北仑港区岸滩演变和水下岸坡冲淤分析

倪云林，巩明，沈良朵，高华喜，王晋宝

（1.浙江海洋大学 港航与交通运输工程学院，浙江 舟山 316022；2.国家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）

北仑港区岸滩演变和水下岸坡冲淤分析

倪云林1，巩明2*，沈良朵1，高华喜1，王晋宝1

（1.浙江海洋大学 港航与交通运输工程学院，浙江 舟山 316022；2.国家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）

北仑港区是一个典型的峡道型淤泥质海岸港口，研究该区域的岸滩演变和水下岸坡冲淤变化对于认识工程环境效应具有十分重要的现实意义。利用1935年、1962年、1987年、1996年和2004年5个年份的水深地形资料，应用GIS技术建立了这些年份北仑港区的数字高程模型，结合地方史志和三维潮流泥沙数值模型，计算并分析了北仑港区不同时段的岸线变迁、潮滩演变、水下岸坡冲淤变化和冲淤动态趋势。结果表明，岸线位置在1935—1976年间由于围垦筑堤而持续向海推进，而在1976年以后，总体保持稳定，只因码头建设而发生局部形态改变；受此影响，潮滩面积从1935年的18.16 km2锐减至2004年的3.83 km2；水下岸坡在1935—2004年间经历了缓慢冲刷—轻微冲刷—较快淤积—轻微淤积的调整过程，这种变化主要是受北仑港区建设和杭州湾滩涂围垦等人类活动的影响。

北仑港区；岸滩演变；水下岸坡；冲淤变化

0 引言

北仑港区位于浙江沿海北部、金塘水道南岸（图1），属于峡道型淤泥质海岸港口[1]。从20世纪70年代中期开始建造10万吨级F型矿石中转码头，北仑深水港区由此诞生，之后经过多年的开发建设逐渐发展成为拥有多座深水泊位的综合性深水大港。但是，随着北仑港区及周边岸线的不断开发利用，港区的岸滩和水下岸坡冲淤发生了一定程度的变化。

现有的关于北仑港区岸滩变化方面的调查和研究主要集中于20世纪70—90年代。邱建立等（1987）[2]、戴贤凯等（1987）[3]通过水深测量资料的比对，指出北仑山以东矿石码头附近海域的水下岸坡在 1978—1981年间冲淤基本平衡，但从1981—1986年，水下岸坡呈现淤积趋势。逢自安（1991）[4]讨论了金塘水道的几何特征和水力结构，总结了北仑海岸现代岸滩冬冲夏淤的冲淤特征。上述研究一方面使用的水深数据较为陈旧，无法开展杭州湾南岸大面积围垦背景下及北仑深水港区建后的冲淤计算，另一方面研究范围较小，局限于北仑山以东、30 m以浅矿石码头附近2～3 km内的岸段海域，缺乏对北仑港区水下岸坡整体冲淤特性的分析。因此，需要开展北仑港区的岸滩演变和水下岸坡冲淤研究，以更好的认识峡道型淤泥质港口的冲淤演变过程和工程环境效应，为港区的可持续发展提供必要的参考依据。

1 资料来源和处理方法

本文收集了1935年、1962年、1987年、1996年和2004年5个典型年份北仑港区附近海域的海图或水深地形图。基于Bursa-Wolf模型求得转换参数（包括3个平移参数，3个旋转参数和1个尺度参数）[5]，将这5个不同年份水深地形资料的大地坐标系统和投影方式统一为WGS-84坐标系统下基准纬度为30°N的墨卡托投影。接着，将图中水深点、等深线信息导入Surfer，采用Kriging内插方法把离散数值网格化，建立北仑港区水下岸坡不同年份的数字高程模型。整个研究区西起算山，东至大榭岛西侧，南起北仑岸线，北至金塘水道主流线，东西长约13.9 km，南北宽约9.1 km（图2）。最后，利用所得的数字高程模型，结合地方史志研究北仑港区不同时期的岸线变迁、潮滩演变和水下岸坡冲淤变化，并结合人类开发活动进行分析。

2 研究区岸滩演变

2.1 岸线变迁

1935—2004年间，北仑港区的岸线持续向海推进，年均推进速率约21.1 m/a，但不同时段的岸线推进速率有所差别，这种变化主要是人类活动的影响。

其中，1935—1962年间，受当时社会发展条件的限制，人们在岸线上的活动主要是修复海塘，1956年在修复原塘基础上加固加高[6]。因此，这一时段的岸线推进相对缓慢，平均推进距离为200～600 m，年均推进速率约11.4 m/a。

1962—1976年间，由于生产水平的快速发展和各项建设的迫切需求，人们向海要地，围垦技术由高滩围垦向中滩围垦、低滩围垦乃至促淤围垦发展。从1968年起开始围筑算山塘、新碶西塘、新碶东塘、北仑港区塘和五七塘（图3），至1976年共围垦面积9.47 km2。这一时段岸线的推进速率相对较大，北仑山东西两侧的平均推进距离分别约为900 m和600 m，年均推进速率约51.2 m/a。

1976—1987年，在改革开放的大背景下，北仑深水岸线资源得到了初步的开发和利用：1977—1979年建成 5万吨级算山原油码头，1979—1982年建成 10万吨级矿石中转码头，1986—1987年建成2.5万吨级通用泊位[6]图3）；同时，随着1980年《浙江省海塘工程技术规范》的颁布，水利部门对算山塘、新碶西塘、新碶东塘、北仑港区塘和五七塘等当时的一线海塘按照省定标准进行了巩固或重建[7]。可以认为，这一时段岸线的形态只是在修建码头的局部岸段发生变化，而总体位置保持稳定。

1987—1996年间，北仑港区进一步加紧建设高效专业化深水泊位。北仑山以东岸段在原有岸线的基础上于1987—1992年建成由6座3～5万吨级深水泊位组成的集装箱二期码头，1992—1994年建成20万吨级矿石中转码头（图3）；北仑山以西岸段因1991年北仑电厂灰库的建成而向海推移约700 m，算山塘和新碶西塘由此成为二线海塘，同时在新的岸线上于1988—1990年建成5万吨级的北仑发电厂煤炭码头，1995—1996年建成8万吨级的金光粮油码头。因此，这一时段只是在北仑山以西的局部岸段向海推进了700 m。

1996—2004年间，北仑港区继续推进综合性深水大港的建设，在1998—1999年建成20万吨级协和石化码头，1999—2001年建成5～10万吨级的集装箱三期码头，2001—2002年建成3～5万吨级台塑码头，2003—2004年建成3万吨级建龙钢厂码头（图3），形成了拥有多个深水泊位的大型泊位群体。因此，这一时段的岸线得到了更为有效的开发利用，而岸线位置基本保持不变。

2.2 潮滩演变

潮滩是岸线和0 m等深线之间平缓宽坦的淤泥粉砂质堆积体。可以通过岸线和0 m等深线的变化研究潮滩演变。

1935—1962年间，北仑山以西的0 m等深线以向岸退移为主，潮滩面积由1935年的8.34 km2减少至1962年的6.18 km2（表1），减少了约25.9%；北仑山以东的0 m等深线普遍向海推移，但慢于岸线的推进速率，所以潮滩面积由1935年的9.82 km2减少至1962年的8.19 km2，减少了约16.6%。

1962—1987年间，北仑山东西两侧0 m等深线的分布变化幅度相对较小，反映出潮滩相对稳定的状态，但由于60年代中期至70年代末大规模的围垦，高滩和中滩消失，潮滩总面积锐减，到1987年为5.68 km2，仅为1962年的39.5%。

1987—1996年间，0 m等深线以向海推移为主，说明这一时段的潮滩处于缓慢淤涨状态，但因码头工程和北仑电厂灰库工程建设围涂潮滩面积却进一步减少，总面积4.81 km2，较1987年减少了38.7%。

1996—2004年间，0 m等深线也以向海推移为主。但在北仑山西侧，受集装箱三期码头建设工程的影响，潮滩面积继续减少，到2004年为1.49 km2，较1996年减少了19.5%；而在北仑山东侧，由于集装箱二期码头桩基工程的挖后回淤现象使得原本消失的潮滩又重新出现，因此，潮滩面积增长至2.34 km2，较1996年增加了约43.6%。总的来看，这一时段的潮滩仍以淤涨为主，潮滩总面积增长了约10%。

3 研究区水下岸坡冲淤分析

3.1 水下岸坡冲淤变化

利用1935年、1962年、1987年、1996年和2004年5个年份的水下高程数字模型，可以分析不同年间水下岸坡的冲淤分布变化（图4）及定量计算北仑港区水下岸坡的冲淤变化（表2）。

在1935—1962年间，研究区水下岸坡的冲淤幅度一般为1～6 m，但总体上以缓慢冲刷为主，全区平均冲刷厚度2.01 m，年均冲刷速率7.46 cm/a。在1962—1987年间，研究区水下岸坡的冲淤强度较上一时段有所减弱，冲淤幅度一般为0～3 m，但仍以冲刷为主，年均冲刷速率3.70 cm/a，其中F型矿石码头和通用码头附近以淤积为主，幅度约0～3 m。在1987—1996年间，研究区的冲淤性质与1935—1987年间不同，且冲淤强度较1962—1987年间有了较为明显的增加，达到2～6 m，据统计，全区平均淤积厚度2.02 m，年均淤积速率为22.45 cm/a；除20万吨级矿石码头局部存在1 m左右的轻微冲刷外，其余码头前沿水域均以淤积为主，平均淤积厚度1～6 m。在1996—2004年间，研究区继续处于淤积状态，但淤积速率有所减缓，一般为0～5 m，全区平均淤积厚度0.24 m，年均淤积速率3.00 cm/a，其中，集装箱三期码头前沿10～20 m部位淤积相对加大，约6～ 8 m，其余各码头前沿水域的冲淤性质也以淤积为主，幅度约2～5 m。可以看出，在1935—2004年间，研究区经历了缓慢冲刷—轻微冲刷—较快淤积—轻微淤积的调整过程。

3.2 冲淤变化分析

从水下岸坡平面的冲淤计算结果来看，北仑港区的水下岸坡在自然状态下以缓慢冲刷为主，1935—1962年的年均冲刷速率约7.46 cm/a，1978年以后，随着北仑港区的开发建设，该区域在1962—1987年间的冲刷速率减小至3.70 cm/a，而在1987—1996年间和1996—2004年间，冲淤性质由冲刷转为淤积，两个时段的年均淤积速率分别为22.45 cm/a和3.00 cm/a。这说明北仑港区的开发建设使码头附近的海域趋于淤积，并在一定程度上改变了北仑港区水下岸坡的冲淤性质。同时，因为金塘水道是杭州湾口潮汐通道之一，所以水道南岸水下岸坡的冲淤变化可能与杭州湾纳潮量的增减也有着一定的关系。根据大连理工大学对杭州湾南岸“十二五”规划建设用海后的泥沙数值模拟，慈溪和镇海两地378.78 km2围涂造地工程前后通过金塘水道断面的最大峰值流量在涨落潮时将分别减少5.4%和3.3%左右[8]，由此可推知，1984—2010年间研究区上游杭州湾南岸多达249.34 km2的围涂造地很可能间接地影响了1987年以后金塘水道南岸水下岸坡的淤积趋势[9]。但是，从1935—2004年间不同时段的冲淤变化来看，在现有的边界条件和水文泥沙条件下，金塘水道南岸的水下岸坡总体趋向冲淤平衡状态，其强度朝着减缓的方向发展，如果进一步开展研究区周边岸段的开发活动，水道南岸水下岸坡乃至整个金塘水道的淤积可能还会持续一段时间。

4 结语

1）在1935—1976年间，北仑岸段围涂筑堤工程相对频繁，岸线持续向海推进；1976年以后，岸线位置总体上保持稳定，但岸线形态因码头泊位的建设发生变化。受此影响，北仑港区潮滩面积锐减，2004年较1935年减少了78.9%。

2）在自然条件下，北仑岸段水下岸坡以缓慢冲刷为主。但北仑港区的建设破坏了原有的水沙平衡，使水下岸坡经历了缓慢冲刷—轻微冲刷—较快淤积—轻微淤积的调整过程。此外，1984年以后杭州上游湾南岸大面积的滩涂围垦也是北仑港区水下岸坡由冲转淤的原因之一。因此，人类活动是研究区冲淤变化的主要原因。

3）在现有的边界条件和水文泥沙条件下，北仑港区水下岸坡会向冲淤平衡的方向发展，但如果进一步开发周边岸段，淤积还会持续一段时间。

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Coastal evolution and erosion-deposition analysis of underwater slope in Beilun Port

NI Yun-lin1,GONG Ming2*,SHEN Liang-duo1,GAO Hua-xi1,WANG Jin-Bao1
（1.Port and Transportation Engineering School of Zhejiang Ocean University,Zhoushan,Zhejiang 316022,China; 2.Second Institute of Oceanography,SOA,Hangzhou,Zhejiang 310012,China）

Beilun Port is a typical harbor alongside the tidal channel on muddy coast.It is great realistic significance to understand the engineering environmental effects via studying the coastal evolution and erosion-deposition analysis of underwater slope.Based on 5 bathymetric maps of 1935,1962,1987,1996 and 2004,GIS technology is taken to establish the digital elevation models of Beilun Port in these years.With local chronicles as well as 3D hydrodynamic,sediment transport model,we calculated and analyzed the changes of coastline,evolution of tidal flat and erosion-deposition of underwater slope. The results indicate that the position of coastline is advancing seaward due to reclamation and embankment during 1935-1976, while keeping relatively stable except in shape because of dock project after 1976.Affected by the changes of coastline,the tidal flat area is sharply reduced from 18.16 km2in 1935 to 3.83 km2in 2004.Meanwhile,the underwater slope experiences an adjustment from slowly erosion to slightly erosion then to fast deposition and then to slightly deposition.This change is mainly as a consequence of human impact,such as port construction and reclamation in Hangzhou Bay.

Beilun Port;coastal evolution;underwater slope;variation of erosion-deposition

U656.31

A

2095-7874（2017）03-0027-06

10.7640/zggwjs201703006

2016-10-13

2016-11-30

浙江省自然科学基金资助项目（LQ15D060005）

倪云林（1986— ），男，浙江舟山人，博士，讲师，主要从事海岸过程及工程应用研究。

*通讯作者：巩明，E-mail：522535919@qq.com