基于GIS的海南洋浦港洋浦深槽稳定性分析

左书华 ，李 蓓 ，杨 华

（1.交通部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456；2.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，大连116024）

洋浦港区地处海南岛西北部的洋浦湾内，濒临北部湾（图1），北依洋浦经济开发区，南隔海与白马井相望，洋浦湾以内为宽阔的新英湾。洋浦港素有“水深、避风、回淤量少、可用岸线长、天然深水良港”之称。

新英湾和洋浦湾共同构成了洋浦湾潮汐汊道系统。洋浦湾深槽便处于潮汐汊道系统之中，东面始自白马井角，西至小铲附近的拦门沙浅滩，全长约8.2 km，水深大部分在10～20 m，西段部分在越过洋浦鼻后逐渐变浅，直至拦门沙浅滩归于消失。洋浦深槽的存在为深水航道建设和发展提供良好条件。本文基于水文、地形资料和前人研究，利用GIS和动力地貌方法，对海南洋浦港深槽的稳定性进行了分析，并讨论了海域动力地貌环境，包括水动力（潮流、波浪）条件、泥沙环境特点对岸滩稳定性的影响，以便为工程建设和设计提供必要的科学依据。

1 洋浦深槽地形冲淤分析

为了掌握洋浦深槽与拦门沙浅滩多年来的冲淤变化情况，基于GIS软件，采用1963年、1975年、1996年、2003年海图，通过不同年代等深线和横断面水深的变化，来反映深槽和拦门沙浅滩的冲淤变化情况，以判断其稳定性。

1.1 等深线变化

以0 m、-2 m、-5 m和-10 m等深线为例，1963～1975年0 m、-2 m等深线在凹形浅滩北侧上略有冲刷，变化不大，东北—西南向等深线都普遍存在淤涨现象，-5 m、-10 m等深线由于在深槽附近，和水流方向比较一致，所以相对变化较小，南侧有小幅度淤涨，而北侧略有冲刷；1975～1996年0 m、-2 m等深线在凹形浅滩北侧上变化不大，略有淤涨，东北—西南向等深线则转变为略有冲刷，-5 m、-10 m等深线变化仍然较小；1996～2003年建港以后，白马井附近的0 m浅滩基本稳定，变化较小，南侧的浅滩普遍存在冲刷；-2 m等深线和0 m等深线变化基本一致；-5 m等深线变化也不大，而且南侧存在冲刷，-10 m深槽总体保持稳定。

从等深线形状以及移动距离来看，等深线变化不是很大，时有淤积冲刷，变化幅度均很小，表明洋浦深槽处于动态稳定之中。

1.2 横断面变化

在断面变化上，选取4条不同的横断面，断面方向都与深槽垂直，以反映深槽水深的变化。

在深槽的东西走向段，设置了AA1、BB1两条断面（图1）。AA1断面，1963～1975年深槽北边坡基本没有变化，南侧有所南移，呈现出一定的冲刷，而南端的浅滩有少量的淤涨；1975～1996年整条断面都是淤涨，深槽内淤浅1～2 m；1996～2003年整条断面基本保持稳定（图2）。

BB1断面位处深槽转弯地段，断面宽度约800 m。1963～1975年深槽北侧呈冲刷态势，南侧呈淤涨态势；1975～1996年整条断面仍和AA1一样，都呈全面淤涨情况；1996～2003年断面水深都呈现出冲刷的形势，南浅滩向南有所运动，移动距离约20 m（图3）。

2条断面水深变化的分析表明，这2条断面的冲淤变化与该断面水动力条件、新英湾纳潮量密切相关。2条断面3个时间段都呈现出同样的规律，特别是1975～1996年受新英湾纳潮面积减小的影响，断面一律都呈淤涨的形势。AA1断面的南段是南浅滩的凹形浅湾，当涨潮过程达半潮位时水流漫越南浅滩，并经其北部的凹形浅湾流入深槽，落潮过程中，这一凹形浅湾对经深槽外泄水流产生一定的分流作用，使该断面的水流流速相应减弱，这有可能是导致该断面-7.0 m以下地形呈淤积的原因；BB1断面位处深槽转弯地段，不论从涨潮流流速还是落潮流流速来讲，北侧都比较弱，才造成北侧淤涨南侧冲刷。

在深槽的东北-西南走向段，设置了CC1、DD1两条断面（图1），这2条断面不同程度地受到东部南浅滩泥沙活动影响，其中CC1断面西侧边坡有淤涨趋势，深槽处的水深比较稳定，一直保持在9.0 m以上，西侧边坡则有冲刷侵蚀趋势，东侧浅滩淤高（图4）；从DD1断面变化上看，两侧边坡变化情况与CC1断面相同，不同之处是深槽内，1975前该处深槽还未形成，水深一直在6.0 m左右，1989年建港以后，航道开挖-5 m等深线南北贯通，其后1996～2003年深槽一直处于加深形势（图5）。

总之，在1975～1996年深槽、边坡较大淤涨以后，1996～2003年深槽基本处于稳定形势，边坡也处于基本稳定或较小淤涨，因此整个深槽基本处于稳定状态。

2 讨论

影响岸滩稳定性的因素有很多，如地貌发育过程、海域的水动力条件（潮流、波浪）、泥沙环境等。

2.1 洋浦湾地貌发育过程

洋浦湾属于湾港型海岸，综合以往研究结果分析，其潮汐汊道地貌发育过程经历了3个不同的阶段［1-4］：（1）古河谷形成阶段，河谷中砂砾堆积厚度在7.0 m，其年龄为8 000 a B.P.；（2）古河谷下切—沉溺阶段，洋浦湾平原成为海湾，古河谷成为潮汐通道，其年龄在8 000～6 000 a B.P.；（3）潮汐汊道阶段，在最高海面（海侵）以后，岸线有过间歇性的后退，北岸深水海蚀岸，岸线变化不明显；南岸的中立线下移，岸上的海蚀作用减弱，沿岸泥沙流也大大减弱；充分发育的白马井沙咀与北岸玄武岩呷角构成了口门束窄段；南部海蚀崖前发生了堆积。

因此，从洋浦港潮汐汊道的地貌发育史来看，洋浦港自高海面以后，地貌发育已进入了动态平衡阶段，即从长时间尺度来讲的稳定阶段。

2.2 海域动力环境特点

2.2.1 潮流特征

根据以往研究结果［1-6］以及2008年3月实测水文资料［7］可知，洋浦港潮流的特征主要表现为流速小、余流小；涨、落潮流路分歧，涨潮历时大于落潮历时，特别是表层流，涨潮流历时约长于落潮流历时2～4 h，涨潮水流从洋浦湾南浅滩与深槽同时向新英湾进水；落潮流出新英湾后，主要沿洋浦深槽下泄，60%以上的落潮流量由深槽通过，其他部分水流经浅滩呈NE—SW向向外海下泄；新英湾面积广阔，巨大的纳潮量和流速是维持洋浦水道的主要动力，新英湾纳潮量和白马井断面的稳定性也是深槽一直稳定的主要因素。

2.2.2 波浪特征

洋浦港岸线曲折，港湾纵深，岸外还有十几平方公里的珊瑚礁岛的阻挡，波高小、周期短、波浪折射不强、波浪作用很弱。影响该海区的风主要有NNE—ENE及SSW—WSW。前者是强风，但该向为离岸方向，故吹程小而不能形成大浪。SW向风来自开敞海区，形成大浪，促使洋浦湾外港海岸侵蚀，同时此方向的风浪在湾顶受阻，外海波浪作用不到，使洋浦湾成为船只的避风锚地。因此由波浪作用引起的突然淤积问题几乎不存在。

2.3 泥沙环境特点

2.3.1 海域泥沙来源

综观整个工程海域情况，工程海域泥沙来源有以下几种途径［3，7］：（1）海岸受波浪冲蚀而产生的细颗粒泥沙；（2）洋浦港北岸地表遭受水流冲刷后带入港湾的泥沙；（3）北门江、新昌河（春江）的入海泥沙；（4）洋浦湾岸外有小铲、大铲2个珊瑚岛，岛礁四周均为珊瑚沉积，珊瑚礁生物沉积物是岛礁附近沉积物的重要物质来源，对拦门沙产生一定的影响。

洋浦湾—新英湾是由湛江组粘土组成的海岸，除个别地点至今仍在受波浪冲蚀外，绝大部分岸段皆已稳定或转为堆积性海岸，故第一种泥沙来源已经很少；北岸陆地玄武岩地区地表植物覆盖度好，其地表遭受径流冲刷带入的泥沙对海湾淤积影响甚微，而且只局限于局部河段；北门江、新昌河2条河流源短流小，年输沙量分别为7.4×104t、6.7×104t，再加上上游修建水库或大坝，故来水来沙量极为有限，其入海泥沙主要沉积在新英湾内，形成湾内浅滩，对洋浦湾的泥沙沉积影响甚小；珊瑚礁沉积物更小，而且一般只限于岛礁周围区域。总体而言，洋浦湾海域的泥沙来源少。

2.3.2 悬沙特征

平常情况下，洋浦湾水域皆为一片蓝绿，海水含沙量很低，平均含沙量约为0.06 kg/m3（表1），大风暴雨天气略大，可达0.1 kg/m3以上。正常天气状况下，落潮含沙量是涨潮含沙量的1.0～1.2倍，但大风期，涨潮含沙量略大。含沙量垂向分布均匀，相差不到0.02 kg/m3。落潮含沙量的空间变化是从湾内向湾外减少，差值约为0.03 kg/m3，涨潮差值约为0.002 kg/m3。结合以上对泥沙来源的分析可知，洋浦港的泥沙来源很少，含沙量很低，潮流输沙小，且大部分通过深槽输向外海，并不存在大量泥沙落淤问题，这也是洋浦深槽和拦门沙浅滩处于稳定状态的重要因素。

表1 洋浦湾海域含沙量分布（2008年3月）Tab.1 Suspended sediment concentration in the Yangpu Bay sea area kg/m3

2.3.3 沉积特征

根据2008年3月底质取样分析结果［7］，总结出洋浦港潮汐汊道的沉积物分布规律（图6）：（1）平均粒径从河口向外海逐渐变细；（2）分选系数从河口向外海逐渐变小，分选程度逐渐变好；（3）深槽与拦门沙的粒径分布特征反映了拦门沙是深槽向外海的自然延伸；（4）深槽中以粉砂、淤泥为主的沉积物呈灰黑色，而且层次稳定，无明显粗细相间的变化，说明其沉积过程极其缓慢。

根据钻孔资料分析［1，6］，洋浦湾的沉积物代表了潮汐汊道的沉积，具有双向特征，受现代人类活动的影响极小。自晚全新世以来，沉积体系只有很微弱的变化，反映了主要水动力的影响。通过对样品210Pb同位素测定，获得洋浦湾深槽的现代沉积速率为0.5～1.5 cm/a，由此看来洋浦湾深槽淤积速率低，稳定性好。

2.4 稳定性判断

根据潮汐汊道稳定性相关研究［4，8］，对洋浦湾潮汐汊道稳定性进行分析。如果在洋浦潮汐汊道系统中，洋浦湾沿岸年输沙量为M，则M代表着洋浦湾泥沙运动的激烈程度，即进入新英湾通道泥沙数量大小的指标；新英湾在大潮时期的每潮纳潮量Ps代表大潮落潮水流的冲刷能力。那么Ps/M比值作为检查潮汐汊道稳定性的指标，Bruun［9］认为当Ps/M＞150时，潮汐汊道情况稳定，较令人满意；当100＜Ps/M≤150时，潮汐汊道情况较好；当50≤Ps/M≤100时，情况在较好和不好之间；当Ps/M＜50时，潮汐汊道情况较坏。

根据相关研究和数据计算［1-7］，洋浦湾沿岸输沙率为M=2.08～2.20×104m3，新英湾大潮纳潮量为Ps=0.83～1.00×108m3，那么Ps/M=3 700～4 800。根据上述研究，判断分析洋浦潮汐汊道系统也是稳定的。

3 结论

（1）洋浦湾潮汐汊道地貌发育经历了3个不同的阶段，即古河谷形成阶段、古河谷下切—沉溺阶段、潮汐汊道阶段，从长时间尺度来讲已进入了稳定阶段。

（2）在1975～1996年深槽、边坡较大淤涨后，1996～2003年深槽边坡淤涨较小，基本处于稳定形势。

（3）地貌发育过程、海域的水动力条件（潮流、波浪）、泥沙环境等因素都会影响岸滩稳定性。经分析，海域波浪作用较弱，潮流动力因素是该海域泥沙运动的主要动力；洋浦湾海域泥沙来源少，含沙量低，平均含沙量约为0.06 kg/m3；潮流输沙小，且大部分通过深槽输向外海，并不存在大量泥沙落淤问题；深槽中以粉砂、淤泥为主的沉积物呈灰黑色，而且层次稳定，无明显粗细相间的变化；洋浦湾深槽的现代沉积速率较低，为0.5～2.0 cm/a；潮汐汊道稳定性相关研究分析表明，洋浦潮汐汊道系统是稳定的。综上所述基于不同方面分析认为洋浦湾深槽是稳定的。

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