李孟国，麦苗，李文丹，肖辉，吴以喜

（交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456）

椒江口台州湾建港条件研究

李孟国，麦苗，李文丹，肖辉，吴以喜

（交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456）

通过现场实测的波浪、潮位、潮流、含沙量、底质等资料分析，岸滩演变分析、设计水位计算、外海设计波要素计算及波浪、潮流、泥沙数学模型计算，对椒江口台州湾的头门岛附近建设大型深水港口的水动力泥沙条件进行了研究论证。主要研究成果表明：（1）工程海区水深条件好，潮汐动力强，实测水体含沙量不大，泥沙来源少，底质条件好，岸滩长期处于基本稳定状态；（2）外海波浪较大，但在众多岛屿的掩护以及向岸水深变浅的影响下，工程区域的波浪相对外海明显减小；（3）头门岛大型港口建设对椒江口影响甚小。综上，头门岛附近具有良好的建港条件。

潮流；泥沙；波浪；含沙量;椒江口；台州湾；头门岛

椒江是浙江第三大河，其干流自仙居县天堂尖曲折向东至椒江牛头颈入海，全长约198 km，沿途有灵江、永宁江和永安溪、始丰溪等80多条江溪汇入，流域面积6750km2，属于山溪性河流。椒江河口宽1.8 km，牛头颈出口后进入台州湾。台州湾系椒江口的口外海滨［1-2］，平面形态呈喇叭形，其外侧有台州列岛、东矶列岛等岛屿组成屏障与东海相隔，其中主要岛屿有上大陈岛、下大陈岛，一江山岛、百夹山岛、东矶岛、田岙屿、雀儿岙岛、石坦岛、长屿、小鹅冠岛等，在台州湾内侧水域有位于河口北侧的头门岛、大竹山、面长山等岛屿；在椒江口外南北两侧有台州浅滩、南洋海涂、北洋海涂三大浅滩。目前，北洋海涂、南洋海涂、台州浅滩的围垦已经完成，利用实体堤和桥梁连接白沙—大竹山—头门岛头门港区的疏港公路已经建好（图1）。

随着地方经济的发展，需要在椒江口台州湾开发建设大型深水港口。从港口开发建设条件看，位于外面的上大陈岛、下大陈岛、东矶岛等水深条件很好，但其离陆地较远，波浪大，港口建设成本高，而头门岛南北两侧具有建设大型深水港口的基础条件：首先，其离岸较近，通过白沙—大竹山—面长山—头门岛建设陆岛通道即可实现经济可行的陆路交通；其次，头门岛附近水深条件较好，头门岛及其以东海域水深大于-5 m（理论基面，下同），头门岛东侧与田岙岛之间存在-10 m以上深槽，并紧邻东海海域国际航道；再次，头门岛海域受外海岛屿掩护，波浪条件好［3-4］；另外，可利用头门岛及其北侧岛屿圈围连接大陆形成大型深水港区。

图1 椒江口台州湾形势图Fig.1 Sketch of Jiaojiang Estuary and Taizhou Bay

本文通过现场实测的波浪、潮位、潮流、含沙量、底质等资料分析，岸滩演变分析、设计水位计算、外海设计波要素计算及波浪、潮流、泥沙数学模型计算，对椒江口台州湾的头门岛附近建设大型深水港口的水动力泥沙条件进行研究和论证。

1 水动力特征

1.1 潮汐

据下大陈、头门岛等各站潮位观测调和分析，各站潮汐类型(HK1+HO1)/HM2的值均小于0.5，表明该椒江口台州湾海域潮汐属正规半日潮型。

根据头门岛2008年8月1日—2009年7月31日一年潮位资料统计：该站平均潮差为3.66 m，最大潮差达6.15 m。涨、落潮平均历时分别为6∶12、6∶13，基本接近。因此该海域属于大潮差强潮海域［2,5］。

各站平均高潮位、平均潮差由外海向椒江河口，由南向北逐渐增高或增大，涨、落潮平均历时由涨潮平均历时稍大于落潮逐渐转为落潮平均历时稍长于涨潮平均历时。

头门岛当地平均海平面在年度中以9月份为最高，以1、3月份为最低，年度变幅可达0.26 m。

头门岛的基面关系（图2）［2］：平均海平面在国家85基面上0.20 m,国家85基面在吴淞基面上1.92 m，吴淞基面在理论基面上1.12 m。横门的基面关系［2］∶平均海平面在国家85基面上0.24 m，吴淞基面在理论基面上0.81 m。下大陈岛的基面关系［5］：平均海平面在国家85基面上0.26 m，吴淞基面在理论基面上0.81 m。

根据头门岛2008年8月1日～2009年7月31日一年潮位资料计算，头门岛的设计高水位和设计低水位分别为4.33 m和-3.26 m（国家85基面）［2］。

由于工程海域潮差大，港口航道工程可使用乘潮水位［2］。

1.2 潮流

在椒江口台州湾有多次多站位多潮次的水文全潮观测资料［2］（1989年10月16个站大、中、小潮，2003年9月15个站大、中、小潮，2004年3月15个站大、中、小潮，2008年10月头门岛附近8个站大、中、小潮，2009年2月头门岛附近8个站大、中、小潮，2009年4～5月12个站大、小潮，2009年测站位置及大潮潮流椭圆矢量见图1）。根据2009年4～5月12个测站全潮资料调和分析，各站潮流类型F=(WK1+WO1)/WM2=0.28～1.33，表明该海域潮流属于半日潮流性质；各站浅水分潮影响系数G=(WM4+WMS4)/WM2=0.04～0.29，平均为0.12，表明该海域浅海分潮较强，因此该海域潮流属于不正规半日潮型的浅海潮流；各站垂线平均M2分潮流椭园率K值在0.00～0.415之间，表明该海域各站潮流运动可分为往复流和旋转流运动两种形式，其中椒江河口～头门岛前水域或受岛屿影响区域基本为往复流运动，其它均为顺时针的旋转流运动。

历次水文观测资料表明，除椒江河口外，台州湾海域涨落潮流基本呈292°～322°和103°～122°变化（图1），这种潮流方向的变化与该海域潮波传递方向是相一致的。

椒江口附近流速最大，2009年4月大潮实测涨落潮最大流速分别为1.65 m/s和1.51 m/s，涨落潮平均流速分别为1.05 m/s和0.90 m/s；椒江口往外流速逐渐减小。头门岛南北两侧大潮涨落潮最大流速分别为0.63～0.98 m/s和0.64～0.99 m/s，涨落潮平均流速分别为0.39～0.54 m/s和0.42～0.59 m/s。

图2 头门岛基面关系Fig.2Datum relations in Toumen Island

该海域呈现有大潮（潮差大）流速大、小潮（潮差小）流速小的变化规律，在流速垂线分布上呈现有表层流层大、底层流速小的变化规律。

1.3 余流

余流一般是指实测海流扣除周周性潮流后的剩余部分，它包括有风海流、径流、地转流、密度流等。根据2009年4～5月工程海域水文全潮观测资料分析，该海域河口区域余流较大，大潮时为0.10～0.19 m/s，小潮时为0.05～0.14 m/s，其方向大部向河口外海域；头门岛北侧水域大潮时为0.04～0.18 m/s，小潮时为0.01～0.08 m/s，其方向指向浅滩或落潮深槽方向。头门岛南侧及在儿岙岛北侧水域余流较小，在0.07 m/s以内。

1.4 径流

椒江是汇入台州湾海域的主要河流，椒江由灵江和永宁江汇合而成，全长198 km，其上游段河床比降约为2‰，中下游段河床比降约为1.3‰，为山溪性河流，流域面积6750km2。椒江潮流界可达距口门58 km的三江村。

椒江年平均径流总量为51.7亿m3，据灵江石仙妇断面（灵江与永宁江汇合口上方）统计；多年平均径流量为163 m3/s，丰水年为290 m3/s，枯水年为72 m3/s。平均洪峰流量为7326m3/s。其中丰水年最大洪峰流量为16300m3/s（1962年9月6日），枯水年最大洪峰流量为2245m3/s（1979年8月5日）。径流主要发生在每年4～9月的汛期，占全年总量的75%。径流的显著特点反映为流量变幅大，其多年平均最大流量与最小流量的平均比值可达1480。

1.5 波浪

椒江口台州湾有三处测波资料（测站位置见图1），大陈岛海洋站（28°27′N，121°54′E，水深-15.3 m）、头门岛北侧的B1站（28°43.29′N，121°47.69′E，水深-10 m左右）和头门岛南侧的B2站（28°40.17′N,121°46.05′E，水深-9.0 m左右），其中大陈岛测波站为常年测波站，有多年连续测波资料，B1站资料长度为2008年12月～2009年12月，B2站资料长度为2008年9月～2009年12月。

根据大陈岛海洋站具有代表性的1994年和1997年波浪观测资料统计，该站常浪向为ENE向，各年出现频率分别为28.1%和30.0%，次常浪向为E向，各年出现频率分别为15.3%和24.6%，ESE向浪各年出现频率分别为12.3%和17.3%。全年常浪向主要为ENE—SE向及N、NNE向，频率分别为66.8%～82.2%和17.1%～13.7%，波高主要集中于0.6～2.5 m级中，各年频率分别为94.4%和97.3%。

该站强浪向为E向，最大波高为9.1～9.5 m，次强浪向为ENE向，最大波高为8.6～9.0 m，N向为第三强浪向，出现最大波高为8.1～8.5 m，都是因台风引起。E向和ENE、N向波高大于2.5 m级出现频率各年分别为4.92%和0.7%。

B1站ENE、E和ESE三个方向的波浪出现频率占到了75.28%。B2站E、ESE和SE三个方向的波浪出现频率则占到了87.91%。

B1站常浪向为ESE向，出现频率为33.16%，次常浪向为E、ENE向，出现频率分别为24.75%、18.16%，H1/10平均波高为0.59 m；强浪向为ESE向、次强浪向为SE、E向，其H1/10最大波高分别为2.97 m、2.58 m、2.44 m，最大波高分别为4.12 m、3.15 m、2.87 m。B2站常浪向为E向，出现频率为53.62%，次常浪向为ESE向、SE向，出现频率分别为29.95%、7.17%，H1/10平均波高为0.74 m，强浪向为ESE向，次强浪向为E、SE向，其H1/10最大波高分别为4.45 m、4.45 m、4.04 m，最大波高分别为5.49 m、5.16 m、5.17 m。从两站出现H1/10波高的程度上看，除台风经过该海区时波高较大外，B1、B2站H1/10波高均在2.0 m以内，大多数时间H1/10波高在1.5 m以下（B1站和B2站大于1.5 m的H1/10出现频率分别为2.46%和4.19%），由于B1站掩护条件稍好，使其波况条件要稍好于B2站。但由于波向随季节变换，某些时段两站的波况条件又基本一致。

B1站和B2站的最大波高均为2009年8月“莫拉克”台风作用产生。

B1站和B2站以风浪为主的波型出现频率占优，B1站和B2站的平均周期分别为3.4 s和3.9 s。

根据大陈岛海洋站1960～2001年各向H1/10波高年极值，用P-III型曲线作为理论频率曲线，对每隔45°的方位角进行统计，以适线法求得各波向各重现期的H1/10波高值,按照《浙江省海塘工程技术规定》［6］确定平均周期Tm,见表1［4］。

表1 大陈岛海洋站不同重现期波要素Tab.1Different return period wave characteristics in Dachendao Ocean Station

文献［6］根据大陈站1960～1994共35 a资料给出的代表北纬28°20′～29°30′等深线为20 m处的浙江中部海区各方向（N—NNE、NE—ENE、E—ESE、SE—SSE、S—SSW）的设计波要素。刘海源等［3］根据大陈岛海洋站1960～2001年各向H1/10波高年极值，用P-III型曲线作为理论频率曲线进行分析计算，得到了16方位的不同重现期波要素。左其华等［7］根据1960～2002年、2007年和2009年（共计45 a）各向H1/10波高和平均周期年极值，用PIII型曲线作为理论频率曲线，以适线法求得各波向（N、NE、E、SE、S、SW）各重现期的H1/10波高和周期值。文献结果与表1均有可比性。

综上分析和计算，台州湾外海波浪较大。

2 泥沙特征

2.1 含沙量

椒江口台州湾有上述各次水文全潮观测中的含沙量实测资料，另外，在头门岛西南侧面长山码头处设立含沙量固定观测站（头门岛固定站），2009年8月17日～10月21日进行了66 d的含沙量观测，每日7∶00、12∶00、16∶00三次定时取表层、0.6H层、底层水体含沙量。历次观测资料的含沙量的分布规律是基本一致的。通过对含沙量资料分析，其特征如下：

（1）平面分布特征。椒江口台州湾含沙量平面分布特征是：

①椒江口（1#站）最大，从椒江口向外，含沙量迅速减小。

根据2009年4～5月水文全潮观测资料，1#～5#站大潮涨潮最大含沙量分别是12.39 kg/m3、4.83 kg/m3、2.29 kg/m3、0.26 kg/m3、0.24 kg/m3，落潮最大含沙量分别是8.82 kg/m3、4.99 kg/m3、3.01 kg/m3、0.31 kg/m3、0.12 kg/m3，涨潮平均含沙量分别是6.54 kg/m3、1.90 kg/m3、0.79 kg/m3、0.16 kg/m3、0.11 kg/m3，落潮平均含沙量分别是2.86 kg/m3、2.35 kg/m3、0.98 kg/m3、0.17 kg/m3、0.08 kg/m3，可以看出，椒江河口是高含沙量区，从1#站的2.86～12.39 kg/m3到5#站锐减到0.08～0.24 kg/m3。

②邻近河口区及浅水区（2#站、3#站、7#站和12#站）含沙量大于深水区。

根据2009年4～5月水文全潮观测资料，邻近河口区的2#和3#站，涨落潮最大含沙量为2.29～4.99 kg/m3，平均含沙量0.79～2.35 kg/m3，浅水区的7#站和12#站涨落潮最大含沙量0.67～0.75 kg/m3，而其它深水区各测站的大潮最大含沙量均小于0.50 kg/m3，平均含沙量在0.30 kg/m3以内。

③邻近头门岛水域范围为含沙量较小区域。

根据2009年4～5月水文全潮观测资料，头门岛附近的4#、5#、8#、9#大潮平均含沙量为0.08～0.28 kg/m3，小潮平均含沙量为0.02～0.07kg/m3，四个站的大、小潮涨落潮平均含沙量分别为0.10 kg/m3、0.07 kg/m3、0.15 kg/m3、0.13 kg/m3。

根据头门岛固定站2009年8月17日～10月21日的观测，66 d的垂线平均含沙量为0.106 kg/m3。其中8月17～31日垂线平均含沙量为0.041 kg/m3，垂线平均最大含沙量为0.144 kg/m3；9月1～30日垂线平均含沙量为0.074 kg/m3，垂线平均最大含沙量为0.487 kg/m3；10月1日～21日经历了10 d的连续大风过程和邻近台风的影响，垂线平均含沙量为0.197 kg/m3，垂线平均最大含沙量为0.797 kg/m3。

头门岛北侧水域含沙量大于南侧水域含沙量。

（2）随动力（潮型、风浪）变化特征。台州湾海域含沙量的变化随潮型大、小变化、大潮潮差大、潮汐动力强，潮流流速大，则水体含沙量大、反之则水体含沙量小。2009年4～5月大小潮观测资料表明，大潮时，1#站涨落潮最大含沙量分别是12.39 kg/m3和8.82 kg/m3，而小潮时则分别为2.63 kg/m3和1.18 kg/m3；大潮时4#～12#站涨落潮最大含沙量为0.12～0.75 kg/m3，平均含沙量为0.08～0.34 kg/m3，而小潮时无论最大还是平均，含沙量均在0.1 kg/m3以下。台州湾海域水体的含沙量对风浪的影响较为敏感，如过大的风浪作用，则可使得海域含沙量增大约1倍左右。

头门岛固定站各层含沙量将随每日的潮型变化有着密切关系，如按大、中、小潮每种潮型分别为3 d依次计算，该期间其垂线平均含沙量分别为0.137 kg/m3、0.118 kg/m3、0.059 kg/m3，其垂线平均最大含沙量分别为0.578 kg/m3、0.797 kg/m3、0.217 kg/m3，垂线平均最小含沙量分别为0.019 kg/m3、0.011 kg/m3、0.017 kg/m3。

头门岛固定站各层含沙量比较大的值一般发生在ESE、E向或ENE向大风天或大风天后的时间里，特别是其中10月6日～10月10日受邻近海域17“#芭玛”、18“#茉莉”两台风连续影响，固定站海域在连续ENE向大风作用下，时段垂线平均含沙量达到0.406 kg/m3，垂线最大含沙量达0.797 kg/m3，临底层含沙量最大达1.442 kg/m3。

ESE、E向、ENE向大风与该海域波高变化密切相关，表层、0.6层、底层含沙量在一般正常情况下H1/10＜0.7 m时都较小，当H1/10＞0.8 m后随着大波高的出现而急剧增加。

（3）随季节变化特征。台州湾海域水体的含沙量与季节变化有明显的关联，夏季含沙量小，冬季含沙量大，一般冬季海域水体含沙量约比夏季大1倍左右。

（4）垂线分布特征。各测站含沙量呈现水面表层含沙量小，底层大的分布规律，其表、底层含沙量分别为垂线平均含沙量的67%～52%和160%～177%，头门岛附近水域分别为55%、203%。

经统计头门岛固定站含沙量分布由表至底层增大，其表层为底层的61%～65%，0.6层为底层的75%～80%。

2.2 悬沙粒径

根据2009年4月～5月水文全潮12个测站的涨落急，涨落憩时取垂线表中底三层水样（共288个水样）分析：各站大、小潮型悬沙中值粒径d50为0.005～0.007 mm，平均d50为0.006 mm［2］。

根据头门岛2008年10月和2009年2月夏、冬季水文全潮（大、中、小潮）8个测站的涨落急，涨落憩时取垂线表中底三层水样取沙分析，其悬沙d50变化范围0.006～0.008 mm。d50平均为0.008 mm［2］。表明头门岛附近悬沙d50粒径稍大于大范围的悬沙d50粒径。

根据2003年水文全潮观测资料分析［8］，悬沙中值粒径d50为0.009 68～0.01771mm，根据1989年10月水文全潮观测资料分析［8］，悬沙中值粒径d50为0.006 9～0.0084mm。

2.3 底质

根据2009年4～5月在工程水域布置15条断面共140个底质取样点和12条水文垂线处底质取样，经粒径分析其底质d50粒径范围为0.008～0.023 mm（图3），表层沉积物较细，按沉积物分类主要为粘土质粉砂物质（砂含量平均占0.85%～4.18%，粉砂含量占71.1%～75.96%、粘土占22.19%～27.1%）。

2008年10 月、2009年2月以及2008年夏季台风前后分别在头门岛南北两侧不同区域布置了表层底质取样共48个，粒径分析结果表明，粒径d50变化范围在0.006～0.019 mm（秋）、0.007～0.017 mm（冬），二者基本一致。其沉积物粉砂和粘土质粉砂所占比例相同。沉积物中物质组成也未发生大的变化。但由于季节的不同，受风浪掀沙作用影响，在头门岛南侧泥沙有粗化的变化，而其东北侧泥沙有细化的现象。这种局部变化与其特殊位置、潮流、波浪作用有着密切关系，大体上基本没有大的变化。

图3 底质中值粒径d50分布图Fig.3 Distribution of median grain size d50of bed sediment

从台风前后底质沉积物变化来看，田岙岛以北水域各处d50基本没有变化，但头门岛南北处于东侧水道旁水域大部略有粗化现象，中值粒径d50由0.009 mm增至0.010 mm，这种变化与前面季节变化趋势是一致的。表明各水域局部动力的变化将引起沉积物d50的变化。

2003年9～10月在台州湾海域进行了底质表层取样和泥沙粒径分析工作，采样面积307 km2，采样点196个，其中椒江口内30个，椒江口外166个。采样分析结果表明该海域范围主要由粘土质粉砂沉积物所覆盖（椒江口外水域粉砂含量占41.3%～86.7%，平均占61.6%，粘土含量占13.4%～58.7%，平均占38.4%），仅局部范围为粉砂沉积物所覆盖，其泥沙颗粒粒径变化范围与上面2008年和2009年的采样分析结论基本一致。

根据文献［9］,从泥沙粒径看，椒江口台州湾海域属于淤泥质海岸。

2.4 泥沙来源

椒江口台州湾的泥沙来源有三个方面［2,8,10］：

（1）椒江径流输沙。椒江为少沙河流，按侵蚀模数估算，年均输沙量为122万t，年均含沙量为0.24 kg/m3，输沙主要集中于4～9月的汛期，占总输沙量的94.4%。其输沙量中较粗颗粒泥沙一般淤积在藕节状较宽阔的河段中，只有粒径较细的泥沙才有可能在洪水时随泄洪输入到椒江口外台州湾，其量是很有限的。根据椒江口老鼠山断面1974～1989年大、中、小9个潮次的水文全潮资料计算，平均全日净向河口海域输出悬沙量仅为10.05万t；另外，从含沙量分布看，椒江口含沙量很大，但出了椒江口后含沙量即锐减，且多年来口外地形并无明显淤积。因此，台州湾的淤积泥沙中来自椒江河道的内径流输沙仅占很小一部分。

（2）长江口以南南下沿岸流输沙。冬季南下沿岸流将长江口、杭州湾下泄泥沙向南搬运沉积于沿海的海域中，此泥沙经该海域波浪和潮流共同作用，其部分泥沙淤积于海域边滩和波浪遮隐区，造成岸滩的泥沙淤积。沿岸流输沙淤积直接影响了岸滩的冲淤变化，但近些年，沿岸流输沙运动受诸方面的影响已经明显减少（长江入海泥沙由20世纪80年代前的4.68亿t/a减小至20世纪90年代以后的3.52亿t/a，2002～2004年又减小至2.49亿t，比20世纪80年代以前减少47%），使得沿岸海域的泥沙淤积强度大为减少，对于减轻台州湾海域工程的泥沙淤积问题是有利的。沿岸流输沙淤积的作用是长期的，但对局部水域工程影响将是比较小的。

（3）海域来沙及边滩泥沙的再搬运。夏季台风浪和冬春季节偏北向大风作用，将沉积于深水海域的泥沙掀起，随涨潮流搬运至近岸浅水边滩水域，近岸边滩水域沉积的泥沙在波流作用掀起后随潮流发生再搬运，这些泥沙运动成为台州湾海域泥沙淤积的沙源。

上述泥沙来源中以海域和近岸边滩泥沙的再搬运为主，是台州湾泥沙运动的主要来源。

近年来，椒江口南北两侧的台州浅滩、南洋海涂、北洋海涂都进行了围垦（图1），因此，对减轻台州湾的泥沙运动有利。

3 岸滩冲淤演变分析［2 ,8 ,10 ］

根据多次水深测图（本次分析研究采用下列海图和测图资料：台州列岛至鱼山列岛（1/100 000），其海图水深为1931～1934年测量并补充1936年日版海图资料，由中国人民解放军司令部海道测量局1952年刊行，代表时间为1934年；台州湾至隘顽湾（1/100 000），其海图水深椒江河口及其附近为1998年测量，由航保部2001年发行，代表时间为1998年；台州湾海域地形图（1/250 00），其海图水深系台州港组织测量，由中国人民解放军37704部队1988年5月测；2003年9月～10月和2009年5月水深测图（1/250 00）；头门岛局部水域2008年6月和2009年6月的1/100 00水深测图；头门岛附近工程水域2008年6月～2009年5月固定断面水深测图）对岸滩的冲淤演变进行了分析。经不同时期不同部位水深图冲淤演变分析，可以认为该海域海床长期以来呈现略有淤积的基本稳定状态，多年平均淤积厚度2.4 cm/a，而近些年来由于泥沙来源不足，工程海域海床呈现略有冲淤变化的基本稳定状态。

4 头门岛附近建港泥沙条件及淤积特征

根据上述水动力泥沙特征分析，头门岛附近建设港口后其泥沙条件及淤积特征如下：

（1）椒江泥沙对工程海区没有影响：①根据现场水文全潮实测资料分析，椒江口存在高含沙量水体，该高含沙量水体随涨落潮流往复移动，离开河口向外海，含沙量明显减小，头门岛及其东南侧水域大小潮平均含沙量约为河口的二十分之一，小于0.15 kg/m3；另外根据头门岛固定站的含沙量观测资料分析，66 d的垂线平均含沙量仅为0.106 kg/m3，因此椒江口高含沙量水体不会扩散到头门岛水域；②根据椒江口台州湾的潮流场特征，椒江口的净输沙方向应为东南方向。

（2）波流动力掀沙、潮流输沙将是港口航道淤积主要泥沙来源：如前所述，台州湾海域含沙量的变化随潮型大、小变化、大潮潮差大、潮汐动力强，潮流流速大，则水体含沙量大、反之则水体含沙量小，另外，水体的含沙量对风浪的影响较为敏感，如过大的风浪作用，则可使得海域含沙量增大约1倍左右。因此，头门岛附近泥沙运动就是本地及附近的床面泥沙在波浪和潮流作用下的再搬运，成为港口航道淤积的主要泥沙来源。

（3）泥沙运动以悬沙运动为主，泥沙淤积以悬沙淤积为主：①根据底质采样分析，底质d50粒径范围为0.006～0.023 mm，按沉积物分类主要为粘土质粉砂物质，为淤泥质海岸；②根据现场悬沙采样分析，悬沙中值粒径为0.005～0.0177mm；③根据现场水文全潮实测资料分析，各垂线含沙量呈现水面表层含沙量小，底层大的分布规律，其表、底层含沙量分别为垂线平均含沙量的67%～52%和160%～177%，头门岛附近水域分别为55%、203%，说明泥沙运动以悬移质形式运动。因此，泥沙运动以悬移质为主，港池航道的淤积以悬沙淤积为主。

（4）头门岛南侧建港和北侧建港（口门在头门岛东侧）泥沙淤积问题不大：根据现场水文全潮实测资料分析，头门岛南侧和东侧大潮平均含沙量为0.16～0.25 kg/m3,而小潮则为0.02～0.04 kg/m3，大、小潮平均含沙量为0.10～0.15 kg/m3；根据头门岛固定站的含沙量资料分析，66 d的垂线平均含沙量仅为0.106 kg/m3。因此，头门岛南侧建港和北侧建港（口门在头门岛东侧）的水域含沙量不大，工程后港池航道泥沙淤积量不会太大。

（5）封堵白沙—头门岛和围垦头门岛北侧岸边浅滩有利于减轻头门岛南北两侧港池淤积：如前所述，椒江泥沙对工程海区没有影响，台州湾海域的泥沙运动就是本地及附近床面泥沙在波浪和潮流作用下的再搬运，因此，封堵白沙—头门岛和围垦头门岛北侧岸边浅滩有利于减轻头门岛南北两侧港池淤积。

（6）挖入式港池淤积主要发生在口门附近，越向口门以里越小：如前所述，泥沙运动以悬移质为主，港池航道的淤积以悬沙淤积为主，当涨潮挟沙水流进入挖入式港池口门后，由于流速突然降低，挟沙能力也随之降低，造成泥沙迅速落淤，随着水流向港池里面的流动，泥沙不断沿程落淤，水体含沙量不断减小。因此，挖入式港池的淤积特征将是口门大，越往里越小。另外，环抱式港池口门通常存在涨潮环流，这种环流也能加大淤积，即口门环流加大了口门淤积强度。

（7）底质条件适合航道开挖，航道碍航骤淤问题可能性小：工程海区底质d50粒径范围为0.006～0.023 mm，按沉积物分类主要为粘土质粉砂物质，属于淤泥质海岸，适合航道开挖和维护，根据国内淤泥质海岸的港口航道建设经验，在这类海岸上开挖航道不太可能有碍航骤淤问题，但要注意浮泥问题。

5 水动力泥沙数学模型研究

使用波浪数学模型［4］，考虑波浪作用的潮流泥沙数学模型［11-13］对头门岛附近建港（台州港临海港区）的各种方案的波浪条件、泊稳条件、潮流场、泥沙淤积等进行了模拟计算，有以下主要成果：

（1）工程所在海域由于受台风影响，外海波浪较大，但在众多岛屿的掩护以及向岸水深变浅的影响下，头门岛水域波浪相对外海明显减小。头门岛南侧岸线设计波浪主要受E向和ESE向浪控制，北侧码头岸线设计波浪主要受E向，SE向和NE向浪控制。

（2）通过对方案布置形式的调整，可以达到满足泊稳条件，并减少影响作业天数。

（3）各规划建设方案（包括圈围石坦岛、雀儿岙岛、田岙岛与大陆形成大港区）实施后，对周围海区敏感点影响较小，对三门湾潮动力没有影响，对椒江口的流场及椒江泄洪排涝影响甚小。

（4）白沙—头门岛之间为上下滩水流，不是潮汐通道，可以封堵，封堵后对减轻头门岛南北两侧泥沙淤积有利。

（5）各规划建设方案港池航道淤积不大，淤积强度为1 m的量级，头门岛南侧港区淤积强度大于北侧。通过对方案布置形式的调整，可以减小环抱式港池口门环流，减小淤积。

6 结论

在台州湾中，头门岛附近水深条件好，离岸近，头门岛—白沙以北大片浅滩水域紧邻东海海域国际航道，通向外海的航道自然水深在-10 m以上，具有开发建设大型深水港口的基础条件和现实条件。通过对现场实测资料分析、设计水位和外海不同重现期波要素计算、波浪数学模型和潮流泥沙数学模型计算，对椒江口台州湾头门岛南北侧建设大型深水港口所涉及的水动力泥沙问题进行了研究论证。有以下主要结论：

（1）台州湾海域潮汐属于正规半日潮型，潮差大，潮汐动力强，港口航道工程可以充分利用乘潮水位。

（2）台州湾海域潮流属于不正规半日潮型的浅海潮流，潮流动力较强。各站潮流运动可分为往复流和旋转流运动两种形式，其中椒江河口～头门岛前水域或受岛屿影响区域基本为往复流运动，其它均为顺时针的旋转流运动。台州湾海域涨落潮流基本呈292°～322°和103°～122°变化，这种潮流方向的变化与该海域潮波传递方向是相一致的。

（3）台州湾长期以来海床、岸滩处于基本稳定状态；泥沙来源少，实测水体含沙量不大，波流动力掀沙、潮流输沙将是港口航道淤积主要泥沙来源，泥沙运动以悬沙运动为主，泥沙淤积以悬沙淤积为主。

（4）台州湾底质条件好，属于淤泥质海岸，适合航道开挖，航道碍航骤淤问题可能性小。

（5）头门岛各规划建设方案（包括圈围石坦岛、雀儿岙岛、田岙岛与大陆形成大港区）实施后，对周围海区敏感点影响较小，对三门湾潮动力没有影响，对椒江口的流场及椒江泄洪排涝影响甚小；白沙—头门岛之间为上下滩水流，不是潮汐通道，可以封堵，封堵后对减轻头门岛南北两侧泥沙淤积有利；各规划建设方案港池航道淤积不大，淤积强度为1 m的量级，头门岛南侧港区淤积强度大于北侧，通过对方案布置形式的调整，可以减小环抱式港池口门环流，减小淤积。

（6）台州湾外海域由于受台风影响波浪较大，但在众多岛屿的掩护以及向岸水深变浅的影响下，头门岛水域波浪相对外海明显减小。头门岛南侧岸线设计波浪主要受E向和ESE向浪控制，北侧码头岸线设计波浪主要受E向，SE向和NE向浪控制。通过对方案布置形式的调整，可以达到满足泊稳条件，并减少影响作业天数。

综上，从水深条件、水动力泥沙条件角度考虑，头门岛南北两侧具有建设大型深水港口的有利条件，圈围石坦岛、雀儿岙岛、田岙岛与大陆形成大港区也是可能的。

由于台州湾没有港池航道开挖（挖槽）后的实测泥沙淤积资料，计算预测的淤积强度有待验证，另外，本海域底质泥沙颗粒较细，是否存在浮泥问题，也依赖挖槽后实际情况说明。

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Study on harbor⁃constructing conditions in Jiaojiang Estuary and Taizhou Bay

LI Meng⁃guo,MAI Miao,LI Wen⁃dan,XIAO Hui,WU Yi⁃xi
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，National Engineering Laboratory for Port Hydraulic Construction Technology,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin 300456,China）

By means of analyses of in⁃situ waves,tidal levels,tidal currents,sediment concentration,seabed materials and sea beach evolution,computation of design water levels and design wave characteristics in open sea, and mathematical modeling of wave,tidal current and sediment,study and demonstration were carried out of hydro⁃dynamic sediment conditions in large⁃scale deepwater harbor construction near Toumen Island in Jiaojiang Estuary and Taizhou Bay.The main results show that∶（1）The engineering sea area is of good water depth condition,strong tidal force,not great sediment concentration,little sediment source,fine seabed material condition and long⁃term ba⁃sically stable sea beach;（2）Although the wave is greater in open sea,it decreases obviously near Toumen Island shielded by islands and affected by shoaling;（3）The effect of large⁃scale harbor construction on Jiaojiang Estuary is very little.In a word,the harbor construction condition is favorable near Toumen Island.

tidal current;sediment;wave;sediment concentration;Jiaojiang Estuary;Taizhou Bay;Toumen Is⁃land

U 656.3；TV 142

A

1005-8443（2015）05-0369-09

2015-03-03；

2015-03-23

李孟国(1964-)，男，天津市人，博士，研究员，主要从事海岸河口水动力泥沙研究工作。

Biography：LI Meng⁃guo（1964-），male，professor.