港口“浅水深用”受回淤影响分析
2022-06-09
【论文摘要】国内港口的浅水深用工程有成功的范例，也有一些是有争议的。珠海港、黄骅港、江苏如东人工岛、广州南沙港区等港口航道工程都是对浅水深用进行了有益的尝试和推广，文章根据各港口的不同自然条件从不同的侧重点对泥沙来源和淤积问题进行分析，为国内类似的港口建设提供参考。
【论文关键词】建港条件；港口资源；浅水深用；泥沙骤淤；泥沙来源；水动力环境
随着船舶大型化的发展和优质港口资源的日益缺乏，为了适应经济形式的发展，为地方工业经济运输配套，港口资源的浅水深用被提上了议事日程，国内一些主要港口业对浅水深用进行了尝试。国内的珠海港、黄骅港、江苏如东人工岛、广州南沙港区进行了人工开挖深水航道，对港口资源进行浅水深用。各个港口水文气象等自然条件不一，有成功经验也有失败教训。
1珠海港
1.1水文泥沙情况
黄茅海水域由于受喇叭形边界和上游径流的影响，潮流运动形式为往复流，深槽尤为明显。汛期涨潮流沿北偏西上溯，落潮流沿南偏东岸下泄；枯季涨潮流沿北偏东上溯，落潮流沿南偏西下泄。大潮流速大于小潮流速，表层流速大于底层流速，落潮历时长于涨潮历时，潮波具有驻波性质。高栏港区所在的水域流态平顺，趋于往复运动。
黄茅海区含沙量大小与潮流流速大小关系密切：流急含沙量大，流缓则含沙量小；大潮期比小潮期含沙量大，落潮期比涨潮期含沙量大，汛期比枯季含沙量大。在空间分布上，最大含沙量主要出现在拦门沙浅滩附近以及东、西边滩上，湾顶含沙量在汛期比湾口大，而在枯季则稍小些。黄茅海底质泥沙较细，主槽泥沙稍粗易于被风浪掀起由潮流输送。
1.2港区泥沙回淤情况分析
黄茅海浅海区是二槽三滩的格局。高栏港海域临近鸡啼门、崖门、虎跳门、磨刀门等珠江分流河口。高栏港区常年淤积量约为500万m3，以悬沙淤积为主。泥沙来源主要有以下几种：海区沉积的泥沙在风浪作用下重新悬浮、落淤。该区的泥沙在潮流、波浪等动力条件下，搬运到了港区；崖门、虎跳门下泄泥沙由黄茅海东滩、大海环边滩中转，经三角山东、西两口门随落潮流进入十字海区落淤；鸡啼门、磨刀门、伶仃洋下泄泥沙随西南向沿岸流在涨潮时由高栏岛一荷包岛的南口门带进高栏港十字海区落淤；在大风天情况下，黄茅海口外的泥沙在涨潮流作用下进入港区.从而引起港区的骤淤。分析2002年6月和2002年10月两次实测水下地形资料，港区骤淤厚度约占此期间总淤积厚度的55%，骤淤较严重。大量的泥沙进入港区航道，至使航道严重淤积，影响了船舶的安全航行。每年都要花费大量资金来疏浚和维护航道，对港口经济效益有一定的影响。
2黄骅港
2.1黄骅港海域的泥沙环境
黄骅海域水下岸坡西高东低，滩面平缓，近岸存在大片侵蚀残留浅滩并伴有残留堡岛及半珠状堡岛链，它是古黄河三角洲水下堆积体，所处的海岸应属淤泥质粉沙海岸。渤海湾内北部水域底质基本属于淤泥质，而南部水域底质则属于粉沙质，N和EN向大风下，北部水域的波浪要小于南部，由于粉沙质泥沙更易起动悬浮和较强的动力条件使得该水域泥沙大量悬浮，形成高含沙水域；此外，渤海湾北部水域涨潮水体主要来自水体含沙量较小的渤海中部，而南部水域除波浪对海底掀沙外，悬浮泥沙的运移，对该水域也带来一定影响。黄骅港海域泥沙运动上要受风浪控制，风浪越大含沙量越大。近岸含沙量分布含沙量明显大于远岸，同时近岸泥沙在落潮流带动下向外海输移，在航道局部水域存在悬沙浓度较高区域。含沙量分布特征为：夏季含沙量较低，春秋季含沙量相对较高；大风天气下，海区含沙量急剧增加，垂线分布上，上下的梯度较大，底部明显存在着高浓度含沙层。
2.2黄骅港外航道的淤积状况及原因分析
黄骅港1997年开工建设，2000年开挖外航道，2000年秋季到2001年春，航道基本淤平。2001年调整航道轴向后，2002年3场大风总淤积量达到了770万m，2003年3场大风淤积量达到1320万m，大风作用下外航道淤积现象十分明显，对航道的维护带来很大影响。外航道泥沙淤积原因分析：
从滩面泥沙起动的角度分析，黄骅港滩面物质在纯水流作用下起动摩阻流速为2.0cm/s，按照窦国仁公式转换到垂线平均流速在水深5m时，起动垂线平均流速为0.66m/s，在水深7m时，起动垂线平均流速为0.68m/s，因此单纯潮流对本区滩面沉积物起动作用不强。黄骅港滩面物质在波流作用下起动摩阻流速为1.16cm/s，起动切应力为0.2N/m2，按照Jonson（1996）公式τm=1/2pfwum2推算，在1.0m波高、周期为4s作用下，5m水深滩面达到了起动条件，波浪是本地区泥沙起动的主要动力。
黄骅港滩面破波带的角度分析，波浪破碎对滩面的强烈扰动，对于滩面坡度小于1/1000的海岸，按照波浪破碎指标0.55计算，在波高4.0m情况下，破波位置大约在-4.2～-6.2m，波高3.0m情况下，破波位置大约在-2.3～-4.4m，对滩面的强烈扰动，水体含沙量高，大风浪天气在破波带可形成高含沙量区，位置与黄骅港外航道最大淤积强度分布相对应。
从泥沙的运移形态分析，黄骅港滩面泥沙沉速较快，沉降量为30%的动水沉速达0.129m/s，以-5.0m处涨落潮平均流速和流向计算，水流斜向穿越航道所用时间约为4h，垂线上悬沙落淤的高度为1.6m，大风期外航道的严重淤积主要不是上层悬移质，而是底层高含沙水体。
黄骅港建成后，由于建筑物的作用，局部流场发生了明显变化：一是口门处在高潮位与低潮位时均出现横流；二是在大风作用下，由于风吹流造成南北两侧近岸壅水，潮位抬高，增加了近岸落潮流速，使得近岸区高浓度泥沙沿防波堤两侧向外运动，在穿越航道的过程中，泥沙落淤，对外航道局部区域回淤带来一定影响。
影响航道泥沙淤积的主要泥沙来源是当地泥沙的侵蚀一搬运一沉积作用。黄骅港海域波浪动力较强，强风向主要来自NE、ENE和E向，由于海域滩面平坦，波浪破碎带较宽，破碎波对滩面的强烈扰动，使破波带成为泥沙最为活跃的区域。航道两侧滩面上的“波浪掀沙，水流输沙”是泥沙运动的主要形式。由于黄骅港滩面泥沙活动性大，易起动、易沉降、密实快，在大风浪的作用下，底部形成高浓度含沙水体，随潮流运动沉人航道。因此，底部泥沙运动是形成航道的骤淤的主要原因。
航道的疏浚及深度维护成了黄骅港发展的一大难题，处理黄骅港外航道的泥沙骤淤问题基本思路是“采用整治与疏浚相结合”的治理原则，以减少航道的疏浚费用，提高航道的通航保证率。
【论文关键词】建港条件；港口资源；浅水深用；泥沙骤淤；泥沙来源；水动力环境
随着船舶大型化的发展和优质港口资源的日益缺乏，为了适应经济形式的发展，为地方工业经济运输配套，港口资源的浅水深用被提上了议事日程，国内一些主要港口业对浅水深用进行了尝试。国内的珠海港、黄骅港、江苏如东人工岛、广州南沙港区进行了人工开挖深水航道，对港口资源进行浅水深用。各个港口水文气象等自然条件不一，有成功经验也有失败教训。
1珠海港
1.1水文泥沙情况
黄茅海水域由于受喇叭形边界和上游径流的影响，潮流运动形式为往复流，深槽尤为明显。汛期涨潮流沿北偏西上溯，落潮流沿南偏东岸下泄；枯季涨潮流沿北偏东上溯，落潮流沿南偏西下泄。大潮流速大于小潮流速，表层流速大于底层流速，落潮历时长于涨潮历时，潮波具有驻波性质。高栏港区所在的水域流态平顺，趋于往复运动。
黄茅海区含沙量大小与潮流流速大小关系密切：流急含沙量大，流缓则含沙量小；大潮期比小潮期含沙量大，落潮期比涨潮期含沙量大，汛期比枯季含沙量大。在空间分布上，最大含沙量主要出现在拦门沙浅滩附近以及东、西边滩上，湾顶含沙量在汛期比湾口大，而在枯季则稍小些。黄茅海底质泥沙较细，主槽泥沙稍粗易于被风浪掀起由潮流输送。
1.2港区泥沙回淤情况分析
黄茅海浅海区是二槽三滩的格局。高栏港海域临近鸡啼门、崖门、虎跳门、磨刀门等珠江分流河口。高栏港区常年淤积量约为500万m3，以悬沙淤积为主。泥沙来源主要有以下几种：海区沉积的泥沙在风浪作用下重新悬浮、落淤。该区的泥沙在潮流、波浪等动力条件下，搬运到了港区；崖门、虎跳门下泄泥沙由黄茅海东滩、大海环边滩中转，经三角山东、西两口门随落潮流进入十字海区落淤；鸡啼门、磨刀门、伶仃洋下泄泥沙随西南向沿岸流在涨潮时由高栏岛一荷包岛的南口门带进高栏港十字海区落淤；在大风天情况下，黄茅海口外的泥沙在涨潮流作用下进入港区.从而引起港区的骤淤。分析2002年6月和2002年10月两次实测水下地形资料，港区骤淤厚度约占此期间总淤积厚度的55%，骤淤较严重。大量的泥沙进入港区航道，至使航道严重淤积，影响了船舶的安全航行。每年都要花费大量资金来疏浚和维护航道，对港口经济效益有一定的影响。
2黄骅港
2.1黄骅港海域的泥沙环境
黄骅海域水下岸坡西高东低，滩面平缓，近岸存在大片侵蚀残留浅滩并伴有残留堡岛及半珠状堡岛链，它是古黄河三角洲水下堆积体，所处的海岸应属淤泥质粉沙海岸。渤海湾内北部水域底质基本属于淤泥质，而南部水域底质则属于粉沙质，N和EN向大风下，北部水域的波浪要小于南部，由于粉沙质泥沙更易起动悬浮和较强的动力条件使得该水域泥沙大量悬浮，形成高含沙水域；此外，渤海湾北部水域涨潮水体主要来自水体含沙量较小的渤海中部，而南部水域除波浪对海底掀沙外，悬浮泥沙的运移，对该水域也带来一定影响。黄骅港海域泥沙运动上要受风浪控制，风浪越大含沙量越大。近岸含沙量分布含沙量明显大于远岸，同时近岸泥沙在落潮流带动下向外海输移，在航道局部水域存在悬沙浓度较高区域。含沙量分布特征为：夏季含沙量较低，春秋季含沙量相对较高；大风天气下，海区含沙量急剧增加，垂线分布上，上下的梯度较大，底部明显存在着高浓度含沙层。
2.2黄骅港外航道的淤积状况及原因分析
黄骅港1997年开工建设，2000年开挖外航道，2000年秋季到2001年春，航道基本淤平。2001年调整航道轴向后，2002年3场大风总淤积量达到了770万m，2003年3场大风淤积量达到1320万m，大风作用下外航道淤积现象十分明显，对航道的维护带来很大影响。外航道泥沙淤积原因分析：
从滩面泥沙起动的角度分析，黄骅港滩面物质在纯水流作用下起动摩阻流速为2.0cm/s，按照窦国仁公式转换到垂线平均流速在水深5m时，起动垂线平均流速为0.66m/s，在水深7m时，起动垂线平均流速为0.68m/s，因此单纯潮流对本区滩面沉积物起动作用不强。黄骅港滩面物质在波流作用下起动摩阻流速为1.16cm/s，起动切应力为0.2N/m2，按照Jonson（1996）公式τm=1/2pfwum2推算，在1.0m波高、周期为4s作用下，5m水深滩面达到了起动条件，波浪是本地区泥沙起动的主要动力。
黄骅港滩面破波带的角度分析，波浪破碎对滩面的强烈扰动，对于滩面坡度小于1/1000的海岸，按照波浪破碎指标0.55计算，在波高4.0m情况下，破波位置大约在-4.2～-6.2m，波高3.0m情况下，破波位置大约在-2.3～-4.4m，对滩面的强烈扰动，水体含沙量高，大风浪天气在破波带可形成高含沙量区，位置与黄骅港外航道最大淤积强度分布相对应。
从泥沙的运移形态分析，黄骅港滩面泥沙沉速较快，沉降量为30%的动水沉速达0.129m/s，以-5.0m处涨落潮平均流速和流向计算，水流斜向穿越航道所用时间约为4h，垂线上悬沙落淤的高度为1.6m，大风期外航道的严重淤积主要不是上层悬移质，而是底层高含沙水体。
黄骅港建成后，由于建筑物的作用，局部流场发生了明显变化：一是口门处在高潮位与低潮位时均出现横流；二是在大风作用下，由于风吹流造成南北两侧近岸壅水，潮位抬高，增加了近岸落潮流速，使得近岸区高浓度泥沙沿防波堤两侧向外运动，在穿越航道的过程中，泥沙落淤，对外航道局部区域回淤带来一定影响。
影响航道泥沙淤积的主要泥沙来源是当地泥沙的侵蚀一搬运一沉积作用。黄骅港海域波浪动力较强，强风向主要来自NE、ENE和E向，由于海域滩面平坦，波浪破碎带较宽，破碎波对滩面的强烈扰动，使破波带成为泥沙最为活跃的区域。航道两侧滩面上的“波浪掀沙，水流输沙”是泥沙运动的主要形式。由于黄骅港滩面泥沙活动性大，易起动、易沉降、密实快，在大风浪的作用下，底部形成高浓度含沙水体，随潮流运动沉人航道。因此，底部泥沙运动是形成航道的骤淤的主要原因。
航道的疏浚及深度维护成了黄骅港发展的一大难题，处理黄骅港外航道的泥沙骤淤问题基本思路是“采用整治与疏浚相结合”的治理原则，以减少航道的疏浚费用，提高航道的通航保证率。