盘锦红海滩国家风景廊道海域潮沟规划研究

李忱庚 信 亮 王 良

(1.辽宁省河库管理服务中心(辽宁省水文局)，辽宁 沈阳 110003；2.辽宁汇邦设计咨询有限公司，辽宁 沈阳 110003)

1 规划背景

受长期辽河水流挟沙和淤积演变影响，辽河口形成了大范围的生态湿地。由于其独特的纬度和气候条件，形成了世界最大的翅碱蓬群落，呈现盘锦红海滩景观。近30年来,受自然环境变化、人为活动尤其是河口开发建设等影响，辽河口翅碱蓬湿地面积大幅度衰减，导致湿地萎缩、水环境被破坏、生物多样性减少、生态调节能力降低等问题突出，首要表现为翅碱蓬植被逐年退化，红海滩面积萎缩。

河口湿地作为海陆交汇地带，受潮汐作用影响，在潮间带上发育有尺度不一的潮沟，其海陆相互作用活跃，是潮滩和外海间的物质交换通道，对潮水分配、沉积物供应、有机物和水体交换起着重要作用。因此，潮沟的分布与形态对潮滩演变、生态环境变化和植被空间分布起着重要作用。根据近岸海域的潮沟形成机理，使用近海水动力模型对风景廊道海域的天然潮沟进行扩展，可增强区域的海陆交互作用，延长潮水停留时间，促进翅碱蓬等植被自然恢复。

2 区域现状

盘锦红海滩国家风景廊道潮滩位于辽东湾辽河口东岸，为典型的半日潮，周期为12.5h。该区域为狭长形，长约20km，宽度在400～1800m间，见图1。该区域分布有大量垂直于岸线且呈现树枝状、平行状等平面形态结构的潮沟，多集中在潮间带，因溯源侵蚀可偶尔至潮上带。由于滩面水动力和泥沙搬运条件发生改变，潮滩沉积特征和地貌形态也发生变化，从而影响潮沟系统发育带来的输水、输沙、输盐功能的改变，最终影响翅碱蓬、芦苇等植被的分布与扩张。为方便研究，将风景廊道海域自南向北大致分为3个潮沟规划区域，即情人岛海域、油田3号站海域和渔业公司海域，见图1。

图1 风景廊道海域潮沟规划区域(A.情人岛海域；B油田3号站海域；C.渔业公司海域)

如图2所示，情人岛海域宽阔，沿公路南侧有一较大潮沟，其水体主要来自于混江沟。该潮沟南侧为高潮滩，一般潮位下潮水无法到达。在情人岛潮滩附近，靠海侧没有潮沟，潮水主要通过大潮期的高潮位进入该片潮滩。因此，建议将情人岛附近海域在南北向进行潮沟规划，使海水通过规划的潮沟和东西向的大潮沟贯通，加强该区域的水系交换。

图2 情人岛海域潮沟现状

如图3所示，油田3号站附近海域潮沟呈树状，基本按东西走向分布，其中3条宽度较大，约5～15m。有2个较大潮沟汇合后一直向东延伸，靠近公路后分汊转向南北，形成南北向潮沟，宽约13m。该潮沟西侧为高潮滩，一般潮位下潮水无法到达。其余东西向潮沟和南北向大潮沟未实现贯通，水系交换受阻。

图3 油田3号站海域潮沟现状

如图4所示，渔业公司海域潮沟较多，基本按东西走向分布，潮沟宽度为2～4m。一条较大潮沟自西向东延伸靠近公路后向北延伸，宽约8m，其西侧为高潮滩，一般潮位下潮水无法到达。由于该海域东西向潮沟和南北向潮沟没有贯通，使得潮水被高潮滩隔绝。

图4 渔业公司海域潮沟现状

3 潮沟规划与水动力学验证

3.1 潮沟规划

以情人岛海域为例，自西至东规划5条潮沟，其中潮沟4为潮沟3的分汊。该海域近海侧有一较宽潮沟，宽度近20.0m，底部高程为0.306m，下游连通混江沟，各规划潮沟的下边界起始点均为该潮沟，将潮水引入潮滩并与既有潮沟相连。各规划潮沟采用梯形断面，底部宽度3.5m，上部宽度4.0～5.0m，底高程与外海开边界处潮沟地形高程保持一致，为0.3m。潮沟规划的平面布置见图5。

图5 情人岛海域5条潮沟规划

3.2 水动力学验证原理

采用MIKE 21 FM平面二维自由表面流模型进行水动力学验证，模型采用ADI交替方向隐式法进行数值计算，在得到的稳定潮汐流场上补充风应力项并加入潮汐边界条件，进行浪、潮联合作用下的数值模拟，在某一时间步计算耦合水位流速，叠加未扰动水深，进行下一时间步波浪场的数值模拟，将计算得到的波要素用于计算底应力，将底应力加入浪、潮耦合计算后，得到新的水位流速，最终得到波、流相互作用下底应力影响的浪、潮联合作用下的水位和流场。控制方程组如下：

(1)

(2)

(3)

h=η+d

(4)

Tij为应力项，包括底部应力和风应力等。

(5)

(6)

(7)

3.3 规划潮沟水动力验证

为验证规划潮沟对海滩水动力的改善效果，需要对现状海域海滩和规划潮沟实施后的海滩进行水动力验证对比。

3.3.1 现状情人岛海域潮滩水动力计算

对规划前情人岛海域的水动力进行计算，该区域的地形和计算网格见图6。采用小潮和大潮潮位作为边界条件，开边界选取在南侧和东侧的部分区域。涨潮初期，潮水来自东面和南面方向，此后流向基本不变。如图7所示，当潮位较小时，在地形较低的区域有潮水通过，在地形较高的区域潮水无法到达。在潮滩上，从低潮滩到高潮滩潮流流速逐渐减小。以最高水位作为涨落潮的分界点，受涨潮优势流控制，潮水无法到达情人岛西侧的潮滩(高程不小于1.6m)。如图8所示朔望大潮期的高潮位时，潮水能完全淹没情人岛西侧较高的潮滩，但历时较短，影响了该区域盐水的补充。

图7 情人岛海域流速矢量图(小潮期)

图8 情人岛海域流速矢量图(大潮期)

3.3.2 情人岛海域规划潮沟实施后水动力计算

为精密计算规划后潮沟的水体交换过程，对潮沟内进行网格加密。首先对规划潮沟1、潮沟2进行验证，计算网格见图9，小、大潮期涨潮时流场分别见图10、图11。

图9 情人岛海域规划潮沟1、2计算网格

图10 情人岛海域潮沟1、2流场图(小潮期涨潮时)

图11 情人岛海域潮沟1、2流场图(大潮期涨潮时)

计算结果表明，规划潮沟在小潮期可确保潮水进入情人岛西侧的潮滩；在大潮期潮位较高时，除潮沟外，潮水还可通过潮滩进入情人岛西侧的潮滩，但历时较短。通过规划潮沟1和潮沟2，当潮水潮位高于规划潮沟底部高程时，潮水均可以进入该潮滩，增加潮汐进入翅碱蓬湿地的频率和时间，在某些风力的作用下，可使潮水漫入翅碱蓬湿地区，保持该潮滩的水盐平衡。

采用同样方法，对潮沟3至潮沟5进行验证。在初始规划中采用潮沟4将潮沟3和潮沟5进行东西向连通，使潮沟4能够同时引入两侧潮水，通过计算发现潮水从两头进入使水体相向流动流速降低，进而导致潮沟4出现泥沙沉积。因此，将潮沟4作为潮沟3的分汊，采用树枝状结构设计，使低潮时上涨的潮水能够顺利进入该部分潮滩，形成周期性的淹没。潮沟3至潮沟5大潮期涨潮时流场见图12。

图12 情人岛海域潮沟3～潮沟5流场图(大潮期涨潮时)

3.4 其余海域潮沟规划与验证

油田3号站海域和渔业公司海域潮沟规划见图13、图14。

图13 油田3号站海域潮沟6～潮沟8规划

图14 渔业公司海域潮沟9～潮沟11规划

油田3号站海域由南至北分别规划潮沟6～潮沟8，其中潮沟6将其相连主潮沟内潮水引入北侧潮滩，潮沟7和南北向潮沟贯通，潮沟采用梯形断面，底宽2.0m，上宽3.5m；潮沟8附近区域无自然潮沟且控制面积较大，故规划潮沟断面较大，底宽3.5m，上宽5.0m，实施中注重与现状各小规模潮沟连接，形成树状结构覆盖潮滩。各规划潮沟底部高程与连接的潮沟地形高程保持一致，约-0.1m。

渔业公司海域规划潮沟主要起到贯通东西向和南北向潮沟的作用，使潮水能够在低潮位期间进入地形较高的潮滩区域，由南至北分别规划潮沟9～潮沟11，各潮沟采用梯形断面，底宽2.0m，上宽3.0m，底高程和外海开边界处潮沟地形高程保持一致，为-0.1m。

3.5 工程量估计

各规划潮沟长度及挖方量估算见表1，具体设计时可能随海域潮滩、潮沟演进变化现状进行调整。

表1 规划潮沟长度及土方开挖量估算

4 结 语

盘锦辽河口湿地自然条件独特，除景观功能外，湿地上分布的大规模翅碱蓬、芦苇植被对该海域潮滩环境生态起着重要作用。通过对该区域潮滩、潮沟进行水动力学分析，得出隔绝海域水体交换的主要问题，合理规划潮沟并进行水动力学验证，为了解辽河口湿地红海滩的水动力特性提供了基础，为解决湿地萎缩、植被退化问题提供了依据。

本研究尚存在一些不足，扩展潮沟、增强区域海陆交互作用、延长潮水停留时间，是促进翅碱蓬等植被自然恢复的措施，其效果展现过程较慢、恢复能力较差，下一步应当开展人工干预促进恢复方面的研究，为严重退化的河口湿地恢复提供技术支撑。