海州湾大规模围垦规划工程水沙环境影响研究

柯 杰，卢 勇，姚清涛，李 宁，宋晓波

（1.中交第二航务工程局技术中心，武汉430000；2.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海200120）

海州湾大规模围垦规划工程水沙环境影响研究

柯 杰1，卢 勇1，姚清涛1，李 宁1，宋晓波2

（1.中交第二航务工程局技术中心，武汉430000；2.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海200120）

滩涂资源的开发利用成为沿海地区经济快速发展的重要途径，也可能会对海洋环境造成一系列的负面影响。根据江苏沿海发展规划，建立嵌套式二维潮流泥沙数学模型，对规划工程引起的水沙环境变化进行预测分析。结果表明，海州湾大规模滩涂围垦规划工程对大范围水沙环境的影响较小，并未改变海域的潮流运动和悬沙分布特征。围垦规划工程的影响主要集中在临洪河入海口海域，近岸潮流、悬沙高值区发生较为明显的变化，而在埒子口和绣针河口处，围垦规划工程引起的变化相对较小。

滩涂围垦；潮流泥沙；海州湾

Lee［2］研究了位于韩国西部海岸的瑞山湾一系列围垦工程，分析得到在湾口海域修建海堤后，会对瑞山湾内浅滩的冲淤状态过程产生较大影响。罗章仁［3］通过研究近50 a来香港的一系列围垦工程，分析工程对Victoria Harbour湾内的潮流和波浪以及港池回淤的影响。戚健文［4］采用三维潮流模型对曹妃甸海域的围垦工程4个阶段的潮流场进行模拟，分析了围垦工程不同阶段的建设对海域潮流运动的影响。汤立群［5］通过建立泥沙数学模型对黄茅海的滩涂围垦造成的水沙环境影响进行模拟，结果表明围垦并没有对潮流场造成明显影响，工程前后水流动力轴线基本一致。

《江苏沿海地区发展规划》提出，江苏沿海在海州湾海域有4块共10万亩的滩涂围垦规划。海州湾属于开敞式海湾，海域潮流动力条件较弱，海湾内临洪河属于入海河口，湾内受外海潮流和入海河口径流的综合作用，海域海洋动力环境独特，沿海滩涂演变和海床冲淤机制都十分复杂。大规模围垦工程通过改变海州湾的岸线，进而影响海州湾的海洋动力环境。陶建峰［6］建立了江苏沿海大范围的潮流数学模型，模拟研究了围垦规划对于潮汐和潮流的影响；杨第昌［7］考虑临洪河口附近的围垦工程对闸下河道的泥沙淤积影响，初步计算了围垦引起的闸下河床的淤积厚度。

学者对滩涂围垦工程的水沙环境研究主要集中在浙江和长江口等海域，海州湾的海洋动力环境较为独特，针对开敞式海湾的滩涂围垦工程的环境影响研究较少，尤其是针对大规模围垦工程所产生的综合作用影响的研究更为稀缺。通过建立海州湾双重嵌套式二维潮流泥沙数学模型，计算范围如图1所示，预测分析海域环境对大规模围垦规划工程的综合响应，对比研究工程前后的水沙环境变化，有助于保护海洋滩涂环境，科学有效的利用滩涂资源。

1海州湾海域水文概况

海州湾通常是指山东省日照市岚山头与江苏省连云港连岛两个岬角之间的开敞式海湾，岸线整体向内陆凹入，海洋动力条件较弱，在岸外基岩岛屿和海湾两侧岬角的分布背景下，海州湾的整体掩护条件较好。

海域主要受东海前进潮波系统控制，和山东半岛以南海域逆时针旋转潮波的影响，属于非正规浅海半日潮性质，海州湾海域岸线呈弓形半开敞，近岸海域的潮流运动以离、向岸运动的往复流为主，而外海海域潮流呈现为逆时针方向的旋转流特性。根据潮流椭圆统计，海州湾水流的流向基本为SW-NE向，涨潮期间流向为SW向，落潮流向为NE向。由于涨潮历时的缩短，涨潮流速大都大于落潮流速。

据波浪观测数据统计分析［8］，海州湾近岸海域的波浪主要是以风浪为主，约占63％；其次，以涌浪为主的混合浪占28％，近岸海域的常浪向为NE向。多年平均波高的变化并不显著，多年H110平均波高约为0.5 m，年内每月平均波高大多在0.4～0.6 m，且秋冬季的平均波高略大，春夏季相对较小。

泥沙在波流的共同作用下呈现稳定的运动特征和输移规律。海州湾北部岸线呈NE-NNE向，海域潮流主要受SW方向的涨潮流控制，强波向为NE向，在波流共同作用下的泥沙输移方向主要由东北向西南方向输移，最终沉积于海州湾湾内的西南海域。

从中小学生发展的观念上看，学生的生活和艺术息息相关，有“生活高于艺术”也有“艺术高于生活”的看法，可无论是什么观点，我们都可以看出在生活中我们必然会接触到艺术。在《写给大家的中国美术史》一书中，看得出象形文字的产生过程与绘画的开始是有巨大的联系的，随着象形文字的逐渐出现，中国人将其赋予结合自然界的想法，文字也越来越丰富；中国人常说“书画同源”，也就是说：文字和图画原本是一样的东西。看古代的文字，和看画一模一样。从绘画的产生我们可以明白，绘画源于生活，也将为我们所用。因此，艺术的绘画层面也慢慢的与我国的教育结合，将教育更加优化、更加出彩。

海州湾的湾内北部岸段为砂质海岸，南部为淤泥质岸段。根据历史资料，北部岸段长期处于基本稳定，略微侵蚀状态，而南部由于河流来沙和废黄河三角洲泥沙扩散影响，形成了淤泥质潮滩。

2模型的建立与验证

海州湾围垦工程数学模型计算范围如图1所示，海域外海海域水深数据采用NOAA发布的ETOPO1数据，近岸海域数据采用2005年海州湾的实测地形数据。对水下地形数据进行初步处理，统一地形基准面为理论最低潮面，坐标系采用54北京坐标系，投影采用高斯投影。计算区域网格为三角形网格，在工程附近区域逐渐加密网格，网格单元16 436个，网格节点8 495个。

图1 海州湾围垦规划区域示意图Fig.1 Sketch of large⁃scale tidal flat reclamation plan of Haizhou Bay

论文应用MIKE21数学模型［9-12］对海州湾水沙运动进行模拟，模型采用隐式格式交替方法（ADI）对二维潮流方程和悬沙输移方程进行离散求解，外海开边界采用中国海域潮汐模型预报数据，河流开边界采用年平均径流量，同时采用多年平均波浪数据为泥沙数学模型提供波浪场，建立海州湾海域双重嵌套式二维潮流泥沙数学模型，对围垦规划海域的潮流泥沙运动和海床冲淤变化进行分析。

模型的验证采用潮汐表和海州湾海域2005年9月的水文实测数据，对建立的海州湾海域的潮流泥沙数学模型进行验证，包括2个潮位站，10个潮流泥沙观测点，站点分布见图1。限于文章篇幅，现给出其中部分站位的验证图（图2～图4）。

图2 连云港站潮位验证图Fig.2 Verification of tidal level process of Lianyungang station

3规划工程水沙环境影响分析

基于建立的嵌套式二维潮流泥沙数学模型，以海州湾海域大规模的围垦规划工程为背景，预测围垦规划工程实施后的海洋水沙环境，从大范围的潮流场和悬沙场、工程附近海域的流矢图和悬沙浓度等值线分布图等方面对规划工程引起的水沙环境变化进行对比分析。同时根据江苏沿海规划，将海州湾滩涂围垦规划工程划分为3个区域（埒子口、临洪河口、绣针河口，见图1），分别研究规划工程附近海域的潮流运动和悬沙分布规律的变化。

图3 #1、#4、#8流速流向验证图Fig.3 Verification of flow current velocity and direction of#1，#4，#8 station

图4 #1、#4、#8悬沙浓度验证图Fig.4 Verification of suspended sediment concentration of#1，#4，#8 station

图5 围垦规划工程前、后海域大潮涨急时刻流场对比图Fig.5 Flow field at flood strength of spring tide before and after the reclamation plan

3.1流场模拟及工程影响分析

规划工程实施前，海州湾海域的潮流运动呈现出近岸往复流，外海旋转流特性。在湾内近岸海域，潮流运动以离-向岸形式的往复流为主，而在外海的潮流运动受东海前进波和黄南海旋转潮波系统影响，呈现逆时针方向的旋转流特性。涨潮时期，来自辐射沙脊的潮流，一部分逆时针旋转绕过废黄河三角洲，一部分沿着废黄河三角洲海岸，进入海州湾，主要以E-W和NE-SW方向流向海州湾西南海岸；落潮时期，流从海州湾内呈辐射状流出，大部分潮流绕过废黄河三角洲流向辐射沙脊，另一小部分沿着山东海岸线进入渤海湾海域。

海州湾海域围垦规划工程前、后，大潮涨、落急时刻的潮流场图如图5所示，对比分析可以看出：围垦规划工程并没有对海州湾海域的潮流运动规律造成较大影响，但规划工程在一定程度上造成了海州湾内的纳潮空间减小，海域的整体潮流动力条件减弱，减弱程度不明显。

针对围垦规划工程附近海域（埒子口、临洪河口、绣针河口），大潮时期围垦规划工程前、后的潮流流矢图如图6所示，通过对比工程前、后的大潮潮流流矢图，分析可以看出：

图6 围垦规划工程附近海域工程前、后海域大潮流矢图Fig.6 Velocity vector diagram in waters near project during spring tide before and after project

在埒子口附近海域，受到源自辐射沙脊的潮流运动影响，工程前近岸特征点呈现出沿岸往复流特性，外海呈现旋转流特性；在工程实施后，岸线的变化导致了近岸的沿岸流特征点消失，而在靠近灌河口附近的2个特征点，由旋转流转变为往复流特性，其余外海特征点的流矢在工程前、后基本保持一致。

在临洪河口附近海域，特征点的潮流运动基本都呈现出NE-SW方向的离-向岸式往复流特性；在工程实施后，岸线的改变并没有改变潮流往复流的特性，但是流向出现了较大变化，临洪河口南岸的往复流流向发生一定程度旋转，而北岸近岸的特征点变成了沿岸往复流，流向为N-S。

在绣针河口附近海域，岸线变化前、后，特征点的潮流流矢基本保持一致，呈现为沿岸往复流特性，方向大多为ENE-WSW，仅在工程后，近岸的特征点流速出现了一定程度的减小。

规划工程附近海域特征点工程前、后半潮平均流速、流向变化如表1所示，通过对比工程前、后的半潮平均特征值可以发现：埒子口海域和绣针河口海域特征点的半潮平均流速受围垦规划工程影响较小，埒子口海域涨潮平均流速略微增大0.03 m/s，落潮流速没有明显变化，绣针河口海域涨、落潮半潮流速均有小幅度减弱；临洪河口海域特征点的半潮平均流速变化较为明显，涨潮平均流速减小0.077 m/s，落潮流速减幅达到0.102 m/s；工程前、后海域特征点的半潮平均流向的变化均不明显，工程区域呈现潮流特性和流向受规划工程的影响较小。

表1 围垦规划工程区域附近特征点半潮平均潮流流速、流向变化Tab.1 Variation of mean current velocity and direction at feature points near project during half⁃tide

3.2悬沙场模拟及工程影响分析

规划工程实施前，海州湾海域海洋动力条件较弱，海域整体悬沙浓度较低，呈现出南部较高，北部偏低，近岸相对较大，外海较小的趋势；同时海州湾海域存在2个较为明显的高悬沙浓度区，一个位于废黄河口北部的灌河入海口东北部海域，另外一个位于海州湾内临洪河入海口海域。根据资料显示，废黄河三角洲的泥沙，大部分随着潮流运动扩散到外海，其余部分则随着沿岸流往复运动，悬沙输移方向自废黄河口向海州湾运动，且悬沙浓度沿程有逐渐减小的趋势。

图7 围垦规划工程前、后海域大潮平均悬沙浓度图Fig.7 The average suspend sediment concentration field before and after the reclamation plan

图8 围垦规划工程附近海域工程前、后潮平均悬沙浓度图Fig.8 The average suspend sediment concentration around the project before and after the reclamation plan

海州湾海域围垦规划工程前、后，大潮平均悬沙浓度图如图7所示，通过对比图可以看出：围垦规划工程实施后，海域整体的悬沙分布规律并未出现较大变化，依然呈现南高北低，近岸较大，外海较小的分布趋势；2个悬沙浓度高值区分别存在于临洪河口海域和灌河口海域。但高浓度区都出现了较大变化，临洪河口的高值区范围出现较大范围缩小，灌河口的高值区出现了一定程度的偏移，在灌河口正北部海域浓度有较大增长。

针对3个围垦规划工程区域（埒子口、临洪河口、绣针河口）的附近海域，对比工程前后的潮平均悬沙浓度等值线分布图（图8），可以看出：

埒子口附近海域，大潮平均悬沙浓度等值线基本保持一致，岸线的变化使围垦海域近岸浓度等值线一定程度向外海偏移，靠近灌河口的悬沙浓度有所增加；临洪河口的围垦规划工程在一定程度上延长了临洪河道，河口处悬沙浓度高值区受到了较大影响，高浓度区的中心位置和浓度峰值在工程前、后基本保持一致，但高值区的范围出现了较大面积缩小，而河口两侧的悬沙浓度都出现较大幅度减小。绣针河口悬沙分布特征与工程前基本一致，靠近河口工程规划区的小范围高值区受岸线变化影响消失，工程附近海域的悬沙浓度略微减小，悬沙浓度等值线整体向湾外发生略微偏移，偏移并不明显。

4结语

根据江苏沿海发展规划提出的滩涂围垦规划工程，建立海州湾海域二维潮流泥沙数学模型，在潮流、悬沙验证合理的基础上，对规划工程引起海洋水沙环境的变化进行研究分析，主要结论如下：

（1）围垦规划工程没有对海域的潮流运动规律造成较大影响，但规划工程在一定程度上造成了海州湾内的纳潮空间减小，海域的整体潮流动力条件减弱，减弱程度不明显。在规划工程附近海域，临洪河口围垦区附近的特征点流矢出现了较大变化，北岸的往复流由离-向岸式变为顺岸式，而在埒子口和绣针河口围垦区附近，流矢在工程前后基本保持一致。

（2）研究海域的整体悬沙浓度分布规律在规划工程前、后没有出现较大变化，依然呈现南高北低，近岸较大，外海较小的分布趋势，同时存在2个悬沙浓度高值区，位于临洪河口和灌河口海域。但临洪河口处的悬沙浓度高值区受到较大影响，高值区的范围出现了较大面积缩小，河口两侧的悬沙浓度都出现较大幅度减小；灌河口海域高值区出现一定程度的偏移，河口正北部海域的悬沙浓度有较大增长。

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Influences of planning reclamation project on hydrodynamic and sediment environment of Haizhou Bay

KE Jie1,LU Yong1,YAO Qing⁃tao1,LI Ning1,SONG Xiao⁃bo2
(1.CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd.National Enterprise Technology Center,Wuhan 430000,China;2. Shanghai Waterway Engineering Design and Consulting Co.,Ltd.,Shanghai 200120,China)

As the exploitation of the tidal flat becomes an important way to develop economy rapidly in coastal areas,it may also bring a series of negative influences to marine environment.According to the"Development Plan of Jiangsu Coastal Area",a multinest 2D mathematical model for tidal currents and sediment was established to ana⁃lyze the impact of planned large scale reclamation on water and sediment environment.The results show that the rec⁃lamation plan of Haizhou Bay has a little influence on the large scale water and sediment environment in the bay, which does not change the tidal currents and the distribution characteristics of suspended sediment.Only the chang⁃es caused by reclamation mainly concentrate around the Linhong estuary,the tide currents nearshore,and high val⁃ue area of suspended sediment both have obvious changes,but the influences in Xiuzhen estuary and Liezikou changed relatively small.

Haizhou Bay;tidal flat reclamation;tide current and sediment

TV 142；O 242.1

A

1005-8443（2016）04-0356-06

2015-07-29；

2016-01-29

柯杰（1989-），男，湖北省黄冈人，助理工程师，主要从事水运工程研究。

Biography：KE Jie(1989-),male,assistant engineer.