斯里兰卡科伦坡港海域岸滩演变特征及泥沙环境分析

高峰，李苏，李松喆，赵鹏，张军

（1.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；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州510230；3.河海大学港口海岸与近海工程学院，南京210098）

斯里兰卡科伦坡港海域岸滩演变特征及泥沙环境分析

高峰1，李苏2，李松喆3，赵鹏1，张军2

（1.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；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州510230；3.河海大学港口海岸与近海工程学院，南京210098）

根据科伦坡港海域两次季风影响期的水文泥沙实测资料，结合其他相关数据资料及研究成果，采用现场踏勘、资料分析和遥感影响分析对比等技术手段对该工程进行了研究。分析结果表明，拟建工程区海域砂源有限，水体整体比较清澈，悬沙浓度相对较小，而海床沉积物质主要以中砂和中细砂为主，在常年波浪作用下，近岸坡度较缓但破波带附近迅速变陡，为典型的砂质海岸。海岸线整体平直、且无沙嘴及明显泥沙输移痕迹和局部堆积体，近岸泥沙相对不活跃，多以近岸输移运动为主。通过岸滩演变分析，历史上该海岸呈现逐渐侵蚀冲刷的趋势，海床侵蚀强度平均在0.04 m/a左右。另外，基于风浪和涌浪的分频分级统计资料，还对拟建工程海岸的岸滩稳定类型、沿岸输沙和横向输沙能力进行了估算。

砂质海岸；水文；泥沙；斯里兰卡

斯里兰卡是印度洋上的岛国，位于印度洋东北部，在南亚次大陆南端，西北隔保克海峡与印度半岛相望，东侧为孟加拉湾，该国海岸常年受北印度洋季风控制。其中，科伦坡港位于其锡兰岛西南海岸、克拉尼河以南，濒临印度洋北侧，主要受来自西南和西侧的涌浪和风浪影响，是斯里兰卡的最大港口。近年来随着整个国家经济的增长而发展迅速，城市规模也在不断扩大。在此背景下，斯里兰卡城市发展局和斯里兰卡港务局构想填海造地发展与科伦坡港建设结合进行，拟规划进行填海造地建设，功能规划将融合商业、旅游、休闲、文化、居住等功能于一体，成为科伦坡市核心市区的重要组成部分以及城市地标。该填海项目位于斯里兰卡科伦坡港新建的南港南侧，依托南港防波堤向南填海形成陆域，外侧建设防波堤对内侧陆域进行掩护，区域内规划有人工河道和游艇泊位等，工程位置及基本布置见图1。

1 水动力及泥沙环境分析

1.1 风浪条件

常年受印度洋季风气候影响［1］。东北季风期以NNE和NE向为主，平均风速为4～5 m/s，阵风达10 m/s，但NW向也有较高出现频率。SSW、SW和WSW向主要出现于西南季风期，平均风速为5 m/s，强阵风达8～10 m/s，据资料记载最大风速达38 m/s。热带气旋是本工程海域的波浪产生的重要条件之一，外海的波浪传播至斯里兰卡岛西部海域时，由于受地形因素的影响，主波逐渐变为西南向。科伦坡位于斯里兰卡西海岸，影响本区的主要波浪主要来自西南和西侧，包括涌浪和风浪。其中，涌浪主要来自外海单向传播的，其波周期相对较长（8～20 s），而风浪主要是受风区内的季风影响，波周期相对略短（3～8 s），传播方向与风向基本一致。另外，波浪的季节性变化主要受季风期的影响。西南季风期（5～9月）主要来自SW向，东北季风期（11月～次年2月）主要来自偏NW向。其涌浪和风浪的波玫瑰图分别如图2所示，其数据取自Colombo港1998～1999年和2002～2003年的实测统计资料。其中，风浪主要集中于200°～230°方向范围内，其有效波高在0.04～3.24 m，平均周期在4～8 s。而涌浪方向集中于200°～290°范围内，其有效波高在0.03～2.62 m，平均周期主要在7～18 s［2-3］。

图1 科伦坡南港及拟建填海工程示意图Fig.1 Sketch of Colombo South Port and land reclamation project

1.2 潮汐与水流

（1）潮汐与特征水位。

海域潮汐属不正规半日潮性质，据历史统计资料表明平均潮高为高潮0.7 m，低潮0.1 m。根据2013年西南和东北2次季风期实测结果（潮位测站位置见图1），本海域日潮不等现象明显，即高、低潮不等较为明显，主要潮汐特征值如表1所示。

（2）季风与洋流。

图2 波玫瑰图Fig.2Wave rose

表1 潮汐特征值（基于LWOST基面）Tab.1 Tidal characteristic value（LWOST）

北印度洋由于印度半岛分割成2个大小相差不太大的海区，东部为孟加拉湾，西部为阿拉伯海，而且都向南敞开，给冬季强劲的东北季风在2个海域吹拂时没有阻碍。同时，印度洋因为没有跟太平洋和大西洋一样南、北相通，而且受太平洋和大西洋的洋流影响，洋流相对来说比较乱。北印度洋海区的季风洋流从成因上看属于风海流，由于受季风环流的控制，洋流流向在一年中具有明显的季节变化化（图3），当北印度洋盛行东北季风时，海水自孟加拉湾流向西南，从南部绕过斯里兰卡岛以后，一直向索马里半岛流去，再沿非洲海岸南下，大约在赤道附近东转，沿赤道东流，形成了反时针方向的东北季风漂流。当北印度洋盛行西南季风时，索马里海流呈现出强烈东北向的流动，由于受到阿拉伯半岛阻挡，这支洋流先偏向东北，然后转向东南，绕过印度半岛和斯里兰卡进入孟加拉湾，再沿苏门答腊岛的西南岸南下，与南赤道洋流汇合，形成顺时针方向的西南季风漂流［4］。

本海域受西南季风和洋流影响显著，潮汐作用较弱，2013年实测期间测站分布参见图1，图4为西南和东北季风期水文测验观测海域大潮期垂线平均流速矢量图，小潮与之相类似。西南季风期水文测验期间，拟建工程区水域实测SE和NW主流向平均流速分别为0.05 m/s和0.08 m/s。其中实测SE主流向，大、小潮分别为0.08 m/s和0.03 m/s，大潮大于小潮。东北季风期水文测验期间，实测N和S主流向平均流速分别为0.07 m/s和0.03 m/s。其中实测N主流向，大、小潮分别为0.03 m/s和0.10 m/s，大潮小于小潮。

西南季风期，大潮实测最大流速为0.23 m/s，流向为334°，小潮实测最大流速为0.14m/s，流向为139°。东北季风期，大潮实测最大流速为0.18 m/s，流向为314°；小潮实测最大流速为0.36 m/s，流向为357°。另外，对于观测海域各潮次余流垂线平均流速，西南季风期大潮平均为5.2 cm/s，小潮平均为2.8 cm/s，平均流向整体沿岸偏向南；东北季风期大潮平均为3.3 cm/s，小潮平均为10.1 cm/s，平均余流流向整体沿岸偏向北。

1.3 泥沙环境

1.3.1泥沙来源

拟建工程海滩分布以沙滩、人工护岸及少量礁石基岩，没有大的明显砂源，也没有发现明显的堆积体（沿岸丁坝局部除外），近岸的泥沙输移趋势不明显，即使在有风浪作用的情况下，悬沙浓度也较小，近岸水体也比较清澈。由于周边河流主要由雨水补给，径流随降水量的季节变化而变化，水文特征是年际变化较大，旱季降水少，河水补给困难，流量减少，水位下降，而雨季降水多，易诱发洪水和径流输沙。主要砂源来自科伦坡港北侧约6.0 km的Kelani河径流输沙以及海域近岸的滩沙输移。但由于Kelani河上游采砂影响，输沙量已大幅减少，因此近岸输沙是目前的主要沙源。

图3 北印度季风影响与洋环流示意图Fig.3 Sketch of North Indian monsoon and ocean circulation

图4 大潮垂线平均流速矢量图Fig.4 Vector diagram of average vertical velocity

1.3.2含沙量与底质

西南季风期，虽然风浪较强，但近岸水体相对较清，且各站分层垂线变化并不均匀，由实测数据如表2所示，测站位置见图1。

通过现场拟建工程区水域进行31个底质取样颗分结果表明，本区沉积物质主要为：细砂（FS）、中细砂（MFS）、粗-细砂（C-FS）、粗中细砂（CMFS）、粗中砂（CMS）、中砂（MS）、砾粗中细砂（G-CMFS）和粗砂（CS）8种沉积物质，以中砂（MS）和中细砂（MFS）为主。沉积物中值粒径在0.091 5～0.706 5 mm（平均为0.339 3 mm），空间分布上的沉积物粗细沉积特征并不十分明显，其中较粗颗粒（＞0.3 mm）的区域分布较广，在南侧沿岸边滩区域还有检测到0.5 mm以上样品，粒径较细（0.1 mm）的区域则主要集中在拟建工程区南侧-15～-18.0 m局部水域。

表2 实测含沙量垂线平均值Tab.2 Measured sediment suspended concentration kg/m3

2 岸滩演变趋势分析

2.1 实测水深对比

拟建工程沿岸自南向北，依次由人工块石护岸、沙滩、丁坝及少量礁石基岩组成，其中工程所在区段主要分布为沙滩（其间有少量丁坝分布），整个岸滩呈现砂质海岸特征，沿岸平直无明显的泥沙输运与堆积痕迹。拟建工程区缺乏长期反映地形水深的资料，而研究期间搜集到2次相同比例的水下地形资料，包括2008年测图（南港防波堤修建前）和2012年实测水深图（南港防波堤修建后）。以上述资料进行等深线的对比，由于近岸破波带影响，测图在近岸-9.0 m以浅的水域数据不完整，因此对比也仅能以其以外水深进行，选取了-10 m、-15 m和-20 m的等深线进行对比（图5），其中浅色线为南港防波堤未建时（约4 a）的等深线，深色线为2012年12月实测地形数据。

对比结果表明，3条等深线均呈现侵蚀趋势，其中-20 m等深线北侧较为显著（后退距离为10～250 m不等），这是由于其邻近科伦坡港防波堤转弯段端部受挑流和波能聚集影响，导致的局部海床冲刷加剧所致。而从各等深线的整体变化趋势看，工程海域海床基本上还是呈整体冲刷状态。

图5 工程海域等深线对比图Fig.5 Contour contrast figure of engineering area

2.2 遥感影像对比分析

采用相间隔11 a的卫星遥感影像（分辨率0.6 m）进行岸线轮廓的直观对比，依据基本资料如下：

（1）QB覆盖图：2002-04-26 05：12：32～05：13：04（潮高：0.33 m）。

（2）WV2覆盖图：2013-03-20 05：35：20～05：35：22（潮高：0.45 m）。

经过对所获得的遥感影像增强、配准、裁剪等预处理后，选择相应波段通过遥感图像处理软件的分类模块进行水陆分类，再将格栅形式的水陆分类结果转化成矢量格式的多边形数据，最后以相应遥感数据的标准假彩色合成图像为参考，进行少量编辑纠正后便可获得位置精度相对较高的水陆交界线。然后结合成像当时的潮高，通过水陆交界点平均高程法对水陆交界线的整体高程进行估算，以此为统一进行比较各遥感影像海岸水陆交界线轮廓奠定基础［5-6］。最后，将各次遥感影像及海图的水陆交界线重叠在一起，并统一绘制在2012年遥感影像上进行对比。结果表明，科伦坡南港及周边海岸整体保持平衡、略有侵蚀的趋势，仅在Baira Lake排水口和沿岸丁坝局部有少量淤涨，其他大部分岸线呈现轻微侵蚀后退趋势。整体呈现侵蚀的特征与前文水深剖面对比结果是一致的，但这11 a间并未发生较大的岸线变化，特别是科伦坡港防波堤实施后，并未在堤根海岸位置形成沿岸输沙的堆积或堤根冲刷侵蚀，表明该海岸的整体稳定性变幅不大，但从长期来看，本区河流来沙及近岸浅滩供沙较少，该处海岸长期仍将处于缓慢侵蚀状态。

上述分析结果初步表明，由于岸线平直、且无沙嘴及明显泥沙输移痕迹和局部堆积体，因此近岸泥沙相对不活跃，多以近地的输移运动为主，因此岸滩可以基本保持稳定。由于拟建工程北侧边界为科伦坡港大堤（人工固定边界）、南侧邻近海岸又无较大入海河流，因此来自陆相的径流砂源相对有限，近岸段局部区域还有侵蚀（冲刷量不大），近年来整个工程海域岸滩平衡并未受到较大破坏，因此海岸演变的发展趋势还将是维持现有的整体平衡略显侵蚀的状态。

2.3 岸滩稳定性与输沙分析

（1）岸滩平衡类型。

这类判别公式很多，本次研究选择其中具代表性的三类判别式［7］，以对本工程岸滩平衡类型进行初步判断，计算中根据近岸底质颗粒分析结果，选取拟建工程区所在滩面沉积物中值粒径的平均值，即0.3～0.4 mm，结果如表3所示。

（2）沿岸输沙计算。

拟建工程区所在区岸线平直，呈近似NNW-SSE走向，结合波玫瑰图对照可知，该区域的沿岸净输沙方向将以自南向北为主。本次研究限于掌握泥沙资料有限，采用波能法估算沿岸输沙率，即美国《海岸防护手册》的CERC公式进行估算，计算时取近岸破波带附近的平均中值粒径0.35 mm，结果如表4所示。

分别对拟建工程南、北各10 km以内的6个断面进行了计算，从结果看基于Sea Wave的输沙能力要大于Swell Wave，表明本区沿岸输沙是以常年的风浪作用占主动的。而空间上的分布表明，拟建工程以北的沿岸输沙能力远小于以南。这是由于斯里兰卡科伦坡港已经阻隔了沿岸输沙南—北的交换，优势输沙主要表现为自南向北，即工程影响也将主要受南侧影响。同时，由于拟建工程以南海岸线较长、且平直，利于纵向输沙的沿岸推移，但由于南岸分布多个小型河口、河口挡沙堤，从而隔断了输沙路径，即其输沙并非连续的，因此其实际输沙量会小于表4中的输沙能力的估算值。同时，在研究期间还对比考察了以南6 km、9 km、12 km、18 km、20 km和24 km的岸段，上述各处均存在不同程度的沿岸输砂痕迹（图6），其中可看出沿岸输沙自南向北的影响趋势，即是很好的印证。

（3）横向输沙影响分析。

同时，除了受波浪作用而有向岸运动的倾向，另一方面又在重力的作用下还存在垂直于海岸方向的泥沙运动，即横向输沙。从现场情况以及有关记录看，拟建工程海岸沿岸输沙能力和实际输沙量相对有限，而近岸又呈现一定的侵蚀，那么由此判断横向输沙在海岸演变发展中也扮演了重要角色。控制横向净输沙的大小和方向的主要因素可概括为：①由于水深变浅引起的波浪不对称；②沙纹尺度和沙纹形状的不对称；③局部底坡等。这些因素与本区波、流强度密切相关。砂村（Sunamura）1984年在分析实验数据的基础上，得出了近岸区向岸—离岸方向净输沙率计算公式为［8］

表3 工程所在岸滩平衡类型计算结果Tab.3 Calculation results of equilibrium beach types

表4 沿岸年均输沙能力计算结果Tab.4 Results of calculation of long⁃shore sediment transporting capacity

图6 南港以南各岸段受沿岸输沙影响现状图Fig.6 Influence map of south coast by long⁃shore sediment transport

式中：ωs为沉速为以体积计的净搬沙率；Ur=HL2/h3为厄赛尔数，它是波浪不对称性（或非线性）的重要标志。以近岸滩面沉积物中值粒径的平均值，即0.5 mm代入上述公式中，计算结果表明常年横向输沙能力约为该计算值与前文剖面实测结果换算出的数量级相接近，公式计算值略大一些。若以该计算值为基础估算，该岸段每年单位宽度（1 m）沙滩上的横向输沙能力为600～700 m3，这部分沙量将是该海岸运动较为活跃的沙量估算值，也是随着工程区波浪动力强、弱而向、离岸运动的沙量。

3 主要结论

本文结合实测和搜集资料，对斯里兰卡科伦坡港海域近岸的水动力条件、泥沙环境和岸滩演变特征进行了分析，结果表明：

（1）拟建工程海域的潮汐属不正规半日潮性质，而潮流属规则全日潮流性质，但潮流动力较弱，主流向基本沿海岸线方向，西南、东北季风期实测主流向平均流速均小于10 cm/s；海域波浪主要受来自偏西和西南向的涌浪和风浪控制，相对于较弱的水流动力，波浪式本区的主要控制条件，随季风期不同波浪也有变化；近岸砂源有限，在有风浪作用的情况下，水体也比较清澈，且悬沙浓度相对较小；海床沉积物以中砂和中细砂为主。

（2）拟建工程海岸为典型的砂质海岸，常年受波浪作用，近岸坡度较缓但破波带附近迅速变陡。历史上该海岸呈现逐渐侵蚀冲刷的趋势，海床侵蚀强度平均在0.04 m/a左右。由于岸线平直、且无沙嘴及明显泥沙输移痕迹和局部堆积体，因此近岸泥沙相对不活跃，多以近地的输移运动为主，因此岸滩可以基本保持稳定。近年来整个工程海域岸滩平衡并未受到较大破坏，海岸演变的发展趋势还将是维持现有的整体平衡略显侵蚀的状态。而分别基于Sea wave和Swell wave的分频分级统计资料计算的沿岸输沙能力也相对有限。

（3）基于上述研究分析，本海域是砂源少、轻微侵蚀的砂质海岸，在此进行填海工程的建设，其泥沙冲淤不是主要问题。但鉴于该海域常年受北印度洋季风引起的较频繁的风浪连续作用以及输沙影响的存在，因此建议继续关注近年来的水深变化，由于是波浪强、潮流弱，还需重视波浪对新建工程的防护。

［1］郑友华，郑崇伟，李训强，等.近45年北印度洋海表风、浪特征研究［J］.海洋科学，2012（8）：53-58. ZHENG Y H，ZHENG C W，LI X Q，et al.Wave Analysis of the North Indian Ocean from 1957 to 2002［J］.Marine Sciences，2012（8）：53-58.

［2］Turnbull M，DMD Wootton.Colombo Port Efficiency&Expansion Project Colombo South Harbour Detailed Engineering Report［R］.Sri Lanka∶Scott Wilson Kirkpatrick&Co.Ltd.，2005.

［3］张慈珩，徐亚男，高峰，等.斯里兰卡科伦坡南港集装箱码头工程波浪与风暴潮数学模型试验研究报告［R］.天津：交通运输部天津水运工程科学研究所，2012.

［4］葛云健，张忍顺.郑和下西洋对季风洋流的认识和利用［J］.中国航海，2005（1）∶14-17. GE Y J，ZHANG R S.ZHENG He′s Cognition and Utilization of Monsoon and Ocean Current During His Sailing［J］.Navigation of China，2005（1）：14-17.

［5］王刚.基于ERDAS IMAGINE 9.1的遥感影像快速配准方法［J］.新疆环境保护，2010（1）：27-29. WANG G.Quick Registration Method of RS Image Based on ERDAS IMAGINE 9.1 Technology［J］.Environmental Protection of Xinjiang，2010（1）：27-29.

［6］王鑫，赵春晖.基于ERDAS IMAGINE软件系统在图像配准中的应用［J］.电站系统工程，2005（2）：59-60. WANG X，ZHAO C H.Application of Image Registration Based on ERDAS IMAGINE Software System［J］.Power System Engineer⁃ing，2005（2）：59-60.

［7］陆永军.曹妃甸滩涂开发利用与环境效应［M］.北京∶科学出版社，2013.

［8］吴宋仁.海岸动力学∶第三版［M］.北京∶人民交通出版社，2004.

日照港将投150亿部分搬迁

本刊从日照港获悉，面对整个城市发展的需要，日照港将进行港口的部分搬迁，把港口用地的两公里岸线恢复成原来的金沙滩。据悉，第一期把北港池进行“东煤南移”，也就是开发新的作业区，向深海要效益，同时也使得港口远离居民、城区、旅游区，总工期需要4年时间，总投资150亿资金。第二期是把石臼港区通用泊位转到南面来，靠近城市改造成集装箱、邮轮等洁净的港区。最后要实现日照港年吞吐量超千亿。通过港口搬迁，可以实现港口转型升级。原来的老港口是露天港，未来将实现封闭化，还将引进世界先进技术，进行智能环保安全升级。搬迁也是适应港口大型化发展的需求，新港区将有48万t级的泊位投入使用，这将是目前全球最大的泊位。除此之外，30万t级、25万t级泊位也将一并投入使用。（殷缶，梅深）

江西泰和县投资1.2亿元打造两座千t级码头

本刊从江西吉安港获悉,江西吉安港泰和港区沿溪渡作业区控制性详细规划编制已完成。下一步将工可评审、项目立项，预计2015年年内可开工建设。该项目建设前期准备工作于2010年8月启动，目前已完成了沿溪货运码头通航安全论证报告、通航论证报告、港口岸线使用合理性分析评估报告编制、吉安港泰和港区沿溪渡作业区控制性详细规划编制等工作。据了解，泰和沿溪综合货运码头项目总投资11 548.43万元，将建成千t级散件泊位和件杂泊位各1个，设计年吞吐量为55万t，设计船型为千t级货船，是全吉安市重要港口之一。（殷缶，梅深）

Analysis on coastal evolution characteristics and sediment environment of Colombo Harbor sea beach in Sri Lanka

GAO Feng1,LI Su2,LI Song⁃zhe3,ZHAO Peng1,ZHANG Jun2
（1.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin 300456,China;2.CCCC⁃FHDI Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou 510230,China;3.College of Harbor,Coastal and Offshore Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China）

Based on the survey data of hydrology and sediment in Colombo Harbor area influenced by two monsoon periods(southwest monsoon and northeast monsoon),and combined with other relevant technical data, some research methods including field investigation,data analysis and remote sensing image analysis were applied in this study.The results show that,project site is a typical sandy coast because of the limited sand source,clear wa⁃ter,small suspended sediment concentration and the seabed sediments mainly in the sand and fine sand.On the whole,the coastline is straight,and there is no obvious trace of spit and sediment transport and local deposit.Near⁃shore sediment is relatively inactive,so the coastal transport movement is a main sediment source.Through the anal⁃ysis of the beach evolvement,the history of the coast shows a trend of erosion,and the average seabed erosion inten⁃sity is about 0.04 m/a.In addition,based on the frequency statistics of sea waves and swell wave,the beach stability type,longshore sediment transport and transverse sediment transport capacity for the proposed project coast were es⁃timated.

sandy coast;hydrology;sediment;Sri Lanka

TV 142；O 242.1

A

1005-8443（2015）02-0105-07

2014-06-10；

2014-06-24

高峰（1978-），男，山东省蓬莱人，高级工程师，主要从事港口航道及海岸工程研究。Biography：GAO Feng（1978⁃），male，senior engineer.