江蘇鹽城大豐港西洋深槽沖淤變化特征

張 剛, 楊輪凱， 閆玉茹， 范彥斌， 趙 剛

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院, 江蘇南京210007)

江蘇鹽城大豐港西洋深槽沖淤變化特征

張 剛, 楊輪凱， 閆玉茹， 范彥斌， 趙 剛

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院, 江蘇南京210007)

西洋深槽是大豐港賴以生存的重要航道。在野外地質(zhì)調(diào)查實(shí)測資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往的地形資料，從典型斷面、等深線、區(qū)域等不同角度綜合分析了近年來西洋深槽的地形沖淤變化特征，發(fā)現(xiàn)西洋深槽近期整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。調(diào)查成果已轉(zhuǎn)化應(yīng)用，為大豐港區(qū)港航規(guī)劃和可持續(xù)開發(fā)建設(shè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

西洋深槽；沖淤變化特征；穩(wěn)定狀態(tài)；大豐港；江蘇鹽城

0 引 言

目前，江蘇輻射沙洲岸段港口主要利用天然潮流通道作為進(jìn)港航道，例如大豐港、洋口港等，其穩(wěn)定性對港口的建設(shè)和發(fā)展至關(guān)重要。西洋深槽作為大豐港賴以生存的主要航道，在建港初期經(jīng)前人論證，表明西洋深槽處于動態(tài)平衡狀態(tài)(朱大奎等，1986)。

隨著沿海大開發(fā)的積極推進(jìn)，大豐港港區(qū)建設(shè)、風(fēng)電開發(fā)、圍海造地工程等人類活動開發(fā)力度加大，可能對西洋深槽的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，特別是條子泥大規(guī)模灘涂圍墾，一定程度上改變了周圍的水動力系統(tǒng)，有可能打破西洋深槽基本穩(wěn)定狀態(tài)。因此，利用近年來的實(shí)測數(shù)據(jù)，從不同角度對西洋深槽的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評價，為大豐港區(qū)深水航道建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

1.1 西洋深槽地理位置

江蘇輻射沙脊群是中國南海南部近岸海陸相互作用的產(chǎn)物，黃海南部近岸曾是古長江和古黃河泥沙的傾瀉場，沉積物種類多，數(shù)量大，為輻射沙脊的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。典型潮流是輻射沙脊形成的主要動力，東海的前進(jìn)潮波和南黃海逆時針旋轉(zhuǎn)潮波兩大獨(dú)特的南黃海潮波系統(tǒng)在江蘇東部海域輻聚現(xiàn)象的存在，使江蘇沿岸具有潮汐特點(diǎn)，為灘槽相間的輻射沙脊形成提供了必要條件。

1855年黃河北歸后，斷絕了輻射沙脊北部的大量泥沙來源，江蘇近岸主要受海洋環(huán)流的影響，由于江蘇岸外第一沙洲“東沙”作為屏障，南下潮波不僅沒有將槽中泥沙移遠(yuǎn)，還將大豐區(qū)域的海床由北而南沖開西洋東槽和西槽兩部分，兩槽中間留下1座暗沙——小陰沙。

西洋潮流通道是王港外輻射沙洲區(qū)內(nèi)側(cè)的水道深槽,平面上呈向NNW開口的喇叭形(尤坤元等，1998)，為江蘇近海面積最大的沙洲東沙島與陸岸之間的一條主要深水潮汐通道。西洋深槽靠岸,水深浪小,最大水深近40 m,槽內(nèi)以小陰沙和瓢兒沙為界分為東西兩通道。西通道中,王港外不遠(yuǎn)的南部深槽,水深較深，均值約25 m, 并有13 m深的通道貫通外海；東側(cè)小陰沙形成天然屏障，避風(fēng)防浪，常年不凍，為大豐港深水海港建設(shè)提供了優(yōu)越條件。

為了研究近年來大豐港西洋深槽沖淤變化特征，本次主要通過水深測量調(diào)查手段，查明研究區(qū)地形地貌特征，分析了近年來西洋深槽的穩(wěn)定性。研究區(qū)范圍見圖1。

圖1 西洋深槽區(qū)地形測量航跡圖Fig.1 Map showing flight path of regional topographic measurement at Xiyang deep groove

1.2 西洋深槽的演變歷史

西洋深槽的演變與黃河遷移密切相關(guān)，在黃河全流奪淮以前，明朝初期，利用西洋，漕船可直抵鹽城。1494年黃河全流奪淮后，這條水道成為黃河入海泥沙南下的渠道，后由于泥沙沉積，形成的沙洲不斷并陸，隔斷了這條水道，使南下的近岸泥沙流不能順利抵達(dá)江蘇南部海岸(張忍順等，2003)。

1855年黃河北歸，西洋不再直接受黃河入海大量泥沙的影響，在強(qiáng)勁的潮流沖刷下，水道不斷加深加長，向南延伸。據(jù)1937年日測海圖，西洋深槽11 m深度線已南抵今龍王廟正東。據(jù)1947年版海圖，14.6 m深槽已南伸至今四卯酉河口，水道亦不斷侵蝕加寬。1957年的漁場圖表明，在50年代,西洋水道已將四卯酉—笆斗山以前并灘沙洲及臨近的暗沙沖刷殆盡，水道已延伸到笆斗山附近(王穎，2002；黃海軍，2004)。1964年以后測量的海圖資料表明，西洋水底仍在遭受沖刷并加深擴(kuò)大，沙脊高度刷低，面積在縮小。

2 材料與方法

2013年8月，利用中海達(dá)HD-380雙頻測深儀對大豐港區(qū)周圍約340 km2范圍進(jìn)行了1∶5萬水深測量，同時針對2條穿過西洋深槽的航道斷面開展監(jiān)測工作，水深數(shù)據(jù)均通過大豐港驗(yàn)潮站實(shí)測潮位改正到當(dāng)?shù)乩碚摶鶞?zhǔn)面，同時收集了研究區(qū)2009年水深數(shù)據(jù)(1∶5萬，當(dāng)?shù)乩碚摶鶞?zhǔn)面)。2期數(shù)據(jù)校正到同一基準(zhǔn)面(均為WGS-84坐標(biāo)系，高斯-克呂格投影，當(dāng)?shù)乩碚摶鶞?zhǔn)面)，借助ArcGIS和Surfer平臺，對各期水深數(shù)據(jù)按統(tǒng)一網(wǎng)格間距建立統(tǒng)一比例尺下的數(shù)字高程模型(DEM)，并在Surfer軟件中創(chuàng)建這2期沖淤變化圖。2013年8月和12月,利用勞雷RTDP600 ADCP和AML Plus-X CTD對小陰沙兩側(cè)3個站位進(jìn)行夏、冬季大小潮25 h定點(diǎn)全潮水文觀測，同時采集了45個站位的表層樣；2015年8月對2條航道斷面開展定期監(jiān)測工作，測量數(shù)據(jù)利用大豐港驗(yàn)潮站實(shí)測潮位改正到當(dāng)?shù)乩碚摶鶞?zhǔn)面，可與2013年的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

3 西洋深槽地形特征

根據(jù)本次研究實(shí)測水深數(shù)據(jù)，編制了2013年西洋深槽1∶5萬水下地形圖(圖2)。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)查區(qū)內(nèi)水深最淺處位于小陰沙和漂兒沙沙脊上， 最大處位于大豐港南部溝槽區(qū)域，水深近40 m。

圖2 2013年西洋深槽水下地形圖Fig.2 Underwater topographic map of the Xiyang deep groove in 2013

西洋深槽的北段地形變化比較平緩，水深由岸向海逐漸加深。從近岸到東部水域，水深從9 m逐漸加深到13 m，等深線較平滑，局部有寬約2 km、長約7 km的南北向溝槽(人工槽)，溝槽水深值為12.0～13.5 m。

西洋深槽的南段地形變化復(fù)雜，槽溝非常發(fā)育，水深變化劇烈，在100 m范圍內(nèi)，水深最大變化值達(dá)16 m。潮溝寬約2～5 km，長度從南到北約5～10 km，潮溝水深值為13.6～39.8 m，平均水深為25 m。此外，溝槽東部靠近小陰沙和漂兒沙淺灘，水深迅速減小。

小陰沙、漂兒沙淺灘區(qū)域水深較淺，個別突起的地段在退潮時形成出露水面的砂壩或砂坨。小陰沙和漂兒沙被1條水深4～5 m的通道分開，使得西洋深槽東、西通道相連，也為大豐港后期發(fā)展深水航道提供了基礎(chǔ)條件。

4 西洋深槽沉積環(huán)境特征

西洋深槽海洋水動力主要為波浪和潮流，沿岸多為小型河流，對區(qū)域沉積物的貢獻(xiàn)較小。西洋深槽潮流以典型往復(fù)型強(qiáng)潮流為主(主流向大致與岸線平行)，漲落潮流速都較大，且漲潮流流速大于落潮流流速，落潮歷時大于漲潮歷時，最大流速均發(fā)生在中潮位時刻，最小流速均發(fā)生在高潮或低潮時，潮波性質(zhì)屬于駐波。除憩流期外，流速的垂向分層較為明顯，由海底至海面逐漸增大，高流速主要出現(xiàn)在水層中、上部。夏季潮流流速明顯大于冬季，大豐港區(qū)西洋深槽西通道中的流速大于小陰沙東側(cè)東通道中的流速(圖3)，西洋深槽西通道北部潮流流速大于其南部的潮流流速。波浪作用不強(qiáng)，以風(fēng)浪為主，浪向頻率與風(fēng)向頻率基本一致。就全年而言，常浪向?yàn)槠毕?，?qiáng)浪向?yàn)镹E向，ESE、SE和偏東向風(fēng)浪由于受岸外沙脊的屏蔽而很小(王穎，2002)。

底質(zhì)取樣調(diào)查區(qū)位于大豐港碼頭附近海域，覆蓋小陰沙兩側(cè)。為了闡明沉積物粒度與水動力條件之間的相互關(guān)系，沉積物分類和命名采用Folk等1970年提出的沉積物分類三角圖解法。

研究區(qū)表層沉積物類型主要包括砂、粉砂質(zhì)砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂4種成分(圖4)。其中，小陰沙東側(cè)東通道砂質(zhì)粉砂含量較高，小陰沙西側(cè)西通道粉砂質(zhì)砂含量較高，小陰沙區(qū)域砂含量較高。粉砂呈較為狹窄的帶狀、斑點(diǎn)分布的特點(diǎn)，分布區(qū)域較廣。

研究區(qū)西洋西通道近岸區(qū)域，沉積物組分相對較粗，主要在靠近陸域的地方水深較淺，波浪對海底的擾動效應(yīng)明顯，表層沉積物易受擾動而懸浮，使細(xì)顆粒泥沙不易停積，較粗的物質(zhì)則相對容易沉積。小陰沙沙脊受潮流與波浪的沖蝕，細(xì)顆粒泥沙不易沉積，使沉積物的組分較左右兩側(cè)潮流通道內(nèi)沉積物略粗。西洋西通道北部水淺，波浪擾動效應(yīng)明顯，沉積顆粒較粗；南部深水區(qū)波浪擾動弱，細(xì)顆粒沉降增多。當(dāng)水深達(dá)一定深度即波基面時，波浪作用很難再對海底沉積物產(chǎn)生作用，使該區(qū)域兩北兩側(cè)存在明顯的沉積分異，同時也反映潮流通道內(nèi)雖以潮流為主要動力，但波浪的擾動作用仍十分強(qiáng)烈。

小陰沙東側(cè)西洋東通道內(nèi)沉積物略細(xì)于西通道，主要受控于2個通道內(nèi)水動力條件的差異。本次水文觀測結(jié)果顯示，東通道潮流作用弱于西通道，沉積物受到的沖刷搬運(yùn)強(qiáng)度低于西通道。

小陰沙東側(cè)東通道內(nèi)沉積物主要以粉砂級顆粒為主，但在靠近亮月沙沙脊內(nèi)端區(qū)域，分布著顆粒較粗的細(xì)砂級沉積物，可能與此處水深較淺、波浪擾動強(qiáng)烈有關(guān)。小陰沙西側(cè)西洋西通道內(nèi)端沉積物以粉砂質(zhì)砂為主，較西通道中端細(xì)，主要受控于區(qū)域水深條件的差異。

5 西洋深槽沖淤變化分析

5.1 等深線分析

利用2009年和2013年2期實(shí)測水深數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵等值線對比(圖5)，-10 m等深線對比圖顯示工區(qū)北部等深線向海推進(jìn)，表明工區(qū)北部近岸區(qū)域有一定的淤積現(xiàn)象；從-12 m等深線對比圖上可以看出，2期等深線形態(tài)基本吻合，局部略有變化；-15 m等深線范圍主要分布于西洋深槽南部溝槽區(qū)域，范圍在溝槽西側(cè)外圍靠近碼頭區(qū)域明顯變小，說明溝槽西側(cè)外圍區(qū)域處于弱淤積狀態(tài)。

5.2 區(qū)域分析

首先將2013年和2009年2期地形數(shù)據(jù)校準(zhǔn)在同一理論基準(zhǔn)面上，并建立數(shù)字高程模型(DEM)，再進(jìn)行疊加分析，獲得2期地形演變情況，即可從區(qū)域上分析西洋深槽的沖淤變化特征。

圖3 西洋深槽東通道(FSW01站)與西通道(FSW02站)夏、冬季大小潮水流速剖面圖Fig.3 Profiles showing water velocity of summer and winter spring-neap tide in east channel (FSW01 Station) and west channel (FSW02 Station) at Xiyang deep groove

圖4 大豐港區(qū)表層沉積物底質(zhì)類型平面分布圖Fig.4 Planar distribution of substratum types for surface sediments in Dafeng Port

圖6為西洋深槽2009年與2013年沖淤變化圖。4年期間，大豐港西洋深槽整體區(qū)域處于動態(tài)平衡狀態(tài)(-0.5～0.5 m之間)。大豐港西洋深槽南部槽溝地形變化較大，沖淤變化值介于-3.5～2.5 m之間，南部溝槽不斷切深，深槽外圍及小陰沙區(qū)域有淤淺趨勢，這主要受西洋深槽橫向環(huán)流的影響，底層水流從深槽中心流向沙脊上部，槽底的泥沙帶向沙脊上部堆積，使沙脊增高、深槽刷深，形成深槽兩側(cè)淤積、深槽不斷切深的格局(夏東興等，1984；諸裕良等，1998；陳可鋒等，2010)。另外，小陰沙南部不斷淤積，使小陰沙和漂兒沙之間的通道變窄、變淺，后期深水航道建設(shè)需進(jìn)一步加強(qiáng)此區(qū)域的監(jiān)測和研究。西洋深槽近岸區(qū)域也存在一定的淤積現(xiàn)象，主要是近岸區(qū)域岸流減弱，有利于泥沙的沉積(李占海等，2007)。大豐港一期碼頭東南側(cè)，即南部槽溝的西北外圍區(qū)域，出現(xiàn)明顯的淤積現(xiàn)象，可能與碼頭建設(shè)有關(guān)，碼頭建設(shè)改變了此處的水動力條件，促使此區(qū)域的淤積。研究結(jié)論與韓玉芳等(2010)研究成果一致，再次驗(yàn)證了大豐港一期碼頭南側(cè)存在一定的淤積現(xiàn)象，建議后期加強(qiáng)港區(qū)監(jiān)測和碼頭維護(hù)工作。

圖5 西洋深槽區(qū)域2009年與2013年不同等深線對比圖Fig.5 Comparison of different isobaths in 2009 and 2013 at Xiyang deep groove

圖6 西洋深槽2009年與2013年沖淤變化圖Fig.6 Siltation movement in 2009 and 2013 at the Xiyang deep groove

5.3 典型斷面分析

為進(jìn)一步了解西洋深槽穩(wěn)定性情況，開展了西洋深槽斷面定期檢測工作，利用2013年和2015年2期實(shí)測監(jiān)測數(shù)據(jù)，開展監(jiān)測斷面地形沖淤變化的對比分析。

DM01斷面位于西洋深槽中部，自西向東依次為三丫子港口、西洋深槽西通道、小陰沙、西洋深槽東通道。通過2期斷面數(shù)據(jù)對比(圖7)發(fā)現(xiàn)：2期地形數(shù)據(jù)基本重合，變化不大；近岸區(qū)域與小陰沙區(qū)域較2013年有所變淺，說明存在一定的淤積現(xiàn)象；西洋深槽西通道2期數(shù)據(jù)吻合較好，表明西洋深槽西通道中部處于穩(wěn)定狀態(tài)，西洋深槽東通道區(qū)域處于微沖刷狀態(tài)。

DM02斷面位于西洋深槽南部，自西向東依次為大豐港、西洋深槽西通道、漂兒沙、西洋深槽東通道。對比該斷面2期數(shù)據(jù)，總體吻合較好(圖8)，但局部略有變化。漂兒沙區(qū)域較2013年有所變淺，存在一定的淤積現(xiàn)象；近岸與西洋深槽西通道局部略有變深，存在一定程度的侵蝕現(xiàn)象，十分有利于大豐港主要航道的穩(wěn)定和發(fā)展；西洋深槽東通道區(qū)域較2013年不斷變深，說明此區(qū)域處于弱侵蝕狀態(tài)，深槽東通道不斷拓寬變深，規(guī)模不斷擴(kuò)大，可為大豐港后期深水航道開發(fā)建設(shè)提供基礎(chǔ)條件。

總之，小陰沙兩側(cè)較強(qiáng)的潮汐動力將不斷攜帶的泥沙向小陰沙和近岸區(qū)域進(jìn)行運(yùn)移，造成小陰沙區(qū)和近岸區(qū)域呈現(xiàn)淤積現(xiàn)象。而在西洋深槽航道中具有強(qiáng)勁的往復(fù)流來回沖刷作用，以及往復(fù)流作用產(chǎn)生的橫向環(huán)流不斷切深航道，將泥沙從航道底部運(yùn)移到沙脊或近岸水深較淺處進(jìn)行沉積，西洋深槽這種沖刷和切深作用正好與沿岸流攜帶的泥沙在航道中的淤積作用基本平衡，使西洋深槽基本處于動態(tài)平衡狀態(tài)，可能局部會存在一定的淤積或侵蝕現(xiàn)象，但整體上西洋深槽航道處于穩(wěn)定狀態(tài)。研究結(jié)果表明南部條子泥圍墾對港口建設(shè)并未產(chǎn)生明顯的影響，隨著后期圍墾工程的推進(jìn)，是否會改變西洋深槽的穩(wěn)定狀態(tài)還需繼續(xù)開展監(jiān)測和研究工作。

圖7 西洋深槽DM01斷面2013年與2015年地形變化對比圖Fig.7 Comparison of topographic changes for DM01 Section in Xiyang deep groove in 2013 and 2015

圖8 西洋深槽DM02斷面2013年與2015年地形變化對比圖Fig.8 Comparison of topographic changes for DM02 Section in Xiyang deep groove in 2013 and 2015

6 結(jié) 論

(1) 西洋深槽基本處于動態(tài)平衡狀態(tài)。西洋深槽西通道中北部處于穩(wěn)定狀態(tài)，南部溝槽局部不斷切深，處于微沖刷狀態(tài)；而西洋深槽東通道不斷拓寬變深，規(guī)模逐漸擴(kuò)大，十分有利于大豐港航道的穩(wěn)定和發(fā)展。

(2) 小陰沙和漂兒沙處于淤積狀態(tài)，兩沙呈聚攏趨勢，使得兩沙之間的通道不斷變窄變淺，不利于西洋深槽東通道的開發(fā)和利用，建議后期加強(qiáng)此區(qū)域的監(jiān)測和研究，并采取相應(yīng)的措施，穩(wěn)定小陰沙和飄兒沙，實(shí)現(xiàn)“固沙暢流”，為大豐港后期深水航道開發(fā)建設(shè)提供基礎(chǔ)條件。

(3) 大豐港一期碼頭東南側(cè)出現(xiàn)明顯的淤積現(xiàn)象，且深槽區(qū)域處在沖刷狀態(tài)，無論侵蝕狀態(tài)還是淤積狀態(tài)都會對港區(qū)的建設(shè)有所影響，建議后期加強(qiáng)重點(diǎn)淤積和侵蝕區(qū)域的監(jiān)測和防護(hù)工作。

陳可鋒,陸培東,王艷紅，等,2010. 南黃海輻射沙洲趨勢性演變的動力機(jī)制分析[J]. 水科學(xué)進(jìn)展,21(2)：267-273.

黃海軍,2004. 南黃海輻射沙洲主要潮溝的變遷[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),24(2)：1-8.

韓玉芳,陳志昌,王春華,2010. 大豐港一期工程碼頭區(qū)典型沖淤形態(tài)及形成原因分析[J]. 泥沙研究(1)：11-16.

李占海,高抒,陳沈良,2007. 江蘇大豐潮灘底質(zhì)與懸沙的粒徑組成特征[J]. 泥沙研究(3)：30-37.

王穎,2002. 黃海陸架輻射沙脊群[M]. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社.

夏東興,劉振夏,1984. 潮流脊的形成機(jī)制與發(fā)育條件[J]. 海洋學(xué)報, 6(3)：361-367.

尤坤元,朱大奎,1998. 蘇北岸外輻射沙洲王港西洋潮流通道穩(wěn)定性研究[J]. 地理研究， 17(1)：10-16.

朱大奎,傅命佐,1986．江蘇岸外輻射沙洲的初步研究[C]//江蘇省海岸帶東沙綜合調(diào)查論文集. 北京：海洋出版社：28-32.

諸裕良,嚴(yán)以新,薛鴻超,1998. 南黃海輻射沙洲形成發(fā)育水動力機(jī)制研究：Ⅰ. 潮流運(yùn)動平面特征[J]. 中國科學(xué)：地球科學(xué)，28(5)：403-410.

張忍順,王艷紅,吳德安,等,2003. 江蘇岸外輻射沙洲區(qū)沙島形成過程的初步研究[J]. 海洋通報,22(4)：41-47.

Variation characteristics of siltation movement at the Xiyang deep groove of Dafeng Port in Yancheng, Jiangsu Province

ZHANG Gang， YANG Lunkai, YAN Yuru， FAN Yanbin， ZHAO Gang

(Institute of Geochemical Exploration and Marine Geological Survey， East China Mineral Exploration and Development Bureau, Nanjing 210007, Jiangsu, China)

The Xiyang deep groove is an important channel for the survival of Dafeng Port. Based on the first-hand survey data and previous topographic data, this work comprehensively analyzed the characteristics of the recent siltation movement at Xiyang deep groove from different aspects of typical section, fathom line and regional situation. It is found that the Xiyang deep groove in the near future is generally in a stable state. The survey results have been actually applied, and have provided basic data for port planning and sustainable development of Dafeng Port construction.

Xiyang deep groove; variation characteristics of siltation movement; stable state; Dafeng Port; Yancheng in Jiangsu Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.04.683

2016-09-02；

2016-11-13；編輯：侯鵬飛

江蘇省地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目江蘇沿海地區(qū)綜合地質(zhì)調(diào)查“江蘇省鹽城地區(qū)海岸帶地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評價”(蘇國土資函[2013]255號)

張剛(1984— )，男，工程師，碩士，地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，主要從事海洋地質(zhì)調(diào)查工作，E-mail： zhanggang_1984@163.com

P714

A

1674-3636(2016)04-0683-07