胶州湾潮致余环流与水道-沙脊演化

王玉海

（中国水利水电科学研究院，北京 100044）

胶州湾潮致余环流与水道-沙脊演化

王玉海

（中国水利水电科学研究院，北京 100044）

胶州湾保存了较为完整的水道-沙脊体系。在人类高强度工农业活动干预下，水道的稳定是关系到该地区经济可持续发展的重要问题。数值模拟显示，受海岸线和水下地形的控制，胶州湾内外形成了若干规模、强度不等的潮致余环流系统；不同时期的水下实测地形图的对比揭示出沧口水道作为胶州湾内一条重要的黄金水道，呈现出不断淤积萎缩的趋势，据分析与余环流持续提供的细颗粒泥沙淤积有关。胶州湾潮致余环流对维系湾内、外的水力泥沙联系和水道-沙脊体系的演化具有重要作用。

水道-沙脊；余环流；演变；沧口水道；胶州湾

Biography：WANG Yu-hai（1970-），male，senior engineer.

胶州湾位于山东半岛南岸、南黄海西北缘，湾内平均水深约6.7 m，是一个半封闭的浅水海湾。胶州湾内共有4条水道，从东向西依次为沧口水道、中央水道、大沽水道和岛洱河水道；水道之间由东向西依次是沧口沙脊、中央沙脊和大沽沙脊；这些水道、沙脊以湾口为界呈指状排列；胶州湾外有北沙、南沙、大竹、赤岛4条沙脊和中央落潮水道、竹岔涨潮水道等［1］。胶州湾的水道-沙脊体系开始形成于晚更新世36 560 a B.P.，经多次海侵过程中波流作用塑造而成［1］。本文针对这种背景下胶州湾内重要水道的稳定性问题进行探讨。

1 胶州湾余环流格局

胶州湾近海的潮流主要受南黄海海州湾外M2分潮无潮点左旋潮波的影响，属于正规半日潮流。湾外潮波属于前进波，涨潮时潮波方向为西偏南方向，落潮时为东偏北方向；而湾内的潮波则属于驻波性质；当潮波传入湾内时，湾顶比湾口要晚10 min左右，振幅则较湾口处高10 cm左右［2-3］。受胶州湾海岸线及湾内外水道-沙脊地形的控制，胶州湾内外形成了若干规模、强度不同的潮致余环流系统［2-3］（图1）。

余环流a位于娄山河口附近海域，呈逆时针旋转，南北长约2.9 km，东西宽约3.9 km，最大余流速度约0.8 cm/s；余环流b位于沧口水道西侧，呈顺时针旋转，东西宽约10.3 km，南北长约9.8 km，是胶州湾内规模最大的余流，最大余流速度约3.1 cm/s；在黄岛北侧存在一个强度较弱、范围较大的逆时针余环流c，东西宽约9.5 km，南北长约5.9 km，最大余流速度约4.4 cm/s；余环流d位于团岛和黄岛之间，呈顺时针旋转，东西宽约4.2 km，南北长约8.9 km，最大余流速度约13.2 cm/s，是强度最大的一个余环流；余环流e位于团岛和薛家岛之间，呈逆时针旋转，最大余流速度约9.1 cm/s；胶州湾口门外的余流f范围较大，大致呈顺时针旋转；在刘家岛鱼鸣嘴处也形成一对规模较小的余环流g和h［2-3］。

2 胶州湾滩槽稳定性

2.1 总体格局

注入胶州湾的河流有漕汶河、岛耳河、洋河、南胶莱河、大沽河、桃源河、洪江河、石桥河、墨水河、白沙河和李村河等11条；长度大于30 km的有大沽河、洋河、墨水河、白沙河、南胶莱河5条，其中大沽河最大，其流量约占大沽河、墨水河、白沙河及洋河4条河总流量的85.6%；上述河流均为季节性河流，汛期集中在7、8、9三个月［4］。

近百年来胶州湾水域面积不断缩小。原因主要是胶州湾周边各条河流输入的泥沙和人类直接向湾内倾倒的废弃物，导致岸线快速淤进；其次与近百年来人类在胶州湾沿岸进行的各类工农业生产活动有关，例如在湾内北部和西北部滩涂上匡围了大规模的盐田和虾池，在东部沿岸和岛屿上修建了大量码头、工厂、防潮墙等，其中围填最严重、岸线变化最大的岸段为胶州湾的西北部（宿流至红石崖）、东北部（石油化工厂至红岛东大洋）和东岸（从鲁能化工码头到青岛港五号码头）［4］。20世纪80年代开始禁止将工农业废弃物和生活垃圾倾倒入胶州湾内，同时修建水库和流域水土治理等措施使得输入胶州湾的泥沙数量大大减少，多年平均年输沙量从1979年前的163万t锐减到每年约2.89万t［5］，胶州湾此前快速淤积缩小的趋势得以遏制。但是近年来环胶州湾地区经济的快速发展加剧了不同单位对岸线水道资源的争夺，围填造陆成为胶州湾水域面积缩小的主要原因。

图1 胶州湾M2分潮表层余流系统Fig.1 Surface residual eddies of M2 tide in Jiaozhou Bay

2.2 沧口水道演变

沧口水道位于胶州湾东岸，是胶州湾内规模最大的黄金水道之一，以-5 m等深线计，其长度为15 km左右，宽度0.5～2 km，最大水深-26 m。著名的青岛港大、中、小港区就位于该水道内。

1963～1983年间沧口水道呈现快速淤积的态势，淤积速率从深水区到浅水区在1.8～4.6 cm/a，其中海泊桥、沙岭庄至李村河口一带淤进尤为显著，-2 m等深线向南淤进了3.3 km［6］；1985～2003年间水道总体继续淤浅，年淤积强度不超过4.5 cm［5］。

通过对比分析2002年和2008年沧口水道内从海泊河口至航务二公司后海基地码头1：10 000水下实测地形图可知（图2），该区域淤积总量约 66.32万m3，侵蚀总量约20.02万m3，净淤积量46.30万m3，净淤积速率约2.2 cm/a。

国内某单位可能最早于1997年做出预测，“预计2002年以后，沧口水道轴线以东，北至鲁能码头的范围不再出现-2.0 m等深线，取而代之的全是-5.0 m以下的等深线”［4］。事实上，图2显示2008年-2 m等深线不仅没有消失，反而有所淤进。说明1997～2008年沧口水道一直处于轻度淤积。

从水动力上来讲，对于胶州湾东部水域而言，主要受到WNW向风成浪的作用。-2 m等深线是否消亡与该向波浪的作用密切相关。

沧口水道波浪的破碎水深一般为-1 m以浅，频率为80%以上；最大破碎水深为-2 m，频率为0.3%；50 a一遇波浪的破碎水深为-3～-4 m［6］。考虑到波浪破碎时与水位高低的关系，可以判断年平均波浪破碎水深在1.42 m（大港理论基面，下同）线附近，年最大波浪破碎水深在0.4 m线附近，50 a一遇波浪破碎水深在-1.58 m附近；相应地，0.5 m以上潮间带为泥沙活跃区，0.5～-1.5 m浅水区为泥沙活动过渡区，-1.5 m以深为准稳定区，这里波浪的影响已变得不重要了。

由此可见，沧口水道轴线以东-2 m等深线处的海床很少有机会直接受到波浪的侵蚀作用；同时，这里潮流动力相对较弱，难以起动沉积下来的泥沙，-2 m等深线因而得以长期保留。

图2 沧口水道2002～2008水下地形变化图Fig.2 Bathymetrical variations of 2002～2008 in Cangkou waterway

胶州湾的泥沙主要来自河流输沙。但是由于各条河流修建水库，进行流域水土治理，目前输入胶州湾的河流泥沙量已经很小；同时从胶州湾外随涨潮流输入湾内的泥沙数量也很有限。在这种情况下，胶州湾整体上已由原先较快的淤积环境转为目前的轻微淤积或者冲刷阶段；湾内泥沙活动的动力因素主要是浅滩上风浪掀沙，然后通过潮流进行输移，并沉积在水流动力较弱的区域。而沧口水道淤积的细颗粒泥沙大部分应该来自胶州湾内大沽河口水下三角洲受风浪掀沙作用悬浮的细颗粒泥沙，通过余环流b持续地输移到沧口水道内沉积下来。

总体而言，沧口水道将长期接受细颗粒泥沙的沉积而呈缓慢淤积趋势，-2 m等深线将会长期存在；但如果在胶州湾东岸出现较大规模的围填工程活动，将会导致局部岸段淤积加速；同时纳潮水体的减少会直接削弱落潮流对沧口水道的刷深作用，不利于深水航道的维护。

3 结语

在河流输沙大幅减少的背景下，胶州湾整体上已由原先的较为快速的淤积环境，转为目前的轻微淤积或者冲刷阶段；湾内泥沙的活动主要是风浪掀动0 m以上浅滩和潮间带的泥沙，然后通过潮流特别是余环流将细颗粒泥沙输移并沉积到水动力较弱的区域。这一“滩冲槽淤”的调整过程将会持续较长一段时间，直到建立新的动态平衡时为止。

在胶州湾沿岸进行的诸如港口扩建、航道疏浚、滩涂围垦、建筑采砂等各项工程活动都应该在充分了解胶州湾水道-沙脊体系整体演变规律的基础上，合理规划、有序开发，努力维护重要水道的长期稳定和健康发展。

［1］王玉海，刘自力，纪育强，等.海侵驱动下的胶州湾沙脊-水道体系形成与演变［J］.水道港口，2009，30（5）：311-315.

WANG Y H，LIU Z L，JI Y Q，et al.Evolution of sand ridge-channel systems of Jiaozhou Bay driven by sea transgression［J］.Journal of Waterway and Harbor，2009，30（5）：311-315.

［2］孙兰英，孙长青，王学昌，等.青岛海湾大桥对胶州湾潮汐、潮流及余环流的影响预测I：胶州湾及临近海域的潮流［J］.青岛海洋大学学报，1994（8）：105-119.

SUN L Y，SUN C Q，WANG X C，et al.Forcast of impact of Qiangdao Bay bridge on tide，tidal current and residual current of Jiaozhou Bay I：Tidal current of Jiaozhou Bay and adjacent sea area［J］.Journal of Ocean University of Qingdao，1994（8）：105-119.

［3］万修全，鲍献文，吴德星，等.胶州湾及其邻近海域潮流和污染物扩散的数值模拟［J］.海洋科学，2003，27（5）：31-36.

WAN X Q，BAO X W，WU D X，et al.Numerical simulation of the tidal currents and the pollutant diffusion in Jiaozhou Bay［J］.Marine Science，2003，27（5）：31-36.

［4］胡泽建.国家重点公路青岛-红其拉甫线青岛高架路段工程海床演变分析［R］.青岛：国家海洋局第一海洋研究所，2003.

［5］边淑华，吕京福.胶州湾采砂与航运功能优化相关研究［R］.青岛：国家海洋局第一海洋研究所，2004.

［6］武桂秋.青岛电厂附近海域泥沙问题调查研究报告［R］.青岛：国家海洋局第一海洋研究所，1989.

Tidal residual eddies and evolving sand ridge-channel system in Jiaozhou Bay

WANG Yu-hai
（China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing100044，China）

Jiaozhou Bay has preserved a sand ridge-channel system（SRCS）.As intervened by intense human engineering activities，the stability of waterways has been an important problem affecting the regional sustainable social and economic development.Numerical simulations indicate that tidal residual eddies of varying scales and strengths occur in Jiaozhou Bay.Comparisons of bathymetric surveys of different periods disclose that the Cangkou waterway，as one of the most important navigation channels of Jiaozhou Bay，has seen ongoing siltation as a result of continuous suspended-sediment supply.Tidal residual eddies maintain the water-sand connections inside and outside the Jiaozhou Bay and play an important role in SRCS′s evolving.

sand ridge-channel；tidal residual eddy；evolution；Cangkou waterway；Jiaozhou Bay

TV 143+.2

A

1005-8443（2010）05-0370-03

中国水利水电科学研究院青年专项（泥集1009）

王玉海（1970-），男，山西省襄汾人，博士，高级工程师，从事河口海岸泥沙运动基本理论及其工程应用研究。