广州港南沙港区水文泥沙条件及回淤分析
- 格式:docx
- 大小:45.18 KB
- 文档页数:12
广州港南沙港区水文泥沙条件及回淤分析
徐润刚;黎维祥;王科华
【摘 要】Based on the historical hydrologic data, observation data and
related research achievement of Nansha Port, Guangzhou, we analyze
synthetically the hydrological silt condition and sediment environment,
based on which, we discuss the fitness of the sediment equation in this
port, and achieve the characteristics of sediment in Nansha Port.%根据广州港南沙港区的历史水文资料、近年的多次水沙实测资料和相关科研成果,时南沙港区的水文泥沙条件和工程后的泥沙回淤进行全面的分析研究.综合分析工程水域的水文泥沙条件和泥沙沉积环境,探讨了泥沙淤积经验公式在本港区的适应性,初步得到了南沙港区泥沙回淤的特性.
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2009(000)007
【总页数】7页(P29-35)
【关键词】水文泥沙条件;泥沙沉积环境;回淤强度
【作 者】徐润刚;黎维祥;王科华
【作者单位】中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广东,广州,510230;中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广东,广州,510230;中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广东,广州,510230
【正文语种】中 文 【中图分类】TV142
南沙港区位于珠江口伶仃洋喇叭湾西北部湾顶,龙穴岛围垦陆域的东侧岸线。其北侧为凫洲水道,西侧为龙穴南水道,上游为虎门口的川鼻水道,下游为通向外海的伶仃水道。南沙港区规划发展成为一个集大型集装箱、大宗散货、大型油品码头和修造船为一体的综合性港区[1](图1)。目前已建或再建的工程包括南沙港一、二期工程(10个5万吨级集装箱泊位)和中船龙穴岛造船基地工程。
该港区的天然水深仅在0~-3 m之间,-2 m和-5 m等深线离岸距离分别为700
m和1 000 m,水深条件并不十分理想。在如此的浅滩上开挖超过10 m多深的港池航道,泥沙淤积自然就会成为人们关注的焦点。从2000年初开始建港至今的9年时间里,港务局、设计院和科研单位对港区的水沙条件和泥沙回淤进行了大量的工作。本文试图基于历史水文资料和上述工作基础,对南沙港区的水文泥沙条件和泥沙回淤进行全面的分析和论述,以期对该港区的水沙条件和泥沙淤积有更深入的认识。这对于南沙港区的后续开发及运营是十分有意义的。
1.1 潮汐
港区处的潮汐系数为1.15,为不正规半日混合潮型,即每天出现两次高潮和两次低潮,但潮高和潮时存在明显的日不等现象。多年平均潮差约1.6 m。平均涨潮历时5h49min,平均落潮历时6 h 43 min。
1.2 径流
珠江水系由西江、北江和东江组成。东部四口门汇入伶仃洋后注入南海,由4个口门进入伶仃洋的平均流量约5 600 m3/s,径流总量约1 670亿m3/a,占珠江年总径流量的55.3%。其中虎门578亿m3/a,蕉门541亿m3/a,洪奇沥200亿m3/a,横门351亿m3/a。
1.3 水流特性
港区主要处于受上游虎门、凫洲水道(蕉门主汊) 落潮流和伶仃洋由湾外向湾顶的涨潮流的影响。虎门的山潮比为0.38,属径流弱潮流强的潮流型河口,其落潮量高达2 891亿m3。蕉门的山潮比为1.79,属径流强潮流弱的径流型河口。多年平均净泄量为551亿m3。蕉门河口在鸡抱沙和万倾沙大面积围垦后 (2002年至今),凫州水道和龙穴南水道的分流比基本保持70%和30%的比例。
虎门的落潮流出虎门后沿着川鼻水道的深槽下泄,向南继续沿矾石水道和伶仃水道流向外海;凫洲水道的落潮水流沿河道由西向东输出,与虎门外的落潮动力轴呈钝角相交汇,从左侧挤压川鼻水道,先在川鼻水道西侧向东南流,然后转南,最后折向西南,呈弧形流路汇入伶仃水道。可以看出上述两股水流均不直接影响本港区。即龙穴岛东侧水域处于虎门和凫洲水道的落潮流体系的西部边缘区[2]。
涨潮时,外海潮波由湾口向湾内传播,流向基本上为由南向北。涨潮流在东槽和西槽(伶仃洋水道)的流速较大,而在浅滩上的流速相对较弱。龙穴岛西南部的横门和龙穴南水道的大片出口浅滩滩面高程一般在-2 m以上,涨潮流受此浅滩的阻碍,流速进一步降低。因此,经过该浅滩后进入本港区的涨潮流速一般不大。
多次实测资料表明港区水域潮流基本呈往复流动,涨潮流向偏于北北西约340°,落潮流向偏于南南东约165°,主流向与伶仃航道的走向趋于一致。洪季落潮流占优,枯季涨潮流较强。涨潮平均流速一般为0.2~0.4 m/s,落潮平均流速在0.3~0.5 m/s之间。
1.4 陆架水
从20世纪90年代初和2007年大范围实测盐度资料来看,洪季,大于10‰的盐水仅能影响到福永~淇奥岛一线;而枯季,大于10‰的盐水最远可达虎门以里的淡水河一带。10‰~20‰的盐水可以到达南沙港区水域。枯季表、底层盐度基本一致;在洪季,由于下泄淡水量明显增多,因此,由外海向伶仃洋侵入的海水则沿底部向上爬,并呈明显的羽状或楔状向里切入。对比20世纪90年代初期和2007的测量结果还可以看出,伶仃洋水体含盐度增加约1‰~4‰,这种变化反映出伶仃洋高盐度海水上溯势力的总体增强趋势[2]。
1.5 波浪
受众多岛屿的遮挡,外海波浪很难传到本工程海区。本海域以风成浪为主。赤湾海域进行过短期的波浪观测,常浪向为SSE,频率15.3%;S~SE向频率合计为35.3%,年平均波高为0.2 m。最大波高为1.98 m,最大波高平均值为0.68 m。
2.1 地形及滩槽分布
南沙港区位于伶仃洋喇叭湾西北部湾顶,伶仃洋是珠江口东部4个口门(虎门、蕉门、洪奇沥和横门)注入的河口湾,湾型呈喇叭状,走向接近NNW~SSE方向,湾顶宽约4 km(虎门口),湾口宽约30 km(澳门至大濠岛之间)。纵向长约70 km,水域面积约2 100 km2。
伶仃洋水下地形总体而言具有西部浅、东部深的横向分布特点和湾顶窄深、湾腰宽浅、湾口宽深的纵向分布特点。滩槽分布呈“三滩两槽”的基本格局,三滩指西滩、中滩和东滩,两槽指东槽(矾石水道-暗士顿水道) 和西槽(伶仃水道)。伶仃洋内的三滩两槽是河口和海洋动力地貌长期作用的结果。
2.2 蕉门口的演变和龙穴岛的形成[3]
图2为近80年来蕉门演变的示意图。从中可以明显看出,蕉门在近一个世纪的发展演变中,经历了冲决—散乱—归槽—稳定的过程,由潮汐优势型河口发育演变成一主(凫洲水道) 一支(龙穴南水道)复合型河口,并达到平衡[3]。
1955年,鸡抱沙(龙穴岛北部)基本成形,从20世纪80年代开始,人们对万倾沙及龙穴岛南浅滩进行了大规模的围垦,至2008年龙穴岛已经围垦至南沙港二期工程的位置。上述过程的演变见图2。
2.3 泥沙及其运动特征[4]
2.3.1 泥沙来源
珠江属少沙河流,平均输沙量8 000万t/a,每年进入河口区的悬移质总输沙量3 664万t,汛期(4—9月) 多年平均输沙量占全年的90%~95%,沙峰与洪峰出现时间基本一致。
伶仃洋西部水域受蕉门、横门和洪奇沥3大口门来水来沙直接影响,东部水域主要接纳虎门来水来沙及蕉门部份水沙。伶仃洋上边界4大口门的多年平均水沙分配情况见表1。
港区淤积主要有3个泥沙来源。其一为上游凫洲水道和虎门下泄的少部分泥沙;其二为涨潮时横门和龙穴南水道出口外的大片浅滩上的泥沙被风浪掀起随涨潮流到达港区水域的悬沙;其三是港区未开挖的浅滩上的泥沙在潮流和风浪作用下的再悬浮。后两者对港区的淤积影响最大。
2.3.2 水体含沙量
根据1978年以来的历史水文资料进行统计。内伶仃洋含沙量在0.12~0.2 kg/m3之间,具有“丰水少沙”的特点。其中西滩含沙量大于东滩,中滩介于二者之间;靠近湾外的水域含沙量最小,在0.04~0.08 kg/m3之间。
20世纪90年代初至今,特别是2000—2007年间多家科研单位在港区及其附近水域进行过多次水沙测量,实测资料表明这期间南沙港工程海区含沙量变化很小,该水域年平均含沙量约为0.16 kg/m3,属低含沙海区。
2.3.3 悬沙粒径
根据珠江委水文水资源勘测中心和长江委下游水文水资源勘测局的实测资料分析,港区海域水体悬移质的中值粒径一般为0.002~0.017 mm,其中大潮粗些,中、小潮细些,但差别不大。
2.3.4 底质
2000年以来南沙一期附近水域所采底质泥样的粒度分析表明,龙穴南围垦区周围的粒径分布,总体上凫洲水道的底质粒径最粗,上段平均中值粒径为0.188 mm,中、下段平均中值粒径为0.144 mm。龙穴南水道北段中值粒径平均值为0.242 mm,中段及南段中值粒径的平均值为0.056 mm。龙穴南围垦区的上段浅滩和北部底质的平均中值粒径为0.340 mm,中部及南部为0.098 mm。最细的区域位于二期工程港池及其南侧边滩水域,其中值粒径仅为0.004~0.033 mm之间。
综上,拟建港区浅滩底质泥沙粒度分布均表现为上段粗,中、下段细的共性。其原因主要是上段更接近于河口,水流动力相对较强所致。
2.3.5 推移质
据国家“八五”攻关“珠江口伶仃洋航道整治技术研究”的结论,蕉门洪季推移质沙量仅占悬沙总量的1%左右,约6~10万t。且这部份底沙输出蕉门口后,经凫州水道进入川鼻水道后沿程落淤;经龙穴南水道继续向外输移,在其水道口外淤积,对港区不会构成威胁。
3.1 泥沙沉积环境[2-7]
3.1.1 弱流少沙的淤积环境
总的来说,弱流少沙是南沙港区龙穴岛东侧港区水域的泥沙沉积环境特点。根据上述分析,该水域的年平均含沙量为0.16 kg/m3,平均涨落潮流约为0.2~0.5 m/s,往复流特征明显。
由西排、东排、沙堆和黄花排等礁岛形成的硬底高滩以舢板洲为顶点呈扇状与鸡抱沙东北端堤岸连接,该潜堤已形成浅滩地形,使凫洲水道出口北偏;舢舨洲扇形浅滩是防止凫洲水道水沙直接贴岸下泄和掩护鸡抱沙近岸水域为弱流少沙环境的关键条件,来自虎门和凫洲水道的落潮水沙只有通过扩散方式才能进入近岸水域,落潮主流从川鼻水道向南下泄,从而港区动力减弱;而涨潮流较弱,主要挟运含沙量较低的悬沙。因此,港区所在水域为弱流少沙环境。
凫洲水道的悬移质泥沙在与虎门水道落潮水流掺混后浓度降低,推移质中的粗颗粒泥沙除了在口门附近停滞之外,在经过川鼻水道深槽时或就地沉积或沿深槽输移,很难扩散到鸡抱沙近岸浅滩上来。因此在一期港池内没有发现推移质粒级的沉积物,