上海石化前沿海域水下地形稳定性分析

范轶晓

（上海石化海堤管理所，上海 200540）

上海石化前沿海域水下地形稳定性分析

范轶晓

（上海石化海堤管理所，上海 200540）

文章根据金山卫地区相关地质资料、上海石化前沿海域自1972年以来十多次水下地形测量资料，分析了上海石化前沿海域地形变化规律，并提出了相关建议。

上海石化前沿；水下地形；稳定性

上海石化股份有限公司位于杭州湾北岸金山卫附近，是通过围海造地在滩涂上建立起来的国有大型炼化企业。从1972年以来，上海石化建设者们，凭着得天独厚的自然地理优势，随着化工化纤不断发展，按四个建设时期生产、生活用地的要求，先后在金山卫滩涂上进行了六次不同规模的围海造地建设，筑成堤线总长为22.91km，其中临海一线海堤长11.418km，总共圈围土地1225.3公顷。

石化海堤的设计标准是根据本地区潮汐特征、自然灾害情况和堤内保护范围及保护对象，按Ⅰ级建筑物标准进行设计的，即按百年一遇潮位6.33m加五十年一遇风（相当于11级）异频组合设计，又以五百年一遇的潮位6.73m进行校核。海堤防浪墙高程为10.5～11.0m，堤顶高程为9.5～10.0m，棱体平台高程6.50m左右，堤顶宽10.0m（图1）。

图1 杭州湾金山深槽形势图

鉴于岸外存在长14.5km、宽1.0～2.5km、深20～30m（最大水深为51m）的涨潮冲刷槽（俗称金山深槽），其冲淤消长直接影响到厂区前沿水下岸坡的稳定性。从厂区长治久安考虑，对厂区前沿水下地形稳定性分析，掌握其变化规律至关重要。

1 金山深槽形成过程

杭州湾北岸是长江三角洲的组成部分，第四纪时期海陆交替过程和三角洲扩展，沉积了深厚的疏松沉积物。金山地区沉积物厚度约140～180m，其中与深槽有关的地层约60m左右。根据金山卫北门—金山深槽南北方向地质剖面（图2），其上部60m厚的沉积层，可划分为六层：第一层全新统海陆交互相亚粘土、粉细砂层，厚度1～2m，局部可达4m以上。此层为6000年以来沉积物，反映金山卫成陆年代较早地区，但这层对深槽主体关系不大。第二层全新统浅海相青灰色、灰黑色淤泥质亚粘土或粘土，厚度 15～25m，含水量大，软而可塑“软土层”，此层未固结易于受水流冲蚀，目前深槽主体已切穿此层。第三层，上更新统上部陆相暗绿色、黄褐色亚粘土层，厚度2～6m。此层埋于地下约25m左右，因固结较好，压缩系数为0.015～002cm2/kg，所以具有较好抗冲蚀能力。目前深槽主体虽已切穿此层，但对六次围堤前沿边坡的稳定性仍起着重要作用。但这层黄绿色硬粘土层在金山纬八路前缺失，例如海运码头钻孔剖面上被黄色亚砂土替代（图3），相应抗冲性较差。第四层上更新统中部滨海相黄色、灰色粉细砂，此层厚度较大，埋深26～33.7m，粉细砂层，结构松散，极易被水流掀动而搬运，为深槽内最易冲刷的地层，它对深槽边坡稳定产生不利影响，并容易冲刷底部，目前深槽几个深潭已达到或接近此层底板。第五层上更新统中部海相灰色亚粘土及粘土层，厚度为7～11m，埋深为55～57m。此层为早期海侵时沉积物，因沉积时代久，土层比较致密，同时组成物质颗粒细，不易被水流冲动，故具有较好抗冲性。目前深槽几个最深点已达到或接近此层顶板，从而反映水深50m左右是深槽发展的极限深度。第六层上更新统中部滨海相灰色粉细砂，厚度为11～27m，埋深60～66.5m，目前深槽尚未达到此层。由此可见，金山海域深厚沉积层是深槽发育地质基础。

图2 金山卫北门-金山深槽地质剖面

图3 金山海运码头钻孔剖面图

从金山深槽附近海域底质分布图来看（图 4），可以将海底表层沉积物分成三种类型：（1）粉砂质砂，粉砂，分布在深槽及其西部范围内，沉积物质较粗，中值粒径D50为4～5Φ，在强劲水流作用下，将砂粒掀动，随潮流向西搬运，在海床上形成潮流脊、沙波等水下地貌。（2）泥质粉砂，沉积在深槽东部和南部海床上，中值粒径D50为6Φ，在东部滩浒岛附近有粉砂质泥的沉积，其细物质来自长江口泥沙扩散。（3）粉砂质和粉砂质泥，主要分布在滩坡上，中值粒径 D50为5～6Φ，其颗粒大小偏粗，也反映滩坡沉积物除潮流外还受到风浪作用，一般砂粒分选较好。总之，表层沉积物分布反映水动力的强弱和泥沙来源，深槽内粗物质主要来自本区地层的沉积物。

图4 杭州湾金山深槽海域底质图

金山深槽的历史过程。根据（海盐）澉水志记载：“旧传沿海有三十六条岸，九涂十八滩，至王盘山上……”，又提及东晋时王盘山为屯兵处，可见当时岸线在王盘山附近，大、小金山与陆地相连。随着东部南汇沙嘴不断向东延伸，改变了杭州湾北岸形影。元代加禾志记载：宋末元初海岸已退至现代海岸线附近，明代成化八年（1472年）筑塘御海，控制海岸侵蚀后退。因此，王盘山早已沦落海中，继之大、小金山与陆地分离成为岸外岛屿（图5）。当时大、小金山之间还有一块陆地—鹦鹉洲。在强劲潮流冲刷下，鹦鹉洲逐渐被冲开，形成二岛之间海峡—金山门。潮流通过金山门，指向金山卫滩地。束水集能，冲刷海底，形成深槽。同时小金山北一股沿岸潮流顶冲金山嘴，使得金山嘴滩嘴状节点西移，小金山与海岸距离扩大了3～4km（图6），加大了进潮量，相应节点西移戚家墩。在节点西移过程中，小金山北股流也向西南方向偏转，与通过金山门的南股流汇合，补充南股流能量，加强水流涡动，增强对海底冲刷作用。因此，金山深槽底部是由一个个深潭串连起来，沿着深槽轴线方向向西扩展。从地貌成因类型上分析，金山深槽具有涨潮冲刷槽性质。

图5 杭州湾海岸演变图

图6 金山卫滩嘴西移和沿岸潮流关系示意图

2 金山深槽冲淤变化规律

金山深槽从大、小金山岛起至白沙湾，主槽线大致呈E-W方向，与涨落潮流方向一致。深槽主体部分由几个深潭串连而成，从而反映深槽内涡流十分强劲、冲淤变化复杂。根据1972～2000年十多次水深测量图对比，可以发现金山深槽有局部深潭增深和纵向延伸，也显示水动力和边界条件相互作用的反映。

从金山深槽冲淤平面图来看，1972～2000年间深槽主体部分，相当水深-20m范围内，大致从大、小金山至纬六路。按冲淤变化特征，以戚家墩为界分为东段和西段：东段水深大于-30m的深潭有三、四个，其外形呈长条状，与潮流方向一致，在30年间横向摆动甚微，纵向有所迁移，1998～2000年测图，见-30m深潭统一成槽，说明水流趋向归槽。该深槽东段受大、小金山间涨潮流控制，水流强度及冲淤变化较小，属深槽稳定段。深槽西段（从戚家墩—纬六路），大体上位于第六次围堤前缘。大堤转角前深槽离海堤距离较短，-15m等深线距离堤脚仅520m，-10m等深线为640m，-30m等深线为820m。转角前沿深潭最大水深达-48m，底部面积较大，其范围自1972年以来一直扩大，扩展方向开始向南，然后向西南方向延伸。第六次围堤前沿横断面显示，近10年来，该深潭底部增深3m左右，北边坡自水深-18m以下向岸冲刷近300～350m左右，其岸外有南北排列的3个小深潭，水深达-40m左右，但有缩小、变浅的趋势。深槽尾部-20m等深线一直稳定在纬六路附近，-30m等深线有明显退缩，自1972年至今已后退约 1km，从而反映近期在第六次围堤前南、北两股水流交汇和移动导致前沿深潭扩大，而围堤工程的挑流作用，使得远离转角西端的深槽的萎缩现象。深槽尾部位于纬六路至白沙湾，该段海底地形比较平坦，一般水深-13～-14m，滩坡坡度较缓。1972～1976年上海石化第一次围堤建成后，纬六路前，深槽尾部曾出现北、中和南三个平行排列的支槽，随着第六次围堤的建成，围堤转角挑流作用促使水流偏向南支槽，深槽南边坡不断向外推移，南支槽向西延伸，北支槽有所萎缩。自 1972～2000年南支槽-15m 深槽槽子向西延伸5.3km（表1）。根据煤码头前8502测站水文测验资料，最大涨潮流速为 2.48m/s，最大落潮流速为 2.22m/s，显示了潮流仍然很强劲，并以涨潮流占优势。本区上游全公亭深槽沿着滩坡伸展至白沙湾前，1983年在该深槽的尾端8312测站进行水文测验，落潮最大流速为 1.99m/s，涨潮最大流速为 1.88m/s，为落潮占优势的落潮冲刷槽，由于纬八路沿岸码头建设，滩坡前流速减弱，使得全公亭深槽尾端往西退缩，自1972～2000年共退缩近 3km。因此，码头前涨潮流占优势，可确保金山南支深槽-15米水深、有利码头运行。

表1 金山深槽尾部1972～2000年向西延伸距离 单位：km

3 人工围堤和码头建筑物对滩坡冲淤变化影响

上海石化股份有限公司先后进行了六次围堤以及码头工程建设，必然引起堤外水下岸坡的水流结构发生变化及海床冲淤调整。现根据金山深槽横断面滩坡形态归纳为三类：

第一，1号戚家墩剖面，滩坡曲线上缓下陡的混合型，水深-10m处为坡折点，上部坡度5‰，下部坡度25‰，由于滩面宽，离深槽距离远，因此滩坡多年冲淤变化少，处于基本稳定状态。

第二，2、3号第六次围堤前剖面、滩坡曲线为陡坡型。其中2号剖面位于转角附近，坡度24‰，处于冲刷深潭边坡上，但从表2来看，近30年来通过13次测量，-1、-5、-10m等深线在时间过程线图上都较为平直，其中-1m等深线有二次周期性内外摆动，反映海岸工程后，滩坡上水深增大，先冲刷，接着动态平衡，慢慢恢复原来动力机制，出现冲淤调整。水下斜坡相应冲淤幅度及平面摆幅较小。3号剖面位于纬六路前，这里深槽主轴线偏向南支槽，而北支槽萎缩，虽滩坡曲线较陡，但远离深泓，-1m等深线在1972年离大堤100m，至2000年为220m，可见在堤脚外侧有淤积现象。

第三，4、5号纬八路和白沙湾剖面，滩坡呈缓坡型，坡度8‰左右，纬八路岸滩进行第五次围堤和4座码头建设，导致近岸水流流速减缓。在海运小码头两侧和码头前沿都发生淤积，从4号纬八路剖面来看，-1m等深线与堤脚距离1972年为90m，至2000年为370m，向外推移了280m，-5m线变化较小，-10m线受近年南支槽延伸略的后退，5号白沙湾剖面-1m、-5m、-10m等深线与堤脚距离变化较小，岸滩比较稳定。总之，上海石化股份有限公司所在地金山卫滩地，经过六次围堤和码头建设，大多数滩坡冲淤变化小，处于基本稳定状态，但上海石化第六次围堤前金山深槽的增深和横向摆动现象，应引起上海石化股份有限公司及有关单位对该岸段采取必要的工程措施加以重点保护。

表2 金山深槽2号剖面-1、-5、-10m等深线与海堤距离多年变化统计

4 结论与建议

（1）上海石化前沿金山深槽属涨潮冲刷槽，形成原因为杭州湾潮波变形、涨潮流辐聚，在大、小金山狭道水流涡动作用下下切海床所致。该深槽东起大、小金山，西至白沙湾，全长约14.5km，宽度1.0～2.5km，平均水深20～30m，最大水深50m，-20m等深线离大堤最近距离仅700m，0～20m滩坡坡度1∶35，-20～-45m最大坡度1∶8.4，深槽临岸，岸坡陡峻，岸滩和深槽稳定性是共同关注的问题。

（2）从1972～2000年10多个不同年份实测的1∶10000水下地形图数字化成果计算分析，近30年来，-30m以上深槽面积基本稳定，-20m深槽面积有所扩大，-15m等深线冲刷槽有明显扩展，并在向西延伸中曾经出现南摆趋势，但深槽北侧岸线相对稳定，这与深槽水流的长期稳定及沉积地层上存在着上更新统陆相硬粘土层的保护作用有关，但东段-30m以上深潭仍在发展，说明涨潮流势尚未减弱。

（3）从冲淤平面分布图分析，可以将上海石化前沿分为三个区段，东段为金山嘴至第六次围堤转角，近岸浅水区岸滩冲淤基本稳定；中段第六次围堤前沿属冲刷区，-15m以浅海域水下岸坡每年冲刷后退2～3m，这与演变预测结果一致，是护堤防汛工程注意的重点岸段，根据预测结果，-2m至-15m水下岸坡冲刷强度较大；西段自第三次围堤至白沙湾，由于人工围堤及码头建筑影响，水流减弱，深槽离岸，海床及岸坡趋于平缓，近岸地区出现微淤现象。

（4）实践证明，定期进行大比例尺水下地形测量，是监测深槽和岸滩稳定的有效手段，今后应继续安排计划施测，有可能的话可对第六次围堤前沿重点岸段加测更大比尺的地形，以有利于工程规划和布置。

（5）上海石化“金山深槽”及岸滩的稳定性，除本区域的影响因素外，整个杭州湾的大环境变化对石化厂址安全的影响不可忽视，如长江三峡工程、南水北调工程引起长江入海泥沙量减少和导致的海岸侵蚀问题；南汇人工半岛围滩造陆及芦洋跨海大桥建设对杭州湾北部海床变化的影响等，均需进一步作调查研究和分析。

（6）石化海堤是确保石化地区生产生活安全的第一道防线，因此，当前对石化海堤的地质环境、风暴潮、台风、暴雨、地震等对海堤影响的程度应进行综合评价，并提出防治措施，为今后海堤的正常维护提供科学依据。

（7）对第六次围堤前沿海域继续加强水下地形、水文测验等动态观测，对第六次围堤前沿深槽逼岸问题，需着手采用平顺抛石护底工程方式进行保滩，以形成-15m以浅海域的稳定岸坡，确保上海石化海堤乃至石化厂址的安全。

Stability analysis of underwater topography in the front of Shanghai petrochemical

The article according to the Jinshanwei area geological data， Shanghai petrochemical frontier waters since 1972 10 times water topographic survey data， analyzes the variation of Shanghai petrochemical frontier area terrain， and puts forward related suggestions.

Shanghai petrochemical frontier； underwater terrain； stability

P73

Α

1008-1151（2016）06-0019-04

2016-05-10

范轶晓（1964-），男，上海奉贤人，上海石化海堤管理所助理工程师，研究方向为海洋水文。