连云港徐圩港区航道大风天强淤可能性分析

左书华，杨 华，张 娜，庞启秀

（交通运输部天津水运工程科学研究所 工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456）

连云港地处江苏省北部黄海海州湾西南岸，是陇海、兰新铁路沿线广大地区最经济便捷的出海口，是我国沿海主枢纽港之一，是我国沿海中部能源外运和对外贸运输的重要口岸。目前，国际制造业加快转移，上海和南方资本加速北上，越来越多的战略投资者看好苏北，连云港有条件成为承接产业转移的热土，正面临着前所未有的发展机遇。拟建的连云港徐圩港区，不仅在港口今后的营运效益关系重大，而且对该海岸线的经济开发具有重要意义。

连云港徐圩港区位于主港区的南部埒子口（图1）。徐圩港区建设的前期工作已进行了数年，港区建设所需的潮汐、潮流、波浪、底质等基础资料已经基本具备，本文以大量实测数据为基础，并根据国内同类港口的建设经验和相关成果，分析徐圩港区航道大风天出现强淤的可能性，为港口防波堤布置与航道工程设计提供了依据。

1 海域地貌特征及水动力泥沙环境

1.1 地貌特征［1-2］

连云港徐圩港区位于连云港海域埒子口北侧，北距连云港主港区约20 km，南距灌河口约16 km。连云港海域大致以连云港港为界，南、北两部分的岸滩沉积物和滩地地貌存在比较明显的差异。连云港北部海滩位于海州湾湾顶处，沉积物主要以粘土质的细颗粒为主，是一种淤涨型的淤泥质海滩，潮间滩地平坦宽广，平均宽度达4 000 m 以上，平均坡度为1/1 000，水下滩坡度为1/2 000，海滩物质为基本上由粒径为0.005～0.001 mm 的粘性细颗粒物质组成。连云港附近水域，由于连云港陆地的后云台山直逼海岸，使岸边形成基岩岬湾海岸，波浪作用下的海蚀地貌发育，岬湾相间，岸线相对曲折。连云港以南至废黄河口岸线属于侵蚀性海岸，潮下-2 m 以外的滩坡平缓，平均坡度在1/1 000～1/1 500；沉积物分布上，小丁港—埒子口主要以粘土质和粉砂质的细颗粒为主，而埒子口以南则主要是以粉砂质和砂质为主。由于黄河北归，泥沙来源的消失，废黄河三角洲两翼岸滩物质有所粗化，徐圩港区位于废黄河口北侧波及的边缘，根据目前（1965 年以来）底质取样分析沉积物主要以细颗粒为主，沉积物性质变化不明显。

1.2 海域水动力条件

本海域潮流为不正规半日潮流，主要受到南黄海旋转潮波控制，外海深水区为逆时针旋转流，不同位置主流向略有不同，其中涨潮自北向南，主流向为SSW（200°），落潮自南向北，主流向为NNE（30°）；近岸区多为往复流，呈南北向，与等深线走向基本一致（图2）。

根据连云港以及南部至灌河口附近海域1997 年7 月、2005 年9 月和2006 年1 月水文资料统计，该海域流速不大，大潮时涨、落潮潮段平均流速在0.12～0.45 m/s 间变化，其中埒子口断面流速在0.3～0.4 m/s；在平面分布上，灌河口断面平均流速最大，向北逐渐减小趋势；从不同潮型来看，一般来说潮流流速是大潮＞中潮＞小潮；总体上看，夏季流速要比冬季流速大。受外海潮波的影响，大多数情况是涨潮流流速大于落潮流流速，如2005 年9 月6#测站涨、落潮平均流速分别为0.42 m/s 和0.33 m/s；大潮涨潮垂线平均最大流速0.62 m/s，落潮垂线平均最大流速0.51 m/s；中潮涨潮垂线平均最大流速0.60 m/s，落潮垂线平均最大流速0.47 m/s；垂线平均最大流速一般都出现在大潮的涨潮时段。

徐圩港区附近的各测点外侧为旋转流，近岸流场长短轴呈顺岸方向（图2），其规划航道线南北两侧段面，平均流速在0.20～0.40 m/s，埒子口断面（8#～10#）涨落潮平均流速要比北侧断面（14#～15#）大；埒子口断面（8#～10#）涨、落潮平均流速在0.30～0.40 m/s，北侧断面（14#～15#）涨、落潮平均流速在0.17～0.24 m/s。

根据连云港海洋站（34°47′N，119°26′E）1974～2003 年风资料统计，该区域常风向为ESE 向、E 向，其频率分别为11.43%、10.29%；累年平均风速为5.5 m/s，各月平均风速在5.1～5.9 m/s，其中11 月份为最大，为5.9 m/s，7 月份为最小为5.1 m/s。强风向为NNE 和N 向，其中≥6 级大风出现频率分别为1.90%、1.53%；累年各向≥6 级大风出现频率为8.07%，累年各向最大风速在18.0～30.0 m/s。

根据连云港西连岛北侧海洋监测站1962～2003 年波浪观测资料统计，该海域波浪以风浪为主，占63%；以涌浪为主的混合浪次之，约占28%；常浪向为NE 向和E 向，出现频率分别为26.41%、18.40%，平均H1/10波高为0.7 m、0.5 m；强浪向为NNE 向和NE 向，H1/10＞1.5 m 波高出现频率分别为2.13%和1.79%，各向＞1.5 m波高的频率合计为5.21%，最大波高分别为5.0 m、4.2 m。各月平均H1/10波高为0.4～0.6 m，年平均H1/10波高为0.53 m；各月最大H1/10波高为2.9～5.0 m，年平均最大H1/10波高为3.58 m。2007 年“韦帕”期间，在-3 m和-5 m 测点最大波高Hmax分别为4.48 m、4.43 m［3］。

1.3 工程海域泥沙环境

1.3.1 悬沙粒径

根据1997 年水文全潮中所采集的悬沙样进行的颗粒分析结果，悬沙中值粒径d50在0.006～0.010 mm；2005 年9 月水文测验，悬沙中值粒径d50变化范围，一般在0.005～0.010 mm；2006 年1 月水文测验，悬沙中值粒径d50在0.006～0.020 mm；由此可见该海域长期以来悬移质泥沙的d50基本没有大的变化，以细颗粒泥沙为主，悬浮泥沙搬运是本区主要输移形式。

1.3.2 底质特征

拟建航道海域，是废黄河水下三角洲北翼及其延伸部分，随着黄河1855 年北归山东利津入海后，导致该地区海岸淤涨的泥沙来源骤减，沿岸波浪、潮流对岸滩的作用力取代了河流巨量输沙对海岸的控制作用，从而导致周围海域海床遭到冲刷，原来水下三角洲表层的细颗粒粘土沉积物被冲刷，使海床表层沉积物分布发生了改变。整个连云港南部海域，自废黄河口向北，从沉积过程上看，以黄河口三角洲粉砂沉积层为主，向周边逐渐扩展变薄，并向粘土质粉砂和粉砂质粘土沉积物过渡；徐圩港区所在的埒子口—连云港海域其沉积物类型主要以粉砂质粘土为主［1］。

从不同时期的沉积物取样资料分析来看，连云港港至灌河口海域沉积物中值粒径分布基本上以埒子口为界，其南侧至灌河口海床表层沉积物中值粒径d50＞0.030 mm，-2 m 等深线至-10 m 等深线区域中值粒径在0.030～0.075 mm，-10 m 等深线以外则＞0.075 mm；埒子口以北的规划航道区内海域基本上为d50＜0.030 mm 的细颗粒粘土质沉积物分布区。由2008 年8 月徐圩港区规划航道沿线底质资料，其中值粒径d50在0.005～0.02 mm，大多数底质取样的中值粒径都小于0.01 mm，粘土含量在25%～52%，沉积物类型为粘土质粉砂或粉砂质粘土；2009 年2 月在徐圩港区大范围底质取样资料，埒子口以西的规划航道区域中值粒径一般在0.004～0.01 mm，粘土含量大都在30%以上，因此规划航道沿线以细颗粒粘土质沉积物为主。

1.3.3 含沙量分布特征

从整个连云港海域的卫星图像资料分析［4］，悬沙含量较高的水域多集中废黄河口至灌河口一带海域；悬沙分布具有南大北小的特点，其中埒子口至连云港港水域处于低含沙区，而废黄河口处于高含沙区，呈自南向北逐渐减小的趋势。

港区近岸水域多年平均含沙量在0.20～0.24 kg/m3；含沙量的季节性变化十分明显，与风浪的年内频率变化一致，即冬半年风浪频繁季节，含沙量高，最高含沙量一般出现在12 月份或1 月份，在0.20 kg/m3以上；而夏半年风浪静稳季节，含沙量低，一般在0.20 kg/m3以下［5-6］。

台风期间海域含沙量骤增（图4），近底层（距底0.5 m）含沙量可达5.0 kg/m3以上，而且上层水体（表层、床面以上1.5 m 水深层）紊动较强，悬沙上下掺混非常均匀，含沙量都非常接近［3］。

2 徐圩港区航道大风强淤可能性分析

2.1 大风强淤条件分析

从我国港口的大风天淤积情况看［7-8］，粉沙质海岸大风骤淤现象比较突出，淤泥质海岸在大风天情况也会产生一定强度的回淤问题，但淤积物的形式有所不同。

骤淤（或强淤）问题是否产生，要取决于一定的条件，一般而言构成航道泥沙骤淤（或强淤）的条件主要有3 个因素：一是动力条件，二是有丰富的沙源，三是淤积环境。从现有工程所在海区的泥沙运动情况看，都存在一个共同的特点，既单纯的潮流作用下，泥沙运动有限，只有当海向大风或台风浪出现时，在波浪与水流共同作用下，泥沙运动才明显加剧，所以动力条件中以波浪潮流共同作用为基本。广义上讲丰富的沙源，每个港口都存在，因为开挖的航道两侧均存在广阔的浅滩，泥沙来源较为丰富，但是对于近岸布置的港区，在沿岸输沙较大时，航道的泥沙淤积问题将更加严重。通过滩地开挖航道时，航道与输沙方向有一个交角，输沙横越航道时，因航道水深加大，流速减小，容易发生泥沙淤积。因此对于一个新开辟的港口而言，骤淤（或强淤）问题是否会产生应该取决于这3 个条件是否同时存在。

2.2 徐圩港区海域强动力条件

根据1951～2007 年台风资料统计，台风中心经过连云港附近或者外围，大风影响到连云港海域台风总计约70 余次，多数年份每年受影响1 次，个别年份受影响3～4 次。台风影响到连云港的时间一般从5 月～11月，其中7 月中旬到9 月中旬为台风影响最多时期，受台风影响的次数约占总次数的85%。在历次台风中，连云港风速≥8 级的有20 余次，其最大值为40 m/s（风压板观测）。2007 年9 月20 日凌晨，受超强台风“韦帕”的影响，连云港海上风力达到8～9 级，阵风10～11 级，极大风速达28.8 m/s。台风期间，风向多为N—NE向的海向大风为主。

根据1966～2001 年本区海域寒潮资料统计，影响本海域的寒潮有32 次，平均每年发生1 次，有的年份2～3 次。寒潮会带来大风和降温；20 世纪50 年代最低气温曾有过-18.1°C 记载，近年来最低气温基本上在-11.0°C；寒潮所带来的大风，风级有6 级以上，如与天文大潮耦合，则会对海洋和海岸工程以及港口建设带来重大影响。

因此，由以上统计可以看出，徐圩港区海域每年都有可能受到台风浪和寒潮大风的影响，具有大风天强淤的动力条件。

2.3 波高与含沙量关系

连云港海区波浪对海底泥沙的掀动，主要发生在破波带以内，而掀动后悬扬泥沙的搬运和再沉积过程主要由潮流来完成，也就是所谓的“波浪掀沙，潮流输沙”。根据连云港大西山海洋站同步测得的波高和水体含沙量资料，进行回归拟合分析得出，连云港海域水体含沙量随着波高的增大而增加［2］（图5）；而且根据大风天实测显示含沙量也是呈随着波高的增大而增加的趋势。

徐圩港区海域滩地发育，-5 m 等深线至岸边的距离在9.0 km 左右，-5 m 等深线以内的海域均处于破波带范围，根据连云港大西山海洋站资料统计分析，各种来波下的破波带尺度如表1 所示［1］。

破波带内波浪对岸滩沉积物的扰动比较强烈，致使破波带内含沙量增高，破波带范围水体含沙量会明显大于连云港港区；而且徐圩港区南侧的灌河口也分布着大片浅滩，在大风浪天气下，泥沙会输移到工程海域附近。在台风浪强劲动力作用下，潮滩床面泥沙被掀起，形成超饱和的高含沙水体，由于连云港海域潮流作用相对较弱，被掀起的高悬沙不易被潮流带走，在风浪过后短时间内水动力迅速减弱，由于潮流与航道存在一定夹角，高悬沙在涨落潮流作用下运动时，由于挟沙力逐渐降低，在航道深槽内相继落淤。

根据2007 年“韦帕”台风前后实测资料，在-3 m 和-5 m 浅滩上测得的底层最大含沙量分别为6.15 kg/m3和5.97 kg/m3，表层最大含沙量分别为1.52 kg/m3和1.39 kg/m3；其上层水体含沙量比较均匀，水体紊动作用强烈；实测水深资料显示，外航道两侧滩面冲刷，航道内淤积明显，航道内平均淤积厚度在0.5 m 以上，最大淤积厚度在1.0 m 左右。由此可以说明，连云港海域，如遇持续一定时间的大风浪天气，由大风浪掀沙后引起的悬沙强淤的可能性很大。

表1 连云港海域的破波带尺度Tab.1 Surf zone scale of Lianyungang sea area

2.4 徐圩港区与连云港港区对比分析

结合徐圩港区航道和连云港主港区外航道所在水域水动力、泥沙特性，对其进行对比分析（表2）：（1）徐圩港区航道和连云港主航道所在水域其潮流特征基本一致，风况情况也基本一致；（2）波浪条件，由于连云港主港区航道的水深一般都在-5 m 以外，在深水区两者的波浪情况基本一致，当波浪传至浅水区，徐圩港区由于浅滩分布广泛，波浪衰减较快，-5 m 以内为波浪破碎带对含沙量影响起到重要影响；（3）由于连云港海区北部受基岩海岸影响，主港区外航道泥沙主要来自滩面的泥沙再次搬运，而南部海域浅滩分布宽广，徐圩港区航道开挖后，其泥沙来源有滩面泥沙，也有浅滩向外输移的泥沙，而且南部的废黄河口泥沙流在大风浪天气下也会对其产生一定影响，因而徐圩港区航道水域泥沙来源要比连云港港区泥沙来源多；（4）在含沙量比较上，就显而易见，连云港区附近海域水深基本在-5 m 以深，一般处于波浪破碎带外，泥沙来源又少，水体含沙量处于较低水平，而徐圩港区海域滩地发育，-5 m 等深线以内海域均处于破波带范围，泥沙来源又多，水体含沙量明显高于连云港港区；（5）通过2 个港区航道泥沙的水力特性试验可以知道，徐圩港区航道与连云港港区外航道相比，其滩面泥沙密实和沉降相对较快，起动相对容易些，但仍表现为粘性颗粒的特性；（6）通过对连云港主港区外航道大风时期历史淤积资料统计，连云港主港区外航道在以往1979 年9 月18 日大风时期、1984 年9 月第6 号台风以及2007 年韦帕台风时，都出现强淤的情况。

表2 徐圩港区航道与连云港主港区外航道动力泥沙环境对比Tab.2 Comparison of hydrodynamic force and sediment environment between Lianyungang channel and Xuwei channel

因此，结合以上分析徐圩港区航道开辟后，也会出现大风强淤情况。如表3 所示，以对国内不同类型港口的研究经验［7-9］，预计徐圩港区淤积形式与粉砂质海岸（黄骅港）的淤积情况应完全不同，与连云港主港区、台山电厂等淤泥质海岸的强淤形式应基本相当，但比连云港主港区、台山电厂密实要快。

表3 淤泥质海岸和粉砂质海岸航道泥沙特性对比Tab.3 Comparison of hydrodynamic force and sediment environment between muddy coast and silt coast

3 问题与讨论

在我国现行的相关规范中，并没有对“骤淤”或者“强淤”定义做定性解释。文中骤淤与强淤是根据多年来研究单位对港口淤积的认识总结出来的概念［10］，在此，“骤淤”是指短时间由于大风影响造成的很大回淤，并产生了碍航现象，如黄骅港、京唐港等都发生过类似情况；“强淤”是指在一场大风情况下造成较大的淤积，但并没有产生碍航现象。

在“韦帕”台风前的2007 年9 月13 日和风后的9 月21 日上海航道勘察设计研究院分别对连云港15 万t 级航道（航道有效宽度230 m）进行了范围为5.6 km 的水深测量，航道试挖槽内出现淤积厚度0.5～1.0 m 的较大淤积，不过淤积物主要以浮泥形式出现，在随后的时间里，经测量在水流和波浪的作用下，大部分浮泥已经基本消失，水深基本恢复。

“骤淤”或者“强淤”只是一种根据多年港口淤积的经验总结出来的倾向性认识，并非标准词汇。连云港徐圩港区位于黄海南部，频临东海，是台风北上最容易危及的区域，根据实测资料和该海域泥沙特性试验［3，7］，认为“徐圩港区航道开辟后，如遇持续一定时间的大风浪天气，大风浪掀沙后引起的泥沙运动，也会出现大风天强淤情况，但淤积的形式应完全不同于粉沙质海岸”，因为该海域仍然主要以细颗粒泥沙运动为主。

4 结论及建议

（1）连云港海域流速不大，徐圩港区规划航道线南北两侧段面，平均流速在0.20～0.40 m/s；波浪作用相对较大，年平均H1/10最大波高为3.58 m；徐圩港区南部紧邻粉沙质区，位于粉沙向淤泥过度的边缘地带，根据目前上海航道院等单位底质取样资料，徐圩港区底质沉积物主要以细颗粒为主，中值粒径一般都在0.01 mm以下，粘土含量在30%以上，属于淤泥质海岸性质。

（2）通过对连云港港徐圩港区海域正常天气、大风期间（台风和寒潮）实测资料以及遥感卫星图像的分析，徐圩港区附近海域，固定测点年平均含沙量在0.20 kg/m3左右；近岸河口或浅滩表层平均含沙量在0.10～0.20 kg/m3，外海域表层平均含沙量在0.1 kg/m3以下；台风期间海域含沙量骤增，近底层含沙量可达5.0 kg/m3以上，而且上层水体紊动较强，悬沙上下掺混非常均匀，含沙量都非常接近；在平面变化上，该海域含沙量均呈现从近岸至外海递减趋势；在废黄河口至灌河口海域近岸区（-5 m 等深线以内）存在着一股较高含沙量的泥沙流自东南向西北输移，在埒子口附近逐渐消失。

（3）根据国内其他港口大风天回淤问题的研究经验和对骤淤（或强淤）条件的分析以及与连云港港区的对比分析，认为徐圩港区航道开辟后，也会出现大风天强淤情况，但淤积的形式应完全不同于粉沙质海岸。

（4）建议：“骤淤”或者“强淤”只是一种倾向性认识，并非标准词，建议在相关规范修行中加入对该词汇的相关解释。继续对徐圩港区海域地形、底质进行定期的监测，了解海域地形变化情况和徐圩航道附近的底质变化趋势；继续开展工程海域的大风期的潮流、波浪和含沙量的观测工程，掌握工程海域的不同时期大风期潮流、波浪和含沙量的分布情况。

［1］陈吉余，王宝灿，虞志英. 中国海岸发育过程和演变规律［M］. 上海:上海科学技术出版社，1989.

［2］虞志英，劳治声，金庆祥，等. 淤泥质海岸工程建设对近岸地形和环境影响［M］. 北京:海洋出版社，2003.

［3］交通运输部天津水运工程科学研究所. 2007 年9 月台风“韦帕”过境时连云港波浪、潮流、泥沙现场观测报告［R］. 天津: 交通运输部天津水运工程科学研究所，2008.

［4］交通运输部天津水运工程科学研究所. 连云港港徐圩港区航道泥沙环境及大风天回淤研究［R］. 天津: 交通运输部天津水运工程科学研究所，2009.

［5］华东师范大学河口海岸学国家重点实验室. 连云港港30 万吨级航道工程预可行性研究专题研究报告之一海床和岸滩稳定性分析报告［R］. 上海: 华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，2007.

［6］中交上海航道勘察设计研究院有限公司. 连云港基础资料整编［R］. 上海: 中交上海航道勘察设计研究院有限公司，2008.

［7］交通运输部天津水运工程科学研究所. 神华集团黄骅港外航道泥沙淤积问题研究［R］. 天津: 交通运输部天津水运工程科学研究所，2003.

［8］交通运输部天津水运工程科学研究所. 京唐港7 万吨级航道泥沙淤积数学模型试验研究［R］. 天津: 交通运输部天津水运工程科学研究所，2004.

［9］交通运输部天津水运科学研究所. 国华台电港口泥沙回淤规律与适航水深应用研究［R］. 天津: 交通运输部天津水运工程科学研究所，2007.

［10］蒋雎耀，章大初. 关于天津港泥沙回淤程度的评价［J］. 水道港口，1999（4）:10-15.JIANG J Y，ZHANG D C. Evaluation of Siltation Degree of Tianjin Port［J］. Journal of Waterway and Harbor，1999（4）:10-15.