吴明阳，许家帅，吴 超

（交通运输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）

洋山港区位于大、小洋山两列岛屿间的通道水域，众多岛屿构成有利的掩护和天然良好的水深是建设深水港区的前提条件。多岛屿、多通道、高水流、高含沙、涨潮水流流态紊乱以及陆域面积较小是港区海域的基本特征。港口平面布置、流态平稳程度、预见和处理港口布置可能带来的泥沙淤积以及船舶安全航行和靠泊等则是建港关键问题［1］（图1）。

图1 洋山深水港区地理位置图Fig.1 Geographical position of Yangshan Deep-water Harbor Area

1 洋山港区海域潮流动力及环境泥沙特征

1.1 潮流动力特征

1.1.1 潮流历时

外海潮波进入港区后，一方面随水深的变浅，逐渐发生变形，总体来讲，涨潮历时短于落潮历时，另一方面受岛屿或码头桩基阻力影响，加剧了近岸水域涨落潮流历时差。从外航道至西口门纵向上来看，涨落潮历时差平均由+5 min 增至-48 min，从通道中部、调头区至码头前沿横向上来看，涨落潮历时差平均分别为-34 min、-1 h19 min 和-2 h16 min，横向历时差远大于纵向（表1）。

表1 洋山港区海域涨落潮历时Tab.1 Flood and ebb tide duration of Yangshan Deep-water Harbor Area h

1.1.2 流向

（1）洋山港区东侧外航道海域，涨潮平均流向在267°～281°，平均为271°，落潮流向在89°～103°，平均为97°，基本呈W—E 向。

（2）洋山港区中部小洋山水域，涨潮平均流向为273°～295°，平均为285°，落潮流向为96°～116°，平均为107°，基本呈WNW—ESE 向。

（3）一、二期工程港区水域，涨潮平均流向292°～326°，平均为308°，落潮流向为116°～145°，平均为128°，基本呈NW—SE 向。

1.1.3 流速

根据1996 年、1997 年和1999 年同步实测资料统计，洋山港区海域纵向潮流速分布如表2 所示。

表2 洋山港区海域纵向潮流速分布Tab.2 Longitudinal tidal velocity distribution of Yangshan Deep-water Harbor Area m/s

根据2000 年、2002 年和2004 年同步实测资料统计，一、二期工程港区水域潮流速分布如表3 所示。

表3 一、二期工程水域潮流速分布Tab.3 Tidal velocity distribution of area of phase I and phase II m/s

表2 和表3 中所示的流速值，由于施测的潮差不同，两者并无可比性，但对各自表中流速值来讲，由于同步施测，潮差相同，故有其可比性。洋山海域潮流速特征：

（1）落潮流速大于涨潮流速。从洋山港区海域纵向上来看，落潮流速与涨潮流速之比值，东部（外航道）、中部（大、小洋山之间，不含东口门）和西部（西口门内外）分别为1.02、1.13 和1.07，涨、落潮流速的差异，中部大于东、西两侧。

从一、二期工程港区水域横向上来看，其比值，码头前沿、调头区和通道中部分别为1.38、1.17 和1.06，愈靠近岛岸，涨、落潮流速的差异愈大。

（2）潮段平均流速。洋山港区海域，大、中、小潮涨潮平均流速分别为1.03 m/s、0.87 m/s 和0.68 m/s，落潮平均流速分别为1.10 m/s、0.96 m/s 和0.71 m/s。一、二期工程水域，大、中、小潮涨潮平均流速分别为0.81 m/s、0.64 m/s 和0.54 m/s，落潮平均流速分别为1.00 m/s、0.85 m/s 和0.65 m/s。与小潮流速之比值，两者大潮在1.50～1.55，平均为1.52，中潮在1.19～1.35，平均为1.28。

从潮流速平面分布来看，洋山港区海域，东部（外航道），中部（大、小洋山之间，不含东口门）和西部（西口门内外），大、中、小潮涨落潮平均流速分别为0.87 m/s、0.80 m/s 和1.00 m/s，西部潮流速最强，东部次之，中部相对较弱。一、二期工程水域，码头前沿、调头区、通道中部，大、中、小潮涨落潮平均流速分别为0.72 m/s、0.78 m/s 和0.88 m/s，愈靠近岛岸，潮流速相对愈弱。

（3）最大流速。根据实测资料：洋山港区海域测点最大流速，涨潮为1.90～2.91 m/s，落潮为2.35～3.22 m/s；垂线平均最大流速，涨潮为1.69～2.45 m/s，落潮为1.73～2.67 m/s。各水域测点最大流速如表4 所示。

（4）一、二期工程港区水域（码头前沿和调头区），涨潮流平均历时5 h19 min，落潮流历时7 h07 min，而涨潮平均流速为0.66 m/s，落潮平均流速为0.84 m/s。涨潮流历时短、流速低，落潮流历时长，流速高，清楚表明落潮流是维持港区水深的主动力。

表4 洋山港区海域最大潮流速分布Tab.4 The maximum tidal velocity distribution of Yangshan Deep-water Harbor Area m/s

1.2 环境泥沙特征特征

有关洋山港海域含沙量特征参见有关报告，此处仅对一、二期工程港区水域含沙量特点作简要补充。

1.2.1 年平均含沙量小洋山连续5 a 逐日高、低潮表层含沙量资料，年平均含沙量在0.85～0.94 kg/m3，平均为0.89 kg/m3。根据水文全潮测验与固定站相同时间段的平均含沙量进行比较，两者之比值平均为1.42，据此得出小洋山港区水域年平均含沙量为1.26 kg/m3（表5）。历年在港区水域水文全潮实测平均含沙量在0.52～2.10 kg/m3，平均为1.36 kg/m3。

表5 固定站与水文测验同步含沙量比较Tab.5 Synchronized sediment concentration between fixed station and hydrologic survey kg/m3

1.2.2 含沙量季节变化

根据小洋山固定站表层含沙量统计，每年从11 月～翌年4 月间冬、春季节含沙量较高，月平均为1.20 kg/m3，5 月～10 月夏、秋季节含沙量较低，月平均为0.59 kg/m3，不同季节有一倍之差；2 月和3 月含沙量可达1.30 kg/m3，而8 月仅为0.35 kg/m3，差约3 倍。

1.2.3 最大含沙量

洋山港区实测垂线最大含沙量在0.85～3.476 kg/m3，平均为2.26 kg/m3；底部最 大 含 沙 量 在2.72 ～11.61 kg/m3，平 均 为7.13 kg/m3。

2 工程方案布置的基本原则

分析自然条件、总结共性特征和建设深水大港的有利条件，不仅在于掌握环境因素的宏观规律并加以合理利用，同时也为岛群海域港口工程布置原则的制订提供了基础资料和基本依据［2－3］。建港自然条件的优劣、选址及工程布置的合理性，直接影响着工程建设的难度、造价、工期以及港口建成后的维护费用，因而工程布置基本原则应包括如下几方面：

（1）岛群中港口的建设应根据不同岛群区域的资源环境承载能力，现有开发密度和发展潜力，实行统筹规划、远近结合，分期实施，有效保护可贵的深水岸线。

（2）应充分利用已有滩涂，结合促淤、疏浚弃土陆抛及开山填海等方式，根据建设需要逐步形成陆域。

（3）应根据规划港区各地段的水深条件、岛屿分布状况及汊道堵留利弊等分析，统筹兼顾、合理分区以确定岛屿分片或整体连接的最佳形式。

（4）应充分利用并力求通过汊道封堵等方法扩展岸线资源和港口陆域，平顺水流流态，减小波浪入侵，满足港口波稳条件。岸线布置应深水深用、浅水浅用。对浅水深用的岸线应充分论证港池、航道开挖后的泥沙淤积情况。

（5）当主水道与汊道分、汇流区的水流紊乱或在其上、下侧回流现象较明显时，可通过汊道封堵和合理的岸线布置，归顺港区水流和进港航道的流态，避免港池及航道大量淤积。

（6）对于一主、多汊的水道，一般不宜将汊道全部封堵。汊道封堵应以对主水道含沙量和潮量影响较小，维持槽、滩地形相对稳定为前提，特别应注意防止主流向非港区侧转移不利情况的出现。

（7）在含沙量相对大的潮汐水道，不应采用挖入式和实体突堤。应采用整体连接顺畅的顺岸式，也可采用桩基跨度较大的栈桥式，以减轻工程对水道及临近港区流场的不利影响。

（8）通常宜在涨、落潮流路趋于一致的水道侧建筑码头。对于涨、落潮流路分歧，但宽度大、水流强、水深条件较好的水道，也可在其两侧分别布置岸线；岸线布置应从水道一侧开始和延伸，以减少工程初期的淤积量，利于港口起步。

（9）当条件允许时，陆域围填宜在近侧水域取土陆抛。但应防止围垦泥沙严重流失及港池、航道基建弃土水抛泥沙扩散对港口淤积和水环境的影响。

（10）抛泥地应选择在开敞水域泥沙运动主导方向的港口下方。不宜在港区上下两侧的水道内实施疏浚弃土水抛。

（11）港口的通海航道，不宜选择在浅滩段过长或水下礁石较多的水道口门一侧。

（12）在港口淤积治理时，即使在水域宽度较大的水道内，也不应采用丁坝挑流；也不宜在中部水域布置顺坝调整潮量分配。

根据洋山港区的自然条件提出了建设深水大港的基本原则：封堵汊道、平顺水流、安全靠泊、减小淤积。

3 工程方案布置对泥沙运动的影响

洋山港区海域的基本特征可概括为多岛屿、多通道、强流速、高含沙、流态紊乱以及陆域面积狭小。洋山港区水域内的强潮流、-10 m 以上的天然水深，大、小洋山岛链形成的天然屏障为港口的开发提供了有利条件，但高含沙和流态紊乱又为港口建成后泥沙淤积提出了问题，而工程方案布置又与此密切相关［4］。

（1）制约泥沙运动的外部动力主要是波浪和潮流，汊道封堵，陆域面积的增大更进一步削弱港区内波浪尺度，对于具有10 m 以上水深的港区来讲，波浪掀沙能力有限，故在波浪动力条件下，产生骤淤的可能性不大。

（2）洋山港区海域含沙量主要受控于长江口、杭州湾大的泥沙环境，即使岛链汊道全部封堵，港区内含沙量也不会有本质上的变化，因此，水流强弱就成为港口建成后，维护要求水深的关键，也是随工程布置唯一可变的因素。为此，工程方案布置应尽量保持现有水流条件，特别是港池和航道水域［5］。

（3）回流是泥沙淤积较重的流态，从模型试验清楚看出，汊道和主通道两股水流交汇的下方，孤立岛屿和曲折岸段都是产生回流的区域，为此，除封堵汊道外，平顺码头岸线特别是阶段性的码头端部，如二期码头西端和一期码头东端与镬盖塘～小岩礁围堤衔接外，在工程方案布置上，为防止由于挑流而产生回流，虽属短时期影响，但也同样值得注意。

（4）在岸线开发利用上，应视自然水深大小而定，如过深开挖，有可能造成水流强度大幅度降低，产生较大淤强，增加水深维护的难度［6］。

（5）小洋山汊道全部封堵后，势必造成主通道涨、落潮量的减小，显然对港区现有水深产生不利影响。适当缩窄西口门宽度，使之通道的单宽潮量保持堵口前水平，应是今后进一步研究的课题之一［7］。

4 结论

港口平面布置、流态平稳程度、预见和处理港口布置可能带来的泥沙淤积以及船舶安全航行和靠泊等是建港关键问题；而水流强弱是港口建成后，维护要求水深的关键，也是随工程布置唯一可变的因素，因此，工程方案布置应尽量保持现有水流条件，特别是港池和航道水域；在岸线开发利用上，应视自然水深大小而定；小洋山汊道全部封堵后，势必造成主通道涨、落潮量的减小，适当缩窄西口门宽度，确保主通道水流单宽流量维持现有水平，应是今后进一步研究的课题之一。

［1］钱宁, 万兆惠.泥沙研究［M］.北京：中国环境科学出版社，1992.［2］严恺，梁其荀.海岸工程［M］.北京：海洋出版社，2002.

［3］薛鸿超，顾家龙，任汝述.海岸动力学［M］.北京：人民交通出版社，1980.

［4］杨华，吴明阳，冯玉林，等. 上海洋山深水港区泥沙观测分析报告［R］.天津：交通部天津水运工程科学研究所，2005.

［5］吴明阳，冯玉林.上海洋山深水港区海域的泥沙环境特征［C］//朱德祥，鲁传敬，周连第.第十九届全国水动力学研讨会文集.北京：海洋出版社，2005.

［6］蒋睢耀，吴明阳. 上海国际航运中心洋山港区水文地形特性与建设方案选择标准的分析研究［J］. 水道港口，2000（3）:1-6.JIANG J Y，WU M Y.Analysis of Hydrographic and Morphological Characteristics and Selection Standard of Construction Design of Yangshan Harbor Area of Shanghai International Shipping Center［J］. Journal of Waterway and Harbor，2000（3）:1-6.

［7］吴明阳，冯玉林. 潮汐河口的治理［J］.水道港口，2004（S1）:31-34.WU M Y，FENG Y L. Control of Tidal Estuary［J］. Journal of Waterway and Harbor，2004（S1）:31-34.