沈彦军 陈亮 王国波

摘 要：本文重点分析上海临港海上风电二期工程区域海洋水沙特征，主要对潮汐、潮流、风浪、泥沙及海床地形等实测数据进行了分析。研究成果可为该海域的海洋风电及其它工程项目的研究立项、开发及管理提供科学参考依据。

关键词：临港海上风电;潮汐;潮流;风浪;含沙量;海床演变

中图分类号：P75           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）09-0138-03

1引言

上海临港海上风电场二期工程位于南汇边滩以东，杭州湾与长江口南槽的交汇处，西起-5m等深线附近、东以长江口南支航道以西避航区为界、北至南汇大治河延长线、南为环球海底光缆以北（相距1km），可利用海域面积约45km2。风电场规划总装机容量20万kW，场址分为南北两部分，本次研究区域为北侧二期工程部分（见图1），装机容量10万kW级。

本文研究区域位于长江口和杭州湾的交汇地带，受长江口与杭州湾水沙交换相互影响，二十世纪以来，分别实施了南汇东滩围垦工程、长江口北槽深水航道治理工程、南槽航道治理工程、洋山深水港工程、东海大桥工程等，工程的实施改变了原南汇边滩外边界。国内学者研究方向多集中在南汇边滩近岸段的动力过程、剖面塑造机制及演变规律等方面进行了分析[1-3]，但未对南汇边滩的离岸区域和本风电场海域内水沙特征进行深入分析。本文将基于研究区域内的潮汐、潮流、风浪、泥沙及海床冲淤变化等实测数据进行分析，得出该区域海洋水沙特征，为该海域的海洋风电及其它工程项目的研究立项、开发及管理提供科学参考依据。

2 海洋水文特征分析

2.1 潮汐特征

本风电场海域内没有验潮资料，故以本风电场东南约10km的大戢山、西约18km的芦潮港长期验潮资料作为潮位分析的依据，以两站验潮基准面的高程关系作为风电场工程高程基准的依据，并以两站验潮资料表征风电场海域潮汐的基本特征。参考以上两海洋站验潮资料，可知，本海域的潮汐属非正规半日浅海潮。

风电场海域的最高、最低潮位极值的出现，是在重大天气系统侵袭，风暴增、减水造成。本海域最高潮位极值发生在9711号台风影响期，最低潮位极值发生在1980年10月25日。

杭州湾口内和口外的潮差存在差异：潮差的大小口內明显大于口外，但最大潮差极值均出现在0012号（派比安）台风期;潮差的月际变化存在着两种类型。芦潮港月平均潮差一年中呈一高一低型。即9月最大，1月最下;大戢山的月平均潮差一年中呈两高两低型。两高出现在3月和9月，两低出现在6月和12月。

外海潮波进入风电场海域后，受地形和径流的作用，潮波逐渐变形，前波增陡，后波变缓，使得落潮历时长于涨潮历时，历时差从东向西逐渐增大。

2.2 潮流特征

本风电场位于南汇嘴外、大戢洋的西北侧，为杭州湾与长江口南槽的交汇处。长江口南槽是长江口与杭州湾水沙交换的直接通道，东海潮波进入长江口与杭州湾交汇区后，进入长江口的潮波方向为305°，涨潮流的主导方向为316°，进入杭州湾北部的潮波方向为257°，涨潮主导流向为268°。

2007年6月30日～7月8日在本风电场海域布设两个流速流向测站N1、N2，进行了流速流向观测。N1、N2测站分别位于风电场北侧及南侧。本次N1站实测涨潮平均流向为255°，落潮为83°～92°，表明本风电场海域主要为杭州湾流徙控制，同时也受到长江口流系的作用影响。本风电场海域的潮波接近驻潮波，潮流与潮位存在位相差，在一个潮周期中有涨潮落潮流、涨潮涨潮流、落潮涨潮流、落潮落潮流四个阶段，其中落潮落潮流时间最长，其次为涨潮涨潮流，涨潮落潮流，落潮涨潮流时间最短，一般在1小时左右。

本风电场实测最大流速流向具有以下特征：以垂线流速看，实测最大流速在潮次间的变化为：N1站中潮最大，大潮次之，小潮略小;N2站大、中、小潮流速变化很小，表层流速大潮最大;本风电场的优势流不显著，且南、北相反;本风电场的潮流成旋转状态，流向在垂向、潮次间有一定的变化，但大、中、小潮垂线最大流速的流向还是较稳定。

全潮平均流速流向是一个全潮各时次涨潮、落潮实测流速流向的矢量平均。N1站全潮涨潮垂线平均流速大、中、小潮分别为61cm/s、77cm/s、62cm/s;落潮分别为68cm/s、79cm/s、67cm/s。N2站全潮涨潮垂线平均流速大、中、小潮分别为52cm/s、67cm/s、63cm/s;落潮分别为65cm/s、67cm/s、63cm/s;N1全潮平均流向与强流向有10°左右的偏差。平均流速的垂向变化为表层最大、中层次之、底层最小。

2.3 风浪特征

本风电场周边有引水船、大戢山两个长期波浪观测站。引水船海洋站是借助于停泊在九段沙东侧的引水船进行风、波浪等项目的观测，距风电场北侧12km左右。大戢山海洋站位于风电场东南约10km，测风点位于山顶、海拔高度81m，四周空旷。测波点位于岛的东北方向，离岸约500m，浮筒处水深18.8m，NW～S向的波浪有良好的代表性，包括了风电场海域的常浪向、强浪向。

通过分析上述两个站的资料得出：风电场海域风向的季节变化十分明显，冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风，年常风向为NNE、NE，年强风向为偏北向，1978～2002年NNE向10分钟平均风速最大为28m/s（海面10m高度）。年常浪向为NNE、NE向，年强浪向为偏北（NNW、N、NNE、NE）向，其中H1/10最大为7.0m（NNE向）。

2.4 泥沙和海床演变特征

本工程区域海床表面主要为淤泥和淤泥质粉质粘土。工程所在海域悬沙含沙量随年内季节变化和潮汐变化而相应变化，冬季含沙量普遍大于夏季含沙量;大、中、小潮比较，大潮含沙量最高，中潮含沙量较小，小潮含沙量则明显为低。根据水文测验资料，场址区大潮垂线平均含沙量为1.2kg/m3左右，悬沙级配比较均匀，平均粒径基本上为0.008mm左右，为粉沙质粘土。场址区海域泥沙底质为比较均匀的粉沙质淤泥，平均粒径为0.010～0.015mm。

依据不同时期杭州湾水下地形测量成果及东海大桥2002-2003年水下地形测量成果，通过对场址区域断面变化情况比较，分析了海床演变情况。东海大桥海上风电场所在工程区1962年～1976年间处于淤积状态，年平均淤积3cm左右;1976年～1997年间工程区离岸4～6km范围内冲刷，6km以外为淤积，冲淤幅度不大，21年间最大冲淤幅度0.6m左右，海床基本处于稳定状态。由近年的资料分析也可看出，海堤外水下边坡区和海床内边缘有一定的冲刷，但离岸5km以外冲刷量趋小[4]。

本风电场场址区西侧距离岸线最近处9.2km，所在的岸线目前基本为人工海岸，岸线已被固定，本风电场工程海域近岸6km范围内近年基本处于微冲状态，6km以外海床基本处于微淤状态。因此，本风电场工程区海床总体上基本稳定。

3 结论

（1）本海域的潮汐属非正规半日浅海潮，海域落潮历时长于漲潮历时，历时差从东向西逐渐增大。

（2）本风电场海域的潮波接近驻潮波，潮流成旋转流状态，大、中、小潮垂线最大流速的流向较稳定，平均流速的垂向变化为表层最大、中层次之、底层最小。

（3）风电场海域风向的季节变化十分明显，冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风，年常风向为NNE、NE，年强风向为偏北向。年常浪向为NNE、NE向，年强浪向为偏北向。

（4）本工程区域海床表面主要为淤泥和淤泥质粉质粘土;所在海域冬季含沙量普遍大于夏季含沙量;大中小潮含沙量依次减小。

（5）本工程海域近岸6km范围内近年基本处于微冲状态，6km以外海床基本处于微淤状态，总体上工程区海床基本稳定。

参考文献：

[1]付桂.长江口南汇边滩短期冲淤变化分析[J].水运工程，2018（11）：97-103+137.

[2]付桂， 李九发， 应铭， 等.长江河口南汇嘴潮滩近期演变分析[J]. 海洋通报. 2007， 26（2）： 105-l12.

[3]赵建春， 李九发， 李占海， 等.长江口南汇嘴潮滩短期冲淤演变及其动力机制研究[J]. 海洋学报. 2009（4）： 103-111.

[4]上海勘测设计研究院. 上海临港海上风电二期工程可行性研究报告[R].上海：上海勘测设计研究院， 2015.