深圳铜鼓航道回淤特征研究

2021-05-12韩志远马定强欧阳群安

水道港口 2021年1期

韩志远，马定强，欧阳群安

(1.交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室，天津 300456；2.中交广州航道局有限公司，广州 510290)

图1 研究区域位置示意Fig.1 Sketch of study area

深圳铜鼓航道位于珠江口伶仃洋东南部铜鼓浅滩水域，是深圳西部港区出海航道的重要组成部分(见图1)。深圳西部港区位于伶仃洋南部东岸，是深圳港的航运重要组成部分，也是粤港澳大湾区内主要航运中心，现有蛇口、赤湾、东角头、妈湾、大铲湾等港区，其集装箱吞吐量占据了深圳港集装箱吞吐量的半壁江山。深圳西部港区出海航道北起蛇口港区，南至大濠岛，全长24～25 km，共分为两段，北部航段为铜鼓航道段(K7+0里程至K23+0里程)，南部航段为伶仃航道段(K7+0里程至K0+0里程)与广州港出海航道共用)。铜鼓航道段长约16 km，总体呈NNE—SSW走向，东北接深圳西部港区公共航道及龙鼓水道，西南接伶仃航道，可经伶仃航道出海。铜鼓航道现状为20万t级集装箱船单向通航航道，设计底宽270 m，设计底标高-17.5 m。

铜鼓航道所在铜鼓浅滩水域滩槽地形交错，同时受龙鼓水道、矾石水道、伶仃水道水流泥沙的影响，加上珠江下泄泥沙及外海波浪的影响，水文泥沙情况较复杂，航道回淤问题较重[1-5]。铜鼓航道作为深圳西部港区出海的主通道，研究其回淤特征及回淤机理问题是影响优化航道维护及保证通航安全的关键问题，对于推动粤港澳大湾区水上交通发展具有重要意义[6]。本研究根据深圳铜鼓航道回淤监测资料，对航道回淤分布特征进行了研究，并结合水沙环境分析，初步探讨了航道回淤机理。

1 研究区域概况

铜鼓航道所在铜鼓浅滩位于伶仃洋伶仃水道和龙鼓水道之间内伶仃岛附近，北接矾石浅滩(伶仃洋中滩)，水下地形自北向南倾斜，铜鼓浅滩水深基本小于-5 m，在内伶仃岛周边及铜鼓航道北段两侧浅滩水深则基本小于-2 m(见图2)。铜鼓航道以折线形式穿越铜鼓浅滩，K21里程以北段呈NE—SW向，K21里程以南段基本呈NNE—SSW向。

铜鼓浅滩水域潮汐属不正规半日潮性质，平均潮差约为1.2 m，属弱潮海区。铜鼓浅滩水域潮流为不规则半日潮流，涨、落潮流均属往复流，涨、落潮流主流向为N—S向。铜鼓浅滩水域主要受由大濠水道—伶仃水道水流影响，浅滩东部受龙鼓水道水流影响，两股水流存在相位差，在龙鼓岛—孖洲浅滩一线形成一个“河口峰”，阻止铜鼓浅滩泥沙向东扩散输移。铜鼓浅滩水域大潮涨、落潮段平均流速基本在0.5 m/s以下，大潮最大流速基本在1.0 m/s以下。铜鼓浅滩水域距珠江各入海口门相对较远，在伶仃洋内属于含沙量相对较低区域，平均含沙量多在0.02～0.1 kg/m3。铜鼓浅滩底质多为粘土质粉砂等细颗粒泥沙，其中值粒径约0.01 mm。

2 铜鼓航道回淤特征

2.1 铜鼓航道回淤分布

2.1.1 铜鼓航道回淤沿程分布

根据深圳港铜鼓航道2014年7月和2016年(K7～K15里程区段8月测量、K15～K23里程区段11月测量)两个年份的水深测图进行了冲淤对比分析，航道回淤平面分布及里程断面位置见图2，航道沿程断面水深对比见图3，航道沿程平均水深变化及淤强分布见图4，由图分析可知：

图2 2014～2016年航道冲淤平面分布及航道里程断面位置Fig.2 Planar distribution of scouring and siltation from 2014 to 2016 and section number along Tonggu Channel

(1)从2014～2016年的航道平面冲淤分布得出(见图2)，航道沿程冲淤平面分布呈现槽底淤积较大、边坡淤积较小的特点，边坡淤厚基本小于0.5 m，且局部区段的边坡有小幅冲刷，冲刷幅度基本小于0.5 m。航槽淤积厚度最大值出现在K21里程以北区段，其淤积厚度基本在3 m以上；K10～K15段和K19～K20里程区段的淤积厚度值也较大，其淤积厚度基本在1～3 m；K7～K9和K16～K18里程区段的回淤厚度值最小，其淤积厚度基本在0.5～2 m。

(2)从2014～2016年航道沿程断面水深变化得出(见图3)，航道两侧边坡的水深变化很小，仅个别断面比如K11和K13断面的西边坡的局部水深有所淤浅；槽底水深除K7断面变化较小外，其他各断面都出现较大幅度的淤浅，K9断面和K21断面槽底淤浅幅度呈东半部大于西半部，其它断面则呈西半部大于东半部。

3-a K73-b K93-c K11

3-d K133-e K153-f K17

3-g K193-h K21图3 铜鼓航道断面水深对比Fig.3 Depth comparison of cross-section along Tonggu Channel

(3)从2014～2016年航道槽底沿程水深变化及回淤厚度分布得出(见图4-a)，2014年槽底平均水深约为-16.2 m，至2016年11月，槽底平均水深约为-15.7～-12.6 m，槽底平均淤厚基本在0.5～3.5 m，平均淤厚约为1.8 m，槽底总回淤量约为900万m3。其中，K21里程以北区段回淤厚度超过3.0 m，K10～K15和K19～K20里程区段航道回淤厚度多在1.8～2.7 m，K7～K9和K16～K18里程区段航道回淤最小，其回淤厚度多在0.5～2 m。

(4)2014～2016年，航道沿程平均年淤强在0.2～1.5 m/a(见图4-b)，全航道平均值约为0.8 m/a，折算年回淤量约为400 万m3。从航道年淤强沿程分布看，K21里程以北区段在1.4～1.5 m/a，K10～K15和K19～K20里程区段在0.9～1.1 m/a，K7～K9和K16～K18里程区段在0.2～0.7 m/a。

(5)据铜鼓航道2014～2016年的年淤强数据和2008年1月～2009年6月建成初期的年淤强数据比较来看(见图4-b)，2008～2009年航道沿程平均年淤强基本在0.3～2.7 m/a，全段航道平均值约为1.0 m/a，其年淤强略大于2014～2016年。从年淤强航道沿程分布得出，2008～2009年K15～K19和K21～K13里程区段的年淤强均大于2014～2016年，其他区段的年淤强两个年份基本相当；2008～2009年的回淤分布规律与2014～2016年基本一致，也呈现“两峰、两谷”的沿程分布特点，但是中部峰值和谷值的出现位置略有差异。

总的来看，铜鼓航道沿程回淤分布曲线呈现“两峰、两谷”的特点，回淤主峰值位于K21里程以北，回淤次峰值位于K10～K16里程区段，两个回淤谷底值分别位于K7～K9和K17～K18里程区段。

2.1.2 铜鼓航道回淤年内变化

根据铜鼓航道竣工初期2008年1月～2009年6月不同时段的月淤强变化分析可知(见图4-c)：

(1)2008年1～5月，航道沿程月淤强在0.0～0.14 m/月，全航道平均值为0.08 m/月。2008年5～7月，航道沿程月淤强在-0.2～0.3 m/月，全航道平均值为0.02 m/月；K11里程以南航道基本呈冲刷状态，冲刷幅度约0.2 m。2008年7～9月，航道沿程月淤强在0.02～0.6 m/月，全航道平均值为0.23 m/月；2008年9月～2009年6月，航道沿程月淤强在0.0～0.18 m/月，全航道平均值为0.06 m/月。从铜鼓航道各时段月淤强看，以洪季2008年7～9月回淤强度较大，其他时段回淤强度较小。

(2)铜鼓航道各个时段的沿程回淤分布均呈现“两峰、两谷”的分布特点，回淤主峰值位于K21里程以北，回淤次峰值位于K10～K17里程区段，两个回淤谷底值分别位于K7～K9和K16～K18里程区段。

4-a 2014～2016年航道沿程水深及淤厚分布4-b 航道不同时段淤强对比4-c 2008～2009年航道淤强季节变化图4 铜鼓航道沿程断面回淤分布Fig.4 Back siltation along Tonggu Channel in different periods

2.2 铜鼓航道回淤物特征

据2015年铜鼓航道及两侧滩面底质取样结果[7]：铜鼓航道回淤物的底质类型主要为粉砂质粘土和粘土质粉砂，其中值粒径在0.004～0.01 mm，航槽沿程差异不明显。铜鼓航道两侧浅滩水域的底质类型主要为粘土质粉砂、粉砂质粘土和砂-粉砂-粘土，其中值粒径基本在0.004～0.015 mm。另据2009年铜鼓航道沿程底质取样结果：航道回淤物的底质类型主要为粘土质粉砂和砂-粉砂-粘土，其中值粒径在0.008～0.013 mm，航槽沿程差异不大。

铜鼓浅滩水域的悬沙粒径在0.006～0.008 mm，平均值为0.007 mm，悬沙物质成分为粘土质粉砂[7]。铜鼓航道回淤物质与悬沙物质差异不大。

总的来看，铜鼓航道底质类型以细颗粒的粘土质沉积物为主，其中值粒径多小于0.015 mm，且航槽内回淤物质与悬沙物质差异不大，说明航槽回淤形式应以悬沙落淤为主。航槽内回淤物质与航道两侧滩面底质差异也不大，这说明航道两侧滩面泥沙与悬沙之间存在水沙交换，也是航道泥沙回淤的主要来源之一。

3 讨论

3.1 滩槽地貌条件对航道回淤的影响

铜鼓航道所在铜鼓浅滩位于伶仃洋伶仃水道和龙鼓水道之间，水深基本小于-5 m，滩面泥沙较细，在波流作用下较易起动搬运；同时，铜鼓浅滩北接矾石浅滩(伶仃洋中滩)，是虎门下泄输沙向南输送的主通道，这都为铜鼓航道回淤提供了泥沙来源。同时铜鼓浅滩水域处于伶仃洋南部湾口附近，较易受外海传入波浪的影响，因此浅滩上的波浪掀沙作用也相对较强。由于铜鼓航道开挖水深多在10 m以上，航道走向与水流主流向夹角达30°～60°，因此浅滩泥沙在随涨、落潮水流经过铜鼓航道时较易落淤。

铜鼓浅滩同时受大濠水道—伶仃水道水流和龙鼓水道水流的影响，两股水流相互顶托在铜鼓浅滩东部的龙鼓岛—孖洲浅滩一线形成一个“河口峰”，该“河口峰”阻止了伶仃洋中滩及铜鼓浅滩泥沙随落潮水流继续向东扩散输移，并在峰前(铜鼓浅滩东部)形成有利于悬沙落淤的沉积环境[8]，铜鼓浅滩东部浅滩水深多小于-2 m，且龙鼓水道西边坡水深很陡即是明证。铜鼓航道回淤最重的区段位于K21段以北区段，该区段位于铜鼓浅滩东部边缘最浅的区域，K21段以北段航道回淤最重与该浅滩泥沙易于落淤有关。

伶仃洋中滩水沙在向南输移过程中，除了部分受龙鼓水道水流顶托部分在铜鼓浅滩东部落淤外，主要沿内伶仃岛两侧向南经大濠水道向外海输移。内伶仃岛西侧水沙主要经伶仃水道向南输移，对铜鼓航道的影响较小，内伶仃岛东侧水沙经铜鼓浅滩向南输移，这股水流向南输移过程中受到西侧伶仃水道水流的挤压及南侧大濠水道底部上溯流的顶托，在内伶仃岛南侧缓慢沉积形成舌状浅滩[9]，内伶仃岛南侧浅滩-2 m和-5 m等深线呈舌状向南延伸，说明该浅滩有淤积南延趋势。铜鼓航道中段回淤次峰值区位于内伶仃岛南侧舌状浅滩区域，因此该段航道回淤相对较大与该舌状浅滩泥沙受伶仃水道水流及大濠水道水流挤压顶托易于落淤有关。

3.2 洪水和台风对航道回淤的影响

珠江口共有八大入海口门，伶仃洋汇聚了八大口门中的虎门、蕉门、洪奇沥和横门等4个口门(东四门)，其接纳了珠江径流量和输沙量的61%和54%[6]。珠江流域的洪季为4～9月，洪季径流量占全年的70%以上，洪季输沙量占全年的90%以上。珠江流域的洪水一般发生在6～8月，珠江洪水具有峰高、量大、持续时间长等特点。由于洪季特别是洪水期珠江下泄径流和输沙量都明显增大，因此会导致整个伶仃洋内的含沙量都有所增高。洪季伶仃洋东槽、中滩水沙经铜鼓浅滩向南输送，铜鼓浅滩水域的含沙量也会有所增大，从而增加了铜鼓航道回淤的泥沙来源。

铜鼓海域所在珠江口海区为台风或热带气旋影响频繁地区，每年5～12月都可能会受台风影响，但集中于7～9月。比如2008年8月22日台风“鹦鹉”(Nuri)过境铜鼓浅滩水域时风力达11级，台风影响期间较大风浪会引起浅滩泥沙起悬量增加，进而也会增大航道回淤。因此，铜鼓航道2008年7～9月航道回淤相对较大，除了与洪季上游来沙量大有关外，也与这期间台风的影响有一定关系。