宁波舟山港鼠浪湖岛建港水文条件研究*

韩 路，孙骁帆，章卫胜，殷成团

(1.宁波舟山港股份有限公司，浙江 宁波315040；2.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海200032；3.南京水利科学研究院，港口航道泥沙工程交通部重点实验室，江苏 南京210029)

1 工程背景

鼠浪湖岛位于衢山岛东侧，相距约2.0 km。西北距上海芦潮港约60 km，南距宁波北仑约75 km。鼠浪湖岛西北—东南走向，长3 km，宽0.7～1.7 km，陆域面积2.85 km2，海岸线长16.03 km。岛屿西侧为蛇移门水道，东侧为三星山之间的潮汐通道，水深条件良好。

舟山群岛海域深水港点多，深水岸线分布于各个岛屿，适合建设专用码头[1]，鼠浪湖岛及周边岛屿定位为大中型大宗散货泊位。目前鼠浪湖岛西侧已新建2个30万吨级铁矿石卸船泊位。从港口陆域需要和码头岸线条件出发，港口部门对岛屿岸线设计的规划思路为，对岛屿汊道及凹湾进行围填，增加陆域并归顺水流，利用天然水深条件采用顺岸布置高桩码头方案；利用岛屿自身掩护适当建设防波堤，增加波浪掩护功能。在此背景下，设计院提出初步规划方案(图1)，其中鼠浪湖岛东侧，坟基斗岗、横梁、海横头岛之间采用围垦形成两段岸线，前沿利用自然水深布置15万～30万吨级码头泊位。鼠浪湖岛东南侧，大青山、海横头岛以南，堤线自小鼠浪山东南侧沿等深线走向外推，然后向北与海横头岛相连，形成3段岸线，布置5万～10万吨级泊位。鼠浪湖岛北侧与大盘山之间，布置有掩护的小船泊位。此外，考虑防浪功能，东北侧三星岛依托岛礁布置3段深水防波堤。

鼠浪湖岛海域处于杭州湾外海，岛屿众多、汊道交错；受东海潮汐和波浪作用，风、浪、流动力条件复杂，码头方案的平面布置与当地动力泥沙条件的适应性非常值得关注。因此，笔者基于现场资料对海域的水沙动力环境和岸滩稳定性进行分析，结合数学模型对鼠浪湖岛屿岸线建港条件进行研究，为规划方案的确定和优化提供依据和技术支撑，也为类似海域港口规划布置和方案设计提供借鉴。

图1 规划方案布置

2 动力条件

2.1 潮汐

舟山群岛海域潮汐来自于东中海前进潮波。根据鼠浪湖临时潮位站2017年3月21日—4月19日共30 d实测资料，海域(HO1+HK1)HM2值在0.42左右，为正规半日潮，浅水影响系数HM4HM2在0.04左右[2-4]。验潮期间最大潮差4.05 m，最小潮差0.47 m，平均潮差2.49 m。平均涨潮历时5 h 56 min，平均落潮历时6 h 22 min。

2.2 潮流

根据2017年3月现场8个测点大、中、小潮流速、流向资料(图2)，海域流速具有以下特征[5-6]：

1)潮流以正规半日潮流为主。各测点垂线平均流速F(F=(O1+K1)M2)值在0.12～0.49，G(G=(M4+MS4)M2)值在0.08 ～0.38，浅水分潮影响较大。潮流运动形式以往复流性质为主，主要分潮M2的椭圆率|K|在0.24以内。

图2 鼠浪湖海域形势及实测大潮流速矢量

2)潮流通道内水流较强，岛屿边滩和凹湾内流速较小。鼠浪湖东侧通道内P5站，涨落急垂线平均流速分别为1.60、1.43 ms，涨落潮平均流速(垂线平均)分别为0.73、0.89 ms。大部分测点落潮流大于涨潮流。

3)实测潮周期内，各垂线涨潮流历时在3 h 18 min～7 h 25 min，落潮流历时在5 h 00 min～8 h 40 min。受地形影响，P4、P6、P7站涨潮流历时长于落潮流历时，P1、P2、P3、P5站涨潮流历时短于落潮流历时，P8站涨落潮流历时相当。

4)测验点绝大部分时刻表底层流速、流向差异不大，最大流速出现在表层和次表层。最大涨水流速一般出现在最高平潮前1～2 h；最大落水流速一般出现在最低平潮前1～2 h。

2.3 波浪

嵊山岛东南端鳗鱼头附近嵊山海洋站(坐标为30°42′N，122°50′E)，距离鼠浪湖约45 km，在工程区域的东北侧，波浪资料对NE～S向波浪有代表性。根据嵊山海洋站1979—1998年资料绘制波浪玫瑰图，见图3。测站NE～ENE向的出现频率较高，2个方向合计频率为33.8%；波高H大于1.5 m的频率为22.2%，H波高大于1.2 m的频率为41.9%[7]。

图3 嵊山海洋站1979—1998年波浪玫瑰图

3 泥沙运动特征

3.1 泥沙来源

港址周围各岛屿均为基岩海岛，其风化剥蚀的物质来源有限，因而港址水域泥沙主要为海域来沙。舟山群岛的海域水体受台湾暖流、东海沿岸流的变化而变化，因而本海区泥沙变化具有明显的季节性，冬季台湾暖流较弱，长江高含沙水体入海路径偏东南方向，受其影响本海域水体含沙量较高，而夏季东海沿岸流与台湾暖流同向，长江水体入海路径偏东北方向，杭州湾海域受其影响较小，故水体含沙量相应较低[8-9]。

3.2 含沙量

根据2017年3月大、中、小潮取沙垂线的实测资料，当地水体含沙量具有以下特征：

1)含沙量平面分布和涨落潮变化不大。大潮垂线平均含沙量为0.621～0.897 kgm3；大部分测点涨、落潮垂线平均含沙量比值为1:0.80～1:1.09，见表1。

2)大潮含沙量明显大于中、小潮，与潮动力有关。大潮含沙量0.62～0.89 kgm3，中、小潮含沙量0.16～0.51 kgm3。

3)悬移泥沙主要由粉砂和黏粒组成，中值粒径0.005～0.009 mm。

表1 各垂线潮平均含沙量统计

3.3 表层沉积物

测验水域中底质中值粒径普遍较小，除个别受附近施工影响外，各采样点均在0.02 mm以下，粉粒与黏粒所占比例均在80%以上。

4 地形地貌与岸滩稳定性

4.1 地形地貌

工程海域以基岩海岸为主、人工海岸为次。基岩海岸抗侵蚀能力强，岸线相对稳定，尤其是小海湾的两侧矶头，但在迎强风强浪一侧，海蚀地貌相当发育。工程海域为东海潮流进入杭州湾的通道，潮强流急，附近岸线受到潮流冲刷，岸线入海岬角基岩裸露，滩槽过渡带狭窄；由于水道岸线边界崎岖多湾，使得港湾内侧的局部区域动力较弱，有一定面积的浅滩存在，但潮流动力限制了潮滩的发育，其宽度均较小，且呈相对稳定的状态。

4.2 岸滩稳定性

卫星照片资料显示，从20世纪80年代至今，海域的岛屿岸线十分稳定，部分岸段由于码头、围垦工程建设岸线外推，同时部分汊道被封堵。由于工程建设产生的人工岸线与基岩海岸具有类似的性质，所以局部岸线的变化未改变岛屿岸线的整体稳定性。

总体而言，鼠浪湖附近岸线和近岸浅水区相对稳定，两侧深槽及岛屿头部深水区存在明显的冲刷趋势。稳定的岸线和良好的深槽水深为码头工程建设提供了良好的岸线条件。

5 波浪要素

工程海区外海长期的波浪观测站是嵊山海洋站，测站的水深大，测点水深为40 m，对该海区的深水波浪具有较好的代表性。利用抛物线缓坡方程数学模型对外海波浪向近岸传播进行了数值模拟[10]。工程区整体波浪较强，在近岸受岛链和附近水深影响，波浪衰减，不同水域波高分布差异较大。

1)西南侧5万～10万吨级泊位波浪条件相对较好，主要受E～SSE向波浪影响，50 a一遇最大H1%波高为8.0～9.8 m，最大波高出现在ESE向；

2)南侧5万吨级泊位主要受ENE～S方向波浪的影响，50 a一遇最大H1%波高为10.2～11.1 m，最大波高出现在E向；

3)东南侧5万吨级泊位主要受NNE～S方向波浪的影响，50 a一遇最大H1%波高为11.1～11.5 m，最大波高出现在E方向；

4)东侧15～30万吨级泊位主要受NNW～SE方向波浪的影响。50 a一遇最大H1%波高为9.6～11.3 m，最大波高出现在E～ESE方向。修建三星岛间的防波堤方案，50 a一遇最大H1%波高为8.8～11.1 m。

5)总体而言，鼠浪湖岛海域波高和波周期较大，其中南侧和东南侧波高稍小，东侧波高较大，修建三星岛间的防波堤对设计波要素影响较小，仅使得东侧泊位设计波要素减小0.20 m左右。

6 水动力泥沙条件

采用丹麦DHI公司Mike21的水流(FM)模块[11]建立杭州湾大范围潮流数学模型和工程海域局部潮流数学模型，对研究海域现状和工程实施以后的潮流场进行了数值计算，分析海域潮流运动特征和码头工程局部的水流条件。

1)工程实施后，海横头岛北侧产生逆时针方向涨潮回流，鼠浪湖岛西侧水流由于围垦工程归顺岸线，水流相对平顺。两侧涨潮流在岛屿西北角外进行汇流，汇流点至岸线之间的凹湾内水流较弱。落潮时，鼠浪湖岛北侧分流点和南侧汇流点至岸线之间水域水流较弱，南侧预留5万吨码头泊位附近存在弱逆时针方向回流(图4)。

图4 方案实施后涨、落急流场

2)鼠浪湖东侧岸线码头附近涨、落潮水流与码头走向一致。规划15万～30万t泊位附近涨落急流速在1.20～1.80 ms，涨落潮最大横流0.15 ms；预留岸线码头南端泊位涨潮最大横流0.20～0.28 ms(拢流)，横流较小。

3)东南侧预留5万t以下泊位处于涨落潮水流分汇处的东侧，码头泊位涨急流速0.90 ms，涨潮横流较小。落潮时水流较弱，最大流速0.40 ms，落潮时最大横流0.28 ms(开流)。

南侧预留5万t以下泊位处于涨、落潮水流分汇处的西侧，码头泊位附近涨急流速0.50～0.90 ms，涨潮最大横流0.42 ms(拢流)，对应水流交角54.6°。落急流速0.40～0.90 ms，落潮时最大横流0.32 ms(开流)，对应水流交角为49.3°，横流较大。

西南侧规划5万～10万t码头泊位附近涨、落潮水流条件均较好，水流平顺且与码头走向一致。码头附近涨急流速在0.80～1.00 ms，涨潮最大横流0.26 ms(开流)，落潮最大横流0.19 ms(拢流)。

北侧支持系统港池位于分汇流附近的缓流区，水流较弱，港内涨落急流速在0.10 ms以下。两组方案水流流态差异很小。

利用Mike 21MT模块建立海域波浪作用下潮流泥沙数学模型，对工程实施引起的地形冲淤变化进行预测。结果显示，工程实施以后海域海床冲淤幅度较小，大部分码头东部15万～30万t及预留15万～30万t码头桩基局部淤积幅度0.10～0.30 ma，码头前沿港池淤积0.10 ma左右。东南部、南部预留5万t以下码头桩基局部淤积幅度0.10～0.50 ma，码头前沿港池淤积0.10～0.30 ma。西南侧规划5万～10万t码头桩基局部淤积幅度0.10 ma左右，码头前沿港池基本没有淤积。北部港池内淤积较大，在0.70～1.85ma。

采用当地不利方向ESE向20 a一遇波浪大潮期作用2 d为动力条件，模拟当地的地形冲淤，结果显示码头局部回淤在0.10～0.20 m，大风天港池、航道泥沙淤积不严重。

7 结论

1)鼠浪湖岛及周边海域以基岩岸线为主，岸线稳定；海床以黏土质粉砂为主，地形冲淤幅度小；且岛屿周边水深条件良好、深水近岸，具备建设大、中型港口码头的基本条件。

2)鼠浪湖岛附近潮汐通道潮流速较强，蛇移门通道内涨急流速超过2.0 ms，潮流以往复流为主；海域风浪较大，NE～ENE、E～ESE 50 a一遇H1%波高超过10.0 m；海域含沙量较大。是港口布置需要考虑的主要动力特征。

3)该海域波浪影响较大，若采用开敞形式的码头布置，考虑波浪对泊位作业天数影响较大，可布置作业频次较少的大型船舶泊位；对作业天数要求较高的码头泊位，需要结合波浪研究结果建设适当的防浪工程。

4)三星山之间的防波堤建设对鼠浪湖东侧部分岸段NE向浪有一定的掩护作用，对增加泊位的作业天数有一定作用，但对岸段码头的设计波要素影响不大。

5)鼠浪湖东侧岸段，水深条件较好，流速较强，水流平顺，横流不大，波浪较强，适宜布置大型码头。南侧岸段，水深条件稍差，水流较弱，且受分汇流影响，流态稍差，横流稍大，但波浪掩护条件较好，建设中小型泊位较为适宜，建议对其局部岸段进行必要的优化，改善流态。西南侧岸段与南侧岸段相类似。北侧岸段受分回流点影响，为弱流环境，存在一定的泥沙淤积，建议布置小型的码头泊位。

6)由于海域水深较大且动力较强，围垦工程方案建设后，码头或栈桥桩基局部存在小幅度淤积，港池和航道常年淤积强度不大，对水深影响较小，无碍航骤淤问题。

7)规划方案的布置形式总体上是适宜的。鉴于岛屿岸线曲折复杂，进行适当的岸滩围垦是必要的，起到归顺水流的作用，同时增加港口的陆域。此外，外海波浪影响较大，码头适宜采用高桩形式，可以降低工程造价，并减小对周边海域的影响。