沙量為0.08～0.28 kg/m3，小潮平均含沙量為0.02～0.07kg/m3，四個站的大、小潮漲落潮平均含沙量分別為0.10 kg/m3、0.07 kg/m3、0.15 kg/m3、0.13 kg/m3。

根據(jù)頭門島固定站2009年8月17日～10月21日的觀測，66 d的垂線平均含沙量為0.106 kg/m3。其中8月17～31日垂線平均含沙量為0.041 kg/m3，垂線平均最大含沙量為0.144 kg/m3；9月1～30日垂線平均含沙量為0.074 kg/m3，垂線平均最大含沙量為0.487 kg/m3；10月1日～21日經(jīng)歷了10 d的連續(xù)大風(fēng)過程和鄰近臺風(fēng)的影響，垂線平均含沙量為0.197 kg/m3，垂線平均最大含沙量為0.797 kg/m3。

頭門島北側(cè)水域含沙量大于南側(cè)水域含沙量。

（2）隨動力（潮型、風(fēng)浪）變化特征。臺州灣海域含沙量的變化隨潮型大、小變化、大潮潮差大、潮汐動力強，潮流流速大，則水體含沙量大、反之則水體含沙量小。2009年4～5月大小潮觀測資料表明，大潮時，1#站漲落潮最大含沙量分別是12.39 kg/m3和8.82 kg/m3，而小潮時則分別為2.63 kg/m3和1.18 kg/m3；大潮時4#～12#站漲落潮最大含沙量為0.12～0.75 kg/m3，平均含沙量為0.08～0.34 kg/m3，而小潮時無論最大還是平均，含沙量均在0.1 kg/m3以下。臺州灣海域水體的含沙量對風(fēng)浪的影響較為敏感，如過大的風(fēng)浪作用，則可使得海域含沙量增大約1倍左右。

頭門島固定站各層含沙量將隨每日的潮型變化有著密切關(guān)系，如按大、中、小潮每種潮型分別為3 d依次計算，該期間其垂線平均含沙量分別為0.137 kg/m3、0.118 kg/m3、0.059 kg/m3，其垂線平均最大含沙量分別為0.578 kg/m3、0.797 kg/m3、0.217 kg/m3，垂線平均最小含沙量分別為0.019 kg/m3、0.011 kg/m3、0.017 kg/m3。

頭門島固定站各層含沙量比較大的值一般發(fā)生在ESE、E向或ENE向大風(fēng)天或大風(fēng)天后的時間里，特別是其中10月6日～10月10日受鄰近海域17“#芭瑪”、18“#茉莉”兩臺風(fēng)連續(xù)影響，固定站海域在連續(xù)ENE向大風(fēng)作用下，時段垂線平均含沙量達到0.406 kg/m3，垂線最大含沙量達0.797 kg/m3，臨底層含沙量最大達1.442 kg/m3。

ESE、E向、ENE向大風(fēng)與該海域波高變化密切相關(guān)，表層、0.6層、底層含沙量在一般正常情況下H1/10＜0.7 m時都較小，當(dāng)H1/10＞0.8 m后隨著大波高的出現(xiàn)而急劇增加。

（3）隨季節(jié)變化特征。臺州灣海域水體的含沙量與季節(jié)變化有明顯的關(guān)聯(lián)，夏季含沙量小，冬季含沙量大，一般冬季海域水體含沙量約比夏季大1倍左右。

（4）垂線分布特征。各測站含沙量呈現(xiàn)水面表層含沙量小，底層大的分布規(guī)律，其表、底層含沙量分別為垂線平均含沙量的67%～52%和160%～177%，頭門島附近水域分別為55%、203%。

經(jīng)統(tǒng)計頭門島固定站含沙量分布由表至底層增大，其表層為底層的61%～65%，0.6層為底層的75%～80%。

2.2 懸沙粒徑

根據(jù)2009年4月～5月水文全潮12個測站的漲落急，漲落憩時取垂線表中底三層水樣（共288個水樣）分析：各站大、小潮型懸沙中值粒徑d50為0.005～0.007 mm，平均d50為0.006 mm［2］。

根據(jù)頭門島2008年10月和2009年2月夏、冬季水文全潮（大、中、小潮）8個測站的漲落急，漲落憩時取垂線表中底三層水樣取沙分析，其懸沙d50變化范圍0.006～0.008 mm。d50平均為0.008 mm［2］。表明頭門島附近懸沙d50粒徑稍大于大范圍的懸沙d50粒徑。

根據(jù)2003年水文全潮觀測資料分析［8］，懸沙中值粒徑d50為0.009 68～0.01771mm，根據(jù)1989年10月水文全潮觀測資料分析［8］，懸沙中值粒徑d50為0.006 9～0.0084mm。

2.3 底質(zhì)

根據(jù)2009年4～5月在工程水域布置15條斷面共140個底質(zhì)取樣點和12條水文垂線處底質(zhì)取樣，經(jīng)粒徑分析其底質(zhì)d50粒徑范圍為0.008～0.023 mm（圖3），表層沉積物較細(xì)，按沉積物分類主要為粘土質(zhì)粉砂物質(zhì)（砂含量平均占0.85%～4.18%，粉砂含量占71.1%～75.96%、粘土占22.19%～27.1%）。

2008年10 月、2009年2月以及2008年夏季臺風(fēng)前后分別在頭門島南北兩側(cè)不同區(qū)域布置了表層底質(zhì)取樣共48個，粒徑分析結(jié)果表明，粒徑d50變化范圍在0.006～0.019 mm（秋）、0.007～0.017 mm（冬），二者基本一致。其沉積物粉砂和粘土質(zhì)粉砂所占比例相同。沉積物中物質(zhì)組成也未發(fā)生大的變化。但由于季節(jié)的不同，受風(fēng)浪掀沙作用影響，在頭門島南側(cè)泥沙有粗化的變化，而其東北側(cè)泥沙有細(xì)化的現(xiàn)象。這種局部變化與其特殊位置、潮流、波浪作用有著密切關(guān)系，大體上基本沒有大的變化。

圖3 底質(zhì)中值粒徑d50分布圖Fig.3 Distribution of median grain size d50of bed sediment

從臺風(fēng)前后底質(zhì)沉積物變化來看，田岙島以北水域各處d50基本沒有變化，但頭門島南北處于東側(cè)水道旁水域大部略有粗化現(xiàn)象，中值粒徑d50由0.009 mm增至0.010 mm，這種變化與前面季節(jié)變化趨勢是一致的。表明各水域局部動力的變化將引起沉積物d50的變化。

2003年9～10月在臺州灣海域進行了底質(zhì)表層取樣和泥沙粒徑分析工作，采樣面積307 km2，采樣點196個，其中椒江口內(nèi)30個，椒江口外166個。采樣分析結(jié)果表明該海域范圍主要由粘土質(zhì)粉砂沉積物所覆蓋（椒江口外水域粉砂含量占41.3%～86.7%，平均占61.6%，粘土含量占13.4%～58.7%，平均占38.4%），僅局部范圍為粉砂沉積物所覆蓋，其泥沙顆粒粒徑變化范圍與上面2008年和2009年的采樣分析結(jié)論基本一致。

根據(jù)文獻［9］,從泥沙粒徑看，椒江口臺州灣海域?qū)儆谟倌噘|(zhì)海岸。

2.4 泥沙來源

椒江口臺州灣的泥沙來源有三個方面［2,8,10］：

（1）椒江徑流輸沙。椒江為少沙河流，按侵蝕模數(shù)估算，年均輸沙量為122萬t，年均含沙量為0.24 kg/m3，輸沙主要集中于4～9月的汛期，占總輸沙量的94.4%。其輸沙量中較粗顆粒泥沙一般淤積在藕節(jié)狀較寬闊的河段中，只有粒徑較細(xì)的泥沙才有可能在洪水時隨泄洪輸入到椒江口外臺州灣，其量是很有限的。根據(jù)椒江口老鼠山斷面1974～1989年大、中、小9個潮次的水文全潮資料計算，平均全日凈向河口海域輸出懸沙量僅為10.05萬t；另外，從含沙量分布看，椒江口含沙量很大，但出了椒江口后含沙量即銳減，且多年來口外地形并無明顯淤積。因此，臺州灣的淤積泥沙中來自椒江河道的內(nèi)徑流輸沙僅占很小一部分。

（2）長江口以南南下沿岸流輸沙。冬季南下沿岸流將長江口、杭州灣下泄泥沙向南搬運沉積于沿海的海域中，此泥沙經(jīng)該海域波浪和潮流共同作用，其部分泥沙淤積于海域邊灘和波浪遮隱區(qū)，造成岸灘的泥沙淤積。沿岸流輸沙淤積直接影響了岸灘的沖淤變化，但近些年，沿岸流輸沙運動受諸方面的影響已經(jīng)明顯減少（長江入海泥沙由20世紀(jì)80年代前的4.68億t/a減小至20世紀(jì)90年代以后的3.52億t/a，2002～2004年又減小至2.49億t，比20世紀(jì)80年代以前減少47%），使得沿岸海域的泥沙淤積強度大為減少，對于減輕臺州灣海域工程的泥沙淤積問題是有利的。沿岸流輸沙淤積的作用是長期的，但對局部水域工程影響將是比較小的。

（3）海域來沙及邊灘泥沙的再搬運。夏季臺風(fēng)浪和冬春季節(jié)偏北向大風(fēng)作用，將沉積于深水海域的泥沙掀起，隨漲潮流搬運至近岸淺水邊灘水域，近岸邊灘水域沉積的泥沙在波流作用掀起后隨潮流發(fā)生再搬運，這些泥沙運動成為臺州灣海域泥沙淤積的沙源。

上述泥沙來源中以海域和近岸邊灘泥沙的再搬運為主，是臺州灣泥沙運動的主要來源。

近年來，椒江口南北兩側(cè)的臺州淺灘、南洋海涂、北洋海涂都進行了圍墾（圖1），因此，對減輕臺州灣的泥沙運動有利。

3 岸灘沖淤演變分析［2 ,8 ,10 ］

根據(jù)多次水深測圖（本次分析研究采用下列海圖和測圖資料：臺州列島至魚山列島（1/100 000），其海圖水深為1931～1934年測量并補充1936年日版海圖資料，由中國人民解放軍司令部海道測量局1952年刊行，代表時間為1934年；臺州灣至隘頑灣（1/100 000），其海圖水深椒江河口及其附近為1998年測量，由航保部2001年發(fā)行，代表時間為1998年；臺州灣海域地形圖（1/250 00），其海圖水深系臺州港組織測量，由中國人民解放軍37704部隊1988年5月測；2003年9月～10月和2009年5月水深測圖（1/250 00）；頭門島局部水域2008年6月和2009年6月的1/100 00水深測圖；頭門島附近工程水域2008年6月～2009年5月固定斷面水深測圖）對岸灘的沖淤演變進行了分析。經(jīng)不同時期不同部位水深圖沖淤演變分析，可以認(rèn)為該海域海床長期以來呈現(xiàn)略有淤積的基本穩(wěn)定狀態(tài)，多年平均淤積厚度2.4 cm/a，而近些年來由于泥沙來源不足，工程海域海床呈現(xiàn)略有沖淤變化的基本穩(wěn)定狀態(tài)。

4 頭門島附近建港泥沙條件及淤積特征

根據(jù)上述水動力泥沙特征分析，頭門島附近建設(shè)港口后其泥沙條件及淤積特征如下：

（1）椒江泥沙對工程海區(qū)沒有影響：①根據(jù)現(xiàn)場水文全潮實測資料分析，椒江口存在高含沙量水體，該高含沙量水體隨漲落潮流往復(fù)移動，離開河口向外海，含沙量明顯減小，頭門島及其東南側(cè)水域大小潮平均含沙量約為河口的二十分之一，小于0.15 kg/m3；另外根據(jù)頭門島固定站的含沙量觀測資料分析，66 d的垂線平均含沙量僅為0.106 kg/m3，因此椒江口高含沙量水體不會擴散到頭門島水域；②根據(jù)椒江口臺州灣的潮流場特征，椒江口的凈輸沙方向應(yīng)為東南方向。

（2）波流動力掀沙、潮流輸沙將是港口航道淤積主要泥沙來源：如前所述，臺州灣海域含沙量的變化隨潮型大、小變化、大潮潮差大、潮汐動力強，潮流流速大，則水體含沙量大、反之則水體含沙量小，另外，水體的含沙量對風(fēng)浪的影響較為敏感，如過大的風(fēng)浪作用，則可使得海域含沙量增大約1倍左右。因此，頭門島附近泥沙運動就是本地及附近的床面泥沙在波浪和潮流作用下的再搬運，成為港口航道淤積的主要泥沙來源。

（3）泥沙運動以懸沙運動為主，泥沙淤積以懸沙淤積為主：①根據(jù)底質(zhì)采樣分析，底質(zhì)d50粒徑范圍為0.006～0.023 mm，按沉積物分類主要為粘土質(zhì)粉砂物質(zhì)，為淤泥質(zhì)海岸；②根據(jù)現(xiàn)場懸沙采樣分析，懸沙中值粒徑為0.005～0.0177mm；③根據(jù)現(xiàn)場水文全潮實測資料分析，各垂線含沙量呈現(xiàn)水面表層含沙量小，底層大的分布規(guī)律，其表、底層含沙量分別為垂線平均含沙量的67%～52%和160%～177%，頭門島附近水域分別為55%、203%，說明泥沙運動以懸移質(zhì)形式運動。因此，泥沙運動以懸移質(zhì)為主，港池航道的淤積以懸沙淤積為主。

（4）頭門島南側(cè)建港和北側(cè)建港（口門在頭門島東側(cè)）泥沙淤積問題不大：根據(jù)現(xiàn)場水文全潮實測資料分析，頭門島南側(cè)和東側(cè)大潮平均含沙量為0.16～0.25 kg/m3,而小潮則為0.02～0.04 kg/m3，大、小潮平均含沙量為0.10～0.15 kg/m3；根據(jù)頭門島固定站的含沙量資料分析，66 d的垂線平均含沙量僅為0.106 kg/m3。因此，頭門島南側(cè)建港和北側(cè)建港（口門在頭門島東側(cè)）的水域含沙量不大，工程后港池航道泥沙淤積量不會太大。

（5）封堵白沙—頭門島和圍墾頭門島北側(cè)岸邊淺灘有利于減輕頭門島南北兩側(cè)港池淤積：如前所述，椒江泥沙對工程海區(qū)沒有影響，臺州灣海域的泥沙運動就是本地及附近床面泥沙在波浪和潮流作用下的再搬運，因此，封堵白沙—頭門島和圍墾頭門島北側(cè)岸邊淺灘有利于減輕頭門島南北兩側(cè)港池淤積。

（6）挖入式港池淤積主要發(fā)生在口門附近，越向口門以里越小：如前所述，泥沙運動以懸移質(zhì)為主，港池航道的淤積以懸沙淤積為主，當(dāng)漲潮挾沙水流進入挖入式港池口門后，由于流速突然降低，挾沙能力也隨之降低，造成泥沙迅速落淤，隨著水流向港池里面的流動，泥沙不斷沿程落淤，水體含沙量不斷減小。因此，挖入式港池的淤積特征將是口門大，越往里越小。另外，環(huán)抱式港池口門通常存在漲潮環(huán)流，這種環(huán)流也能加大淤積，即口門環(huán)流加大了口門淤積強度。

（7）底質(zhì)條件適合航道開挖，航道礙航驟淤問題可能性?。汗こ毯^(qū)底質(zhì)d50粒徑范圍為0.006～0.023 mm，按沉積物分類主要為粘土質(zhì)粉砂物質(zhì)，屬于淤泥質(zhì)海岸，適合航道開挖和維護，根據(jù)國內(nèi)淤泥質(zhì)海岸的港口航道建設(shè)經(jīng)驗，在這類海岸上開挖航道不太可能有礙航驟淤問題，但要注意浮泥問題。

5 水動力泥沙數(shù)學(xué)模型研究

使用波浪數(shù)學(xué)模型［4］，考慮波浪作用的潮流泥沙數(shù)學(xué)模型［11-13］對頭門島附近建港（臺州港臨海港區(qū)）的各種方案的波浪條件、泊穩(wěn)條件、潮流場、泥沙淤積等進行了模擬計算，有以下主要成果：

（1）工程所在海域由于受臺風(fēng)影響，外海波浪較大，但在眾多島嶼的掩護以及向岸水深變淺的影響下，頭門島水域波浪相對外海明顯減小。頭門島南側(cè)岸線設(shè)計波浪主要受E向和ESE向浪控制，北側(cè)碼頭岸線設(shè)計波浪主要受E向，SE向和NE向浪控制。

（2）通過對方案布置形式的調(diào)整，可以達到滿足泊穩(wěn)條件，并減少影響作業(yè)天數(shù)。

（3）各規(guī)劃建設(shè)方案（包括圈圍石坦島、雀兒岙島、田岙島與大陸形成大港區(qū)）實施后，對周圍海區(qū)敏感點影響較小，對三門灣潮動力沒有影響，對椒江口的流場及椒江泄洪排澇影響甚小。

（4）白沙—頭門島之間為上下灘水流，不是潮汐通道，可以封堵，封堵后對減輕頭門島南北兩側(cè)泥沙淤積有利。

（5）各規(guī)劃建設(shè)方案港池航道淤積不大，淤積強度為1 m的量級，頭門島南側(cè)港區(qū)淤積強度大于北側(cè)。通過對方案布置形式的調(diào)整，可以減小環(huán)抱式港池口門環(huán)流，減小淤積。

6 結(jié)論

在臺州灣中，頭門島附近水深條件好，離岸近，頭門島—白沙以北大片淺灘水域緊鄰東海海域國際航道，通向外海的航道自然水深在-10 m以上，具有開發(fā)建設(shè)大型深水港口的基礎(chǔ)條件和現(xiàn)實條件。通過對現(xiàn)場實測資料分析、設(shè)計水位和外海不同重現(xiàn)期波要素計算、波浪數(shù)學(xué)模型和潮流泥沙數(shù)學(xué)模型計算，對椒江口臺州灣頭門島南北側(cè)建設(shè)大型深水港口所涉及的水動力泥沙問題進行了研究論證。有以下主要結(jié)論：

（1）臺州灣海域潮汐屬于正規(guī)半日潮型，潮差大，潮汐動力強，港口航道工程可以充分利用乘潮水位。

（2）臺州灣海域潮流屬于不正規(guī)半日潮型的淺海潮流，潮流動力較強。各站潮流運動可分為往復(fù)流和旋轉(zhuǎn)流運動兩種形式，其中椒江河口～頭門島前水域或受島嶼影響區(qū)域基本為往復(fù)流運動，其它均為順時針的旋轉(zhuǎn)流運動。臺州灣海域漲落潮流基本呈292°～322°和103°～122°變化，這種潮流方向的變化與該海域潮波傳遞方向是相一致的。

（3）臺州灣長期以來海床、岸灘處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；泥沙來源少，實測水體含沙量不大，波流動力掀沙、潮流輸沙將是港口航道淤積主要泥沙來源，泥沙運動以懸沙運動為主，泥沙淤積以懸沙淤積為主。

（4）臺州灣底質(zhì)條件好，屬于淤泥質(zhì)海岸，適合航道開挖，航道礙航驟淤問題可能性小。

（5）頭門島各規(guī)劃建設(shè)方案（包括圈圍石坦島、雀兒岙島、田岙島與大陸形成大港區(qū)）實施后，對周圍海區(qū)敏感點影響較小，對三門灣潮動力沒有影響，對椒江口的流場及椒江泄洪排澇影響甚??；白沙—頭門島之間為上下灘水流，不是潮汐通道，可以封堵，封堵后對減輕頭門島南北兩側(cè)泥沙淤積有利；各規(guī)劃建設(shè)方案港池航道淤積不大，淤積強度為1 m的量級，頭門島南側(cè)港區(qū)淤積強度大于北側(cè)，通過對方案布置形式的調(diào)整，可以減小環(huán)抱式港池口門環(huán)流，減小淤積。

（6）臺州灣外海域由于受臺風(fēng)影響波浪較大，但在眾多島嶼的掩護以及向岸水深變淺的影響下，頭門島水域波浪相對外海明顯減小。頭門島南側(cè)岸線設(shè)計波浪主要受E向和ESE向浪控制，北側(cè)碼頭岸線設(shè)計波浪主要受E向，SE向和NE向浪控制。通過對方案布置形式的調(diào)整，可以達到滿足泊穩(wěn)條件，并減少影響作業(yè)天數(shù)。

綜上，從水深條件、水動力泥沙條件角度考慮，頭門島南北兩側(cè)具有建設(shè)大型深水港口的有利條件，圈圍石坦島、雀兒岙島、田岙島與大陸形成大港區(qū)也是可能的。

由于臺州灣沒有港池航道開挖（挖槽）后的實測泥沙淤積資料，計算預(yù)測的淤積強度有待驗證，另外，本海域底質(zhì)泥沙顆粒較細(xì)，是否存在浮泥問題，也依賴挖槽后實際情況說明。

［1］謝欽春,張立人,李伯根.臺州灣淤積及其原因探討［J］.東海海洋,1988,6（1）∶25-33. XIE Q C,ZHANG L R,LI B G.Analysis of accumulation in the Taizhou Bay［J］.Donghai Marine Science，1988,6（1）∶25-33.

［2］麥苗，吳以喜.臺州港臨海港區(qū)規(guī)劃自然條件及灘槽演變分析（附頭門島設(shè)計水位及乘潮水位的計算）［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所,2010.

［3］劉海源,喬嶺,陳漢寶.臺州灣波浪條件數(shù)值模擬研［J］.水道港口,2009,30（6）∶381-384. LIU H Y,QIAO L,CHEN H B.Numerical simulation research on wave condition in Taizhou Bay［J］.Journal of Waterway and Har?bor,2009,30（6）∶381-384.

［4］肖輝,許婷,李孟國.臺州港臨海港區(qū)規(guī)劃波浪數(shù)學(xué)模型計算研究報告［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所,2010.

［5］陸青,左軍成,郭偉其,等.臺州灣附近海域潮汐、潮流特性［J］.河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2011,39（5）：583-588. LU Q,ZUO J C,GUO W Q,et al.Characteristics of tide and tidal current in sea area near Taizhou Bay［J］.Journal of Hohai Univer?sity（Natural Sciences）,2011,39（5）∶583-588.

［6］浙江省水利廳.浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定（上）［R］.浙江：浙江省水利廳，1999.

［7］左其華，王紅川.《港口與航道水文規(guī)范》專題研究（沿海部分水域設(shè)計波浪參考值研究）［R］.南京：南京水利科學(xué)研究院，2012.

［8］吳以喜,閆勇,麥苗.臺州港臨海港區(qū)規(guī)劃研究臨海港區(qū)自然條件水文泥沙及其沖淤演變分析研究［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所,2004.

［9］JTS145-2-2013,海港水文規(guī)范［S］.

［10］麥苗,閆勇,吳以喜.臺州灣海域水文泥沙環(huán)境及海床沖淤演變分析［J］.水道港口,2009,30（4）∶246-252. MAI M,YAN Y,WU Y X.Analysis on hydrographical environment and seabed morphological processes characteristics in Tai Zhou Bay［J］.Journal of Waterway and Harbor,2009,30（4）∶246-252.

［11］李孟國.臺州港臨海港區(qū)規(guī)劃研究潮流泥沙數(shù)值模擬［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所,2004.

［12］李文丹,李孟國,肖輝.臺州港臨海港區(qū)規(guī)劃波浪潮流泥沙數(shù)學(xué)模型研究［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所, 2010.

［13］李文丹,李孟國,肖輝,等.臺州港臨海港區(qū)規(guī)劃波浪潮流泥沙數(shù)學(xué)模型研究［J］.水道港口，2012,33（3）∶194-200. LI W D,LI M G,XIAO H,et al.Numerical modeling of tidal current and sediment on Linhai port area in Taizhou sea area［J］. Journal of Waterway and Harbor,2012,33（3）∶194-200.

Study on harbor?constructing conditions in Jiaojiang Estuary and Taizhou Bay

LI Meng?guo,MAI Miao,LI Wen?dan,XIAO Hui,WU Yi?xi
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，National Engineering Laboratory for Port Hydraulic Construction Technology,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin 300456,China）

By means of analyses of in?situ waves,tidal levels,tidal currents,sediment concentration,seabed materials and sea beach evolution,computation of design water levels and design wave characteristics in open sea, and mathematical modeling of wave,tidal current and sediment,study and demonstration were carried out of hydro?dynamic sediment conditions in large?scale deepwater harbor construction near Toumen Island in Jiaojiang Estuary and Taizhou Bay.The main results show that∶（1）The engineering sea area is of good water depth condition,strong tidal force,not great sediment concentration,little sediment source,fine seabed material condition and long?term ba?sically stable sea beach;（2）Although the wave is greater in open sea,it decreases obviously near Toumen Island shielded by islands and affected by shoaling;（3）The effect of large?scale harbor construction on Jiaojiang Estuary is very little.In a word,the harbor construction condition is favorable near Toumen Island.

tidal current;sediment;wave;sediment concentration;Jiaojiang Estuary;Taizhou Bay;Toumen Is?land

U 656.3；TV 142

A

1005-8443（2015）05-0369-09

2015-03-03；

2015-03-23

李孟國(1964-)，男，天津市人，博士，研究員，主要從事海岸河口水動力泥沙研究工作。

Biography：LI Meng?guo（1964-），male，professor.