乐清湾港池试挖槽回淤监测

黄志扬，丁健，叶建国

（1.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120；2.温州市乐清湾港区开发建设管理委员会，浙江 乐清 325600）

0 引言

乐清湾位于浙江南部瓯江入海口北侧，湾内水深港阔。为充分利用其水深条件，并达到“浅水深用”的目的，根据相关规划拟在乐清湾中部西侧的打水湾附近开发深水港区。目前规划港池水域自然滩面水深约3.8 m（当地理论最低潮面，下同），港池设计水深13.8 m，平均挖泥厚度约10 m。港池浚深后回淤问题，特别是大风天的骤淤问题是乐清湾深水港区开发建设要解决的关键技术问题之一。

目前，就港池、航道浚深后的回淤强度估算主要有经验公式法、物理模型试验、数值模拟和现场试挖槽试验等研究手段[1-5]。以上几种方法中现场试挖槽试验最能真实地反映工程区水沙运动情况，其成果可靠性最高，是研究泥沙问题的最佳途径。为深入研究今后乐清湾港区建设的港池、航道回淤问题，结合港区陆域形成工程取土的需要，在拟建港池区开展试挖槽回淤监测研究工作。利用1个完整水文年的回淤监测资料，分析试挖槽的回淤环境和回淤规律，并采用经验公式对港区回淤强度进行预测，研究成果将为乐清湾港区“浅水深用”的开发建设提供重要科学参考。

1 试挖槽概况及回淤环境

乐清湾拟建深水港区位于乐清湾中部的西岸、南岳镇东沙港头村打水湾附近，见图1。乐清湾口窄内宽，湾内滩地宽广，汊道密布，潮差又大，因而纳潮量大，是我国典型的强潮海湾之一。本试挖工程综合考虑港池后期的开挖港和港区陆域形成泥土的需要，试挖槽布置在拟建港池中部，试挖槽沿码头方向长约645 m，垂直码头方向宽约457 m，浚后水深12.3 m，平均挖泥厚度约8.5 m，见图2。

乐清湾为典型强潮海湾，海湾内平均潮差为4.77 m，实测最大潮差值可达7.87 m，潮差由湾口往湾顶逐渐增大，湾顶处潮差约为湾口处1.19倍。乐清湾海域的潮流特征为不规则半日浅海潮流，湾内潮流主要受地形制约呈往复流形态，涨、落潮流路基本稳定。乐清湾中部涨急流速1.16 m/s，流向354°；落急流速1.59 m/s，流向172°，落潮流速大于涨潮流速。由于乐清湾三面环山，风浪掩护条件好，年平均波高约0.4 m。

由于乐清湾掩护条件良好，风浪不大，风浪的掀沙作用有限，水体含沙量总体较小。从乐清湾沙港头2003年全年含沙量观测成果来看，表层年平均含沙量为0.08 kg/m3，底层年平均含沙量为0.14 kg/m3。2009年7月和2010年4月试挖槽区实测含沙量分别为0.15～0.21 kg/m3和0.06～0.16 kg/m3。从泥沙来源来看，主要有以下三方面[6]：1）入湾河流输沙；2）瓯江径流向东北的输沙；3）长江入海南移和陆架区再悬浮泥沙。其中，入湾河流及瓯江径流输沙对乐清湾的影响较小。而长江入海南移和陆架区再悬浮泥沙为乐清湾主要泥沙来源。

从底质类型和分布（图3）来看，乐清湾底质以细颗粒的粉砂质黏土为主，属淤泥质海湾，底质中值粒径的分布由湾口至湾顶逐渐变细。从本次研究的底质取样结果来看，底质中值粒径在0.00563～0.00717 mm之间，其中黏粒（d<0.005 mm）质量大于总质量的30%，底质为黏土。乐清湾底中值粒径与悬沙中值粒径（0.0051～0.0143 mm）基本相当，说明泥沙落淤以悬沙淤积为主。

2 回淤统计与分析

自2009年5月至2010年4月对试挖槽进行了8次水深测验，从试挖槽及周边近1 a的冲淤分布（图4）来看，试挖槽外有冲有淤，冲淤幅度总体较小，在±0.2 m内；而试挖槽内淤积相对明显，其西南侧淤积厚度在1.0 m左右，而东北侧淤积厚度在0.2～0.5 m，在淤积分布上呈现西侧淤积厚度明显大于东侧的特征。

从观测期间的淤积过程来看，试挖槽呈现持续淤积状态，从2009年5月至2010年4月历时11个月，全槽平均淤积厚度为0.89 m，折合到年回淤强度为0.97 m/a，挖槽滩槽高差约8.5 m，年回淤率约11%，常年回淤强度不大。

从淤积的季节变化来看，2009年5月9日—10月22日历时5.5个月处于夏半年，全槽淤积厚度为0.49 m，折合到半年（6个月）的回淤厚度为0.53 m；2009年10月22日—2010年4月5日历时5.5个月处于冬半年，全槽淤积厚度为0.40 m，折合到半年（6个月）的回淤厚度为0.44 m，见表1。对比试挖槽冬、夏季回淤厚度可知，夏半年淤积厚度略大于冬半年，但两者基本相当，说明淤积的季节性不是很明显。

表1 试挖槽累计淤积厚度统计

就不同阶段的淤积速率来看，试挖槽竣工初期（2009年5月9日—6月4日）和莫拉克台风期（2009年8月5日—8月15日）淤积相对略快。竣工初期淤积相对略快主要是因为挖槽改变了原有的滩面平衡，海床处于调整初期；而莫拉克台风期淤积比正常天气情况下淤积略快，主要是由于大风期间波浪的掀沙作用，见图5。

3 台风对回淤的影响

台风是影响温州海区最重大的灾害性天气，每年有2～3次热带风暴及台风影响，并有1～2次台风风暴潮出现。此次回淤观测期间试挖槽经历了2009年第8号台风莫拉克的影响。莫拉克台风8月10日6时左右进入温州境内，8月10日19时左右离开温州境内，风力九级，最大风速21 m/s，风向为NNE向。

台风对港池、航道回淤的影响主要关注在风浪掀沙是否会造成“骤淤”。已有研究表明，引起港池、航道发生骤淤需同时具备两个条件[7-9]，其一是易于沉积的水动力环境，其二是有丰富的泥沙来源。

从沉积环境来看，乐清湾为强潮河口，潮差大，水流较强，水流为往复流，落潮流大于涨潮流，总体有利于湾内泥沙的向外输移。就淤泥质海岸大风天出现骤淤的泥沙来源而言，主要为浮泥发育和大风浪掀沙。从莫拉克台风后高低频水深监测来看，试挖槽内98%的区域高低频水深测量差值在0～0.2 m之间，说明此次大风后未出现明显的浮泥发育。从大风天的风浪掀沙条件来看，虽然湾内西滩沉积物较细（中值粒径在0.0052～0.0087 mm之间），水深较浅，具备波浪掀沙的条件，但由于乐清湾三面环山，风浪掩护条件较好，风浪作用有限。2005年7月18日海棠台风期的实测资料表明，当时南岳极值风速为37.3 m/s，在乐清湾港区边滩上测得的底层最大含沙量为3.04 kg/m3，港区附近底层最大含沙量约0.85 kg/m3；2009年莫拉克台风后试挖槽区底层和垂涎平均最大含沙量分别为1.54 kg/m3和0.43 kg/m3。总的来看，大风天工程区含沙量虽然比平常天气情况时大，但并未出现明显的高含沙量。

通过以上对乐清湾沉积的水动力环境、泥沙来源和已有研究成果初步判断，乐清湾出现“骤淤”的可能性不大。就莫拉克台风期间试挖槽淤积来看，台风前后两次测量时间间隔约10 d，试挖槽平均淤积厚度约9.8 cm，期间也未发生明显淤积。

4 经验公式的适用性验证

回淤估算的经验公式是通过理论推导和工程实践总结得到的。由于不同海区回淤的水沙环境差异较大，在选用经验公式时需根据海岸性质、水沙特征等合理确定，并有必要通过实测资料就公式的适用性进行分析验证。

乐清湾为淤泥质海湾，目前计算淤泥质海岸港池、航道回淤强度时，刘家驹公式[10]得到广泛运用，其中针对开敞式港池的回淤计算经验公式为：

式中：P为年回淤强度，m/a；K1为经验系数，取0.35；ω为细颗粒泥沙絮凝沉速，m/s；S为当地年平均含沙量，kg/m3；T为淤积历时，s；γ0为淤积泥沙干容重，kg/m3，可按γ0=1750计算；d1、d2分别为滩面水深和港池水深，m。

采用式（1），根据现场监测资料年平均含沙量取0.13 kg/m3；γ0取690 kg/m3，泥沙絮凝沉速取0.0005 m/s，计算得到试挖槽的淤积强度为0.94 m/a，与现场实测的回淤强度0.97 m/a吻合较好，说明式（1）适用于乐清湾海域港池的回淤计算，今后可以采用该公式进行港池的回淤强度估算。

5 主要结论

为了研究乐清湾深水港区建设港池、航道的回淤问题，在拟建港池开展了试挖槽回淤监测研究。研究表明，乐清湾为我国典型强潮海湾，潮差大、潮流强；湾内掩护条件较好，波浪掀沙作用不强，水体含沙量较小泥沙淤积以悬沙落淤为主。试挖槽平均挖泥厚度约8.5 m，实测年回淤强度0.97 m/a，年回淤率约11%，回淤强度不大，且冬、夏季相当。通过“莫拉克”台风期的水深测量和浮泥发育监测，结合工程区的沉积水动力环境和泥沙来源分析，初步判断台风对试挖槽回淤的影响较小，乐清湾深水港池发生骤淤的可能性不大，乐清湾具备“浅水深用”的建港条件。

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