镇海、北仑港区水深变化调查及影响因素初探

李志永,郜会彩,李 君

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 问题的提出

镇海港区,位于甬江口门,占用岸线长约3.7 km,距宁波市中心三江口22.0 km,为装卸中转煤炭、散杂货、件杂货、液体化工产品、国际集装箱多功能、综合性港区。北仑港岸线173.0 km,其中深水岸线120多公里,目前已开发岸线70.0 km。北仑港区港域大部分水深在50.0 m以上,航道最窄处宽度亦在700.0 m以上。25万吨级重载海轮可自由进出,30万吨级可候潮出入。调查发现,2002年以来,镇海港区前沿的游山深潭出现了较大幅度的淤积,部分码头前沿也出现了3.0～4.0 m的淤积。为此,本次考察结合以往的工作对镇海、北仑港区水深条件的变化进行梳理并对可能的影响因素进行了初步探讨。

2 水深变化调查

根据调查,2002—2011年新泓口—镇海港一带近岸水域呈现条带性淤积,地形等值线有一定幅度的外推,地处镇海港区前沿的游山深潭出现了较大幅度的淤积,最大幅度达8.0m;17#码头和18#码头前沿以及工程西侧浅滩普遍淤积3.0～4.0 m[1-2]。游山深潭淤浅的同时,也向东侧萎缩,-15.0 m等深线东移约500.0 m,-20.0 m和-25.0 m等深线则消失。同期,北仑港区的水深条件变化相对平稳(见图1)。

图1 港区前沿2002—2011年海床冲淤分布图

进一步分析表明,这期间又以2003年2月至2004年11月淤积速度最快,游山深潭淤积幅度达4.0～6.0 m,其它区域为1.0～2.0 m(见图2)。深潭的淤积主要在这个时段形成,此后淤积放缓。由于海床淤积,港区的有关泊位则不得不进行清淤疏浚。图3为18#泊位西端水深较浅区域海床变化、清淤及回淤过程图。由图3可知,2004年4月至2007年2月,码头西端呈单向淤积趋势,年平均淤积速率约1.85 m/a。由于淤积严重,分别于2007年4月和2008年5月对18#泊位西端进行清淤疏浚。2次疏浚期间的平均回淤速率为1.86 m/a[2]。

图2 2003年2月至 2004年11月工程附近海床冲淤图

图3 18#码头西端水深淤浅曲线图

3 影响因素初探[1-5]

3.1 区域外部环境的影响

港区位于杭州湾南岸,与港区水深条件有一定联系的外部环境主要是指杭州湾和长江口的环境变化。众所周知,自20世纪以来钱塘江河口、杭州湾实施了大规模治江围垦工程,长江口入海泥沙量则因为上游建库等因素创历史新低。

3.1.1 治江缩窄工程

钱塘江河口自20世纪60年代中期实施大规模治江缩窄以来,至2008年末累计围涂11.13万hm2(167万亩),其中澉浦以上累计围涂8.33万hm2(125万亩),澉浦以下累计围涂2.80万hm2(42万亩)。到目前为止,尖山以上江道治理已经全部完成,尖山至澉浦段北岸已完成,南岸形成基本框架,预计在几年内将到达规划线。围涂多与促淤工程结合,大量泥沙被带至围涂区内落淤,从而也使经落潮流由杭州湾带至金塘海域的输沙量减少;但杭州湾大规模治江缩窄工程也使得纳潮量有所减小,致使金塘水道近南岸水流强度有一定幅度的减弱。

3.1.2 长江口来沙

长江口入海泥沙向南扩散是影响包括港区在内金塘水道的一个重要因素。近年来,由于长江流域修建了大量水库,尤其是2003年三峡工程开始蓄水,长江入海泥沙量出现明显下降。长江年输沙量从20世纪50年代的4.86亿t减至70年代的4.27亿t,90年代减至3.37亿t,2000年后为1.76亿t,减少幅度达64%(见图4)。其中,2006年仅为0.85亿t/a,创历史新低,但长江径流量基本持平。

图4 长江大通站径流量和输沙率的变化图

图5为工程海域2002—2011年海床冲淤面貌图,由图5可知,大规模治江缩窄工程虽使杭州湾的纳潮量有所减小,但由于人类活动的影响,由杭州湾或长江口等区域的外部环境进入港区所在的金塘水域的泥沙量呈下降趋势;调查期内金塘水道总体呈冲刷态势,但其南侧近岸水域呈条带状淤积。

图5 工程海域2002—2011年冲淤面貌图

3.2 邻近工程的影响

本海域近期对港区可能存在影响的主要工程有:金塘大桥、新泓口围涂工程、泥螺山围垦工程,港区自身的40.00 hm2(600亩)围涂,位置见图6。

图6 港区海域近期的主要工程图

3.2.1 金塘大桥

金塘大桥西起宁波新泓口,东至舟山金塘,全长约26.5km,海上部分约18.3 km。于2006年4月动工兴建,2008年7月宣告海上部分贯通。金塘大桥共有西通航孔、东通航孔及主通航孔3个通航孔 (见图6),建桥对甬江口、金塘锚地、七里屿锚均无明显不良影响,对北仑港区基本没有影响(淤积小于0.1 m)[3]。建桥以来金塘海域海床的冲淤变化基本印证了该结论。

3.2.2 新泓口围涂工程

新泓口围垦工程位于杭州湾南岸,围涂面积约493.33 hm2(0.74万亩),堤线由南、北隔堤和顺堤组成,长度分别为1.2,1.7,3.5 km。围涂工程于2006年2月28日开工,2008年4月围堤合龙。

余祈文等在文献[4]中就新泓口围垦工程对镇海港区18#泊位的影响给出了如下结论:由于新泓口围垦工程离18#泊位近,围垦工程实施后,估计淤积厚度4.0～6.0 m;报告同时指出了“土地均是加快宁波市及其镇海区经济建设和发展不可缺两个很重要的因素,然而,新泓口围垦与18#泊位两者间存在矛盾”。

根据金塘水道甬江口以西海域2002—2012年-6.0 m等高线 (见图7)分析,在海域-6.0 m等深线总体有向岸推进的趋势,但新泓口—外游山一带-6.0 m等深线,在2011年、2012年2次测图上均较2002年、2003年的有较大幅度的离岸、外推现象。结合图5,新泓口围涂区下游侧—外游山一带下游淤积量达4.0 m以上,但该时期内金塘水道的大部分区域以冲刷为主。因此,不论从处于新泓口围涂区落潮隐蔽区内的新泓口—外游山一带的局部区域与金塘水道大部分区域的冲淤背离情况看,还是从新泓口上下游区域的淤积分布形态看,新泓口—外游山一带的边滩淤积、外推与新泓口围垦有关。由此可见,新泓口围涂工程实施以后邻近海域的冲淤,特别是围涂工程上下游区域的淤积及其对镇海港区相关泊位的实际影响基本印证了文献[4]的相关结论。

图7 新泓口—外游山一带6 m等高线分布图

3.2.3 泥螺山围垦工程

泥螺山围垦工程位于新泓口围垦工程北部,总面积1253.33 hm2(1.88万亩),堤线总长8.7 km。工程于2010年12月开工,2012年2月28日项目组现场踏勘时,围堤已出水。

3.2.4 镇海港区40.00 hm2(600亩)围涂

2001年为兴建18#泊位,在18#泊位后方围涂约40.00 hm2(600亩)作为罐区,直接改变了深潭附近海域的地形水流条件,且使岸线向外推出250.0 m,外游山体 (类似丁坝头)在水域中长度由300.0m缩短为50.0 m,减弱了水域内涨、落潮流压缩和绕流作用减弱,这是外游山深潭淤积的另一个重要原因。

外游山深潭水域自1984年以来的4次测图,展示了外游山深潭的淤积发展过程,进一步确认了外游山深潭冲刷坑淤积的原因(见表1)。自1984年以来外游山深潭共淤积约15.0 m。其中1999年以前淤积约3.0 m;1999年至2004年11月淤积约10.0 m,而期间邻近最大的工程就是港区18#泊位后方的40.00hm2(600亩)围涂。此后在金塘大桥(2006年开建)、新泓口围涂 (2006年开建)、泥螺山围涂(2010年开建)等人类活动的共同作用下深潭有进一步淤积的趋势,但淤积趋缓。

表1 外游山深潭冲淤变化表

因此,尽管外游山深潭的淤积是由远处、近处的围垦引起的,但其淤积机理不尽相同,远处的围垦主要是由流速减小而引起淤积;近处外游山上游侧的40 hm2(600亩)围垦因缩短突体长度,从而削弱丁坝的挑流效应而引起淤积。后者虽然围垦面积不大,但对外游山深潭淤积影响不可忽视。

4 结 语

通过调查发现,2002年以来,镇海港区前沿的游山深潭出现了较大幅度的淤积,部分码头前沿也出现了3.0～4.0 m的淤积。分析表明,作为区域的重要外部环境—杭州湾和长江口,前者因围涂多与促淤工程结合,大量泥沙被带至围涂区内落淤;后者因三峡建库蓄水等原因,导致由杭州湾或长江口等区域外部环境进入港区所在的金塘水域的泥沙量呈下降趋势,水下地形资料分析也显示金塘水道整体并没有出现明显淤积。邻近港区的新泓口围涂工程、港区自身的40 hm2(600亩)围涂对镇海港区目前的淤积均有较大影响。外游山深潭的淤积是由远处、近处的围垦引起的,但其淤积机理不尽相同,远处的围垦主要是由流速减小引起淤积;近处外游山上游侧的40 hm2(600亩)围垦因缩短突体长度,削弱丁坝的挑流效应而引起淤积。后者虽然围垦面积不大,但对外游山深潭淤积影响不可忽视。

[1]李志永,郜会彩.镇海港区21～22号泊位潮流泥沙数学模型试验[R].杭州:浙江省水利河口研究院,2009.

[2]李志永,郜会彩,王瑞锋.镇海港区 21～23号码头平面布置方案研究 [J].浙江水利科技,2O12(2):14-17.

[3]熊绍隆.金塘大桥动床模型与桥墩局部冲刷研究报告 [R].杭州:浙江省水利河口研究院,2004.

[4]余祈文.新泓口围涂工程对镇海港区18#19#泊位影响的补充分析报告 [R].杭州:浙江省水利河口研究院,2004.

[5]吴修广,杨元平.册子岛至镇海海底管道水动力数模及冲刷试验研究[R].杭州:浙江省水利河口研究院,2012.