高峰，吳承凱，趙鵬，譚忠華，謝東波，劉盾

奉化桐照漁港位于浙江省奉化市莼湖鎮(zhèn)桐照村附近水域（位置如圖1所示），處于象山灣頂端，該灣是一個(gè)由東北向西南深入內(nèi)陸的狹長型半封閉海灣，目前進(jìn)港漁船可達(dá)1 600余艘，避風(fēng)漁船800艘[1-2]。隨著象山灣內(nèi)人工岸線比例持續(xù)增長，灣內(nèi)岸線變遷顯著[3]，同時(shí)由于周邊其他項(xiàng)目的圍涂工程，現(xiàn)有部分錨地已無法使用，漁港碼頭附近淤積嚴(yán)重，且近年來進(jìn)入桐照漁港避風(fēng)漁船數(shù)量增多，國家和浙江省對漁船避風(fēng)安全提出更高要求，避風(fēng)系泊設(shè)施不足及相關(guān)配套設(shè)施不完善問題突出，因此擬規(guī)劃實(shí)施漁港擴(kuò)建工程，以滿足漁船停泊、卸貨、補(bǔ)給及安全錨泊避風(fēng)的需求。目前，桐照村所在水域的相關(guān)資料比較有限，具有針對性的研究更少。因此，本文是在桐照漁港擴(kuò)建工程可行性規(guī)劃論證前，結(jié)合所在水域的現(xiàn)狀水文實(shí)測及歷史資料進(jìn)行整理分析，并采用數(shù)學(xué)模型對該漁港水動(dòng)力條件進(jìn)行了數(shù)值模擬與復(fù)演計(jì)算，對本區(qū)水動(dòng)力條件與現(xiàn)狀的泥沙沖淤強(qiáng)度進(jìn)行分析研究，以便于掌握本水域水動(dòng)力與泥沙環(huán)境特征，為進(jìn)一步開展擴(kuò)建方案設(shè)計(jì)與規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)與參考。

圖1 奉化桐照漁港位置示意圖Fig.1 Location of Tongzhao fish portof Fenghua

1 氣象水文特征

1.1 風(fēng)況

分別選取石浦、西澤氣象站的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以分析桐照漁港所在的象山灣風(fēng)況特征。由于地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，風(fēng)向主要表現(xiàn)為季風(fēng)特征，其風(fēng)玫瑰圖如圖2所示。

圖2 奉化桐照漁港象山灣風(fēng)玫瑰圖Fig.2 W ind rose diagram of Xiangshan Bay of Tongzhao fish port,Fenghua

冬季盛行偏北風(fēng)（WNW—NNW），合計(jì)頻率28%，夏季盛行偏東南風(fēng)（SE—S），頻率合計(jì)為19%，且冬季風(fēng)強(qiáng)于夏季風(fēng)。

1.2 潮汐

象山灣潮汐為不規(guī)則半日潮，有3個(gè)特征：一是潮差大，潮汐作用強(qiáng)，港內(nèi)多年平均潮差3m以上，灣頂部接近4 m；二是潮差由口門向港內(nèi)逐漸增大；三是漲落潮流歷時(shí)不等，由于象山港內(nèi)灘地寬廣，汊道密布，漲潮時(shí)水流呈擴(kuò)散狀態(tài)，流速緩慢，落潮時(shí)流速稍大，漲潮歷時(shí)大于落潮歷時(shí)。根據(jù)2016年象山灣水域進(jìn)行大、中、小潮全潮同步水文測驗(yàn)工作，布置T1（西澤碼頭）、T2（海軍碼頭）和T3（強(qiáng)蛟電廠）3個(gè)臨時(shí)潮位測站，潮位觀測時(shí)間為3月22日—4月2日。在水文全潮測驗(yàn)期間，一個(gè)太陰日有2個(gè)高潮和2個(gè)低潮，相鄰高潮或低潮的潮位不等、漲潮歷時(shí)與落潮歷時(shí)亦不相等。大、中、小潮期間，最大潮差分別為479 cm、389 cm、246 cm；平均潮差分別為420 cm、292 cm、168 cm，潮汐強(qiáng)度較強(qiáng)。

1.3 潮流

海灣內(nèi)往復(fù)流特征明顯，屬非正規(guī)淺海半日潮類型。通過對各個(gè)測站的垂線平均流速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按漲潮段、落潮段分別求其矢量平均值得到各測站潮段平均流速見表1。全潮水文測驗(yàn)布置的C1耀C9各測站的垂線平均流速矢量分布如圖3所示（以大潮為例）。根據(jù)實(shí)測潮流資料分析結(jié)果，各測站受地形和岸線影響，流向有所差異。漲潮為SW—WSW向，落潮為NE—E向，各測站漲落潮流向大致與潮汐汊道走向一致。

表1 各測站潮段平均流速統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table ofaveraged velocity in tidal period ofeach stationm/s

圖3 各測站垂線平均流速矢量圖（以大潮為例）Fig.3 Vector diagram of depth-averaged velocity of each station（Spring tide）

實(shí)測漲、落潮平均流速分別為0.24 m/s和0.34m/s，漲潮流速小于落潮流速，其比值為0.7；其中大潮漲、落潮段平均流速分別為0.36 m/s和0.43 m/s，中潮漲、落潮段平均流速分別為0.24 m/s和0.35 m/s，小潮漲、落潮段平均流速分別為0.14m/s和0.24m/s；統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明大、中、小潮漲、落潮平均流速與潮汐動(dòng)力有明顯關(guān)系，即隨著潮型的變化而逐漸減小，漲、落潮平均流速大、中、小潮分別為0.39 m/s、0.29 m/s、0.19 m/s。施測海域的水流強(qiáng)度以C1測站為最強(qiáng)，漲、落潮平均流速為0.42 m/s，其次是C2測站，漲、落潮平均流速為0.39 m/s，C8測站最弱，漲、落潮平均流速為0.20 m/s，其余各測站水流強(qiáng)度差距不大，C4、C6測站漲、落潮平均流速分別為0.30 m/s和0.29 m/s，C5、C7測站漲、落潮平均流速均為0.27 m/s，C3、C9測站漲、落潮平均流速均為0.26m/s。

1.4 波浪

工程所在海灣的外海波型為風(fēng)浪與涌浪的混合型，全年波浪以風(fēng)浪占優(yōu)勢，但6—10月盛行以涌浪為主的混合浪。風(fēng)浪常浪向?yàn)镹E，涌浪常浪向以E向?yàn)橹?，常涌浪向季?jié)變化較小，浪向相對穩(wěn)定。大浪集中在秋季的臺(tái)風(fēng)和冬季的寒潮期間，但受灣口外一系列島嶼掩護(hù)作用，外海浪對灣內(nèi)的影響較小，主要受局地風(fēng)浪的作用。桐照漁港位于狹長海灣的灣頂，距離灣口約50 km，灣口外島嶼眾多，盡管工程外海受臺(tái)風(fēng)和季風(fēng)作用，波浪較大，但外海波浪很難傳至工程區(qū)，因此影響本工程的波浪主要為海灣內(nèi)風(fēng)成浪。

參考相關(guān)的波浪數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)研究成果[4]可知，在桐照村所在岬頭西側(cè)的棲鳳錨地水域，SSE向掩護(hù)較小為主要控制浪向，設(shè)計(jì)高水位重現(xiàn)期2 a波浪作用下，波高約為1.2m。在桐照村所在岬頭的東側(cè)水域（船廠及現(xiàn)有漁港水域），受ENE向波浪影響較大，設(shè)計(jì)高水位重現(xiàn)期2 a波浪作用下，近岸波高約為1.4m。

2 泥沙環(huán)境分析

2.1 懸沙特征

大潮期因潮流動(dòng)力增強(qiáng)而含沙量較高，其垂線平均含沙量在0.020耀1.323 kg/m3，中潮期次之，其垂線平均含沙量在0.014耀1.026 kg/m3，小潮期則隨潮動(dòng)力的減弱而含沙量銳減，其垂線平均含沙量在0.008耀0.179 kg/m3。各測站潮段平均含沙量分布，以C1測站最大，漲、落潮平均含沙量為0.443 kg/m3，以C9測站最小，漲、落潮平均含沙量為0.029 kg/m3，潮段平均含沙量呈自灣口門外牛鼻山水道向?yàn)稠斨饾u減小的變化趨勢。

懸沙的物質(zhì)主要成分為黏土質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)黏土，其中大、中、小潮懸沙平均中值粒徑分別為：0.003 7 mm、0.003 5 mm、0.003 3 mm。大、中、小潮懸沙平均中值粒徑0.003 5mm。

2.2 底質(zhì)分布

象山灣的底質(zhì)可分為5個(gè)主要類型，即粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂、黏土-粉砂-砂、貝殼砂、礫砂等。在水文全潮測驗(yàn)期間，對桐照漁港所在海域共布置65個(gè)表層沉積物取樣點(diǎn)，取樣位置及中值粒徑分布見圖4所示。

從沉積物中值粒徑分布可以看出，施測海域中、東部地區(qū)主要為小于0.05 mm粒徑的細(xì)顆粒泥沙分布區(qū)；在西部的南側(cè)區(qū)域有一粒徑小于0.5 mm的粗顆粒泥沙分布區(qū)，其周圍是0.02耀0.40 mm的分布區(qū)；另在東部的中間區(qū)域，有一點(diǎn)位泥沙粒徑小于0.5mm，在北側(cè)近岸有2處粒徑小于0.4 mm和小于1.2 mm的分布點(diǎn)。樣品分析結(jié)果表明，施測海域沉積物由粗至細(xì)分別為礫-粗砂、粗中砂、粗中細(xì)砂、中細(xì)砂、砂-粉砂-黏土、粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂和黏土。其中，施測海域沉積物質(zhì)以細(xì)顆粒的粉砂質(zhì)黏土分布為主，占67.69%，所占比例最大。其次是砂-粉砂-黏土，占10.77%，其余物質(zhì)在1.54%耀6.15%之間變化，所占比例均很小。

圖4 底質(zhì)取樣點(diǎn)位及中值粒徑分布圖Fig.4 Bottom sediment sam pling pointsand themedian grain size distribution

從沉積物沉積類型分布圖（圖5）中可以看出，在內(nèi)灣的西側(cè)，有一區(qū)域?yàn)榇种猩昂痛种屑?xì)砂的分布區(qū)，周圍為砂-粉砂-黏土的分布區(qū)；取樣區(qū)的東側(cè)，有一面積不大的粗中砂分布點(diǎn)，其南側(cè)為砂-粉砂-黏土分布點(diǎn)，另在近岸有2處粗顆粒分布點(diǎn)，而其余區(qū)域基本為細(xì)顆粒物質(zhì)所覆蓋。另外，粗物質(zhì)中貝殼碎屑含量所占比例均較大。

圖5 沉積物沉積類型分布圖Fig.5 Distribution of sedimentdeposition type

2.3 泥沙來源分析

本海區(qū)泥沙來源主要有以下幾方面：1）徑流輸沙。象山港流域面積較小，河流輸沙有限，沿港鳧溪，大嵩江等山溪小河流年輸沙量只有14.5伊104t。這些物質(zhì)絕大部分屬砂礫級粗物質(zhì)，主要堆積在港頂和沿岸小河流出口處附近，只有少部分的細(xì)粉砂和黏土級細(xì)顆粒物質(zhì)能向港內(nèi)水域輸送。2）海域來沙。海域來沙包括長江口、杭州灣入海物質(zhì)在浙江近岸海域的沉積物再懸浮物質(zhì)。其中，長江入海物質(zhì)夏季主要堆積在長江水下三角洲，冬季在江浙沿岸流和強(qiáng)烈再懸浮作用的影響下往南遷移，使浙江沿岸懸沙含量明顯增加。來自長江的泥沙，在潮流和波浪等水動(dòng)力共同作用下，經(jīng)口門向象山灣內(nèi)輸運(yùn)，成為該海域細(xì)顆粒物質(zhì)的主要來源。3）近岸淺灘再搬運(yùn)。象山港水域以粉砂質(zhì)黏土和黏土質(zhì)粉砂為主，處于岸灘和淺灘水域的細(xì)顆粒物質(zhì)在波浪、潮流的作用下反復(fù)搬運(yùn)，重新淤積分布。

2.4 海岸及海底地貌

桐照漁港所在象山灣為狹長半封閉型海灣，縱深約60 km，南、西、北面被低山丘陵環(huán)抱，灣口分布有六橫、佛渡及梅山等島嶼。以象山角至雙岙一線為界，象山灣可分為內(nèi)灣和外灣兩部分：內(nèi)灣潮汐汊道發(fā)育，地形復(fù)雜，淺灘和深槽交替分布，寬約3耀8 km，水深一般為10耀20 m，局部深潭水深大于55 m；外灣呈喇叭狀，寬度從4.3 km向東漸增至18 km，水深較淺，至洋沙山、溫州峙外形成口門淺灘區(qū)，東北通過佛渡水道、雙嶼門水道與舟山海域毗鄰，東南通過牛鼻山水道與大目洋相通。灣內(nèi)海域由淤泥質(zhì)淺灘與基巖岸線構(gòu)成，近年來部分淤泥質(zhì)岸線已由人工塊石護(hù)岸代替。潮間帶地貌多為廣布淤泥質(zhì)的灘涂，局部為沖洪積形成的卵礫石巖灘[5-8]。

根據(jù)已有資料，近30 a象山灣內(nèi)海床及岸灘演變大致趨于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，灣內(nèi)潮汐汊道的整體岸線曲折度的變化主要是由人工岸線某些區(qū)域岸線的變化引起的。深槽部分以沖刷為主，近岸淺灘部分以淤積為主。各測站漲、落潮流向大致與潮汐汊道走向一致，且落潮流流速大于漲潮流流速，主槽內(nèi)潮流流向的這種特點(diǎn)，對于維持深槽的穩(wěn)定性是有利的。象山灣內(nèi)懸沙含量呈自口門外牛鼻山水道向?yàn)稠斨饾u減小的變化趨勢，同時(shí)落潮段含沙量大于漲潮段含沙量。

根據(jù)海域海岸類型以及本次研究所依據(jù)的實(shí)測底質(zhì)與懸沙粒徑的分析，本區(qū)大部分海域床面泥沙中值粒徑在0.005 mm以下，沉積物質(zhì)以細(xì)顆粒的粉砂質(zhì)黏土為主，懸沙平均粒徑為0.003 5 mm，并結(jié)合以往象山灣研究成果，可判斷本海域呈現(xiàn)淤泥質(zhì)海岸特征，整體水動(dòng)力偏弱。

綜上所述，桐照漁港海域岸線受海域來沙影響較小，且受人類活動(dòng)影響顯著，使得岸線向海不同程度的推進(jìn)，導(dǎo)致原有自然岸線的長度和曲折度減小。在目前岸線地貌形態(tài)和水動(dòng)力條件下，不會(huì)產(chǎn)生較大的沖淤幅度。

3 數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果與分析

桐照漁港碼頭及航道建成時(shí)間較早，并已運(yùn)行維護(hù)多年，隨著整個(gè)象山灣內(nèi)人工岸線比例的持續(xù)增長，灣內(nèi)岸線變遷顯著，特別是鄰近的周邊其他工程的圍涂作業(yè)，導(dǎo)致錨地和航道水深變化迅速，部分錨地及碼頭附近淤積嚴(yán)重，同時(shí)漁船數(shù)量的逐年增多，頻繁的進(jìn)出港作業(yè)在加劇著懸沙運(yùn)移與活躍程度，同時(shí)又缺乏最新疏浚與實(shí)測數(shù)據(jù)，在此背景下為了結(jié)合現(xiàn)狀水動(dòng)力條件以及邊界形勢的變化情況，通過建立數(shù)學(xué)模型模擬與復(fù)演本海域水動(dòng)力條件及分布特征，估算現(xiàn)有碼頭等水域的懸沙分布以及沖淤強(qiáng)度，可為進(jìn)一步開展相關(guān)工作提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

3.1 潮流場模擬

采用平面二維潮流數(shù)學(xué)模型，為提高工程區(qū)模擬精度通過大小模型嵌套的方法進(jìn)行計(jì)算，如圖6所示，大模型計(jì)算域東西方向長約476 km，南北方向長約515 km。小模型計(jì)算域包括整個(gè)象山港，東西方向長約50 km。計(jì)算域大范圍水深由海圖提取，擬建碼頭附近海域水深參考2016年4月實(shí)測數(shù)據(jù)修正。工程海域岸線根據(jù)最新遙感影像和現(xiàn)場實(shí)測岸線數(shù)據(jù)提取獲得，并充分考慮到周邊已有及在建項(xiàng)目的影響。

圖6 大、小模型嵌套計(jì)算域范圍及水深分布圖Fig.6 Scope ofnested calculation domain for large and smallmodelsand water depth distribution

根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果[9]，以大潮期流場為例，圖7為象山港大范圍海域工程前漲落急時(shí)刻流場，由于地形和岸線多變，造成島嶼間海域潮流流態(tài)復(fù)雜。整個(gè)象山灣狹長內(nèi)灣水域潮流大致呈往復(fù)流特征，漲落潮方向與主槽方向一致，漲落潮主要為NE-SW向，其中主槽上的漲、落潮流速相對較大，而接近邊灘附近的潮流以及漫灘潮流的流速相對較小。

圖7 潮流場數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果（以大潮為例）Fig.7 Numericalsim ulation resultsof tide current field（Spring tide）

從大范圍的流矢分布來看，象山灣的漲落潮流流速大小較為接近，中潮和小潮流速明顯弱于大潮。

在象山港底部，實(shí)測大潮期漲急流速為0.54~1.07m/s，落急流速為0.35耀1.02 m/s；實(shí)測中潮期漲急流速為0.28~0.65m/s，落急流速為0.31耀0.64 m/s；實(shí)測小潮期漲急流速為0.25~0.43 m/s，落急流速為 0.27耀0.42m/s。

3.2 泥沙運(yùn)動(dòng)模擬

在潮流數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立考慮波浪作用的泥沙數(shù)學(xué)模型，研究水域泥沙運(yùn)動(dòng)和地形沖淤情況。泥沙數(shù)學(xué)模型需確定的主要有床面切應(yīng)力、顆粒沉速、懸沙擴(kuò)散系數(shù)及沖淤項(xiàng)相關(guān)參數(shù)等。泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算域及網(wǎng)格劃分與潮流數(shù)學(xué)模型相同。以水域大潮期間漲、落急時(shí)刻對應(yīng)的含沙量場為例，其分布如圖8所示。

圖8 含沙量場模擬計(jì)算結(jié)果（以大潮為例）Fig.8 Numericalsim ulation resultsof sediment concentration field（Spring tide）

為考慮全年現(xiàn)狀的淤積情況，采用基于經(jīng)實(shí)測全潮過程驗(yàn)證的潮流、懸沙場，結(jié)合本區(qū)年均波浪場作為輸入動(dòng)力條件，選取代表潮型和含沙量，對現(xiàn)狀漁港的全年沖淤進(jìn)行估算。結(jié)果表明，現(xiàn)有桐照漁港碼頭、東北側(cè)航槽及港灣等水域均呈現(xiàn)不同程度的淤積，上述水域的全年平均淤積強(qiáng)度為0.2~0.3 m/a，最大淤積強(qiáng)度可達(dá)0.50 m/a以上，表明現(xiàn)狀淤積情況比較顯著。

象山灣內(nèi)水域的波浪條件多由小風(fēng)區(qū)催生，其對近岸泥沙起動(dòng)影響相對有限，多年來周邊已建港口工程的使用維護(hù)情況即可作參考借鑒，該水域短期內(nèi)發(fā)生大幅度沖淤的可能性較小。本次研究中以重現(xiàn)期50 a一遇波浪作為極端天氣條件的代表情況，對工程海域的驟淤情況進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn)，代表波向選擇對工程區(qū)影響較明顯的ENE向，大浪持續(xù)作用時(shí)間為24 h。按照擴(kuò)建方案疏浚開挖后的最大淤積強(qiáng)度<0.5m/d，因此表明大風(fēng)浪天下的本區(qū)泥沙驟淤風(fēng)險(xiǎn)相對有限。另外，根據(jù)大量淤泥質(zhì)海岸工程經(jīng)驗(yàn)初判，形成實(shí)質(zhì)性礙航驟淤的可能性不大，且多可由適航水深手段解決。

4 結(jié)語

本文根據(jù)工程所在水域現(xiàn)場水文實(shí)測資料與現(xiàn)場水文泥沙實(shí)測數(shù)據(jù)分析，對水動(dòng)力與沖淤環(huán)境特征進(jìn)行分析，并建立平面二維水動(dòng)力模型對海域潮流場與懸沙分布進(jìn)行了數(shù)值模擬與復(fù)演計(jì)算，為進(jìn)一步開展?jié)O港擴(kuò)建工程提供了科學(xué)依據(jù)，研究得到以下主要結(jié)論：

1）工程海域漲落潮基本為往復(fù)流，流向大致與潮汐汊道走向一致。沉積物類型屬粉砂質(zhì)黏土，中值粒徑小于0.005mm，海域懸沙粒徑與此基本相當(dāng)；

2）岸線主要為淤泥質(zhì)和基巖沙礫質(zhì)海岸，已有資料分析表明工程海域呈淤積趨勢，由于海域岸線受人類活動(dòng)影響顯著，導(dǎo)致原有自然岸線的長度和曲折度減小，但在現(xiàn)狀水動(dòng)力條件下尚不會(huì)產(chǎn)生較大的沖淤幅度；

3）目前桐照漁港碼頭、東北側(cè)航槽及港灣等水域均呈現(xiàn)不同程度的淤積，上述水域年均淤強(qiáng)0.2~0.3 m/a，最大可達(dá)0.50m/a以上。

上述成果可為下一步開展相關(guān)擴(kuò)建工程可行性論證及方案規(guī)劃提供參考依據(jù)與研究基礎(chǔ)。

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