金塘大浦口集裝箱碼頭前沿海域沖淤分析

倪云林，董文強，郭朋軍，章斌杰（.浙江海洋學(xué)院海運與港航建筑工程學(xué)院，浙江舟山　360；.舟山市海洋與漁業(yè)局，浙江舟山　36000）

金塘大浦口集裝箱碼頭前沿海域沖淤分析

倪云林1，董文強1，郭朋軍2，章斌杰1
（1.浙江海洋學(xué)院海運與港航建筑工程學(xué)院，浙江舟山316022；2.舟山市海洋與漁業(yè)局，浙江舟山316000）

利用金塘港區(qū)大浦口集裝箱碼頭前沿海域1935年、1962年、1987年、2004年的水深地形資料和舟山甬舟集裝箱碼頭有限公司提供的2011年2月、3月和4月的測深資料，應(yīng)用GIS技術(shù)，建立了該海域的數(shù)字高程模型，計算探討了集裝箱碼頭建造前后碼頭前沿海域的沖淤變化。結(jié)果表明，在碼頭建造前的1935-2004年間，該海域經(jīng)歷了從較快沖刷到輕微淤積再到較快淤積的調(diào)整過程，而碼頭建造后，碼頭前沿海域則繼續(xù)趨于淤積，且淤積強度有所增大，年均淤積速率達到1.15 m/a。這種沖淤趨勢與金塘水道的沖淤變化密切相關(guān)，其根本原因可能與上游杭州灣南岸的圍海造地有關(guān)。而集裝箱碼頭樁基的阻水作用在一定時間內(nèi)對碼頭前沿海域的淤積也有一定的貢獻。

集裝箱碼頭；沖淤變化；金塘水道；納潮量

寧波-舟山港金塘港區(qū)大浦口作業(yè)區(qū)位于金塘水道西口、金塘島西南岸段，與鎮(zhèn)海港區(qū)、北侖港區(qū)隔海相望（圖1）。作業(yè)區(qū)擁有2個10萬噸級集裝箱碼頭泊位，總長575 m，前沿水深-18 m，均采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，通過兩座引橋與后方陸域相連。

泥沙淤積是港口航道中常見的現(xiàn)象。近年來，不少學(xué)者對大浦口集裝箱碼頭周邊的金塘水道、北侖港區(qū)、鎮(zhèn)海港區(qū)及其附近海域做了沖淤方面的研究。高峰等［1］利用平面二維水流泥沙數(shù)學(xué)模型，進行了北侖電廠碼頭改擴建工程的潮流泥沙數(shù)值模擬，計算結(jié)果顯示工程實施后，碼頭前沿海域的平均淤積強度約0.76 m/a。倪云林等［2］通過對比分析不同年份金塘水道的水深地形資料，研究了金塘水的沖淤變化，結(jié)果表明，金塘水道在1935-2004年間經(jīng)歷了由沖轉(zhuǎn)淤的變化過程。李志永等［3］通過實地測量，主要研究了鎮(zhèn)海港區(qū)的沖淤變化和影響因素，指出2002-2011年間，港區(qū)前沿的局部海域出現(xiàn)了較大幅度的淤積，部分碼頭存在3.0～4.0 m的淤積，認為這種淤積主要受到新泓口圍涂工程和港區(qū)自身圍涂的影響。倪云林等［4］應(yīng)用GIS技術(shù)，計算了甬江口及附近海域在1935-2004年間的沖淤變化，整個區(qū)域總體上以輕微淤積為主，年均淤積速率4.24 cm/a。綜合上述的研究現(xiàn)狀可知，大浦口集裝箱碼頭周邊海域總體上以淤積為主，但均未涉及碼頭前沿海域的沖淤專題研究。而根據(jù)舟山甬舟集裝箱碼頭有限公司的工作人員介紹，自2005年陸域吹填工程開始，到2010年建成投產(chǎn)以來，碼頭前沿5 000～6 000 m2的局部海域每年需要3次疏浚，每次疏浚量約為1萬m3。因此，開展大浦口集裝箱碼頭前沿海域的沖淤專題研究是十分必要的，對金塘港區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

圖1　金塘大浦口集裝箱碼頭位置Fig.1　The location of Jintang Dapukou container terminals

圖2　研究區(qū)范圍示意圖Fig.2　The sketch of study region

1　資料來源和處理方法

本文收集了1935年、1962年、1987年、2004年這4個典型年份的海圖或水深地形圖和2011年2月22日、3月28日、4月14日的碼頭測深圖，各圖件信息見表1。利用MapInfo軟件對其進行數(shù)字化處理，通過Bursa-Wolf模型［5］把各年份的水深資料統(tǒng)一為舟山獨立坐標系統(tǒng)，并采用Kriging插值方法把離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，以建立不同年份的數(shù)字高程模型，進而可以分別計算大浦口集裝箱碼頭工程建造前后的沖淤變化。

2　研究區(qū)概況

根據(jù)2011年碼頭測深圖的測量范圍，研究區(qū)為從碼頭前沿起向外85 m左右的海域（圖2）。整個區(qū)域面積約52 000 m2，水深14～30 m，平均坡度19%。實測資料顯示，研究區(qū)屬于不規(guī)則半日混合潮，多年平均潮差1.8 m；潮流以SE-WN向往復(fù)流形式運動，垂線平均流速0.3～1.0 m［6］。泥沙以懸移質(zhì)運動形式為主，垂線平均含沙量為0.11～1.39 kg/m3［6］。底質(zhì)類型主要為粉砂質(zhì)砂［7］。

表1　碼頭前沿水深地形資料Tab.1　Bathymetric data in the dock apron

3　研究區(qū)沖淤計算

3.1碼頭建造前研究區(qū)沖淤變化趨勢

利用1935-2004年4個年份的數(shù)字高程模型，可以計算研究區(qū)碼頭建造前的沖淤變化趨勢，計算結(jié)果見表2。

1935-1962年間，研究區(qū)普遍發(fā)生沖刷，幅度一般在2～7 m（圖3a），年均沖刷速率約0.21 m/a。

1962-1987年間，研究區(qū)的沖淤變化表現(xiàn)為西北沖東南淤的分布特征（圖3b）。淤積區(qū)面積約為沖刷區(qū)面積的1.8倍，平均淤積厚度和平均沖刷深度分別為3.35 m和4.66 m。經(jīng)計算，研究區(qū)在這一時段以輕微淤積為主，平均速率約0.02 m/a（表1）。

1987-2004年間，研究區(qū)普遍發(fā)生淤積，淤積強度從西北到東南呈遞減趨勢（圖3c）。據(jù)統(tǒng)計，淤積區(qū)平均淤積厚度達到5.36 m，沖刷區(qū)平均沖刷深度僅為0.98 m，17年間，整個研究區(qū)的凈淤積速率約0.31 m/a。

綜上所述，碼頭建造以前，研究區(qū)經(jīng)歷了從較快沖刷到輕微淤積，再到較快淤積的調(diào)整過程，反映出海床淤積的發(fā)展趨勢。

圖3　碼頭建造前研究區(qū)沖淤分布Fig.3　Distribution of erosion and deposition in study region before construction

表2　碼頭建造前研究區(qū)沖淤變化特征值Tab.2　Characteristic values of erosion and deposition in study region before construction

3.2碼頭建造后研究區(qū)沖淤狀況

基于2011年碼頭前沿海域疏浚前后的測深數(shù)據(jù)，可以估算碼頭建造后研究區(qū)的沖淤狀況。

從圖4a可知，2011年2月22日至3月28日，淤積區(qū)面積約為沖刷區(qū)面積的1.5倍。其中，淤積區(qū)平均淤積厚度約0.59 m，沖刷區(qū)平均沖刷深度約0.98 m。碼頭前沿20 m處有一條長約350 m、寬約20 m，深度3～5 m的沖刷槽，這是局部港口疏浚工程所致。受此影響，研究區(qū)總體上以沖刷為主，日均沖刷速率約0.16 cm/d。

而在疏浚工程結(jié)束后約半個月的時間內(nèi)（3月28日-4月14日），研究區(qū)因泥沙回淤而趨于淤積，日均淤積速率達到1.25 cm/d。據(jù)統(tǒng)計，淤積區(qū)面積約為沖刷區(qū)面積的1.6倍，平均淤積厚度和沖刷深度分別為0.63 m和0.45 m。

為了估算碼頭建造后研究區(qū)的沖淤狀況，需要排除疏浚工程和短期回淤對研究區(qū)沖淤速率的影響。不妨假設(shè)疏浚區(qū)域（面積為350 m× 20 m=7 000 m2）在疏浚前均為淤積，則在2月22日-3月28日時段內(nèi)，淤積區(qū)面積為35 778 m2，沖刷區(qū)面積為13 060 m2。淤積區(qū)的淤積速率按實際疏浚工程確定，即每年疏浚3次，每次疏浚面積5 000～7 000 m2，每次疏浚量約1萬m3，計算可得淤積速率約0.014 m/d。沖刷區(qū)的沖刷速率假設(shè)等于3月28日-4月14日時段內(nèi)沖刷區(qū)的沖刷速率，即為0.026 m/d。則碼頭工程建造后，研究區(qū)的平均淤積速率約0.003 m/d，折合成年均淤積速率為1.15 m/a。

圖4　碼頭建造后研究區(qū)沖淤分布Fig.4　Distribution of erosion and deposition in study region after construction

表3　碼頭建造后研究區(qū)沖淤變化特征值Tab.3　Characteristic values of erosion and deposition in study region after construction

4　研究區(qū)沖淤分析

通過前文的沖淤計算可知，大浦口集裝箱碼頭前沿海域經(jīng)歷了由沖轉(zhuǎn)淤的調(diào)整過程，并朝著淤積的方向發(fā)展，且淤積強度在短時間內(nèi)有所增大，這與金塘水道在1935-2004年間由較快沖刷到緩慢沖刷再到快速淤積的沖淤變化趨勢相類似［2］，說明該區(qū)域的海床沖淤在一定程度上受到金塘水道水沙環(huán)境的直接影響。同時，研究區(qū)上游的杭州灣南岸在1984-2010年間實施了249.34 km2的圍海造地工程［8］，使杭州灣的納潮量有所減少，進而減弱潮流流速和降低水流挾沙能力，影響灣內(nèi)和外海的水沙交換［9-10］，為研究區(qū)泥沙淤積提供了可能的條件。

而從局部海域來看，由于集裝箱碼頭采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，樁基的阻水作用有利于過境細顆粒泥沙的落淤，造成碼頭附近海域的淤積。但根據(jù)浙江沿海的工程經(jīng)驗，這種影響一般會在工程結(jié)束后4～5 a消失［11］。因此，在現(xiàn)有的邊界條件和水文泥沙條件下，研究區(qū)沖淤變化將趨于平衡。

5　結(jié)論

（1）大浦口集裝箱碼頭前沿海域在該碼頭建造前的1935-2004年間，經(jīng)歷了由沖轉(zhuǎn)淤的調(diào)整過程，并呈現(xiàn)出淤積的發(fā)展趨勢。這種趨勢在碼頭建造后繼續(xù)維持，且淤積強度有所增大，年均淤積速率約1.15 m/a。

（2）大浦口集裝箱碼頭前沿海域的沖淤變化與金塘水道的沖淤調(diào)整密切相關(guān)，其根本原因可能是受碼頭上游杭州灣南岸圍海造地工程的影響，杭州灣納潮量減少，為泥沙的淤積提供了條件。而碼頭樁基的阻水作用也是短期內(nèi)造成海床淤積的因素之一。

［1］高峰，張宏陽，劉海成，等.北侖電廠碼頭改擴建工程潮流泥沙數(shù)值模擬［J］.水道港口，2010，31（1）：12-19.

［2］倪云林，李伯根，詹明旭.金塘水道沖淤變化分析［J］.海洋通報，2012，31（2）：146-153.

［3］李志永，郜會彩，李君.鎮(zhèn)海、北侖港區(qū)水深變化調(diào)查及影響因素初探［J］.浙江水利科技，2013（2）：47-52.

［4］倪云林，鞏明，楊輝，等.甬江口及附近海域沖淤變化研究分析［J］.浙江海洋學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，32（6）：537-542.

［5］STEED J B.A practical approach to transformation between commonly used reference systems［J］.Australian surveyor，1990，35 （3）：248-264.

［6］王康善，張立人，茹榮忠.北侖港整體模型水文測驗［R］.杭州：國家海洋局第二海洋研究所，1988.

［7］馮應(yīng)俊，李炎，任吉川.金塘水道地形，底質(zhì)與沉積環(huán)境［J］.海洋通報，1989，8（4）：67-74.

［8］鞏明.杭州灣南岸岸灘近期沖淤變化［D］.杭州：國家海洋局第二海洋研究所，2011.

［9］蔣國俊，李曉燕，姚炎明，等.浙南巴艚港水沙變化及對水道沖淤影響分析［J］.海洋通報，2005，24（2）：33-39.

［10］郭偉，朱大奎.深圳圍海造地對海洋環(huán)境影響的分析［J］.南京大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，41（3）：286-296.

［11］林重陽.寧波市北侖區(qū)建高樁碼頭引起的沖淤變化研究［J］.中國水運：下半月，2014，14（9）：322-323.

Analysis of Erosion and Deposition in the Apron of Jintang Dapukou Container Terminals

NI Yun-lin1，DONG Wen-qiang1，GUO Peng-jun2，et al
（1.Maritime and Civil Engineering School of Zhejiang Ocean University，Zhoushan316022；
2.Zhoushan Oceanic&Fishery Administration，Zhoushan316000，China）

Utilization of charts of 1935，1962，1987，2004 in the wharf apron of Jintang Dapukou and the bathymetric data in February，March and April of 2011 provided by Zhoushan Yongzhou Container Terminals Co.，Ltd，GIS technology is applied to set up the digital elevation models of the sea area.With the models，the variation of erosion and deposition in the apron of container terminals before and after construction is calculated and discussed.The results indicate that the region experiences an adjustment process，from fast erosion to slight deposition，and to fast deposition during the period of 1935 to 2004 before construction.While there is an increase in deposition at an annual average rate of 1.15 m/a in this region after construction.The change is closely related to erosion-deposition variation of Jintang channel，to which the basic reason is possibly associated with reclamation in south coast of Hangzhou bay.Furthermore，pile resistance effects will do contribution to sediment deposition in the wharf apron for some time.

container terminals；erosion and deposition；Jintang channel；tidal influx

P736.22

A

1008-830X（2015）04-0374-05

2014-12-20

舟山市科技計劃項目（2013C31045）

倪云林（1986-），男，浙江舟山人，研究方向：港口航道與海岸工程環(huán)境.E-mail：oceannyl@zjou.edu.cn