深圳大铲湾港区泥沙沉积特征研究
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深圳大铲湾港区泥沙沉积特征研究
作者：李刚 刘志勇
来源：《珠江水运》2014年第07期
摘 要：通过对大铲湾港区泥沙沉积特性的研究，以及对骤淤的计算、港池施工期回淤的估算和港池施工后回淤分析，计算出深圳大铲湾港区年淤积强度，对港池疏浚施工有重要的意义。
关键词：表层沉积物 含沙量 骤淤 施工期回淤
1.大铲湾港区水动力环境概述
大铲湾港区总面积约160万m3，大铲湾港区总面积约160万m3，港池走向大致呈南北走向，由北至南分布有5个泊位。
大铲湾港区位于伶仃洋东岸，大小铲岛以东海域内，北临东滩，南与妈湾、赤湾港毗邻，港区出口以西紧靠与暗士顿水道相通的矾石水道。从大铲湾湾口北端开始，在大铲湾浅滩上向南人工构建一条大突堤，港池紧邻突堤而建（如图1所示），其北侧和西侧为大片浅滩所围绕，对港池淤积产生重要影响。
位于伶仃洋河口湾中东部的大铲湾，其动力、泥沙运动及港池淤积都受到整个伶仃洋河口湾动力体系的影响，特别水上游来水来沙、伶仃洋东槽及东滩的动力泥沙过程的影响。
2.泥沙动力环境
2 . 1表层沉积物特征
2011年对大铲湾港区进行取样，根据样品粒度级配和分布环境的相似性，将研究区域的表层沉积物归并为粘土质粉砂、粉砂质粘土、粉砂-砂质粘土3类，各类型主要特征和分布图2。
粘土质粉砂主要分布于大铲湾港区南部，沉积物中粘土平均含量为43.74%，粉砂的平均含量为45.84%；中值粒径介于6.92 ～8.37 之间；平均分选系数为2.47 ，分选差。
粉砂质粘土主要分布于港区的北部，此类沉积物中粘土的平均含量为55.75%，粉砂的平均含量为40.78%；平均中值粒径是8.40 ；分选系数在1.79～2.28 之间，分选差。
粉砂-砂质粘土仅分布于港区北端及西侧中段，沉积物中砂的平均含量为35.07%，粉砂的平均含量为26.54%，粘土的平均含量为38.39%；平均中值粒径是6.29 ；平均分选系数为3.33 ，分选差。2 . 2 含沙量特征分析 龙源期刊网
大铲湾港区由于距河流入海口的距离较远，受陆域水沙的影响逐渐减小，导致大铲湾附近海域水体悬沙含量的季节变化已不十分明显，洪季水体悬沙含量略大于枯季。
2002年6月（港池处于自然扰动状态）洪季大、小潮的含沙量观测结果表明，大铲湾及邻近海域的潮平均含沙量一般都在0.05～0.1kg/m3，大铲湾海域的潮平均含沙量相对较高，部分站位的涨落潮平均含沙量大于0.1 kg/m3；表层含沙量一般小于底层含沙量，各站最大含沙量出现在近底层。大潮期间水体悬沙含量表、底层均大于小潮期间，且大、小潮期间水体内的悬浮泥沙均属细粉砂，易于沉降和再悬浮。大潮落潮期间平均悬沙含量略大于涨潮期间的平均悬沙含量，而小潮期涨落潮悬沙含量变化不明显，因受海底地形和水动力影响，底层悬沙含量变化较大。总体而言，大潮期间大铲湾附近海域水体含沙量略大于小潮期间水体的含沙量。
大铲湾海域为伶仃洋盐水楔前峰活动区，盐淡水混合产生的压力梯度形成重力净环流，再悬浮的泥沙被底层环流搬运到其交汇区（盐水楔前峰活动区），并在这里聚积。由于大铲湾受伶仃洋最大浑浊带控制，含沙量高，泥沙颗粒通过碰撞而发生絮凝的机率大，而絮凝泥沙团的沉降速度可达 0.5～0.8 mm/s，比离散泥沙沉速大十几倍。因此，大部分的悬浮泥沙通过絮凝沉积在最大浑浊带活动区域，增加了下层水体的含沙量，并引起淤积作用。
由此可以判断，大铲湾港区表层沉积物中值粒径（0.002～0.012mm）偏细，受上游径流来沙影响较小，但随着径潮动力相互作用以及伶仃洋最大浑浊带影响，周边泥沙经过沉积与再悬浮，泥沙发生絮凝并沉降，淤积加大。2012年在观测过程中发现，大铲湾港区硬底以上存在一层约50cm浮泥层，表面腻滑呈薄膜状，膜下浮泥仍可流动，现象为典型的最大浑浊带沉积。
3.骤淤
骤淤不属于港池回淤的常态沉积形式，但对港池通航的影响巨大。影响骤淤主要为气象因素，比如台风、强热带风暴和区域暴雨。以广州南沙港区实测资料为例，0707号台风帕布引起港池回淤厚度达0.8567m，而0806号台风虽然风作用时间不长，但引起的降雨量巨大，上游洪水携带巨量水沙入海引起强淤，淤积厚度达0.3878m.深圳大铲湾港区地处伶仃洋东滩，原状水深极浅，周边水域水深多在-5m以内，引起港区骤淤的主要因素有两个，①风浪掀起港区周围浅滩的泥沙而后由涨落潮流带入到港池区淤积；②邻近流域的大洪水入海时，大铲湾海域正是盐水楔形成及活动区，而在盐水楔活动区域，最大浑浊带形成，泥沙大量落淤。
实测过程中在2011年6月下旬季度疏浚施工完工测量时，一次特大暴雨几天时间大铲湾港池淤积0.5～1.0m，工程量增加约20万m3。
因此计算大铲湾港区的骤淤同时应考虑洪水期的最大浑浊带作用及海域大风的影响。计算时作如下假设：
4.施工期回淤量分析 龙源期刊网
①建立二维水沙数学模型；②实地观测耙吸船施工过程中耙吸船周围水体含沙量的垂线平均，取值为0.4kg/m3。③计算耙吸船连续施工240小时潮流周期。由此计算得出：含沙量随着流速的减弱而逐渐沉降淤积。若施工船连续作业10天（240小时），则会引起施工船舶附近的淤积厚度达到5～10cm，港区北侧淤积厚度最厚，而周围港池区的淤积厚度一般都超过2cm，向北侧小铲岛附近浅滩，淤积厚度在0.8cm左右，而大铲湾内突堤内侧、东槽的岸滩以及深圳湾口都会有一定程度的淤积，淤积厚度约在0.1～0.2cm之间。
5.结论
①大铲湾港区水域含沙量明显呈现中间大，南北小的特点，由伶仃洋水动力环境可以推断，港区泥沙沉积受伶仃洋最大浑浊带影响很大，自然沉积多出现在洪季。②由于大铲湾港区处于伶仃洋东滩，港区北面和西面水深条件均比较浅，受大风浪和大洪水影响很大，影响港区泥沙回淤的骤淤现象不可忽视，骤淤泥沙厚度可在几天内接近1m，在疏浚施工过程中须提前进行预报和做出对策。③通过二维数值模型计算施工船舶240小时回淤量，呈现港池北段受施工期回淤量影响最大，达到0.26m/年。④根据洪枯季港池取砂测定，计算大铲湾港区年淤积强度在2m左右。
参考文献：
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