珠海港高栏港区进港航道回淤分析

殷振东,李王红

(1.珠海港开发建设有限公司，广东 珠海 519050；2.中交水运规划设计院深圳有限公司，广东 深圳 518000)

在珠海港高栏港区，由于水域水深较小，进港航道多通过开挖海床而形成。目前主要航道包括高栏港进港主航道、华联支航道、电厂支航道、国码支航道、岩谷九丰支航道等，地理位置及航道布置分别见图1[1]、2。

随着珠海港高栏港区的飞速发展,2008年以后，进港主航道及电厂支航道进行了多次扩建，从而形成长约16 km的高栏港区10万吨级进港航道(表1)[2]。

表1 2008年以后珠海港高栏港区航道扩建概况

注：以理论最低潮面为基面。

图1 高栏港区航道地理位置

图2 10万吨级航道布置

高栏港区的码头与航道多数始建于20世纪90年代，已运行多年。在港口运行过程中，港池和航道的回淤问题逐渐显现，影响到港船舶进港航行。因此，有必要开展航道回淤分析，为高栏港区疏浚维护以及未来航道等级的提升提供技术支撑。

1 海床演变

黄茅海是在古珠江溺谷湾的基础上，在径流、潮流和风浪动力的长期塑造过程中，泥沙不断堆积和三角洲不断发育慢慢形成的[3]。

1861年，黄茅海的“三滩两槽”格局尚未形成，崖门和虎跳门两水道汇流后，口门外有一大片浅滩，大虎、二虎、三虎尚未与陆地相连，仍为海湾中的孤立岛屿，直至1936年，黄茅海的三滩两槽格局才基本形成。崖门和虎跳门的径流水沙下泄，使东岸和西北侧大面积浅滩不断淤高，迫使水流归槽，形成东槽上段崖门落潮冲刷槽；由于虎跳门口门狭小，其潮流作用相对较弱，而崖门潮流作用则相对较强，落潮主流循崖门水道方向下泄，从而使深槽逐渐东移；在拦门沙外坡，在强大的潮流动力作用下，形成东、西2条涨潮沟，因而在其东、西两侧及中间形成东、西滩和中滩。1883—1964年，由于虎跳门和崖门携带的泥沙不断在黄茅海堆积，拦门沙不断发展，使西槽向南退缩，呈萎缩趋势，深槽宽度逐渐减小，中滩面积则不断扩大(图3)。1964—1989年，东槽相对稳定，赤鼻浅滩和黄茅浅滩在滩顶位置上、下有所变化，西槽则不断向南退缩，中滩相应地有所扩大，仍基本维持三滩两槽的地貌格局。

图3 1883—1964年黄茅海地形对比

根据1977、1989、2003年黄茅海水域3次水下地形图，对1977—2003年黄茅海水域地形冲淤变化进行分析。各滩槽分区平均冲淤厚度变化见表2，各滩槽分区冲淤强度变化见表3(表中正号为淤积，负号为冲刷)[4]。

由表2、3可知：在1977—1989年的12年间，崖门深槽中上段淤积，淤积厚度在0.0～1.0 m之间；下段冲刷，冲刷深度0.5～2.0 m；东滩以淤积为主，淤积厚度0.0～0.91 m，平均淤积强度0.0～7.58 cm/a，其中上部平均淤积强度4.72 cm/a，中部淤积强度7.58 cm/a，下部淤积强度3.42 cm/a；拦门浅滩西侧和内坡冲淤变化不大，滩顶和外坡以淤积为主，厚度0.0～0.2 m，平均淤积厚度为0.04 m，平均淤积强度为0.33 cm/a。

在1989—2003年的14年间，崖门深槽冲刷明显[5]，水深加深0.0～3.0 m，局部大于3.0 m；东滩由淤转冲，冲刷深度0.0～2.0 m，其中上部平均冲刷速率2.07 cm/a，中部平均冲刷速率0.86 cm/a，下部产生淤积，淤积强度为0.86 cm/a。说明主槽冲刷有向东发展的趋势；拦门沙浅滩仍以淤积为主，但淤积幅度较小，内坡、滩顶及外坡淤积0.0～0.2 m，局部大于0.2 m，平均淤厚0.09 m，淤积强度为0.64 cm/a；西侧淤积0.0～0.2 m。

高栏港航道位于黄茅海东南部的四岛间十字水域附近。从海床的冲淤变化看，该区域处于淤积状态，1977—1989年间平均淤积强度约3.42 cm/a，1989—2003年间淤积强度减弱，平均约0.86 cm/a[6]。总体来看，区域自然条件下平均淤积强度较小。

表2 黄茅海1977—2003年冲淤厚度变化 m

表3 黄茅海1977—2003年冲淤强度变化 cm/a

2 高栏港区航道泥沙来源分析

2.1 上游来水来沙影响

黄茅海承接崖门水道及虎跳门水道下泄的径流。崖门水道承泄西江部分水流及潭江径流，其控制站黄冲站的多年平均年径流量为196亿m3，其中约1/3来自于潭江径流[7]；虎跳门水道承泄部分西江径流，其控制站西炮台站多年平均年径流量为202亿m3。2条水道汇入黄茅海的多年平均年径流量为398亿m3。

据珠江西四口门1950—1980年资料统计，多年平均输沙量约为3 709万t，西四口门的磨刀门、虎跳门、鸡啼门、崖门分别为2341、509、469、363万t，所以进入黄茅海水域的沙量为872万t[8]。

20世纪90年代以来，受人类活动等因素的影响，西、北江分汊口及网河区水道水沙分配比发生改变，并引起出海口门的输水、输沙量分配发生变化。现状(1985—2000年)条件下，西四口门的年平均径流量为1 277亿m3，比80年代以前(1950—1980年)的1 518亿m3减少了241亿m3，西四口门的平均输沙量约为3 036万t，比80年代以前减少9.1%，其中虎跳门水道和崖门输沙量减少约2.7%。

2.2 外海潮汐潮流的影响

在珠江河口八大口门中，黄茅海是径流动力较弱、潮流动力较强的河口海湾。表4列出黄茅海崖门水道黄冲站与虎跳门水道西炮台站多年平均潮量特征值及其年内分配情况。由表4可见，就多年平均涨落潮量而言，崖门与虎跳门的净泄量相接近，但崖门涨潮量是虎跳门的11.2倍，占两口门总涨潮量的92%；落潮量崖门是虎跳门的3.2倍，占两门的总落潮量的76%。表明崖门潮汐动力远大于虎跳门。在多年平均山潮比方面，崖门为0.24，即净泄量只占涨潮量的24%；而虎跳门为3.43，即净泄量是涨潮量的3.43倍。表明崖门是以潮流动力作用为主的口门，而虎跳门是以径流动力作用为主的河口。两口门均遵循洪季山潮比大、枯季山潮比小的规律，具有潮量洪季小、枯季大的特点。但崖门全年山潮比均小于1，表明崖门即使在洪季潮流作用仍然占优势，而虎跳门洪季受径流控制，枯季潮流作用较强。

黄茅海湾内潮汐均属不规则半日混合潮型，在一个太阴日内出现2次高潮和2次低潮，日潮不等现象显著。潮汐有滞后现象，大潮出现于朔、望之后1～2 d，小潮出现于上、下弦之后1～2 d。

表4 黄冲、西炮台站多年平均潮量特征值

2.3 波浪掀沙影响

黄茅海面向南海，外海波浪对其有一定的影响。根据湾口荷包岛波浪测站为期1年(1981年10月—1982年9月)的观测成果可知，黄茅海外海波浪多为以风浪为主的混合浪。波浪方向全年以SE向为主，频率占50.72%，其次为NE向，频率为12.3%。强浪向为SE向，该向H1/10> 1.5 m，出现频率为6.33%。

受黄茅海湾口岛群的阻挡，外海波浪在向湾内传播的过程中逐渐减小。由于岛群的走向为NE～SW向，偏南向(SE、S、SW)波浪对湾内影响较大。其中出现频率较高SE和S向的年平均波高Hm=0.56 m，H1/10=1.12 m，H1/3=0.9 m，平均波周期为5.1 s。

除了外海涌浪外，在强风作用下，湾内水域会形成风浪。但由于风距小，加上湾内岸线曲折，水深较小，难以形成大浪。

浅水区波浪可以掀起很高的含沙量,波高愈大掀沙能力愈强,破波掀沙能力更大。深水区波浪掀沙能力显著减小,因而有滩地掀起的泥沙被潮流带入主槽，会使主槽发生淤积,即波浪具有刷滩淤槽的功能。大风天浪高风大,刷滩作用剧烈,滩区会形成很高的含沙量,在潮流的作用下高浊度混水遍及整个海区,主槽(深水区)波浪掀沙能力骤降,发生骤淤。

3 高栏港区航道回淤分析

3.1 年均回淤组成

图4a)给出1999—2012年间主航道OM段以及电厂支航道的平均底高程变化过程。其中,1999年6月—2000年12月，航道泥沙回淤明显，航道底高程由-15.3 m抬高至-13 m左右，到2003年航道底高程基本接近-11 m；当航道底高程接近-11 m时，底高程迅速下降，表明此时段内航道进行疏浚维护；2003—2008年，主航道底高程与电厂支航道底高程基本维持在-12 m左右。如图4b)所示，2008—2012年，主航道疏浚量增加，航道底高程维持在-15 m左右，电厂支航道底高程维持在-12 m左右；2013年主航道底高程疏浚至-15.5 m，电厂支航道底高程疏浚至-14 m[9]。

图4 高栏港区航道平均底高程变化

图5给出由底高程变化计算所得的月平均淤积强度变化。

注：正值表示某次测图与之前一次测图之间航道出现淤积，负值表示航道出现冲刷。

图5高栏港区航道月平均冲淤速度变化

由图5可知，主航道冲刷与疏浚对应，人为影响较大。在2000年6月以前，航道高程较低时(约-15.3 m)，回淤速率保持在较高的水平，主航道OM段平均淤积强度达0.15 m/月，电厂支航道为0.10 m/月；随着回淤量的累积，航道底高程抬高，淤积强度明显下降，其中，2000年6月—2002年6月这两年间，平均淤积强度仅为0.07 m/月；此后，淤积强度曲线出现多次波动，向下波动的原因是人工疏浚导致航槽高程下降，向上波动表明该时段内航道淤积强度加快，此时淤积强度均超过0.15 m/月；2条航道出现淤积强度增大的时间基本同步，均出现在黄茅海区域台风多发季节，可以推测这种淤积加快是台风引起的航道骤淤所导致的；在无台风及疏浚影响期间，主航道OM段和电厂支航道的月平均淤积强度均小于0.1 m/月，且变化幅度不大。可见，高栏港区航道淤积由常年淤积和台风骤淤2部分组成。

3.2 常年淤积

根据实测航道地形资料，若将台风影响的时段加以扣除后进行统计分析，得出不受台风影响时期的总淤积厚度与总月数，从而可计算常年淤积强度，但由于台风均发生于汛期，在计算时期中，枯水期所占月数较多时，所得的常年回淤强度偏小。根据实测资料分析，枯水期多年平均淤积强度约为汛期淤积强度的1/3，也即枯水期2个月的淤积强度相当于汛期一个月的淤积强度[10]。因而根据统计时期的汛期与枯水期的月数和总淤积厚度，按上述比例关系，分别计算枯水期与汛期的淤积强度，从而可得正常年回淤强度。经资料分析可知，高栏港区主航道正常淤积强度约为1.04 m/a。

3.3 骤淤

根据气象资料分析，对黄茅海水域有明显影响的台风平均每年有1～3个。表5给出2002—2012年间影响黄茅海区域的主要台风名称以及对应时段高栏港区骤淤情况。

受台风作用影响，港池与航道区域出现骤淤，此处将台风影响期间港区总回淤厚度减去该时段的常年淤积厚度，得到该时段的骤淤厚度。从2002—2012年间高栏港区受台风影响，平均每年出现1～2次航道骤淤，骤淤厚度一般为0.09～0.99 m，其中最大的骤淤厚度为0.99 m，出现在台风“伊布都”期间的主航道OM段，骤淤量一般为常年淤积量的30%～50%。

表5 骤淤厚度 m

骤淤量的大小和分布与台风路径及强度有关。图6为2个典型台风的路径图。从图6可以看出，“伊布都”强度更大、持续时间更长，其台风中心距离黄茅海较近的时段(2003年7月23—25日)一直保持强热带风暴以上的强度，所以对高栏港航道的骤淤影响特别大；相比之下，“黑格比”虽然影响路径基本一致，但强度小且持续时间较短，因此引起的骤淤量明显小于前者。

图6 典型台风路径

4 结语

1)高栏港所在的十字水域海床近年来处于淤积状态，1977—1989年平均淤积强度为3.42 cm/a；1989—2003年间，淤积减缓，约为0.86 cm/a。

2)高栏港区航道年淤积量由常年淤积和台风骤淤两部分组成。

3)根据常年淤积的数据，2008年以前，主航道MB段、OM段和电厂支航道的常年平均淤积强度分别为0.51～0.60、0.87～1.02、0.54～0.60 m/a；2008年以后，随着航道扩建，主航道MB段淤积强度增大，为0.93～0.99 m/a，电厂支航道淤积强度减弱，为0.36～0.42 m/a。

4)高栏港区航道每年发生明显骤淤1～2次，骤淤量一般为常年淤积量的30%～50%，骤淤引起的平均淤积厚度为0.32～0.60 m，骤淤量的大小和分布与台风路径及强度有关。