◎ 張智翔 福建省港航勘察設(shè)計(jì)研究院

1.工程概況

廈門港石碼3000噸級航道工程自2012年11月2日開工建設(shè)，全長約20.3公里。2013年7月～9月受多個(gè)臺風(fēng)影響，航道發(fā)生大面積回淤。

2.水動力泥沙環(huán)境及海床沖淤演變分析

2.1 地形地貌特征

九龍江河口區(qū)受潮汐和徑流雙重影響。九龍江河口灣區(qū)為一口小腹大的狹長海灣，東西長約18km，灣口寬約4km、灣頂寬約9km。分成南、北不同水道，地形呈西高東低的分布，水深在2m～-10m（理論基面）不等，與嵩鼓水道、廈鼓水道構(gòu)成進(jìn)入海灣的主要通道。

2.2 洪季潮流特征

2013年7月在臺風(fēng)蘇力（7月14日至16日）和西馬倫（7月19日至21日）過境后開展了兩次全潮海流觀測。第一次觀測，上游浦南站最大泄洪流量3219m3/s，最大潮差3.9m；第二次觀測，浦南站最大泄洪流量970m3/s，最大潮差4.72m。洪季水流明顯呈往復(fù)流特點(diǎn)，落潮流明顯大于漲潮流。本工程汊道區(qū)大潮落潮平均流速是漲潮的2～3倍。而在上游流量較小時(shí)，漲落潮平均流速則基本相當(dāng)。

圖1 北、中、南港汊道沖淤變化（2000.7-2013.9）

2.3 底質(zhì)和泥沙特征

2013年7月底質(zhì)取樣結(jié)果顯示分布趨勢自西向東，由粗到細(xì)。北港和南港底質(zhì)中值粒徑相對較粗，中值粒徑在0.1m m以上，兩端為細(xì)顆粒物質(zhì)。

工程所在的南港水道的含沙量較高，平均含沙量0.218～0.265kg/m3，潮段平均最大含沙量0.945kg/m3。由于河道窄、水體上下紊動強(qiáng)度大，垂線分布上整條垂線上含沙量都比較高，上下分布相對均勻。

2.4 九龍江汊道區(qū)沖淤變化

圖1可以看出南港中泓深槽一直以來都處于沖刷狀態(tài)，沖刷幅度約1～2m左右，局部區(qū)域稍大。主要由于進(jìn)入21世紀(jì)以來九龍江輸沙量與20世紀(jì)相比減小了約20%左右，而徑流量變化不大，徑流對河道的沖刷作用增強(qiáng)，導(dǎo)致21世紀(jì)以來總體保持沖刷的狀態(tài)。

3.淤積原因分析

3.1 臺風(fēng)情況

廈門灣海域每年7～10月經(jīng)常受臺風(fēng)襲擊并伴隨著暴雨影響。導(dǎo)致廈門石碼3000噸級航道停工的臺風(fēng)見表1。

3.2 河流輸沙

九龍江為山區(qū)性河流，徑流量受降雨量影響，輸沙量有明顯的季節(jié)變化，以4～9月（洪季）為主，10月～翌年3月（枯季）占比極小。徑流量、含沙量、輸沙量月平均最大值與最小值之比分別為6.02、5.33和145.4，洪季明顯大于枯季，據(jù)8607號臺風(fēng)時(shí)洪峰期實(shí)測泥沙資料，含沙量增大13倍，流速增大1.4倍。可見河流輸沙主要發(fā)生在洪水期。上游開閘泄洪，下泄洪水?dāng)y帶著大量泥沙向下游輸移，加上大流速沖刷作用，河道、邊灘泥沙起動懸揚(yáng)，使得水體含沙量劇增。其運(yùn)動形態(tài)推移質(zhì)運(yùn)動為主，也有懸移質(zhì)運(yùn)動，當(dāng)懸移質(zhì)濃度很高時(shí)，還會在床面形成浮泥運(yùn)動。當(dāng)水體到達(dá)流速較弱區(qū)域時(shí)開始大量落淤下來，形成淤積。

3.3 自然地理因素的制約

九龍江河口段流域呈傘形，南港流量主要為西溪、北溪流域的洪水。兩溪流域上游植被受破壞，水土流失加重，加之洪水沖刷，洪水?dāng)y帶泥沙繞過沙洲島分流后進(jìn)入南港。泥沙進(jìn)入河口灣后由于河道拓寬，底摩加大，而逐步沉降，加之地處感潮區(qū)，受潮水頂托作用流速減小，泥沙更容易淤積，自汊道向東最遠(yuǎn)可延伸達(dá)海門島水道。

3.4 航道施工的影響

航道開挖后，灘面與航道的落差，使得上游來的水體到達(dá)挖深區(qū)能量被迅速耗散，水流流速迅速降低，由此造成水體挾沙力降低，水體中所含的泥沙會迅速在航道沉積下來。導(dǎo)致航道淤積。施工初期邊坡處于不穩(wěn)定期，此時(shí)恰逢洪水，較強(qiáng)的水動力條件下使邊坡崩塌。綜合作用導(dǎo)致航道內(nèi)驟淤遠(yuǎn)大于一般情況。

3.5 水利工程影響

上游興建水庫、水閘，導(dǎo)致占九龍江流域面積65.7%的北溪的徑流和泥沙庫容在郭洲頭以上河段，枯水期只有少量徑流和泥沙流入海，大量的泥沙主要集中在幾個(gè)洪峰期較短時(shí)間內(nèi)泄出河口，使該海域地形的沖淤產(chǎn)生了季節(jié)性變化。

4.原設(shè)計(jì)挖槽施工期回淤量

目前估算近海挖槽懸沙回淤率多采用中國工程標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會水運(yùn)工程委員會推薦劉家駒公式:

結(jié)合工程區(qū)域數(shù)學(xué)模型計(jì)算，航道淤強(qiáng)約在0.06～0.11m/a。正常天氣下年回淤量為12.8萬m3。

表1 主要臺風(fēng)統(tǒng)計(jì)表

表2 回淤新增工程量計(jì)算表

5.異常天氣驟淤工程量計(jì)算

選取的計(jì)算時(shí)間段為7月2日至9月28日。由于過程中并未停工。因此總回淤量為該期間各測圖新增工程量加上施工船方量折算后的疏浚工程量。施工單位實(shí)際完成的疏浚工程量采用正常時(shí)段測圖計(jì)算的水下方，與監(jiān)理記錄的船方量進(jìn)行對比，確定泥駁泥漿的含泥量。

據(jù)過程資料計(jì)算得泥漿濃度約73.64%，石碼航道計(jì)算段2013年7月2日～9月28日回淤新增工程量68.7萬m3。

6.結(jié)語

（1）本海域受潮汐和徑流雙重影響，水沙條件較為復(fù)雜，泥沙主要來源于九龍江輸沙，特別是臺風(fēng)影響中形成的暴雨，洪水下泄泥沙對河口區(qū)影響巨大。此外航道浚深、各類工程的影響以及周邊居民的生產(chǎn)活動均會對航道的淤積產(chǎn)生一定影響。

（2）九龍江口汊道水域至海門島一帶泥沙以粗中砂為主，其運(yùn)動形態(tài)推移質(zhì)運(yùn)動為主，也有懸移質(zhì)運(yùn)動，當(dāng)懸移質(zhì)濃度很高時(shí)，還會在床面形成浮泥運(yùn)動，泥沙流經(jīng)航道時(shí)，由于水動力減弱而停積下來，形成淤積。臺風(fēng)影響期間，工程航段回淤量高達(dá)67.6萬m3，淤強(qiáng)達(dá)1.29m/a，遠(yuǎn)超正常水平。

（3）本海域常受臺風(fēng)等氣候條件影響，驟淤現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。施工單位應(yīng)做好事前、事后測量，避免合同糾紛。管理部門應(yīng)做好水深維護(hù)工作，特別是臺風(fēng)、洪水后及時(shí)檢測，確保通航安全。