外钓山岛附近海域冲淤演变分析

宣胜男，曾 渊，尹 晶，倪云林，祝 悦

（1.浙江海洋大学港航与交通运输工程学院，浙江舟山 316022；2.台州市港航管理局,浙江台州 318000；3.国家海洋环境监测中心，国家海洋局海域管理技术重点实验室，辽宁大连 116023）

外钓山岛地处宁波-舟山港老塘山港区的中心位置，毗邻众多岛屿，东面与舟山本岛隔海相望，北面被里钓山岛、富翅岛、册子岛等岛屿所包围，西面是金塘岛。岛屿之间形成的潮流峡道成为煤炭、粮食、原油等大宗货物船舶进出老塘山港区的重要通道。

关于外钓山岛周边海域的冲淤变化研究，主要围绕金塘水道开展。邱建立等[1-2]、汪家君等[3]在北仑港建港初期，重点研究码头工程前后金塘水道南岸水下岸坡的冲淤变化。倪云林等[4]利用不同年份的海图资料，研究了1935-2004年间不同时段金塘水道海床冲淤变化的基本特征。倪云林等[5]通过测深资料，计算并探讨了金塘水道北岸大浦口集装箱码头前沿海域的冲淤变化。上述研究有助于更好地认识自然环境和人类活动共同作用下金塘水道的冲淤变化特性，但研究范围距离外钓山岛有一定距离，随着2011年以后外钓山岛进行整岛开发，有必要掌握外钓山岛开发前附近海域的冲淤动态，为后期研究工程环境效应提供研究基础。

1 资料来源和处理方法

1.1 资料来源

本文收集了2004年、2007年、2010年和2011年4个年份的水深地形资料，具体信息见表1。水文泥沙资料由国家海洋局第二海洋研究所于2009年5-6月、2010年9月同步观测得到。

表1 外钓山岛附近海域水深地形资料Tab.1 Bathymetry material of the Waidiaoshan Island

1.2 处理方法

对上述4个年份的水深地形资料进行数字化处理，通过Bursa-Wolf七参数模型（式1）[6]和MapInfo软件把水深资料统一为WGS84坐标系统下的墨卡托投影（基准纬度为30°N），并利用Surfer软件，采用Kriging插值方法把离散数据网格化，建立不同年份的数字高程模型，进而定量计算外钓山岛的岸线变化及附近海域的海床平面冲淤变化和特征等深线分布变化，同时结合水文泥沙实测资料，分析冲淤动态趋势。

式中，X1、Y1、Z1是北京 54 坐标系统下的平面坐标；X2、Y2、Z2是转换后 WGS84 坐标系统下的平面坐标，X0、Y0、Z0是 3 个平移参数，着X、着Y、着Z是 3 个旋转参数；m 是尺度参数。

2 研究区概况

外钓山岛周围潮流峡道的发育，主要有册子水道、西堠门水道、富翅门水道等；东侧为舟山本岛，西侧为金塘岛，北侧有册子岛、富翅岛和里钓岛（图1）。外钓山岛附近海域潮流为不正规浅海半日潮流类型，具有明显的往复流特征，平均流速0.3～0.6 m/s；平均含沙量为 0.312 kg/m3，主要为粘土质粉砂；底质沉积物类型由粉砂（74.8%）、粘土质粉砂（24.0%）和砂（1.2%）组成。外钓山岛地貌类型为低丘-滩涂-水下岸坡，北部水下岸坡坡度较陡，南部则相对较缓[7-8]。

3 研究区岸滩演变

3.1 岸线演变

根据2004年、2007年、2011年水深地形资料中的岸线数据，结合Google Earth中2004-2015年的影像资料，可以发现，外钓山岛的岸线在2004-2015年间总体保持稳定，只在局部岸段，由于围海造地和码头修建导致岸线向海推进或发生变化。其中，在2004-2007年间，外钓山岛岸线保持不变；到2011年，岛屿东南、西南两侧进行了围海造地，面积约10.9公顷，使得岸线向海推进约107～260 m；随着光汇石油储运基地库区项目的建设，到2012年，在东南侧填海形成的岸线之上，新建了工作船码头和千吨级码头，并在岛屿东北通过填海新增陆域面积约1.5 hm2，到2014年，在岛屿西侧新建了30万t级码头，到2015年，又新建了10万t级码头（图2）。

图1 外钓山岛地理位置示意图Fig.1 Geographic sketch of Waidiaoshan Island

图2 外钓山岛2004-2015岸线变化Fig.2 Coastline change of Waidiaoshan Island during 2004-2015

3.2 海床平面冲淤变化

通过Surfer软件可以计算前、后两个年份水下数字高程模型对应网格点上水深数据的差值，从而得到该时段海床平面的冲淤变化，其中，差值大于0时为淤积，小于0时为冲刷，等于0则表示不冲不淤，计算结果如图3a～c和表2所示。总的来看，在2004-2011的8 a间，外钓山岛附近海域冲淤相间，淤积区面积大于冲刷区面积，淤积区和冲刷区的平均淤积厚度和冲刷厚度分别为3.00 m和3.01 m，但整个区域以淤积为主，平均淤积0.61 m，淤积速率为7.6 cm/a（图3a）。分不同时段来看，在2004-2007年间，外钓山岛附近海域的冲淤幅度约为2 m，其中，外钓山岛和舟山本岛之间的老塘山港区进港航道存在3 m左右的冲刷。这一时段，整个区域趋于冲刷，冲刷区面积和冲刷区平均冲刷厚度均大于淤积区面积和淤积区淤积厚度，全区平均冲刷厚度0.55 m，冲刷速率为13.7 cm/a（图3b）。而在2007-2011年间，整个区域又趋于淤积，岛屿东南、西南两侧的围海造地工程区及老塘山港区进港航道亦表现为不同程度的淤积；淤积区面积大于冲刷区面积，淤积区平均淤积厚度2.59 m，冲刷区平均冲刷厚度2.03 m，全区净淤积1.09 m，平均淤积速率21.8 cm/a（图3c）。

上述冲淤变化反映了在2004-2011年间，外钓山岛附近海域经历了从缓慢冲刷到较快淤积的冲淤调整过程，并总体上处于缓慢淤积的状态。

图3 外钓山岛附近海域冲淤分布（m）Fig.3 Distribution of scouring-silting nearby Waidiaoshan Island（unit:m）

表2 外钓山岛附近海域冲淤变化特征值Tab.2 Eigenvalue of changes in erosion-deposition nearby Waidiaoshan Island

4 研究区冲淤动态趋势分析

如上所述，在外钓山岛整岛开发之前，其附近海域海床平面经历了由冲转淤的调整过程。其中，在2004-2007年间，海床平面处于缓慢冲刷状态，主要原因是该时段，外钓山岛的岸线保持稳定，其周边岛屿也没有大型的开发利用活动，并且受先期局部岸段修建海堤的影响，原本弯曲的自然岸线变得顺直，涨落潮流流速增大，有利于附近海域海床平面的冲刷。在2007-2011年间，实施了光汇石油储运基地库区项目填海造地工程，在一定程度上导致了外钓山岛南面海域及外钓山岛和舟山本岛之间老塘山港区进港航道普遍淤积；同时，周边舟山跨海大桥等大型水工结构的建设也或多或少地影响着外钓山岛附近海域的淤积。因此，在这一时段，外钓山岛附近海域处于较快淤积状态。

图4 外钓山岛附近海域大小潮期泥沙输移图Fig.4 Transportation map of sediment in Waidioashan island nearshore waters flood and ebb current

从实测水文泥沙资料来看，外钓山岛附近海域的悬浮泥沙绝大部分是长江入海泥沙南下时通过周边水道进入的细颗粒悬浮泥沙，这些泥沙成为本海区主要的泥沙来源。整个区域涨潮流历时长于落潮流历时，优势流以涨潮流为主，这对该海域单宽净输沙特征具有重要的影响[9]。由外钓山岛附近海域大小潮期泥沙输移趋势（图4和表3）可知，2009年5-6月间，外钓山岛西南侧L1、L2站位大潮、小潮的净输沙量和净输沙量方向差别较大。其中，L1 站位大潮期净输沙量为 148.8 t/（m·d），输沙方向319°（正北方向为0°，按顺时针方向为正方向），小潮期净输沙量为 26.4 t/（m·d），输沙方向 199°；L2 站位大潮期净输沙量为 224.1 t/（m·d），输沙方向 312°，小潮期净输沙量为 16.0 t/（m·d），输沙方向 196°。因此，L1、L2 站位泥沙净输运方向为离岸方向，在2004-2011年间，外钓山岛西南海域总体上以冲刷为主（图3a）。在外钓山岛东南侧的L3、L4站位大潮、小潮的净输沙方向基本一致，且在输沙量上也相差不大。其中，L3站位大潮期净输沙量为59.7 t/（m·d），输沙方向315°，小潮期净输沙量为38.7 t/（m·d），输沙方向 312°；L4 站位大潮期净输沙量为43.4 t/（m·d），输沙方向 349°，小潮期净输沙量为16.2 t/（m·d），输沙方向346°。因此，L3、L4站位泥沙净输运方向为向岸方向，在2004-2011年间，外钓山岛东南海域及外钓山岛和舟山本岛之间的老塘山港区进港航道总体上趋于淤积（图3a）。

2011年以后，随着外钓山岛的整岛开发，岛屿西侧、东侧和南侧岸线上新建了多个超大型高桩码头（图2）。这些码头平台及引桥的桩基必然会对涨落潮流起阻碍和摩擦作用，进而阻滞泥沙输运，促使过境泥沙落淤[10]。因此，在现有的泥沙条件和边界条件下，外钓山岛附近海域的淤积还会持续一段时间。

表3 各站周日单宽输沙量与方向Tab.3 Unit sediment discharge and direction every day of the stations t/（m·d）,°

5 结语

（1）在2004-2011年这8 a间，外钓山岛的岸线总体保持稳定，只是在局部岸段由于围海造地使得岸线向海推进107～260 m，形成了10.9 hm2左右的陆域面积。外钓山岛附近海域经历了由缓慢冲刷到较快淤积的调整过程，但总体上以淤积为主，平均淤积0.61 m，淤积速率为7.6 cm/a。

（2）外钓山岛附近海域的泥沙来源、水沙运动及其强度变化是影响海床平面冲淤变化的本质原因。受填海造地、兴建码头等海岸工程阻水作用的影响，外钓山岛附近海域的涨落潮流流速有所减小，挟沙能力减弱，泥沙沉积。特别是随着外钓山岛的整岛开发，其附近海域的淤积还会持续一段时间。这说明人类活动是导致外钓山岛附近海域冲淤变化的主要原因。