新海港區(qū)錨地工程航道通航影響水文條件分析

張 吉,趙丹祿

(天津市北洋水運(yùn)水利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300452)

1 工程概況

1.1 工程位置

?？诟坌潞８蹍^(qū)錨地工程總面積9.0 km2，位于馬村港區(qū)和新海港區(qū)之間的海域，新海主航道的西側(cè)，盈濱半島休閑娛樂區(qū)的外側(cè)水域[1]，地理位置坐標(biāo)為20°1′41.96″N，110°5′58.09″E，水深10 m～26 m。馬村港區(qū)、新海港區(qū)均屬于海口港。海口港是海南省對外交通和外貿(mào)運(yùn)輸?shù)闹饕诎?，也是海南省國際集裝箱運(yùn)輸干線港，水域開闊，海底較為平坦。

1.2 氣象水文條件

海口港新海港區(qū)錨地位于瓊州海峽南側(cè)澄邁灣東部，根據(jù)海口氣象站1971年—2004年的資料，工程區(qū)以大陸季風(fēng)影響為主，季風(fēng)的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致風(fēng)向的季節(jié)變化，其變化規(guī)律為冬半年盛行東北風(fēng)，夏半年盛行東南風(fēng)[2]。工程區(qū)多年平均風(fēng)速為3.4 m/s，大風(fēng)多為西北-東北向，統(tǒng)計(jì)期內(nèi)最大風(fēng)速為21.1 m/s，方向?yàn)镹W，工程區(qū)平均風(fēng)速、最大風(fēng)速和風(fēng)頻玫瑰圖見圖1。

工程區(qū)處于東亞季風(fēng)南緣，5月～11月為臺(tái)風(fēng)季節(jié)，其中7月～9月熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)的影響最為嚴(yán)重，根據(jù)對1949年—2015年間影響澄邁灣水域(300 km半徑的輻射范圍)的熱帶氣旋進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析，影響工程區(qū)水域熱帶氣旋的總次數(shù)為346次，年均5.6個(gè)，年最多10個(gè)(分別為1953年和1974年)；強(qiáng)熱帶風(fēng)暴及以上熱帶氣旋發(fā)生的總次數(shù)為232次，頻率為67.1%，年均3.7個(gè)；熱帶氣旋多發(fā)生于6月～10月間，共320次，頻率高達(dá)92.5%，年均5.2個(gè)。

工程區(qū)年降水量相對豐富，各月均有降水，年平均降水量為1 651.9 mm。平均氣溫24.1 ℃，1月氣溫最低，平均氣溫17.7 ℃，年極端最低氣溫4.9 ℃，發(fā)生在1月；7月最高，平均氣溫28.6 ℃，年極端最高氣溫38.7 ℃，發(fā)生在5月。

由于常年受到來自海洋的氣流影響，工程區(qū)濕度相對較大，年平均相對濕度為85%。因主要受海洋性氣候影響，全年相對濕度沒有明顯的季節(jié)變化，各月平均相對濕度均在80%以上。

工程區(qū)多年平均霧天數(shù)為32.6 d，最多58 d，最少17 d，能見度小于1 km的大霧年平均為14 d。霧主要出現(xiàn)在冬、春季的1月～4月，2月～3月份霧日最多，其他月份幾乎不會(huì)出現(xiàn)大霧，霧日數(shù)的年季節(jié)變化較大。一般霧持續(xù)3 h左右，但持續(xù)最長可達(dá)12 h～15 h。

瓊州海峽受其東口來的潮波和海南島南部往北部灣來的西向潮波的共同影響，使得沿岸的潮汐類型和潮流變化復(fù)雜。潮汐類型自東向西的變化：木蘭頭為不正規(guī)半日潮，秀英為不正規(guī)全日潮，馬村為正規(guī)全日潮。平均潮差的變化自東向西為：木蘭頭0.83 m，秀英1.11 m，馬村為1.51 m。

本工程海域日潮不等現(xiàn)象明顯，大、中、小潮平均潮差分別為2.44 m,1.64 m和0.64 m，平均為1.57 m。

本海域潮流類型以不規(guī)則全日潮流性質(zhì)為主。受地形、季節(jié)性海流變化等因素影響，潮流在某些局部發(fā)生變形，呈現(xiàn)出不規(guī)則形態(tài)，既有半日潮流也有全日潮流。實(shí)測漲、落潮段平均流速分別為0.35 m/s和0.37 m/s，漲潮段流速小于落潮段流速；漲落潮平均流速，大、中、小潮分別為0.53 m/s,0.34 m/s和0.20 m/s，大潮最大，中潮其次，小潮最小。

工程區(qū)-6.0 m水深處常浪向和次常浪向分別為NE向和NNE向，頻率分別占26.73%和17.92%，強(qiáng)浪向?yàn)镹NW向。波玫瑰圖如圖2所示。

由于錨地設(shè)置占用通航水域，使得周邊通航環(huán)境和條件發(fā)生了改變，根據(jù)《中華人民共和國航道法》的有關(guān)要求，需對新海港錨地建設(shè)對航道通航條件的影響作出評價(jià)，而錨地工程水文條件分析，是進(jìn)行錨地建設(shè)航道通航條件影響評價(jià)的必要前提。

2 水流條件分析

采用DHI MIKE數(shù)學(xué)模型，基于2012年7月19日10點(diǎn)～7月20日12點(diǎn)大潮期現(xiàn)場測量資料[3]，在模型驗(yàn)證基礎(chǔ)上進(jìn)行工程水域水動(dòng)力條件分析。由模擬結(jié)果可知：工程區(qū)位于瓊州海峽南岸澄邁灣東部離岸淺水區(qū)，漲落潮流在澄邁灣表現(xiàn)為灣口、灣頂流速大，灣內(nèi)沿岸流速小的特點(diǎn)，錨地所在海區(qū)表現(xiàn)出與澄邁灣一致的流速分布規(guī)律，在靠近岸邊的東南側(cè)流速小于靠近外海的西北側(cè)流速。錨地所在海區(qū)北側(cè)部分最大東向流速值為0.98 m/s，中部區(qū)域?yàn)?.75 m/s，南側(cè)部分為0.53 m/s；北側(cè)部分最大西向流速值為0.79 m/s，中部區(qū)域?yàn)?.57 m/s，南側(cè)部分為0.35 m/s。工程水域潮流以往復(fù)流為主，大潮的流速大于小潮流速，模擬時(shí)段最大流速不超過1.0 m/s。本海區(qū)水動(dòng)力條件總體不強(qiáng)，對本工程影響不大。由于錨地東北端與粵海鐵通道西側(cè)邊沿線較近(約703.0 m)，考慮到本海區(qū)東向流強(qiáng)于西向流，加上本次模擬時(shí)段可能并不代表一年中最大流速出現(xiàn)的時(shí)段，因此船舶錨泊時(shí)應(yīng)盡量選擇避免在東北角海區(qū)錨泊，避免受東向流影響而與粵海鐵通道西側(cè)邊線交叉產(chǎn)生不利影響。錨地所在海區(qū)東向急流時(shí)刻現(xiàn)場圖見圖3。

3 波浪條件分析

錨地設(shè)計(jì)波浪要素計(jì)算采用第三代風(fēng)浪模型中在國際上得到廣泛應(yīng)用和認(rèn)可的SWAN模型。本次研究選取N，NE，NNE，NNW，NW，W，WNW，WSW向8個(gè)浪向計(jì)算錨地設(shè)計(jì)波浪要素，錨地波浪計(jì)算邊界波浪條件以外海20 m等深線處設(shè)計(jì)波浪要素確定，邊界水深超出20 m等深線時(shí)，邊界波浪取值采用20 m等深線處波浪。

表1給出了各浪向及各測點(diǎn)的設(shè)計(jì)波浪要素，圖4給出了各浪向工程海域的波浪場分布情況。由表1，圖4可知，錨地在極端高水位條件下50年一遇的最大波高分布為NE向，錨地有效波高介于6.6 m～9.3 m。其中，錨地中心點(diǎn)(1號)有效波高為8.38 m，最大波高出現(xiàn)在錨地西側(cè)點(diǎn)10號處，有效波高為9.22 m。波浪場模擬結(jié)果還表明，工程區(qū)受NW向及NNW波浪影響較大。在50年一遇浪高條件極端高水位下，八個(gè)方向到達(dá)錨地時(shí)H4%波高約為4.1 m～10.95 m，以NE方向最大。

表1 極端高水位50年一遇NE向波高列表

從波高波級分布來看，該海域波高一般不大，其中，≤0.6 m浪高年頻率占約60%，≤1.5 m浪高年頻率可達(dá)96%。大多數(shù)情況下本海區(qū)波況條件較好；臺(tái)風(fēng)或寒潮來臨會(huì)產(chǎn)生較大風(fēng)浪條件，船舶需要提前做好準(zhǔn)備并到防臺(tái)錨地避風(fēng)。

4 岸灘演變分析

岸灘演變引用泥沙沖淤及岸灘演變專題研究[4]的成果進(jìn)行分析。金沙灣的海岸地貌的形成，主要為冰后期海侵時(shí)期，瓊州海峽由于海面上升或波浪作用，大量泥沙沿水下岸坡上溯，在海面間歇駐留的過程中，岸坡上或波浪破碎帶形成沙壩，沙壩內(nèi)側(cè)水域則成為細(xì)顆粒泥沙的沉積環(huán)境，發(fā)育了潟湖。此后，海面又復(fù)持續(xù)上升，波浪動(dòng)力進(jìn)一步加強(qiáng)，對沙壩產(chǎn)生沖越作用，導(dǎo)致沙壩不斷地向陸地方向推移，在岸外泥沙源源不斷地補(bǔ)給下，中、粗砂層超覆在潟湖相的粉砂質(zhì)黏土層上面，并在金沙灣灣頂海域形成高出海面的岸外沙堤。

當(dāng)前金沙灣沿岸地貌特征在自然條件和近幾十年的開發(fā)中作自調(diào)整，特別是在?？谀细邸㈤L流油氣碼頭建設(shè)、房地產(chǎn)、濱海旅游、沿岸居民水產(chǎn)養(yǎng)殖、自行拋石護(hù)岸等活動(dòng)影響下，金沙灣不同岸段沿岸地貌表現(xiàn)不盡相同。

為揭示金沙灣近幾十年來岸線演變特征，繪制1963年和2004年岸線變遷圖(如圖5所示)可知工程區(qū)沿岸近幾十年岸線演變?nèi)缦拢航?0年來，金沙灣海南南港—榮山寮岸段、盈濱—馬村岬角岸段的海岸均出現(xiàn)了大幅侵蝕后退的變化。其中北段最大侵蝕幅度達(dá)120 m，年均侵蝕速率約2.4 m/a，南段最大侵蝕幅度達(dá)150 m，年均侵蝕速率約3 m/a。金沙灣現(xiàn)代海灣岸線的淤退反映沿岸漂沙的消長，而這種消長變化與圍湖造地、港口建設(shè)的人為因素是緊密相關(guān)的。1963年—2004年，天尾—榮山寮岸段，由于?？谀细鄣慕ㄔO(shè)，南港附近海域被人工挖深至5 m水深，以利大型船舶通航。南港南防波堤—榮山寮—盈濱—馬村岬角岸段的5 m等深線較為穩(wěn)定，該段5 m淺灘同時(shí)受馬村岬角附近的潮流漲落攜帶的泥沙沉積控制。

錨地工程位于10 m等深線以外深海域，水深較大，主要受瓊州海峽的往復(fù)流沖刷控制而進(jìn)行調(diào)整變化，動(dòng)力復(fù)雜，對工程區(qū)岸灘演變的直接影響較小。

5 結(jié)論

1)錨地所在西北角水域離岸較遠(yuǎn)，潮流流速較大，數(shù)值模擬期內(nèi)東向最大流速為0.98 m/s；本海區(qū)水動(dòng)力條件總體不強(qiáng)，對本工程影響不大。2)錨地海域波高一般不大，≤1.5 m浪高年頻率可達(dá)96%，大多數(shù)情況下本海區(qū)波況條件較好，臺(tái)風(fēng)或寒潮來臨會(huì)產(chǎn)生較大風(fēng)浪條件，船舶需要提前做好準(zhǔn)備并到防臺(tái)錨地避風(fēng)。3)錨地工程所在海域近岸地形、岸線受人為影響較為明顯，自然條件下沿岸輸沙影響不大，錨地位置離岸線較遠(yuǎn)，受沿岸輸沙影響不大，錨地設(shè)置對航道泥沙淤積無影響。