深圳銅鼓航道回淤特征研究

韓志遠(yuǎn)，馬定強(qiáng)，歐陽群安

(1.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；2.中交廣州航道局有限公司，廣州 510290)

圖1 研究區(qū)域位置示意Fig.1 Sketch of study area

深圳銅鼓航道位于珠江口伶仃洋東南部銅鼓淺灘水域，是深圳西部港區(qū)出海航道的重要組成部分(見圖1)。深圳西部港區(qū)位于伶仃洋南部東岸，是深圳港的航運重要組成部分，也是粵港澳大灣區(qū)內(nèi)主要航運中心，現(xiàn)有蛇口、赤灣、東角頭、媽灣、大鏟灣等港區(qū)，其集裝箱吞吐量占據(jù)了深圳港集裝箱吞吐量的半壁江山。深圳西部港區(qū)出海航道北起蛇口港區(qū)，南至大濠島，全長24～25 km，共分為兩段，北部航段為銅鼓航道段(K7+0里程至K23+0里程)，南部航段為伶仃航道段(K7+0里程至K0+0里程)與廣州港出海航道共用)。銅鼓航道段長約16 km，總體呈NNE—SSW走向，東北接深圳西部港區(qū)公共航道及龍鼓水道，西南接伶仃航道，可經(jīng)伶仃航道出海。銅鼓航道現(xiàn)狀為20萬t級集裝箱船單向通航航道，設(shè)計底寬270 m，設(shè)計底標(biāo)高-17.5 m。

銅鼓航道所在銅鼓淺灘水域灘槽地形交錯，同時受龍鼓水道、礬石水道、伶仃水道水流泥沙的影響，加上珠江下泄泥沙及外海波浪的影響，水文泥沙情況較復(fù)雜，航道回淤問題較重[1-5]。銅鼓航道作為深圳西部港區(qū)出海的主通道，研究其回淤特征及回淤機(jī)理問題是影響優(yōu)化航道維護(hù)及保證通航安全的關(guān)鍵問題，對于推動粵港澳大灣區(qū)水上交通發(fā)展具有重要意義[6]。本研究根據(jù)深圳銅鼓航道回淤監(jiān)測資料，對航道回淤分布特征進(jìn)行了研究，并結(jié)合水沙環(huán)境分析，初步探討了航道回淤機(jī)理。

1 研究區(qū)域概況

銅鼓航道所在銅鼓淺灘位于伶仃洋伶仃水道和龍鼓水道之間內(nèi)伶仃島附近，北接礬石淺灘(伶仃洋中灘)，水下地形自北向南傾斜，銅鼓淺灘水深基本小于-5 m，在內(nèi)伶仃島周邊及銅鼓航道北段兩側(cè)淺灘水深則基本小于-2 m(見圖2)。銅鼓航道以折線形式穿越銅鼓淺灘，K21里程以北段呈NE—SW向，K21里程以南段基本呈NNE—SSW向。

銅鼓淺灘水域潮汐屬不正規(guī)半日潮性質(zhì)，平均潮差約為1.2 m，屬弱潮海區(qū)。銅鼓淺灘水域潮流為不規(guī)則半日潮流，漲、落潮流均屬往復(fù)流，漲、落潮流主流向為N—S向。銅鼓淺灘水域主要受由大濠水道—伶仃水道水流影響，淺灘東部受龍鼓水道水流影響，兩股水流存在相位差，在龍鼓島—孖洲淺灘一線形成一個“河口峰”，阻止銅鼓淺灘泥沙向東擴(kuò)散輸移。銅鼓淺灘水域大潮漲、落潮段平均流速基本在0.5 m/s以下，大潮最大流速基本在1.0 m/s以下。銅鼓淺灘水域距珠江各入?？陂T相對較遠(yuǎn)，在伶仃洋內(nèi)屬于含沙量相對較低區(qū)域，平均含沙量多在0.02～0.1 kg/m3。銅鼓淺灘底質(zhì)多為粘土質(zhì)粉砂等細(xì)顆粒泥沙，其中值粒徑約0.01 mm。

2 銅鼓航道回淤特征

2.1 銅鼓航道回淤分布

2.1.1 銅鼓航道回淤沿程分布

根據(jù)深圳港銅鼓航道2014年7月和2016年(K7～K15里程區(qū)段8月測量、K15～K23里程區(qū)段11月測量)兩個年份的水深測圖進(jìn)行了沖淤對比分析，航道回淤平面分布及里程斷面位置見圖2，航道沿程斷面水深對比見圖3，航道沿程平均水深變化及淤強(qiáng)分布見圖4，由圖分析可知：

圖2 2014～2016年航道沖淤平面分布及航道里程斷面位置Fig.2 Planar distribution of scouring and siltation from 2014 to 2016 and section number along Tonggu Channel

(1)從2014～2016年的航道平面沖淤分布得出(見圖2)，航道沿程沖淤平面分布呈現(xiàn)槽底淤積較大、邊坡淤積較小的特點，邊坡淤厚基本小于0.5 m，且局部區(qū)段的邊坡有小幅沖刷，沖刷幅度基本小于0.5 m。航槽淤積厚度最大值出現(xiàn)在K21里程以北區(qū)段，其淤積厚度基本在3 m以上；K10～K15段和K19～K20里程區(qū)段的淤積厚度值也較大，其淤積厚度基本在1～3 m；K7～K9和K16～K18里程區(qū)段的回淤厚度值最小，其淤積厚度基本在0.5～2 m。

(2)從2014～2016年航道沿程斷面水深變化得出(見圖3)，航道兩側(cè)邊坡的水深變化很小，僅個別斷面比如K11和K13斷面的西邊坡的局部水深有所淤淺；槽底水深除K7斷面變化較小外，其他各斷面都出現(xiàn)較大幅度的淤淺，K9斷面和K21斷面槽底淤淺幅度呈東半部大于西半部，其它斷面則呈西半部大于東半部。

3-a K73-b K93-c K11

3-d K133-e K153-f K17

3-g K193-h K21圖3 銅鼓航道斷面水深對比Fig.3 Depth comparison of cross-section along Tonggu Channel

(3)從2014～2016年航道槽底沿程水深變化及回淤厚度分布得出(見圖4-a)，2014年槽底平均水深約為-16.2 m，至2016年11月，槽底平均水深約為-15.7～-12.6 m，槽底平均淤厚基本在0.5～3.5 m，平均淤厚約為1.8 m，槽底總回淤量約為900萬m3。其中，K21里程以北區(qū)段回淤厚度超過3.0 m，K10～K15和K19～K20里程區(qū)段航道回淤厚度多在1.8～2.7 m，K7～K9和K16～K18里程區(qū)段航道回淤最小，其回淤厚度多在0.5～2 m。

(4)2014～2016年，航道沿程平均年淤強(qiáng)在0.2～1.5 m/a(見圖4-b)，全航道平均值約為0.8 m/a，折算年回淤量約為400 萬m3。從航道年淤強(qiáng)沿程分布看，K21里程以北區(qū)段在1.4～1.5 m/a，K10～K15和K19～K20里程區(qū)段在0.9～1.1 m/a，K7～K9和K16～K18里程區(qū)段在0.2～0.7 m/a。

(5)據(jù)銅鼓航道2014～2016年的年淤強(qiáng)數(shù)據(jù)和2008年1月～2009年6月建成初期的年淤強(qiáng)數(shù)據(jù)比較來看(見圖4-b)，2008～2009年航道沿程平均年淤強(qiáng)基本在0.3～2.7 m/a，全段航道平均值約為1.0 m/a，其年淤強(qiáng)略大于2014～2016年。從年淤強(qiáng)航道沿程分布得出，2008～2009年K15～K19和K21～K13里程區(qū)段的年淤強(qiáng)均大于2014～2016年，其他區(qū)段的年淤強(qiáng)兩個年份基本相當(dāng)；2008～2009年的回淤分布規(guī)律與2014～2016年基本一致，也呈現(xiàn)“兩峰、兩谷”的沿程分布特點，但是中部峰值和谷值的出現(xiàn)位置略有差異。

總的來看，銅鼓航道沿程回淤分布曲線呈現(xiàn)“兩峰、兩谷”的特點，回淤主峰值位于K21里程以北，回淤次峰值位于K10～K16里程區(qū)段，兩個回淤谷底值分別位于K7～K9和K17～K18里程區(qū)段。

2.1.2 銅鼓航道回淤年內(nèi)變化

根據(jù)銅鼓航道竣工初期2008年1月～2009年6月不同時段的月淤強(qiáng)變化分析可知(見圖4-c)：

(1)2008年1～5月，航道沿程月淤強(qiáng)在0.0～0.14 m/月，全航道平均值為0.08 m/月。2008年5～7月，航道沿程月淤強(qiáng)在-0.2～0.3 m/月，全航道平均值為0.02 m/月；K11里程以南航道基本呈沖刷狀態(tài)，沖刷幅度約0.2 m。2008年7～9月，航道沿程月淤強(qiáng)在0.02～0.6 m/月，全航道平均值為0.23 m/月；2008年9月～2009年6月，航道沿程月淤強(qiáng)在0.0～0.18 m/月，全航道平均值為0.06 m/月。從銅鼓航道各時段月淤強(qiáng)看，以洪季2008年7～9月回淤強(qiáng)度較大，其他時段回淤強(qiáng)度較小。

(2)銅鼓航道各個時段的沿程回淤分布均呈現(xiàn)“兩峰、兩谷”的分布特點，回淤主峰值位于K21里程以北，回淤次峰值位于K10～K17里程區(qū)段，兩個回淤谷底值分別位于K7～K9和K16～K18里程區(qū)段。

4-a 2014～2016年航道沿程水深及淤厚分布4-b 航道不同時段淤強(qiáng)對比4-c 2008～2009年航道淤強(qiáng)季節(jié)變化圖4 銅鼓航道沿程斷面回淤分布Fig.4 Back siltation along Tonggu Channel in different periods

2.2 銅鼓航道回淤物特征

據(jù)2015年銅鼓航道及兩側(cè)灘面底質(zhì)取樣結(jié)果[7]：銅鼓航道回淤物的底質(zhì)類型主要為粉砂質(zhì)粘土和粘土質(zhì)粉砂，其中值粒徑在0.004～0.01 mm，航槽沿程差異不明顯。銅鼓航道兩側(cè)淺灘水域的底質(zhì)類型主要為粘土質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)粘土和砂-粉砂-粘土，其中值粒徑基本在0.004～0.015 mm。另據(jù)2009年銅鼓航道沿程底質(zhì)取樣結(jié)果：航道回淤物的底質(zhì)類型主要為粘土質(zhì)粉砂和砂-粉砂-粘土，其中值粒徑在0.008～0.013 mm，航槽沿程差異不大。

銅鼓淺灘水域的懸沙粒徑在0.006～0.008 mm，平均值為0.007 mm，懸沙物質(zhì)成分為粘土質(zhì)粉砂[7]。銅鼓航道回淤物質(zhì)與懸沙物質(zhì)差異不大。

總的來看，銅鼓航道底質(zhì)類型以細(xì)顆粒的粘土質(zhì)沉積物為主，其中值粒徑多小于0.015 mm，且航槽內(nèi)回淤物質(zhì)與懸沙物質(zhì)差異不大，說明航槽回淤形式應(yīng)以懸沙落淤為主。航槽內(nèi)回淤物質(zhì)與航道兩側(cè)灘面底質(zhì)差異也不大，這說明航道兩側(cè)灘面泥沙與懸沙之間存在水沙交換，也是航道泥沙回淤的主要來源之一。

3 討論

3.1 灘槽地貌條件對航道回淤的影響

銅鼓航道所在銅鼓淺灘位于伶仃洋伶仃水道和龍鼓水道之間，水深基本小于-5 m，灘面泥沙較細(xì)，在波流作用下較易起動搬運；同時，銅鼓淺灘北接礬石淺灘(伶仃洋中灘)，是虎門下泄輸沙向南輸送的主通道，這都為銅鼓航道回淤提供了泥沙來源。同時銅鼓淺灘水域處于伶仃洋南部灣口附近，較易受外海傳入波浪的影響，因此淺灘上的波浪掀沙作用也相對較強(qiáng)。由于銅鼓航道開挖水深多在10 m以上，航道走向與水流主流向夾角達(dá)30°～60°，因此淺灘泥沙在隨漲、落潮水流經(jīng)過銅鼓航道時較易落淤。

銅鼓淺灘同時受大濠水道—伶仃水道水流和龍鼓水道水流的影響，兩股水流相互頂托在銅鼓淺灘東部的龍鼓島—孖洲淺灘一線形成一個“河口峰”，該“河口峰”阻止了伶仃洋中灘及銅鼓淺灘泥沙隨落潮水流繼續(xù)向東擴(kuò)散輸移，并在峰前(銅鼓淺灘東部)形成有利于懸沙落淤的沉積環(huán)境[8]，銅鼓淺灘東部淺灘水深多小于-2 m，且龍鼓水道西邊坡水深很陡即是明證。銅鼓航道回淤最重的區(qū)段位于K21段以北區(qū)段，該區(qū)段位于銅鼓淺灘東部邊緣最淺的區(qū)域，K21段以北段航道回淤最重與該淺灘泥沙易于落淤有關(guān)。

伶仃洋中灘水沙在向南輸移過程中，除了部分受龍鼓水道水流頂托部分在銅鼓淺灘東部落淤外，主要沿內(nèi)伶仃島兩側(cè)向南經(jīng)大濠水道向外海輸移。內(nèi)伶仃島西側(cè)水沙主要經(jīng)伶仃水道向南輸移，對銅鼓航道的影響較小，內(nèi)伶仃島東側(cè)水沙經(jīng)銅鼓淺灘向南輸移，這股水流向南輸移過程中受到西側(cè)伶仃水道水流的擠壓及南側(cè)大濠水道底部上溯流的頂托，在內(nèi)伶仃島南側(cè)緩慢沉積形成舌狀淺灘[9]，內(nèi)伶仃島南側(cè)淺灘-2 m和-5 m等深線呈舌狀向南延伸，說明該淺灘有淤積南延趨勢。銅鼓航道中段回淤次峰值區(qū)位于內(nèi)伶仃島南側(cè)舌狀淺灘區(qū)域，因此該段航道回淤相對較大與該舌狀淺灘泥沙受伶仃水道水流及大濠水道水流擠壓頂托易于落淤有關(guān)。

3.2 洪水和臺風(fēng)對航道回淤的影響

珠江口共有八大入?？陂T，伶仃洋匯聚了八大口門中的虎門、蕉門、洪奇瀝和橫門等4個口門(東四門)，其接納了珠江徑流量和輸沙量的61%和54%[6]。珠江流域的洪季為4～9月，洪季徑流量占全年的70%以上，洪季輸沙量占全年的90%以上。珠江流域的洪水一般發(fā)生在6～8月，珠江洪水具有峰高、量大、持續(xù)時間長等特點。由于洪季特別是洪水期珠江下泄徑流和輸沙量都明顯增大，因此會導(dǎo)致整個伶仃洋內(nèi)的含沙量都有所增高。洪季伶仃洋東槽、中灘水沙經(jīng)銅鼓淺灘向南輸送，銅鼓淺灘水域的含沙量也會有所增大，從而增加了銅鼓航道回淤的泥沙來源。

銅鼓海域所在珠江口海區(qū)為臺風(fēng)或熱帶氣旋影響頻繁地區(qū)，每年5～12月都可能會受臺風(fēng)影響，但集中于7～9月。比如2008年8月22日臺風(fēng)“鸚鵡”(Nuri)過境銅鼓淺灘水域時風(fēng)力達(dá)11級，臺風(fēng)影響期間較大風(fēng)浪會引起淺灘泥沙起懸量增加，進(jìn)而也會增大航道回淤。因此，銅鼓航道2008年7～9月航道回淤相對較大，除了與洪季上游來沙量大有關(guān)外，也與這期間臺風(fēng)的影響有一定關(guān)系。

4 結(jié)論

根據(jù)深圳銅鼓航道實測回淤資料分析，得出主要結(jié)論如下：

(1)銅鼓航道沿程回淤分布曲線出現(xiàn)兩個峰值，回淤主峰值位于K21里程以北，次峰值位于K10～K16里程區(qū)段，K7～K9里程區(qū)段、K17～K18里程區(qū)段回淤較小。

(2)銅鼓淺灘泥沙及上游來沙是銅鼓航道回淤泥沙的主要來源，航道回淤的主要形式為懸沙落淤。

(3)銅鼓航道K21里程以北區(qū)段回淤較大與銅鼓淺灘東部河口峰的存在導(dǎo)致泥沙易于落淤有關(guān)。

(4)受洪季上游來沙量大、臺風(fēng)浪較大的影響，銅鼓航道洪季淤強(qiáng)相對較大。