丹东海洋红海域水动力泥沙环境分析

徐满意，韩志远

（交通运输部天津水运工程科学研究所，天津300456）

丹东海洋红海域水动力泥沙环境分析

徐满意，韩志远

（交通运输部天津水运工程科学研究所，天津300456）

基于现场实测水文泥沙资料，对丹东海洋红海域的水文泥沙环境进行了研究。研究结果表明：该海域近岸波浪潮流动力不强，正常天气条件下水体含沙量小、潮流输沙能力不强、泥沙来源少、具备建设大型港口的基本条件。由于该海区属于粉沙质海岸，航道泥沙骤淤将是建港中要考虑的重点问题。

水动力；泥沙环境；底质；泥沙活动性；海洋红

丹东海洋红渔港位于辽宁丹东市大洋河河口西岸，北依辽东半岛东部，南临黄海北部，岸线整体呈WSW—ENE向（图1）。根据海洋红港总体规划，海洋红海域将规划建设30万t级的油码头2个、5万t通用泊位及专业泊位88个，规划面积94 km2，总投资200亿元。本海域基本处于自然状态，进行大规模的港口开发建设需要深入了解本海区的水动力及泥沙环境，目前对其水文泥沙环境等相关研究较少。本文依据大量现场实测资料，对本海域的水动力及泥沙环境进行分析，可作为港口开发建设的基础资料依据。

图1 丹东海洋红海域形势图Fig.1 Sketch of Haiyanghong sea area

1 地质地貌环境

本海域位于辽东半岛东部的北黄海沿岸，陆上为由新华夏系第二巨型隆起带为主体形成的辽东丘陵山地。由鸭绿江河口向西延伸至大连登沙河口，沿岸分布着连续的、宽度不等的潮滩带，从地貌学角度讲其为淤泥质海岸［1-3］。从海洋红附近海域潮间带和水下岸坡底质取样结果来看，底质类型主要为砂质粉砂和粉砂，在工程泥沙研究中该海域的海岸性质可定义为粉沙质海岸［4］。大洋河口以西海岸岬湾相间，岸线较为曲折，大洋河以东岸线则较为顺直。

从工程海域水下地形看（图1），各等深线基本呈平行岸线展布，近岸水下地形坡度较缓。0m等深线基本紧贴尖头、海洋红及楼上等岬角，-5m等深线距南尖头、海洋红及楼上等岬角距离5～6 km，-10m等深线距沿岸岬角10～12 km。大洋河口外侧0m、-2m、-5m等深线略有向海突出，为大洋河河口水下三角洲地貌（图1）；该水下三角洲规模并不大，表明大洋河现代河流来沙量较小。

2 水动力条件

2.1 风和波浪

据大鹿岛海洋站1971年、1973～1977年共6 a风资料统计［4］：本海区常风向为NNW，次常风向为ESE、SE，其出现频率分别为19.7%、8.8%、8.7%；强风向为NNW，最大风速达34m/s，次强风向依次为NW、S、SE，最大风速分别为24m/s、21m/s、20m/s。风向随季节变化明显，其中6～8月多为S向（包括SE—SSW向），10月至翌年3月多为N、NNW向，4～5月和9月则为季节风向转换季节；秋冬两季受寒潮影响较多，平均每年影响3次，最多达5次，强寒潮影响时偏北风可达7～8级；7～8月受台风影响，年平均影响为1.4次，台风影响时海上风力可达7～8级，最大风速可达28m/s，风向多为SE。

据大鹿岛1971、1973～1977年4～11月波浪资料统计［4］：该海域波浪风浪占64.6%，涌浪占35.4%。各月风浪的常浪向，4～8月为SE～S，9～11月为NNW，各月涌浪的常浪向为SE—SSE。各月平均波高为0.5～0.7m，以7月为最大。各月平均波高为0.0～1.2m（0～3级）占95.8%、2.0～3.4m（5级）占0.5%；强浪向为S向，最大波高为3.6m，次强浪向为S和SSE，其波高分别为3.3m和3.0m。本海区北侧背靠陆地，南临北黄海，因而北、东、西3个方向的波浪都较小，仅南向浪相对较大。

2.2 潮汐

根据工程海域海洋红验潮站2009年11～12月一个月实测潮位资料分析：该海域潮汐属非正规半日潮性质，日潮不等现象明显；该海域为中强潮海区，平均潮差在4.00m，最大潮差可达6.00m；本海域最高潮位、平均高潮位、平均潮差均呈现由西向东逐渐增大的变化特点。

2.3 潮流

根据本海域实测潮流资料分析，本海区的潮流有以下特征（图2）：

（1）本海域潮流属性F=(W01+Wk1)/WM2的值介于0.57～1.08，属于不规则半日潮流；各垂线浅水分潮比值G=(WM4+WMS4)/WM20.26～0.68，表明浅水分潮影响系数有一定影响，因此该海域应属于不规则半日浅水潮流。

（2）本海域M2分潮流的椭圆率K值除大鹿岛北侧的1#站小于0.25，为往复流外，其余各站均在0.25以上，为旋转流。且各站K值均为正值，因而本海域潮流为逆时针旋转流。

（3）各站涨潮主流向基本为N—NNE向，落潮主流方向基本为S—SSW向。大潮涨、落潮平均流速分别为0.32～0.48m/s和0.27～0.43m/s，最大流速分别为0.50～0.89m/s和0.42～0.82m/s。流速变化总体上具有大潮大于小潮、表层大于底层、涨潮大于落潮的变化特点。

（4）该海域大、小潮平均涨潮流历时为5∶50，平均落潮流历时为6∶34；涨潮憩流时刻发生在高潮位时刻前0 h20min，落潮流憩流时刻出现在低潮位时刻前0 h18min；涨急时刻发生在高潮位时刻前2 h58min～4 h00min，落急时刻发生在低潮位时刻前2 h43min～3 h52min。表明本海域潮波具有明显的驻波性质。

2.4 余流

余流一般是指实测海流和扣除周期性潮流后所剩留部分。通过实测资料计算，该海域余流较小，整个海域各垂线大、小潮垂线平均余流仅在0.01～0.10m/s，其中1#垂线小潮余流分别为0.10m/s、0.07m/s，为各垂线上最大值其余各垂线余流均在0.01～0.05m/s。

余流方向随站位位置不同，潮型及水流状态不同而呈现为多样化：其中东部水域垂线平均余流1#～3#大潮由里向外呈SW—S—NE变化，小潮呈SW—SSW变化，中西部水域各垂线余流除个别均向NE外，以向ESE、S、SW、W变化为主。

图2 2009年12月大潮流速矢量Fig.2 Tidal current rose in Dec.,2009

3 泥沙环境

3.1 水体含沙量

据2009年11～12月水文全潮含沙量观测资料分析，本海域水体含沙量分布具有以下特点：（1）本海域大潮期间涨、落潮平均含沙量分别为0.029 kg/m3、0.028 kg/m3，涨、落潮最大含沙量分别为0.198 kg/m3、0.196 kg/m3；小潮期间涨、落潮平均含沙量分别为0.031 kg/m3、0.031 kg/m3，涨、落潮最大含沙量分别为0.093 kg/m3、0.050 kg/m3。海域大小潮平均含沙量仅为0.029 kg/m3、0.031 kg/m3。这表明该海域在正常情况下含沙量较低。（2）从纵向分布上来看，本海域含沙量呈现近岸浅水区较高、而离岸深水区较低的分布特点，以大洋河口附近的1#站的含沙量最大，而离岸水深较大区域的9#、11#等站的含沙量较低。从横向分布来看，本海域含沙量呈现由东向西含沙量逐渐降低的分布特点，其中东部、中部和西部大小潮平均含沙量分别为0.035 kg/m3、0.031 kg/m3、0.019 kg/m3。（3）本海域含沙量在垂线分布上呈现有表层至底层逐渐增大的分布规律。若以表层含沙量作为标准，则从表层、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H至底层，依次与表层的比值，平均含沙量涨、落潮分别为1.00、1.03、1.05、1.12、1.17、1.28和1.00、1.04、1.09、1.13、1.20、1.27。表明悬沙垂向分布较为均匀，且底层仅为表层的1.28倍。（4）本海域悬沙物质主要为粘土质粉砂，其砂、粉砂、粘土组成百分含量分别为2.9%、71.3%和25.7%，平均中值粒径为0.009 4mm；分选系数在1.11～1.16，属分选程度好的范畴。

3.2 表层沉积物分析

2009年12月，在本海域于布置10个底质取样断面，共采取计136个底质样品，所有底质样品进行粒度分析可知：（1）本海域底质沉积物种类由粗至细分别为中粗砂、粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂、粘土质粉砂等。其中以砂质粉砂分布最广，广泛分布于楼上至大洋河口外侧的近岸及深水区域；粉砂质砂主要分布在大洋河口南侧及楼南尖以西-5m等深线外侧水域，砂主要分布在大鹿岛西侧及青堆湾近岸区域；另外，本海域也有粉砂和粘土质粉砂零星分布。（2）本海域底质中值粒径除青堆湾近岸局部大于0.1mm外，整个区域均小于0.1mm。其中绝大部分区域底质中值粒径在0.03～0.1mm，仅楼上岬角和南尖岬角南侧-5m等深线附近局部区域中值粒径小于0.03mm。这充分体现了本海域底质类型以粉砂质为主的沉积特点。（3）本海域沉积物分选系数在0.17～2.2变化，包括了0～0.6分选很好、0.6～1.4分选好和1.4～2.2分选中常三个等级，大部分水域为泥沙分选程度中常的水域，仅大洋河河口、清堆湾附近为分选很好的水域，大洋河西侧近岸浅滩水域为分选好的水域。（4）本海域沉积物粘土含量较低，在大洋河河口、大鹿岛附近仅占5%左右，其外侧一般在10%左右，在南尖西侧可达15%以上，最高可达25%。工程海域沉积物粉砂质含量较大，大洋河口东西两侧浅滩、南尖南侧及清堆湾湾外基本上都大于50%，其余水域多在20%～50%。

3.3 滩面泥沙活动性分析

3.3.1 破波水深

波浪是近岸浅水区泥沙运动的主要动力，由于波浪变形和破碎，使水体产生强烈紊动，破波带掀沙对港口航道的泥沙淤积影响较大。工程海域滩面坡度在1/1 000左右，据《港口水文规范》，该海底坡度对应的波浪破碎指标最大为0.6。经计算分析：在2 a一遇H1/10波高情况下，破波水深为2m左右；在10 a一遇H1/10波高情况下，破波水深为5m左右；50 a一遇H1/10波高情况下，破波水深为6m左右。

该海域0～1.2m的波浪频率占95.8%，因此在正常天气情况下，破波带都在-2m等深线以内，只有在大浪并且低潮时才会延伸至-6m等深线附近，即正常情况下波浪对滩面泥沙的扰动有限。

3.3.2 泥沙起动流速

对拟建航道的-6m及-8m水深处床面泥沙在直流水槽进行了波流共同作用下的泥沙起动摩阻流速试验［4］，试验结果表明航道处底质泥沙实测容重在1.65 t/m3以上，底质密实程度较好，其对应的起动摩阻流速应在2.5 cm/s以上。按现场水文全潮测验资料分析，本海域潮流的摩阻流速均在2.4 cm/s以下，小于其起动摩阻流速，因而本海域现场泥沙在纯水流作用下较难起动。

3.4 泥沙来源及运移趋势

综观本研究海域，其泥沙来源包括陆源河流来沙、海域来沙和近岸浅滩就地起动搬运的泥沙3种：（1）大洋河为工程海域最大的河流，该河全长198.2 km，流域面积6 504 km2。多年平均入海水量为20.5亿m3，年均输沙量为80.6万t，年内分布主要集中于7～8月。大洋河口三角洲水下地形多年来变化不大，说明该河下泄泥沙主要堆积在河口附近，对工程区附近的影响较小。（2）海向来沙。辽东半岛鸭绿江至登沙河沿岸淤泥质潮滩的形成发育与鸭绿江、大洋河等河流泥沙随沿岸流的不断由东向西搬运，经历长期的历史过程沉积而成［1］。目前鸭绿江等河流来沙由于上游水库的修建呈现大幅减少趋势，因而目前鸭绿江和大洋河等河流来沙向西搬运对本海域的影响较小。（3）工程海域近岸分布着宽广的淤泥或粉砂质潮滩和浅滩，滩面泥沙在波浪和潮流作用下起动搬运将构成对工程泥沙淤积有直接影响的泥沙来源。在SE、S向风作用下，海域和工程区附近浅滩泥沙被波浪掀起，并随潮流运动产生的泥沙淤积。由于海域水深较大，潮流输沙有限，主要为浅滩水域的局部泥沙搬运。

4 结论

根据以上研究，得出主要结论如下：（1）研究海域海岸性质属于粉沙质海岸，近岸水下地形坡度较缓。（2）研究海域强风向、强浪向以偏SE、S向为主，波浪动力不强。（3）研究海域潮汐属非正规半日潮性质，海域潮差较大，平均潮差在4.0m；潮流作用较弱，平均流速在0.3m/s左右，最大流速在0.6m/s左右。（4）研究海域实测平均含沙量约为0.03 kg/m3，最大含沙量为0.2 kg/m3。表层沉积物以砂质粉砂和粉砂质砂为主。正常天气条件下，近岸床面泥沙在波浪和潮流作用下不易起动搬运，大浪扰动作用水深可至-5～-6m处。（5）综上所述，工程海域波浪、潮流动力不强，正常天气条件下水体含沙量小，底质泥沙不活跃，泥沙来源少，具备建设深水大港的良好水文泥沙环境。（6）由于本海域属粉沙质海岸，建港中应重视航道泥沙骤淤问题。

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Analysis of natural conditions of Haiyanghong sea area

XUman⁃yi,HAN Zhi⁃yuan
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，Tianjin 300456，China）

Based on observed field data of hydrology and sediment,the hydrodynamic sediment conditions of Haiyanghong sea area in Dandong were studied.The results show that the force of tidal current and wave is not strong in this area.The suspended sediment concentration is small under normal weather conditions.The sediment transport capacity by tidal current is not strong.The sediment resource is little,and the seabed is stable for a long time.However,as this sea area belongs to silt⁃sandy coast,the sudden sedimentation of navigational channel will be a key problem to be considered.

hydrodynamics;sedimentary environment;seabed sediment;sediment activity;Haiyanghong

TV 142；O 242.1

A

1005-8443（2015）03-0210-04

2014-09-05;

2014-09-28

徐满意（1963-），男，天津市人，高级工程师，主要从事水工构造物检测研究。

Biography：XUman⁃yi（1963-），male，senior engineer.