长江口横沙浅滩挖入式港池方案的研究

　第４期２０１３年７月华东师范大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥａｓｔＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｎｏ．４　Ｊｕｌ．２０１３文章编号：１０００５６４１（２０１３）０４００１７０８长江口横沙浅滩挖入式港池方案的研究邵荣顺１，　程泽坤１，　丁平兴２，　葛建忠２，　虞志英２，　俞　灵１（１．中交第三航务工程勘察有限公司，上海　２０００３２；２．华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海　２０００６２）摘要：横沙浅滩位于长江入海口，毗邻外海深水区，是江海联运理想的交通运输枢纽．挖入式港池方案可以充分利用横沙浅滩广阔的滩涂，形成大型深水港区所需的水域、陆域、深水岸线和泊位．避开外海恶劣天气的影响，泊稳条件好，航行和靠离泊安全；回淤少，对周围海域的影响小，有利于长江口深水航道的维护，有利于长江口的安全和稳定．因此，挖入式港池方案是较为科学合理，可予以推荐的方案．关键词：挖入式港池；　横沙浅滩；　长江口中图分类号：Ｐ７５１　　文献标识码：Ａ　　犇犗犐：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００５６４１．２０１３．０４．００３　收稿日期：２０１３０４　基金项目：中交第三航务工程勘察设计院有限公司与华东师范大学河口海岸学国家重点实验室自主课题　第一作者：邵荣顺，男，教授级高工，研究方向为河口海岸港口工程　通信作者：程泽坤，男，教授级高工，研究方向为港口工程设计．犛狋狌犱狔狅犳狋犺犲犲狓犮犪狏犪狋犲犱犻狀犺犪狉犫狅狉狆犾犪狀犻狀狋犺犲犎犲狀犵狊犺犪犛犺狅犪犾狅犳狋犺犲犢犪狀犵狋狕犲犈狊狋狌犪狉狔ＳＨＡＯＲｏｎｇｓｈｕｎ１，　ＣＨＥＮＧＺｅｋｕｎ１，　ＤＩＮＧＰｉｎｇｘｉｎｇ２，ＧＥＪｉａｎｚｈｏｎｇ２，　ＹＵＺｈｉｙｉｎｇ２，　ＹＵＬｉｎｇ１（１．犆犆犆犆犜犺犻狉犱犎犪狉犫狅狉犆狅狀狊狌犾狋犪狀狋狊，犛犺犪狀犵犺犪犻　２０００３２，犆犺犻狀犪；２．犛狋犪狋犲犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犈狊狋狌犪狉犻狀犲犪狀犱犆狅犪狊狋犪犾犚犲狊犲犪狉犮犺，犈犪狊狋犆犺犻狀犪犖狅狉犿犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犛犺犪狀犵犺犪犻　２０００６２，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：　ＴｈｅＨｅｎｇｓｈａＳｈｏａｌｉｓｌｏｃａｔｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｈａｌｌｏｗＣｈａｎｇｊｉａｎｇＲｉｖｅｒｍｏｕｔｈａｎｄｔｈｅｏｕｔｅｒｄｅｅｐｒｅｇｉｏｎ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｉｔｉｓｏｆｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌａｓａｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｈｕｂｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｔｈｅｒｉｖｅｒａｎｄｏｃｅａｎ．ＴｈｅｂｒｏａｄｓｈａｌｌｏｗｒｅｇｉｏｎｉｎｔｈｅＨｅｎｇｓｈａＳｈｏａｌｃｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄｂｙｔｈｅｆｕｔｕｒｅｅｘｃａｖａｔｅｄｉｎｈａｒｂｏｒ，ｔｏｐｒｏｖｉｄｅｓｐａｃｅｆｏｒｌａｎｄｒｅｇｉｏｎ，ｗａｔｅｒｒｅｇｉｏｎ，ｃｏａｓｔｓａｎｄｄｏｃｋｓ．Ｔｈｅｐｌａｎｎｅｄｅｘｃａｖａｔｅｄｉｎｈａｒｂｏｒｗｉｔｈｃｏａｓｔａｌｄｅｆｅｎｓｅｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄａｒｏｕｎｄｃａｎａｖｏｉｄｔｈｅｂａｄｗｅａｔｈｅｒｓｏｆｔｈｅｏｕｔｅｒｏｃｅａｎ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｓａｆｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｓｈｉｐｐｉｎｇａｎｄｄｏｃｋｉｎｇ．Ｉｔａｌｓｏｈａｓｌｅｓｓｓｉｌｔａｔｉｏｎ．Ａｎｄｔｈｅｎｅｗｐｌａｎｅｄｈａｒｂｏｒｄｏｅｓｎｏｔｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅａｄｊａｃｅｎｔｒｅｇｉｏｎｓ，ａｎｄｉｔｉｓｆａｖｏｒａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｈｉｐｐｉｎｇｃｈａｎｎｅｌ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈｅｅｘｃａｖａｔｅｄｉｎｈａｒｂｏｒｐｌａｎｉｓｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙｒｅａｓｏｎａｂｌｅｆｏｒｆｕｔｕｒｅｐｒａｃｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：　ｅｘｃａｖａｔｅｄｉｎｈａｒｂｏｒ；　ＨｅｎｇｓｈａＳｈｏａｌ；　ＹａｎｇｔｚｅＥｓｔｕａｒｙ华东师范大学学报（自然科学版）２０１３年０　引　　言上海港要发展，目前面临着严峻的挑战：吞吐能力饱和，深水岸线已用尽，土地资源短缺，城市交通紧张；上海港可持续发展的空间几乎枯竭，到了无路可走的境地．上海港目前还没有２０ｍ水深的航道和泊位，随着１．８万箱超大型集装箱船和４０万ｔ超大型矿石船舶的问世，上海港面临严峻的挑战．为了落实国务院关于上海国际航运中心建设２０２０年的总体目标，满足上海市和长江流域经济发展的需要，适应船舶大型化的需要，规划有２０ｍ以上水深的深水航道和泊位的新港区，并优化海进江运输系统，进一步发挥上海国际航运中心作为国际航运枢纽的龙头作用，是十分必要的．中交第三航务工程勘察设计院有限公司与华东师范大学河口海岸学国家重点实验室的专家学者通过近２年努力，于２０１２年１０月完成了《上海国际航运中心———横沙浅滩挖入式港池规划方案研究报告》［１］．本文介绍其中横沙浅滩挖入式港池规划方案与平面布置．１　工程区的概况１．１　地理位置横沙浅滩挖入式港池规划位置位于１２２°０５′～１２２°３０′Ｅ、３１°０５′～３１°１７′Ｎ；西起横沙东滩Ｎ２３潜堤向东至外海的－２０ｍ等深线；北靠北港入海口、南至长江口深水航道Ｗ４—Ｗ５外航道（见图１）．规划的挖入式港池地处北港和北槽入海水道之间的横沙浅滩，水深－５ｍ以内，处在长江入海泥沙扩散、堆积的拦门沙地区；规划的深水航道是在港池口门以东至长江口外海滨－２０ｍ等深线之间．图１　挖入式港池规划南线方案Ｆｉｇ．１　ＴｈｅＳｏｕｔｈＬｉｎｅＳｃｈｅｍｅｏｆｅｘｃａｖａｔｅｄｉｎｈａｒｂｏｒｂａｓｉｎ１．２　潮汐潮流规划海域潮汐主要受控于东海的半日潮波系，因而一周日内出现两涨两落的水流；同时８１第４期邵荣顺，等：长江口横沙浅滩挖入式港池方案的研究又受黄海日潮波系的影响，从而涨落中呈现明显的日不等现象．根据牛皮礁站资料（潮位基面为吴淞零点）统计分析，本海域的历史最高潮位５．２７ｍ，历史最低潮位－０．７７ｍ；最大潮差５．１７ｍ，平均潮差２．７７ｍ；平均高潮位３．４５ｍ，平均低潮位０．６５ｍ；设计高潮位４．６９ｍ，设计低潮位０．５５ｍ．在北港和北槽的水道中及其附近，潮流基本呈较强的东西向往复流动，且转流时段较短；而在－１０～－２０ｍ海域，潮流极具旋转特性，即逐时流矢一般按顺时针方向旋转，流速自口门向外海逐渐递减．北港口门约－５ｍ水深处，表层平均涨、落潮流速分别为０．９４ｍ／ｓ和１．４７ｍ／ｓ；口外－１５ｍ处分别为０．６４ｍ／ｓ和１．０７ｍ／ｓ；北槽口内涨、落潮流速分别为１．１８ｍ／ｓ和１．７９ｍ／ｓ，口外涨、落潮流速同为０．９８ｍ／ｓ；落潮流速大于涨潮流速，规划航道的走向与涨落急主流流向基本一致．１．３　波浪长江口地区以风浪为主，涌浪次之．常浪向ＮＮＥ向，频率为１０．２５％，次常浪向为ＳＥ和Ｎ向，频率各为８．７５％，涌浪主要出现在ＮＥ—ＳＥ向，占涌浪出现频率的５７．５％．长江口风向、浪向季节变化十分明显，冬季以ＮＷ向浪为主，夏季以ＳＳＥ向浪为主，春季以ＳＥ和ＳＳＥ向浪为主，秋季以ＮＥ向浪为主．海区经常性大浪破碎带外缘在－３～－５ｍ处．佘山站和引水船站多年平均波高为０．９ｍ，常浪向在ＮＮＥ—ＥＮＥ之间，大浪出现在台风期，７４１３号台风期间引水航站实测最大波高为４．８ｍ（ＮＥ向）；７７０８号台风期间，佘山站实测最大波高为５．２ｍ（ＥＮＥ向）；波高２．０ｍ以上的大浪为偏北向浪，偏南向只偶尔出现．１．４　泥沙长江口来沙量丰富，但近年长江流域来沙量明显趋少，１９５０—１９８４期间年平均输沙量为４．７２亿ｔ，而２０００—２００９年期间仅为１．９２亿ｔ，其中２００６年及２０１１年的年输沙量分别仅为０．８８亿ｔ和０．７２亿ｔ．据大通站资料统计：洪季（５月—１０月）输沙量占全年的８１．２％，枯季（１１月—次年４月）仅占１８．８％，输沙量峰值一般出现在７月份，占全年２１．９％；２月份最小，仅占０．６％．长江口外的主要泥沙来源是长江口及口外边滩的波浪掀沙．长江口外海域常年平均悬沙浓度约０．４ｋｇ／ｍ３，空间分布见［文献２］图３．分布特征是：西高东低、南高北低、浅水大于深水、底层大于表层．冬高夏低、季节变化显著，其季节变幅随水深而异．长江口外悬沙分布可以－１０ｍ等深线为界，以西含沙量相对较高，平均含沙量≥０．５ｋｇ／ｍ３；以东悬沙等值线分布与等深线走向一致，平均含沙量０．３～０．１ｋｇ／ｍ３；在３１°１５′Ｎ以北，－１５ｍ等深线以东挖入式港区深水航道所在水域，悬沙浓度洪季约０．３ｋｇ／ｍ３左右，枯季约０．４ｋｇ／ｍ３．１．５　海床稳定性挖入式港池所在地横沙浅滩，西与横沙东滩相连，历史上曾与九段沙连在一起称为铜沙浅滩．２０世纪５０年代初的两次特大洪水作用，使北槽上下贯通，成为新的入海通道．此后数次洪水作用，加大了北槽的发展，促使横沙东滩与横沙浅滩间串沟的形成扩大．１９９８年开始深水航道工程，横沙东滩和横沙浅滩受北导堤拦沙、导流和堵汊影响下而彼此相连，并在北导堤北侧形成沿堤流而发育沿堤沟槽，成为横沙浅滩向海域水沙的通道．２００３年于横沙东滩窜沟以东修建的Ｎ２３促淤潜堤等工程，横沙浅滩西部和南部被Ｎ２３堤和北导堤所固定，而浅滩此侧受北港水流和波浪共同作用，产生自然冲淤．据５ｍ等深线变化，于Ｎ２３潜堤以西的横沙东滩北侧滩坡受北港主泓冲刷而后退，形成凹岸陡坡．主泓向东于横沙浅滩，使横９１华东师范大学学报（自然科学版）２０１３年沙浅滩北沿趋于稳定淤浅．而浅滩东南侧受波流冲刷，５ｍ线内缩，被冲泥沙向东南延伸淤浅，使５ｍ等深线从２００２—２０１０年向东南方向移动约为３ｋｍ，在该期间横沙浅滩－５ｍ面积从２６９ｋｍ２扩大到３０２ｋｍ２［３］．规划航道附近海床稳定性主要取决于所在海域的水动力条件、泥沙来源和地形的冲淤特征之间是否相互适应．从１９５８—２００９年５０年资料对比来看，水深在１０～２０ｍ处是稍有淤积的，在２０～３０ｍ区间冲刷，年均冲淤幅度仅２～４ｃｍ，表明长期以来海床基本上是稳定的．从２００２—２０１０年期间，水深１０～２０ｍ区间是有所冲刷的，年均冲刷仅１０ｃｍ，水深５～１０ｍ处是淤积的，幅度０．６ｍ，年均淤积７ｃｍ，表明近期在规划航道附近海床是略有冲刷的，海床基本是稳定的，近岸段略有冲淤，幅度不大［３］．１．６　工程地质参考长江口深水航道整治工程的多次勘探资料，本区上层覆盖为第四纪全新世近代冲积滨海相的以细颗粒为主的粘土堆积物，无基岩出露，属软土地基．本次在规划的挖入式港池口门－５ｍ处进行了地质钻孔［４］，发现水深－５～－１０ｍ处为粉细砂，－１０ｍ以深为淤泥质粘土，可见港池和外航道可挖性好．本海域悬移质ｄ５０为０．０１ｍｍ，河床质ｄ５０为０．００６～０．００８ｍｍ，含泥量在５０％以上，属于淤泥质海岸，浅滩以上的深槽大风天发生泥沙骤淤往往以浮泥形式出现．由于浮泥生成、运移的特性，大风天发生骤淤碍航的可能性不大．１．７　风该地区全年以偏Ｎ风最多，风向ＮＮＷＮＮＮＥ三个方向频率为３０％，其次是偏ＳＥ向，ＷＳＷ风出现频率最少，ＳＷＷＳＷＷ三个方位频率为６％．引水船站年平均风速为７．２ｍ／ｓ，以ＮＷ风为最大，达９．１ｍ／ｓ．最大风速一般出现在夏季及初秋的台风季节，风向多偏Ｎ，引水船上测得的最大风速达３０．３ｍ／ｓ．长江口地区属于受台风影响频繁的区域，根据资料统计［５］，自１８８４年至２００５年共１２１年间，影响上海地区的台风共发生２２５次，平均每年发生约２次．风向以偏Ｎ风（包括ＮＮＷ和ＮＮＥ向）为主，偏Ｅ向和Ｓ向其次，风力为８～９级占最多，风力≥１０级也占有一定的比例．台风影响下瞬时极大风速可达４４ｍ／ｓ，出现在１９１５年７月２８日．台风出现在每年的５—１０月，主要集中在７—９月三个月，占全年的９０％以上．大风持续时间约为２～３ｄ，长的可达５～６ｄ．在１９８０—１９９６年间，受寒潮过程的影响共４５次，平均每年２．６次，最多的年份有７次（１９８０年），最少为１次．每年寒潮影响时间为１～２ｄ．年内以１２月份最多（平均０．７６次