徐 群，莫思平，季荣耀，辛文杰，王 驰

（南京水利科学研究院，南京210024）

港珠澳大桥对伶仃航道和铜鼓航道回淤影响研究

徐 群，莫思平，季荣耀，辛文杰，王 驰

（南京水利科学研究院，南京210024）

通过伶仃洋河口潮流泥沙物理模型试验，研究了港珠澳大桥建设对伶仃航道和铜鼓航道的回淤影响。研究结果表明：在假设水文泥沙条件下，港珠澳大桥建设后，伶仃航道内淤积厚度及淤积量呈减少态势；铜鼓航道内淤积厚度及淤积量略有增加。

物理模型；伶仃航道；铜鼓航道；回淤；伶仃洋河口；港珠澳大桥

伶仃洋水下地形具有西部浅、东部深的横向分布趋势和湾顶窄深、湾腰宽浅、湾口宽深的纵向分布特点，滩槽分布呈“三滩两槽”的基本格局［1-3］，其演变过程中受多种因素影响，归纳起来主要有自然因素和人工因素。伶仃洋河口地形三滩两槽格局的形成，自然因素起到主导作用，而人类活动在近期正逐步增加其影响程度。特别是港珠澳跨海大桥桥墩建成后，增加了桥位水域阻力并减小过水断面，从而对周围海区的水动力环境产生一定影响［4-9］。本文通过伶仃洋河口潮流泥沙物理模型［3］（水平比尺1 000，垂直比尺120）对大桥设计方案进行模拟试验，探明大桥建设对伶仃航道和铜鼓航道回淤影响程度，为大桥设计部门提供依据。

1 伶仃洋河口自然条件

1.1 径流与泥沙

经东四口门注入到伶仃洋的径流量约为1 742亿m3/a，占珠江年总径流量的55%，年输沙量约为3 664万t，占珠江河口总输沙量的42%。其中洪季输入到伶仃洋的径流量约占全年的80%，输沙量约占全年的90%以上。河流输水输沙量的大小决定着伶仃洋西北部河床地貌的变化，径流动力主要控制伶仃洋西北部区域［1］。

1.2 潮汐与潮流

伶仃洋为弱潮河口，潮差较小，平均潮差为0.86～1.69 m，最大潮差为2.29～3.36 m。潮差特点是由东向西逐渐递减，由湾口向湾顶逐渐递增。伶仃洋水域总体为落潮流大于涨潮流，东、西槽涨潮平均流速大致相近，落潮流速则一般是西槽大于东槽。潮汐动力作用控制虎门以下的河口湾东半部［1］。

1.3 泥沙特性

伶仃洋的悬移质含沙量具有深槽小、浅滩大，东部低、西部高、枯季清、汛期浑等主要分布特征，多年平均含沙量在0.1～0.2 kg/m3变化。伶仃洋海域水体悬移质的中值粒径一般为0.002～0.017 mm；床沙的中值粒径变化范围在0.002～0.64 mm，航槽和下游深水区的床沙中值粒径一般为0.005～0.01 mm。

2 伶仃航道和铜鼓航道概述

伶仃航道广州港出海航道［4］（图1），自伶仃洋湾口附近的桂山锚地，经榕树头水道、伶仃航道、川鼻航道至黄埔新港，全长约115 km。航道全线主要有两个浅段，即虎门内的莲花山浅段和虎门外的伶仃洋浅段。

伶仃航道自1959年开通后，经过一、二期和三期预备工程开挖后，于2007年12月竣工。试挖航段由南沙港区至伶仃洋口外，全长约66 km，按底宽230 m、底标高-15.5 m（赤湾理论最低潮面，该基准面在珠江基面以下1.91m，下同），满足10万t级船舶通航道。铜鼓航道是深圳西部港区的第二条深水航道，航道开挖段长22.80 km，设计底宽204.4 m，设计底标高-15.8 m，10万t级集装箱船单向航道。

图1 伶仃洋河口形势及悬沙淤积试验加沙管布置Fig.1 Terrain of Lingdingyang estuary and testing arrangement

3 伶仃航道和铜鼓航道淤积特点分析

伶仃航道和铜鼓航道开挖后，河床的非均匀变化使得航道内水流挟沙能力的降低，导致悬沙在开挖后的航道内淤积，这是航道回淤的主要原因。

多年来，伶仃航道和铜鼓航道内淤积强度具有洪季明显大于枯季的变化规律，主要原因如下：伶仃洋悬移质主要来源于珠江径流携沙，丰水年多沙，枯水年少沙，受河川径流、潮流、盐水入侵及风浪、地形等因素影响，伶仃洋含沙量分布呈西北高、东南低，洪季大于枯季，上段大于下段，西滩大于东滩，西槽大于东槽的特点。航道淤积的泥沙来源主要有3个方面：（1）珠江口东四口门带来的径流泥沙；（2）西部浅滩区多年沉积的泥沙在风浪作用下再搬移；（3）人类活动，如挖沙洗沙，邻近工程施工等。

近年来，伶仃洋入海泥沙量在锐减，文献［3］资料显示，西江、北江和东江3个水文控制站2001～2007年的总输沙量仅为3 777万t，比多年平均值的7 587万t减少一半以上。受此影响伶仃航道回淤出现枯季大于洪季的现象，主要原因如下：（1）伶仃洋入海泥沙量锐减使得洪季含沙量明显减小，约占全年的90%以上输沙量的洪季相对枯季而言泥沙减少相对更多，这将导致伶仃航道洪季淤积强度也随之减小；（2）洪、枯季节伶仃航道回淤的泥沙来源存在差异性，上游来沙是洪季发生航道淤积的主要沙源；伶仃洋河口内滩面上受风浪影响再起动的泥沙输移是枯水季节航道发生淤积的主要原因，前者正逐年减少，而后者年际差异不大。

图2 天然沙与模型沙悬沙粒配曲线Fig.2 Grading curves of natural sand and model sand

表1 定床悬沙淤积试验模型比尺Tab.1 Model scale of fixed-bed sediment model test

图3 伶仃航道2008年枯季1～4月沿程悬沙淤积验证图Fig.3 Sedimentation test of Lingding channel（January to April,2008）

4 模型沙选择及比尺确定

悬沙淤积主要考虑泥沙沉降相似和由于风浪掀沙作用的起动相似即要满足相似条件。根据伶仃洋海域水体悬移质的中值粒径资料，综合考虑d50在0.008 mm左右，经过试算，选择容重为1.15 g/cm3，d50m=0.05 mm的木粉为模型沙，粒配曲线见图2。定床悬沙淤积试验相关比尺见表1。

5 伶仃航道和铜鼓航道回淤验证试验

伶仃航道底宽230 m，底标高-15.5 m，边坡1：5的三期预备工程于2007年12月竣工，铜鼓航道底宽204.4 m，底标高-15.8 m，边坡1：7疏浚工程于2007年7月竣工，两航道开挖回淤资料并不同步，因此在进行航道回淤验证试验时分别以其中一个航道进行水文泥沙条件控制，另一个则进行从属试验，见图3～图6（图中15 km代表桩号KP15，以此类推，下同）。

试验资料显示，在桩号KP13～KP50之间（37 km），伶仃航道2008年枯季1～4月实测平均淤积厚度0.36 m，模型验证平均淤厚0.43 m，两者误差为19%；铜鼓航道在桩号K14～K18段内洪季7～10月平均淤厚0.33 m，模型验证相应航段平均淤厚约0.30 m，两者误差为9%。综合考虑洪、枯季节两航道年淤积强度可以推算至：伶仃航道KP13～KP50段年平均淤强为0.62 m/a，铜鼓航道年平均淤强为0.82 m/a。

图4 铜鼓航道2008年枯季1～4月沿程悬沙淤积分布图Fig.4 Sedimentation test of Tonggu channel（January to April，2008）

图5 铜鼓航道2007年洪季7～10月沿程悬沙淤积验证图Fig.5 Sedimentation test of Tonggu channel（July to October,2007）

6 大桥对伶仃航道和铜鼓航道回淤影响

图6 伶仃航道2007年洪季7～10月沿程悬沙淤积分布图Fig.6 Sedimentation test of Lingding channel（July to October，2007）

港珠澳大桥建设后，伶仃航道和铜鼓航道挖槽回淤量变化资料见图7～图10。

港珠澳大桥工程实施后，伶仃航道KP13～KP50段内年平均淤积厚度及淤积量呈减少态势，分别从0.62 m，580万m3减少到0.59 m和555万m3。其中桥区段（桩号KP13～KP25）建桥后航道内淤积量由229万m3减少到187万m3，淤积量减小了约18.5%；非桥区段（桩号KP25～KP50）建桥后航道内淤积量由351万m3增加到368万m3，淤积量略有增加。铜鼓航道KP8～KP26段内平均年淤积厚度淤厚及淤积量略有增加，分别从0.82 m和291万m3增加到0.85 m和296万m3，从数量上看，建桥前后基本不变。由此可见，建桥前、后两航道内的淤积厚度及淤积总量的变化幅度不大，这与大桥建设对水域环境的影响范围不大有关。

图7 港珠澳大桥工程实施前后伶仃航道年淤积厚度Fig.7 Sedimentation test of Lingding channel by the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

图8 港珠澳大桥工程实施前后伶仃航道年淤积强度变化Fig.8 Sedimentation test of Lingding channel by the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

图9 港珠澳大桥工程实施前后铜鼓航道年淤积厚度Fig.9 Sedimentation test of Tonggu channel by the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

图10 港珠澳大桥工程实施前后铜鼓航道年淤积强度变化Fig.10 Sedimentation test of Tonggu channel by the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

7 结论

（1）伶仃航道和铜鼓航道内淤积强度多年来具有洪季明显大于枯季的变化规律，但近年来随着伶仃洋入海泥沙量在锐减，该淤积规律出现了异常现象，表现为枯季内航道淤积大于洪季时的现象。

（2）港珠澳大桥工程实施后，在假设水文泥沙条件下，伶仃航道淤积量呈减少态势，铜鼓航道淤积量基本不变。

（3）在大桥施工初期，要密切关注人工岛周边地形的冲刷形成的沙源对航道淤积的影响。

［1］辛文杰，应强.港珠澳大桥工程可行性阶段海床演变分析研究报告［R］.南京：南京水利科学研究院，2004.

［2］徐君亮，李永兴，蔡福祥，等．珠江口伶仃洋滩槽发育演变［M］．北京：海洋出版社，1985.

［3］徐群,莫思平,季荣耀,等.港珠澳大桥工程对珠江口港口航道影响物理模型研究［R］.南京：南京水利科学研究院，2009.

［4］陈志民，蔡南树，辛文杰.珠江口伶仃洋航道的回淤分析［J］．海洋工程，2002（3）：61-68. CHEN Z M,CAI N S，XIN W J.Analysis on the sedimentation the Lingdingyang channel in the Zhujiang estuary［J］.The ocean engineering，2002（3）：61-68.

［5］庞启秀，庄小将，黄哲浩，等.跨海大桥桥墩对周围海区水动力环境影响数值模拟［J］.水道港口，2008,29（1）:16-20. PANG Q X,ZHUANG X J,HUANG Z H,et al.Study on numerical simulation of hydrodynamic conditions influenced by pier in sea［J］.Journal of Waterway and Harbor，2008,29（1）:16-20.

［6］鲁海燕，史英标，杨元平.江东大桥建设对钱塘江水动力的影响［J］.海洋学研究，2008，26（2）:20-26. LU H Y,SHI Y B,YANG Y P.Impacts of Jiangdong Bridge construction on hydrodynamic conditions in the Qiantangjiang River Estuary［J］.Journal of marine sciences，2008，26（2）:20-26.

［7］庞启秀,李孟国，麦苗.桥墩对周围海域水动力环境影响研究［J］.中国港湾建设,2008（3）:32-35. PANG Q X，LI M G，MAI M.Impact of Bridge Piers upon Hydrodynamic Environment in Surrounding Seas［J］.China Harbour Engineering，2008（3）:32-35.

［8］方神光，陈文龙.港珠澳大桥对伶仃洋河口水域纳潮影响分析［J］.人民珠江，2011（1）：18-22. FANG S G,CHEN W L.Effect of constructing Hongkong-Zhuhai-Macao bridge on hydrodynamic environment［J］.Pearl river，2011（1）：18-22.

［9］李文丹，李孟国，杨树森，等.港珠澳大桥建设对水沙环境影响数学模型研究［J］.水运工程，2011（8）：1-8. LI W D，LI M G，YANG S S，et al.Mathematical modeling of the effect of constructing Hongkong-Zhuhai-Macao bridge on hydrodynamic sediment environment［J］.Port&Waterway Engineering，2011（8）：1-8.

Impact on sedimentation of Lingding channel and Tonggu channel by Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

XU Qun，MO Si-ping，JI Rong-yao,XIN Wen-jie，WANG Chi
（Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210024，China）

The physical model of sediment movement in Lingdingyang estuary was built to study the impact on Lingdingyang channel and Tonggu channel after construction of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge.The results show that，based on the certain hydrology and sedimentation condition，the sedimentation thickness and amount are decreased in Lingdingyang channel，and slightly increased in Tonggu channel.

physical model；Lingding channel；Tonggu channel；sedimentation；Lingdingyang estuary；Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

TV 148.+6；O 242.1

A

1005-8443（2012）05-0393-04

2011-12-07；

2012-02-27

徐群（1965-），男，江苏省仪征人，博士，教授级高工，主要从事河口海岸工程泥沙研究。Biography：XU Qun（1965-），male，professor.