盘锦港深水航道水沙环境特征分析*

严 冰，韩志远，赵张益，杨 华

(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)

盘锦港是辽宁沿海地区性重要港口，位于辽宁省西南部，是沈阳经济区与京津冀城市群之间的连接带，地理区位优势十分突出[1]。盘锦港曾有河口(辽滨港)和荣兴两个港区。河口港区1995年3月开工建设，2014年退出运营；荣兴港区于2009年5月开工建设，2010年9月开港通航，2013年3月开通了首个集装箱航线，2015年纳入到“辽满欧”“辽蒙欧”国际大通道建设之中，2018年成为“北粮南运”新通道粮食下水港，目前已形成约26 km2的陆域面积，投产5万吨级以上泊位25个，现“盘锦港”专指该港区，是辽宁港口群的重要组成部分[2-5]。为满足经济发展需求，亟需提高盘锦港总体通过能力，进一步加强深水航道建设，将现状5万吨级航道扩建为10万吨级航道。

盘锦港位于辽东湾湾顶，松辽平原南部，紧邻辽河口和大辽河口，在浅滩上围垦形成环抱式港区，口门位于5 m等深线(当地理论最低潮面)附近。现出港航道为5万吨级航道，设计深度为12.6 m。盘锦港恰处于辽河口和大辽河口两个水下三角洲边缘的中间地带，航道西侧为蛤蜊岗子滩及辽河口入海水道，航道东侧为大辽河口西滩和东、西水道(图1)。港区东、西两侧近岸的低平潮滩、蛤蜊岗子滩和大辽河口西滩的滩顶高程均在0 m以上，落潮时出露水面；2 m等深线自外海绕过蛤蜊岗子滩和西滩分别深入盘锦港东、西两侧；5 m等深线在蛤蜊岗子滩和大辽河西滩之间深入至湾顶，并在蛤蜊岗子滩东缘向西北偏转深入至盘锦港口门西侧。由于涨、落潮流的冲刷，蛤蜊岗子滩东缘，距港口口门以南约2.2 km处，存在一个南北长约3 000 m、东西宽约700 m、水深超过10 m的冲刷带。自然状态下，外海10 m等深线向湾顶略有深入，距盘锦港口门最近约15 km。双河口、湾顶、复杂的水下地形等因素综合影响，使得盘锦港深水航道海域水沙环境复杂。本文综合多次现场实测资料，分析盘锦港建设10万吨级深水航道的水沙环境特征，讨论航道回淤的泥沙来源和产生泥沙骤淤的可能性，为相关工作和后续研究提供参考。

图1 研究区域位置

1 盘锦港深水航道水沙环境特征

1.1 波浪特征

盘锦海区目前无长期波浪观测资料，短期资料亦较少。2009年在蛤蜊岗子滩东侧深槽设立临时测站(位置见图1，2#站)，开展了为期1 a的波浪观测[6]。

本海区以风浪为主。常浪向为SW向，出现频率为22.2%；次常浪向为SSW和WSW向，出现频率分别为16.6%、16.4%，3个方向合计55.2%；W向波浪出现频率为12.3%；其它各向出现频率均在5%以下(图2)。

图2 2009年波浪玫瑰图

波浪动力不强，有效波高小于1.0 m波浪的出现频率为89.1%，小于0.7 m的波浪频率为66.6%，小于0.3 m的波浪频率为25.8%。强浪向为SSW向，最大有效波高为2.22 m；次强浪向为WSW向、W向和SW向，最大有效波高分别为1.7、1.8、1.8 m。各月平均波高在0.2～0.6 m。

1.2 潮汐特征

本海域潮汐性质属于非正规半日潮，存在潮汐日不等现象，属中强潮海域[7-8]。根据四道沟水文站1952—1972年和2003年资料统计可知，最高潮位5.20 m(1956年9月4日)，最低潮位-0.30 m(1968年11月10日)，平均高潮位3.32 m，平均低潮位0.64 m，平均潮差2.74 m，最大潮差4.46 m。

1.3 潮流特征

2007年4—5月(建港前)、2013年11月(建港后)分别在大范围海域和口门附近开展定点潮流观测[9]，潮流形态数均在0.5以下，属于正规半日潮流。

1.3.12007年4—5月潮流特征

观测期间大、小潮平均潮差分别为2.94、2.29 m，各站流速矢量见图3。工程海域潮流受辽东湾内潮流系统控制，潮流基本沿深槽等深线做往复运动。涨潮时潮流沿蛤蜊岗子滩和西滩之间的深槽自南向北运动，并在近岸处分成东、西两股流，一部分转向西北进入辽河口水道，一部分向东进入大辽河口；落潮时则相反。

图3 2007年大、小潮流速矢量

大辽河口以外各站流速均不大，大潮流速大于小潮；涨潮流速总体上大于落潮；涨落潮历时略有差异，大潮落潮历时略长，小潮涨潮历时略长。大、小潮涨潮各点平均流速为0.32～0.59 m/s和0.32～0.42 m/s，落潮各点平均流速分别为0.29～0.49 m/s和0.24～0.32 m/s，涨潮各点最大流速分别为0.57～0.97 m/s和0.51～0.65 m/s，落潮各点最大流速分别为0.46～0.79 m/s和0.45～0.66 m/s。

1.3.22013年11月口门附近潮流特征

测验期间大、小潮平均潮差分别为3.25、2.38 m，各站流速矢量见图4。口门外侧水流主要以往复形式运动，涨潮为NW～N向，落潮为SSE～S向，与航道有一定的夹角；大潮涨、落潮各点平均流速为0.29～0.62 m/s、最大流速为0.49～1.16 m/s；小潮涨、落潮各点平均流速为0.28～0.42 m/s，最大流速为0.55～0.75 m/s；涨潮流速大于落潮流速。口门内测点流速小，平均流速在0.2 m/s以内，最大流速不超过0.3 m/s，呈旋转形式运动。

图4 2013年大、小潮流速矢量

1.4 含沙量特征

1.4.1常规天含沙量情况

2007年4—5月定点潮流观测过程中同步开展了含沙量观测。大潮观测期间平均风速2.9 m/s，主风向SW，海况在1～2级；小潮观测期间平均风速4.4 m/s，主风向NNE，海况在1～3级。

时间上看，大潮含沙量较大、小潮较小；平面分布看，河口区、浅滩、近岸含沙量较高，深水和外海较低；潮段内涨、落潮含沙量差异不大；垂向上，底层含沙量约为表层的1.4～1.5倍。

6-1～6-10站大、小潮各点平均含沙量分别为0.053～0.214 kg/m3和0.024～0.080 kg/m3,最大含沙量分别为0.035～0.891 kg/m3和0.038～0.135 kg/m3；大辽河口7-1～7-5站大、小潮各点平均含沙量分别为0.361～0.381 kg/m3和0.176～0.241 kg/m3,最大含沙量分别为0.439～0.589 kg/m3和0.281～0.400 kg/m3，见表1。悬沙主要为黏土质粉砂，平均粒径0.01 mm，平均黏土含量26.6%。

表1 各站特征含沙量统计 kg/m3

1.4.2大风天含沙量情况

2009年10月17—20日存在大风降温天气，利用坐底架在4个站位开展了波浪、潮流、含沙量观测(测站位置见图1)，同时在3#站的近岸进行了风况同步观测，观测时长67 h。

大风过程分为两个阶段。第一阶段为向岸风，主要在18日，最大风速9.5 m/s，平均风速5 m/s；第二阶段是离岸风，主要在19日—20日12:00，最大风速14 m/s，平均风速10 m/s，此后风速逐渐减小，见图5a)。

离岸的1#、2#、4#站波浪呈现成长至衰减的变化过程，波向与风向基本一致；大辽河口的3#站波高始终较小，波向均为向岸方向。从平面分布看，离岸越远、波高越大。1#～4#站最大有效波高分别为3.25、1.26、0.43、1.6 m，平均周期分别为3.7、3.8、2.5、3.9 s，见图5b)、c)。

近底水流受大风影响较小，流速、流向在大风期间和风前、风后基本一致。

大风天含沙量显著大于正常天，但依然主要随涨、落潮流周期性增减变化，大风及波浪对各站泥沙运动的影响不同步。这些特征印证了波浪对该海岸塑造作用不强、双河口海域泥沙环境复杂的特点。

平面分布上，含沙量近岸大、远岸小。距岸最远的1#和4#站，落潮期间含沙量以增加为主、涨潮期间以减小为主，含沙量峰值多发生在落转涨前后，大风期间最大含沙量为0.38 kg/m3和0.52 kg/m3,分别发生在18日12:00、22:00。河口3#站含沙量峰值多发生在涨急时刻附近、最小值多发生在落潮初期至落急期间，大风期间最大含沙量为1.42 kg/m3,发生在18日22:00。深槽内的2#站19日0:00之前含沙量均在0.2 kg/m3以下，19日0:00后含沙量明显增大，风速变小、波浪减弱后，含沙量仍然呈波动状增加，20日5:00含沙量达到最大的0.72 kg/m3,见图5d)。

图5 2009年大风天波浪、潮流、含沙量变化过程

1.5 表层底质特征

1.5.1大范围底质情况

2008和2011年分别在盘锦港不同水域进行大面积水下表层底质采集工作，两次合计取样388个，见图6a)。底质种类较多，由粗至细为砂、砂质粉砂、粉砂质砂、粉砂、砂-粉砂-黏土、黏土质粉砂等。从横向上看，从蛤蜊岗子滩至大辽河口西滩，中值粒径呈现粗-细-粗的分布特点；从纵向上看，东西两侧浅滩之间航道沿程水域底质中值粒径，由北部浅滩至外海呈现较细-较粗-较细-较粗-较细的交错分布特点。蛤蜊岗子浅滩处泥沙粒径最粗，中值粒径在0.066～0.241 mm；10 m等深线以外水域粒径最细，泥沙中值粒径在0.004 7～0.016 mm。

图6 表层底质中值粒径情况(单位：mm)

采样区底质分选系数在0.15～2.05变化，近岸与浅滩上沉积物分选程度较好，远岸与深水区分选程度则较差。底质黏土含量平均为19.7%。蛤蜊岗子浅滩和大辽河口外西滩黏土含量基本在10%以下；北部浅滩、10 m等深线以外、西滩南侧水域黏土含沙量基本在20%以上；其余水域黏土含沙量在15%～20%。

航道沿程水域底质分选程度呈现中常-好-中常-好-中常的分布特点。这种纵向不连续的分布特点表明，航道水域底质泥沙运动不活跃，底质搬运趋势不明显，受河口来沙的直接影响较小。

1.5.2口门附近航道底质情况

2015年12月口门附近航道及两侧边滩进行底质取样和粒径分析，共24个底质样品，见图6b)。蛤蜊岗子滩头部及附近深槽处，平均中值粒径0.125 mm，不含黏土；港池内沉积物平均中值粒径0.01 mm，黏土含量平均为43.5%；除了蛤蜊岗子滩头部深槽处为细砂外，航道内沉积物为粉砂-黏土、细砂和砂质粉砂，平均中值粒径0.028 mm，黏土含量平均为25.8%；航道东侧滩面沉积物为黏土质粉砂和砂-粉砂-黏土，平均中值粒径为0.023 mm，黏土含量平均为26.9%。航道西侧蛤蜊岗子浅滩及附近水域以砂质沉积物为主，东侧滩面底质以黏土质粉砂为主；港池航道回淤物质较细，可以判断港池航道内泥沙淤积以悬沙落淤为主。

2 讨论

2.1 泥沙来源

2.1.1径流输沙影响

辽河古称大辽水，是辽宁省第一大河，流经河北、内蒙、吉林和辽宁4省，包括辽河、浑河、太子河和绕阳河，全长1 345 km，总流域面积21.96万km2 [10-11]。1958年在六间房外建闸将外辽河封堵后，辽河流域分为两个独立的入海水系；辽河干流在盘山境内汇流入海，称辽河(过去也称双台子河)；浑河、太子河在三岔河合流后，称为大辽河，于营口入海，大辽河全长94 km，流域面积 1 926 km2[12]。

受辽河水库及闸坝等拦截工程影响，近年来辽河输沙量大幅减少。六间房站以下为河口平原区，产沙甚少，因此可将六间房站作为分析辽河流域产沙特性的控制站。据相关研究[13]，1988—1994年年均径流量为31.84亿m3,输沙量为1 227万t，1995—2002年年均径流量为21.24亿m3,输沙量为460.64万t；2003—2010年年均径流量为19.65亿m3,输沙量为96.96万t。大辽河输沙主要受浑河和太子河控制，也呈减少趋势，其中浑河(邢家窝棚水文站资料)1984—1999年年均输沙量66.89万t，2000—2014年年年均输沙量41.48万t[14]；太子河(唐马寨水文站资料)1973—1979年年均输沙量134.51万t，1980—1999年年均输沙量88.48万t，2000—2011年年均输沙量39.72万t[15]。

河流输沙量大幅减少，减缓了河口三角洲的发育，部分地段出现萎缩。辽河河口拦门沙向口内发展，蛤蜊岗子滩西缘和南缘、北心滩东南部均出现不同程度的侵蚀后退；大辽河三角洲西滩和东滩普遍侵蚀后退；2、5 m 等深线附近海床整体呈弱冲刷态势；近岸潮间带浅滩(陆域浅滩)淤涨变缓，部分地段出现侵蚀[16-17]。盘锦港航道位于两侧河口顺岸扩散外缘的交界处，在地貌上处于两大河口水下三角洲的前缘深槽水域，避开了两河口出海泥沙的主要堆积区。加之前文表层底质分布特征分析，可进一步判断航道受河口来沙的直接影响较小。

2.1.2滩面就地起动搬运泥沙的影响

除了径流携带流域的泥沙向河口输送，波浪和潮流的就地起动搬运作用是河口区域航道回淤泥沙的另一项重要泥沙来源。辽东湾顶部沿岸有四大河流垂岸分布，自东向西依次是大辽河、辽河、大凌河和小凌河，形成了广泛的水下三角洲，在风浪的作用下泥沙再悬浮现象明显。通过遥感影像可知[18]，比较来看辽河口附近的泥沙运动最为活跃，常自蛤蜊岗子滩东侧起向西形成一个面积较大的浑水舌，浑水舌的外边界随潮段及风况变化，一般情况下，落潮时浑水舌面积大于涨潮，外围一般不超过7 m 等深线水深，大风时浑水舌南侧边界向外移动，可以到达10 m 等深线以深的海域；浑水舌的西侧边界常达辽河河口与大凌河口之间的边滩。大辽河口的最大浑浊带要小得多，一般在西滩、东滩等近岸浅滩附近，与蛤蜊岗子滩之间的水道常形成相对的清水区，大风天时可连成一片。因此，波流作用下两侧岸滩就地起动搬运的泥沙为影响盘锦航道泥沙淤积的主要来源和直接来源。

2.2 产生骤淤的可能性

盘锦港现有航道穿过粉砂质砂和砂质粉砂等沉积区域，且本区域受寒潮大风影响比较频繁，因此航道拓宽、增深、延长后骤淤的可能性是需要关注的问题之一。

1)航道工程海域处在辽河和大辽河两个河口的三角洲之间，泥沙来源丰富。

2)通过底质分布可以做出间接的判断，航道两侧滩面底质由近岸至外海呈较细-较粗-较细-较粗-较细交错分布，这反映出本海域海床底质活动性不强、大范围输移的可能性较小，泥沙运动多以床面局部搬运为主，是影响航道泥沙回淤的主要因素。

3)从水动力条件来看，潮流强度处于中等水平，波浪作用不强。航道沿程大潮平均流速为0.3～0.4 m/s，最大流速为0.7～1.0 m/s。本海域每年受偏北向寒潮大风虽然较多，但由于本海域位于辽东湾顶，寒潮大风多为陆向风，风成浪相对较小；本海域受夏季台风影响较小。工程海域实测年最大有效波高约为2.22 m，工程区50 a一遇最大SW向波浪约为3.5 m[19]。

4)盘锦港现有5万吨级航道以及附近海域的鲅鱼圈港区航道自建成以来并未出现大风骤淤情况。

因此，可基本认为盘锦港10万吨级航道沿程出现骤淤碍航现象的可能性较小。但进入21世纪，全球气候变化的趋势愈加明显，各类极端气候现象出现频率增加。特别是近几年，在全球气候变化背景下，极端天气似乎己成为气候常态[20]。航道骤淤的可能性有增加趋势，应密切加强观测，开展进一步研究。另外，航道竣工初期，可能会出现局部潮流动力变化而产生的滩面冲刷和边坡不稳定，导致航道竣工初期的回淤量较大，应注意与骤淤情况的区分，经过一段时间调整，航道边坡达到稳定状态后，回淤量就会回到正常情况。

3 结论

1)本海区以风浪为主，波浪动力不强。常浪向为SW向，强浪向为SSW向，实测最大有效波高为2.22 m，有效波高小于1.0 m波浪的出现频率为89.1%。

2)本海域潮汐属于非正规半日潮，存在潮汐日不等现象，属中强潮海域；为正规半日潮流，主要以往复形式运动，航道沿程大潮平均流速为0.3～0.4 m/s，最大流速为0.7～1.0 m/s，口门内侧存在强度较弱的旋转流。

3)河口区和近岸浅滩含沙量高、外海深水区含沙量较低；泥沙主要以悬浮形式运动。常规天，涨潮含沙量和落潮含沙量差异不大，大潮实测平均含沙量0.05～0.248 kg/m3,最大含沙量0.65～0.391 kg/m3；小潮实测平均含沙量0.02～0.08 kg/m3,最大含沙量0.035～0.135 kg/m3。大风影响含沙量均显著大于常规天，2009年10月大风实测含沙量主要随涨、落潮水流变化呈一定周期性的增减变化，外海测站最大含沙量为0.38 kg/m3和0.52 kg/m3,深槽内的最大含沙量0.72 kg/m3,最大含沙量出现时间不同，没有表现出一致性的变化趋势，显示了双河口海域泥沙环境的复杂性。

4)航道东侧蛤蜊岗子浅滩及附近水域以砂质沉积物为主，东侧滩面底质以黏土质粉砂为主；港池航道回淤物质较细，港池航道内泥沙淤积以悬沙落淤为主。

5)波流作用下两侧岸滩就地起动搬运的泥沙为影响盘锦航道泥沙淤积的主要来源和直接来源。

6)盘锦港10万吨级航道沿程出现骤淤碍航现象的可能性较小，但近些年，在全球气候变化背景下，极端天气有常态化趋势，增加了航道骤淤的可能性，应密切加强观测，开展深入研究。