台风对乐清湾进港航道淤积的影响分析

2021-08-24范武雷

水道港口 2021年3期

范武雷，陆伟

(1.温州市港航管理中心，温州 325088；2.天津水运工程勘察设计院有限公司天津市水运工程测绘技术重点实验室，天津 300456)

台风往往会对浅水水域的潮汐增减水、海底泥沙运动平衡等将造成较大影响，将在一定时期内影响海底泥沙运动平衡，造成海底在短时间内严重淤积。台风引起淤积现象时有发生，一直是工程泥沙问题研究的难点[1]。

乐清湾是浙江台州和温州的重要港口水域[2]。乐清湾进港航道于2013年8月建设完成，起自乐清湾港外候潮锚地，终至温州的乐清湾南港区，航道全长约45.5 km，规模为10万t级散货船单向乘潮通航，并满足5万t级集装箱船双向乘潮通航[3]。本次研究段位于鹿西岛东侧，全长约11.6 km，起终点分别距鹿西岛约3 km、14.6 km，为乐清湾进港航道的主要浅段，是航道疏浚养护的主要范围，维护量约占整个进港航道的70%以上。其位置如图1所示。航道研究段疏浚底宽222 m，设计通航水深12.6 m[3]，航道边坡外侧平坦区域水深11～13 m，航道挖槽深度0～2 m不等，表层底质以粘土质粉砂(YT)为主，中值粒径0.003～0.021 mm，平均0.007 5 mm。已有研究表明，航道所在海域泥沙冲淤基本为悬沙的落淤及再悬浮，没有大范围的海床冲刷及淤积，水体含沙量较小，开敞水域含沙量为0.11～0.23 kg/m3[4]，海床冲淤亦很小[5]，但温州海区易受台风影响[6-8]，台风对含沙量变化也有较大影响[9]。航道建设前的数模计算表明，风速大于20 m/s情况下3 d淤积厚度为0.06～0.13 m[7]。

图1 航道研究段平面位置布局Fig.1 Location of study section

相关研究表明，台风对航道回淤会造成一定的影响[10]，影响程度与台风的风力等级和路径有关，通常情况下，台风风力等级越高，掀起的浅滩泥沙越多，水体含沙量越大，故航道回淤越大[11-13]。乐清湾航道建成以来多次开展水深监测，积累丰富实测数据。为了解台风对乐清湾进港航道的淤积影响，服务于航道养护计划的制订与实施。收集了2013～2020年历次航道水深监测结果以及同期的台风强度与影响范围相关资料，对乐清湾进港航道研究段的淤积情况进行了详细统计。其中2013～2020年，开展了两次维护性疏浚，历时分别为2015年9月～11月、2019年10月～2020年4月，疏浚历时段未予以淤积分析。

1.1 历次水深监测结果

2013年9月～2020年10月乐清湾进港航道研究段共开展了24期水深监测，所有数据均来自各期的水深监测报告或成果图纸。除2013年9月、2018年7月30日两期为多波束扫测之外，其余均采用单波束水深测量，深度基准面均为当地理论最低潮面。根据收集的数据与图纸，采用南方CASS软件以三角网DTM法或断面法计算了航道槽内的平均水深见表1。

表1 乐清湾进港航道研究段历次水深监测平均水深Tab.1 Average water depth of previous times of the Yueqing Bay m

1.2 同期台风信息

为分析台风对航道淤积的影响，在“台风路径实时发布系统(typhoon.zjwater.gov.cn)”网站上查询了上述24期测量期间的所有台风信息。该系统所查询的台风信息明确列出了7级半径与10级半径，以及台风中心的运行轨迹，据此可以在地图上直接确定研究的航道段距台风中心的距离，以及是否位于7级半径或10级半径。

经统计，2013年至今7级半径覆盖乐清湾进港航道研究段的台风共计12次，其中10级半径覆盖或接近该研究段的台风有6次，分别为“201323菲特”、“201509灿鸿”、“201808玛莉亚”、“201909利奇马”、“201918米娜”、“202004黑格比”。台风最近点距离航道研究段及风圈半径信息见表2。

表2 2013～2020年7级风圈覆盖乐清湾进港航道研究段的主要台风信息列表Tab.2 List of main Typhoon Information in the study section covered by level 7 wind circle (2013～2020年)

2 台风对航道淤积的总体影响

以历次平均水深及测量时间为依据，计算了各月份的平均淤积厚度如图2。计算时，当测量数据时间跨度超过1个月时，如期间未有台风，按月计算平均值；如期间有台风，非台风所在月份参考之前月份数值，阶段累计淤积减去非台风月份的淤积当作台风当月的淤积。其中2015年8月～2015年12月、2019年10月～2020年4月为航道养护疏浚期，未进行淤积计算。

图2 月均淤积厚度柱状图(2013-10～2020-10)Fig.2 Histogram of monthly average sedimentation (2013-10～2020-10)

统计表明，根据目前台风7级半径、10级半径分类(其他风级及细节特征因缺少详细数据不予统计分析)，台风7级及以下风圈半径覆盖情况下基本不会对该航道造成较大淤积，此类情况下，月平均淤积厚度最大0.07 m，平均约0.03～0.04 m，计算年均淤积厚度约0.36～0.48 m，这与同海域温州深水航道泥沙模型研究表明的年淤强介于0.0～0.62 m/a[14]基本吻合。台风10级及以上风圈半径覆盖情况下可能将造成航道在大风期出现相对较大淤积，淤积厚度均超过0.1 m，明显超过非台风影响下淤积厚度，其中利奇马和黑格比影响最大，淤积厚度约0.4 m，同样与温州深水航道泥沙模型研究表明的“东向50 a一遇大浪作用3 d风后的条件下，外海航段骤淤强度在0. 50 m以内”[11]基本吻合。

3 “玛莉亚”台风期航道淤积特点

3.1 台风期水深与底泥跟踪监测

“玛莉亚”是近年来影响该航道区域较为典型的强台风之一。“玛莉亚”于2018年7月11日从福建连江登陆，严重影响到乐清湾进港航道所在海域，当地最大风力达14级。为了解本次台风对乐清湾航道的淤积影响，在台风后开展了3次水深跟踪监测及1次海底密度剖面测量(见表3)。

表3 台风“玛莉亚”跟踪监测时间与内容Tab.3 Monitoring time and content after typhoon Maria

台风后18 d的底泥密度剖面监测点位位于航道中心线附近，共计7个站位，1#～7#站顺航道中心线自西向东基本均匀分布于航道研究段。密度监测采用音叉振动密度计。

3.2 跟踪监测结果

对台风“玛莉亚”前后几次的测量数据进行平均水深计算并绘制了过程曲线如图3。台风后3 d平均水深相比前一期测量有较大幅度减小，平均水深仅11.65 m，相比2018年4月台风前浅了0.36 m，台风后14 d、18 d平均水深有所回升，分别为11.76 m、11.79 m。

图3 台风“玛莉亚”前后水深监测平均水深过程曲线Fig.3 Curve of average water depth before and after typhoon Maria

根据各期水深监测数据绘制了航道区域数字地形模型DTM，并以各期DTM的差值为数据源，绘制了航道冲刷与淤积的演变图进行对比。相比台风前，台风后18 d时研究段东部区域呈现出冲刷态势，冲刷幅度最大0.3～0.4 m，中部区域呈现出较大幅度的淤积，最大淤积厚度近1 m；而相比台风后14 d，台风后18 d时，除中部区域外出现一定的变深外，其余均呈现少量的变浅。结合后述的密度剖面空间分布特征，初步分析与泥沙沉积和密实有关。

监测的密度剖面曲线表明底部泥水分界处水体密度约1 035 kg/m3，最大探测密度1 660 kg/m3，自泥面往下底泥明显密度分界为1 440 kg/m3，统计了各站1 035～1 440 kg/m3、1 440～1 660 kg/m3区间的泥层厚度如图4。

图4 台风“玛莉亚”后18 d泥层厚度Fig.4 Silt thickness 18 days after typhoon Maria

统计表明航道研究段密度1 035～1 440 kg/m3的泥层最大厚度为0.25 m，平均厚度为0.16 m；密度1 440～1 660 kg/m3的泥层最大厚度为0.55 m，平均厚度为0.27 m。探测泥层厚度均呈现东西两端薄、中间厚特征，与台风前后水深监测反映的两端淤积较少、中部淤积大的空间分布特征总体趋势一致，可初步判断本次淤积的底泥为台风影响造成。