（自然地理学专业论文）东海大桥沿线及邻近海域海床冲淤分析.pdf

摘要 东海大桥沿线海域位于杭州湾湾口北部，北邻长江口南槽水道，南连崎岖列 岛海域，东接嵊泗与大衢山间的开阔海域，水域处在湾口、河口和群岛之间，水 流和泥沙条件复杂。近年来长江来沙的剧减影响着本海域水沙条件的变化及海床 地形的冲淤演变。进入本世纪以来，许多大型工程相继建设，本海域已成为高强 度开发地区，工程改变了边界条件，海域水沙条件也发生相应的变化，进而引起 海床地形冲淤变化。本文利用丰富的实测资料，研究了东海大桥沿线及邻近海域 的水流、泥沙、沉积物、地形等自然环境的基本特征，并探讨了宏观自然背景的 改变及大型海岸工程的建设给本海域的沉积环境和地形带来的变化，并预测了今 后地形冲淤的发展趋势。主要结论为： ( 1 ) 东海大桥沿线及邻近海域流场分布特征：南汇嘴以外的海域，存在一个阻 东海大桥沿线为中心的东西商、中间低的分布形态；泥沙场分布特征：大 桥沿线北部南汇嘴近岸水域及南部崎岖列岛附近海域，含沙量均高于中 部，使含沙量分布呈南北高、中间低的“马鞍形”形态，这给大桥沿线冲 淤带来一定的影响。 ( 2 ) 东海大桥沿线及邻近海域海床地形变化特征：自1 9 5 9 1 9 6 0 年至今半个 多世纪以来经历着由淤到冲的交替过程。1 9 6 0 1 9 8 9 年间以淤积为主； 1 9 8 9 2 0 0 2 年间以冲刷为主；2 0 0 3 2 0 9 5 年间冲淤相间。这充分反映了 长江下泄入海泥沙的减小和沿岸工程对本海域地形变化的影响作用。 ( 3 ) 大型海岸工程的影响是引起近年来海床地形冲淤变化的主要因素，其中大 规模的o m 一2 m 以上浅滩的促淤圈围工程影响最大。在长江下泄入海泥沙 持续减少的宏观背景下，促淤工程对长江下泄泥沙的大量拦截以及大量的 挖沙吹填，已成为引起海床冲淤最直接的、影响最强烈的原因。此外，东 海大桥建成后引起大桥两侧水流条件的变化，亦对沿线地形冲淤产生影 响，但影响范围仅限局部。 ( 4 ) 从海床地形演变趋势上看，长江流域入海泥沙的持续减少在宏观上是一个 长期持续存在的影响因素，而沿岸工程的建设则对工程区范围内产生明显 的影响，但影响范围局部，持续时间较短。工程以后，在不建设新的大型 工程情况下，海床地形将进入不断调整的过程，最终逐渐趋向相对稳定。 关键词：东海大桥海域水沙特性地形冲淤演变海岸工程 a b s t r a c t t h ed o n g h a ib r i d g es e aa r e al o c a t e si nt h en o r t hp a r to fh a n g z h o ub a ym o u t h i nt h i ss e aa g e a ，t h es o u t hp a s s a g eo ft h ec h a n g j i a n ge s t u a r yi st ot h bn o r t h e r n ，q i q u a r c h i p e l a g oi st ot h es o u t h e r n ，t h es e aa r e ab e t w e e ns h e n s ia n dd a q u s h a ni st ot h e e a s t e r n t h ed o n g h a ib r i d g es e aa r e al o c a t e sa m o n gb a ym o u t h ，e s t u a r ya n di s l a n d s , s ot h ef l o wc u r r e n ta n ds u s p e n d e dc o n d i t i o nh e r ei sc o m p a r a t i v e l yc o m p l e x r e c e n t l y , t h eq u i c kd e c r e a s eo ft h es s cf r o mt h ec h a n g j i a n gr i v e rh a v ea f f e c t e dt h ef l o wa n d s s cc o n d i t i o n s ，t h et o p o g r a p h yo ft h ea r e aa l o n gt h ed o n g h a ib r i d g e a f t e rt h e b e g i n n i n go ft h i sc e n t u r y , m a n yb i gp r o j e c t sh a v eb e e nb u i l th e r e ，t h i sc a u s e sm u c h c h a n g e so ft h eb o u n d a r yc o n d i t i o n , a n ds ot h ec o n d i t i o n so fw a t e rf l o wa n ds s c ， t h e s ec h a n g e sc e r t a i n l yw i l lc a u s e sm o r eo rl e s s t h ec h a n g e so ft o p o g r a p h y i nt h i s p a p e r ，w ef i r s ta n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fc u r r e n t ，s u s p e n d e ds e d i m e n t ，s u r f a c eb e d s e d i m e n ta n dt o p o g r a p h y , a n dt h e nd i s c u s st h et o p o g r a p h yc h a n g e su n d e rt h e b a c k g r o u n do ft h eq u i c kd e c r e a s eo ft h es s cf r o mt h ec h a n g j i a n gr i v e ra n dt h e b u i l d i n go fm a n yb i gp r o j e c t s ，a n dw ea l s op r e d i c tt h et o p o g r a p h yc h a n g ei nf u t u r e ，a t i a s tw ed r a wt h ef l o w i n gm a i nc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) t h et i d a lc u r r e n to ft h ea r e aa i o n ga n d a r o u n dt h ed o n g h a ib r i d g ei sc o n t r o l l e db y t h ee a s tc h i n as e at i d a lw a v e t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec u r r e n tv e l o c i v y s d i s t r i b u t i o ni s ：t h em i d d l ep a r to ft h ea r e aa l o n gt h ed o n 曲a ib r i d g ei sl o wc u r r e n t v e l o c i t ya r e a ，i t sc u r r e n tv e l o c i t yi sl e s st h a nt h a to ft h ew e s ta n de a s tp a r ta l o n g t h ed o n g h a ib r i d g ：e ；t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h es s c sd i s t r i b u t i o ni s ：b e c a u s eo f t h e g r e a t a f f e c t so ft i d a lc u r r e n ta n dw a v e ，t h en o r t hp a r to ft h ea r e aa l o n gt h e d o n g h a ib r i d g ea n dt h ea r e an e a r b yq i q ua r c h i p e l a g oa r eh i g hs s ca r e a ，t h e i r s s ca r eg r e a t e rt h a nt h a to f t h em i d d l ep a r to f t h i sa r e a , s ot h es s c ss a d d l e - s h a p e d i s t r i b u t i o no f n o r t ha n ds o u t hp a r ti sh i 曲，m i d d l ea r e ai sl o w i sf o r m e d b o t h t h ed i s t r i b u t i o no fc u r r e n tv e l o c i t ya n ds s cw i l la f f e c tt h et o p o g r a p h yc h a n g eo f t h i sa r e a ( 2 ) t h et o p o g r a p h yo ft h ea r e aa l o n ga n da r o u n dt h ed o n g h a ib r i d g ee x p e r i e n c e d a l t e r h a t e l ys i l t a t i o n - e r o s i o nc h a n g e sa f t e rt h ey e a r1 9 5 9 1 9 6 0 t h et o p o g r a p h yo f t h a ta r e aw a sm a i n l ys i l t e db e t w e e nt h ey e a r s1 9 6 0a n dl9 8 9 ，w h i l ei tw a sm a i n l y e r o d e db e t w e e nt h ey e a r s1 9 8 9a n d2 0 0 2 t h e ni tw a sb o ms i l t e da n de r o d e d b e t w e e n2 0 0 3a n d2 0 0 5 t h ea b o v et o p o g r a p h yc h a n g e sh a v ee v i d e n t l yr e f l e c t e d t h ee f f e c t so f t h ed e c r e a s eo f t h es s cf r o mt h ec h a n g j i a n gr i v e ra n dt h eb u i l d i n g o f m a n yb i gp r o j e c t sn e a r b y ( 3 ) t h ee f f e c to ft h eb u i l d i n go fm a n yb i gp r o j e c t sn e a r b yi st h ed o m i n a t i n gf a c t o r w h i c ha f f e c t e dt h et o p o g r a p h yo f t h ea r e aa l o n ga n da r o u n dt h ed o n 曲a ib r i d g ei n m e e n ty e a f s ，a n di nw h i c h ，t h ee x t e n s i v er e c l a m a t i o no ft h es h o a la b o v eo - 2 mi s t h em o s ti m p o r t a n tf a c t o ro fa 1 1 t h ee f f e c to fc o a s t a le n g i n e e r i n gu n d e rt h e c o n d r i o no f t h ed u r a t i v e l yd e c r e a s i n go f t h es s cf r o mt h ec h a n 萄i a n gr i v e ri sl i k e t h i s ：t h eh o l d i n gu pa n dd i g g i n gu po fl a r g ea m o u n to fs u s p e n d e ds e d i m e n tb y r e c l a m a t i o ni st h em o s td i r e c ta n df o r c e f u if a c t o r t h ec u r r e n tc h a n g e sc a u s e db y t h eb u i l d i n go f t h ed o n g h a ib r i d g ei sa l s oa ni m p o r t a n tb u t j u s tl o c a lf a c t o r ( 4 ) t h ed e c r e a s i n go ft h es s cf r o m t h ec h a n g j i a n gr i v e ri st h ed u r a t i v ea n d m a c r o s c o p i c a lf a c t o rw h i c ha f f e c t st h et o p o g r a p h yo ft h er e s e a r c ha r e a ；w h i l et h e b u i l d i n go fm a n yb i gp r o j e c t sn e a r b yi st h el o c a la n ds h o r tt e r mf a c t o r a f t e rt h e b u i l d i n go fm a n yb i gp r o j e c t s ，t h et o p o g r a p h yo ft h er e s e a r c ha r e aw i l lc o m et oa r e l a t i v es t e a d ys t a t eu n d e rt h ep r e s e n tt i d a lc u r r e n ta n ds s cc o n d i t i o n i ft h e b o u n d a r yh a sn og r e a tc h a n g e k e y w o r d s ：t h ea r e aa l o n g a n da r o u n d t h e d o n g h a ib r i d g e ，f l o wa n ds s c c h a r a c t e r i s t i c s ，t o p o g r a p h yc h a n g e s ，c o a s t a le n g i n e e r i n g 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名：垒l 鱼连日期：豳：鱼! 呈 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 学位论文作者签名：副辞，讳 日期：型、鱼l 扩 导师 日期： b 憎 华东师范大学2 0 0 7 届项士研究生学位论文 1 1研究区域概况 第一章绪论 1 1 研究区域概况 1 2 研究意义 1 3 国内外研究现状 1 4 主要研究内容 中国第一座外海跨海大桥一东海大桥于2 0 0 2 年6 月2 6 日开工建设，至 2 0 0 5 年5 月2 5 日全线贯通。它起始于上海南汇区芦潮港，横跨杭州湾北部海域， 直达浙江嵊泗县小洋山岛，全长3 2 7 k m ，总宽3 1 5 m ，主通航孔离海面净高达 4 0 m ，跨径4 2 0 m ，可满足万吨级货轮的通航要求。本文研究的范围就是东海大 桥海域( 图1 - 1 ) ，位于杭州湾湾口北部，其北部为南汇嘴近岸水域，南部为崎岖 列岛外围西北部海域。 南汇嘴近岸水域位于长江口和杭州湾口的交汇地带，是长江三角洲南翼组成 部分，其北侧为长江南槽入海口，南侧为杭州湾湾口北部潮流的进出通道，因1 比- 该水域受长江口和杭州湾的共同影响。长江口是我国最大的河口，丰水多沙，每 年有9 2 4 0 1 0 3 m 3 径流和4 8 6 xl o s t 泥沙入海( 大通站，1 9 5 1 1 9 9 9 年) ，巨量 的径流携带大量泥沙下泄，经口门与外海水混合形成庞大的冲淡水向外扩散，并 在口外流系的制约下，与邻近的杭卅l 湾产生明显的水沙交换。而杭州湾平面上为 一漏斗状海湾，湾口至湾顶海面逐渐束狭，因而外海传入的潮波由湾口向湾内的 传播速度不断加快，而北岸水深、岛屿少，其流速更快于南岸。主要入注河流钱 塘江年径流量和输沙量为3 7 3x1 0 8 m 3 和6 5 9x1 0 6 t ，分别仅为长江口入海水沙 量的4 2 和1 4 ，对杭卅i 湾的影响甚小。因此在长江口下泄径流和杭州湾北口 强劲潮流两股水流的共同作用下，南汇咀近岸水域的动力条件、泥沙运移、沉积 过程和地貌演变均较为复杂。 半东师范大学2 0 0 7 届硕士研究生擘住论文 东海大桥南端则为 崎岖列岛海域。列岛主要 由以大j 小洋山为主体的 两支岛链形成东窄西宽、 喇叭形水域，南北岛链间 的水域具有一定的峡道 特性，其独特的水沙环境 对大桥南侧海域产生一 定的影响。 随着社会经济发展 的需求，东海大桥沿线海 域已成为高强度开发的 地区，尤其是以围海造地 为主的大规模的海岸工 程。1 9 9 4 年以来已对南 图1 一i东海大桥海域形势图 f i g 1 1s k e t c hm a po ft h ed o n g h a ib r i d g es e ra r e a 汇东滩和南滩圈围了1 5 c c 余- k n a 2 滩地j 一岸线已前推至o - 2 m 一高程( 吴淞基面 ， 这无疑对沿岸水沙和地形冲淤产生明显的影响。此外，1 9 9 8 年开始的长江口深 水航道工程以及2 0 0 2 年开始的东海大桥和洋山深水港工程，在一定程度上改变 工程区水域的水沙环境，并给本海域的自然环境带来一定的影响。 1 2 研究意义 东海大桥海域处在杭州湾口、长江口外海滨南缘，其海床属于长江口水下三 角洲南翼向海延伸部分。丰富的长江径流和泥沙下泄入海在南汇嘴近岸水域运 移、扩散，并与来自杭州湾口外的潮流进行频繁水、沙交换，直接影响该海域动 力沉积环境及海床地形冲淤变化。另外，东海大桥南部海域的动力、沉积、地貌 特性还受崎岖列岛岛屿及其独特的峡道效应的影响。因此，作为河口、湾口、群 2 华东师范大学2 0 0 7 届硕士研究生学位论文 岛等多个自然体的交汇、过渡的东海大桥沿线及邻近海域，其本身自然环境就较 为复杂。因此对东海大桥沿线及邻近海域这种综合自然地理环境的动力沉积和地 形演变规律的较为全面、系统的研究，对动力沉积地貌学科本身具有相当理论意 义。 近年来，长江流域入海沙量逐年减少，对东海大桥海域自然环境也产生一定 的影响。此外，近年来本海域人类活动频繁，如南汇边滩围垦工程、东海大桥、 洋山深水港等，一系列高强度开发人为地破坏了本海域的动力沉积地貌特性的自 然平衡，并带来相应的变化。因此探讨东海大桥沿线及邻近海域在宏观自然环境 背景的变化下及其在海岸工程的影响下的环境的变化，可以直接为工程建设提供 科学依据，也为开发利用本海域水资源提供理论支持。 因此，对东海大桥沿线海域的动力、沉积、地貌特征，以及近年来自然、人 为因素影响下的发展变化的研究，不仅具有理论上的意义，更具有重要社会经济 价值。 1 3国内外研究现状 前人已做过很多与本文研究内容相关的工作，下面就从国内外对水下三角洲 的研究、杭州湾动力沉积特性研究、南汇近岸水域动力沉积地貌特性研究、崎岖 列岛动力沉积地貌特征研究、海岸海洋工程对周边自然环境影响的研究几个方面 来介绍。 国内外对各大河口三角洲的研究颇为丰富。早期对河口三角洲的研究停留在 确认三角洲之间的相似性上。到6 0 年代之后，三角洲之间的差异与变化逐渐受 到了重视，f i s h e r ( 1 9 6 9 ) 提出了两种三角洲类型，高建设性三角洲和高破坏性三 角洲；c o l e m a n 和w r i g h t 在1 9 7 5 年对比了2 4 个三角洲，根据河口地区河流、 波浪、潮汐作用程度的不同，提出六种三角洲的模式。由于不同地区河口间往往 会存在着较大的水沙条件差异和形态差别，使得人们必须作大量研究工作来寻找 河口动力、沉积、地貌特征，进行治理。世界上流域面积最广、流量最大的亚马 逊河，有足够的泥沙形成相当大的水下三角洲，但由于强劲的潮流作用悬浮大量 泥沙，部分泥沙以底层泥流形式向海输送( k u e h l ，s a ，1 9 9 6 ) ，使水下三角洲的 发展缓慢( k u e h l ，s a ，1 9 8 6 ) ，并对其潮控沉积层序，( j a e g e r ，j m ，1 9 9 5 ) 、泥 3 华东师范大学2 0 0 7 届项士研究生擘住论文 沙输移( s t e r n b e r g ，r w ，1 9 9 6 ) 、底边界层的测量分析( c a c c h i o n e ，d a ，1 9 9 5 ) 等作了深入的研究。恒河三角洲是世界上最大三角洲，每年l o 亿吨泥沙入海， 3 0 的泥沙沉积在水下三角洲，剩下的部分或沉积在三角洲平原，或通过河口水 下峡谷送往外海( k u e h l ，s a ，1 9 8 9 ：k u e h l ，s a ，1 9 9 7 ) 。美国密西西比河口，属 河控型三角洲，每l 2 千年发生一次重大的三角洲构造事件，从而形成了复杂 的现代三角洲体系( r o b e r t s ，h h ，1 9 9 7 ) ；并对密西西比河口外的泥沙输移、 水动力状况( w r i g h t ，l d ，1 9 7 1 ) 等进行全面研究，对河口及水下三角洲的治 理有了较为深刻的认识。 最早涉及长江河口水下三角洲的为中国工程院院士陈吉余，于1 9 5 7 年根据 海图等深线和地形的分布将长江口外及其邻近海域的水下三角洲分成互相叠置 的4 个组成部分，现代长江水下三角洲主泓偏南，叠覆在古长江三角洲的上部( 陈 吉余，1 9 5 7 ) 。1 9 8 3 年长江口水下三角洲前缘的界限作了全面的论述：长江口外 有面积约为1 0 0 0 0 k m 2 余的水下三角洲，内界为拦门沙滩项，外界为3 0 5 0 m 水深，北界至苏北浅滩，南界越大小戢山，叠附在杭州湾的平缓湾底之上( 陈吉 余，1 9 8 8 ) 。之后的研究更深入的探讨了长江口水下三角洲的形成、变化的动力 机制。根据河口界面和过滤器效应理论，从近岸流系及河口锋系进一步确定了长 江口水下三角洲形成的动力机理( 陈吉余，1 9 7 5 ) ，之后又分析了长江河口沙坝 和水下三角洲的演变过程( c h e n ，j y ，1 9 9 9 ) 。陈沈良( 2 0 0 1 ) 等分析了长江口 外羽状锋的移动及季变对水下三角洲的塑造作用。恽才兴( 2 0 0 4 ) 通过对1 9 5 8 2 0 0 0 年数字化海图量算比较及原因分析，发现长江口水下三角洲冲淤变化的主 要受到长江入海径流量、输沙量及汉道分流、分沙比的影响。杨世伦( 2 0 0 3 ) 分 析了从2 0 世纪6 0 年代末以来长江入海泥沙量的变化趋势及其对水下三角洲冲淤 演变的影响，发现随着入海沙量减少，长江口水下三角洲总体淤涨速度下降，将 出现大范围的侵蚀。 杭州湾是一典型的强潮海湾，湾口大戢山平均潮差2 8 9 c m ，澉浦达到5 5 4 c m 。 属于非正规浅海半日潮流性质，浅水效应较为明显，往复流性质非常明显，涨潮 流流速自湾口向湾顶递增，落潮流则自湾顶向湾口减小。李身铎( 1 9 8 7 ) 对杭州 湾流场分布进行了研究，总体来说王盘山以东落潮流大于涨潮流，落潮历时大于 涨潮历时：湾内上层余流主要由入海径流引起的，湾口南侧底层余流则以外海入 湾的海流为主。史峰岩( 2 0 0 2 ) ，朱首贤( 2 0 0 2 ) 等对长江口杭州湾流场进行了 4 华东师范大学2 0 0 7 届项士研究生学位论文 三维数值模拟。倪勇强( 2 0 0 3 ) 采用迎流显式有限元数学模型，模拟了杭州湾冬 夏季流场，研讨了杭州湾水动力特性，总体上流场具有东西向的变化规律，潮流 流速向上游逐渐增大，王盘山以北水域受涨潮流控制，输水量“净进”，而南岸 水域受落潮流控制，输水量“净出”。在杭州湾强劲水流作用下，泥沙也呈现一 定的运动趋势。陈吉余早在1 9 5 9 年初步阐明了杭州湾的地貌形态特征及其动态 变化，并由此推断出泥沙流的运动情况，即北岸泥沙由湾口向河臼段运送，南岸 则由河口段移向湾口。曹沛奎( 1 9 8 9 ) 研究了杭州湾悬沙的时空变化、底质分布 以及泥沙运移特征，主要结论有：杭州湾内有两个高含沙量区湾口北部庵东 滩地前缘海区；湾内外泥沙交换的主要形式为大进大出，而净进净出量相对较小。 陈夏法( 1 9 8 9 ) 利用遥感资料探讨了杭州湾的悬沙分布及季节变化。夏秋季受台 风侵袭形成的风暴潮，是对杭州湾尤其是北岸岸滩冲刷的主要动力。胡方西 ( 1 9 8 9 ) 、尹庆江( 1 9 9 i ) 对杭州湾风暴潮特征及可能最大台风风暴潮计算进行 了深入的研究。董永发( 1 9 9 1 ) 的研究发现：杭州湾的底质类型以泥质粉砂和粉 砂为主，以长江河口输出的悬浮泥沙为其主要来源。至于潮流和波浪作用下所造 成的海湾内部泥沙搬运，仅是杭州湾内部底质在局部地区的物质来源。 恽才兴( t 9 8 9 ) 通过对卫星照片的分析得到长江入海悬浮泥沙扩散范围：北 界在苏北吕四一遥望港之间，南界达浙闽沿岸。长江口外海滨与杭州湾口的交汇 带南汇嘴近岸水域，自然也受到长江口水沙扩散的影响。陈吉余( 2 0 0 1 ) 等 深入的分析了长江口入海水沙的输移途径。总体而言，南汇嘴近岸水域是长江口 和杭州湾水沙交换的通道所在。水沙交换通道主要有：长江河口水流贴岸进入 杭州湾北岸并与涨潮冲淡水形成次级锋面，或类似于异重流形式楔入长江口外的 冲淡水而进入杭州湾水域；沿南汇水下沙咀前缘自北向南进入杭州湾口。杨华 ( 2 0 0 3 ) 利用卫星遥感图片分析，发现前一种输送方式发生在夏季洪水季节，后 一种在冬季。刘新成( 2 0 0 6 ) 建立了长江口和杭州湾数学模型，并通过对南汇嘴 海区断面的水交换通量的计算，得到了长江口和杭州湾的水体交换的较为精确的 范围，即主要集中在南汇嘴至8i n 线以内的范围，然后主要沿杭州湾北岸进入杭 州湾。 受长江口下泄水沙的影响，加上杭州湾强劬潮流及其挟沙的共同作用，使得 南汇嘴近岸水域的动力条件、悬沙特性、沉积过程和地貌演变复杂。恽才兴 ( 1 9 8 3 j 、李九发( 1 9 9 0 ) 探讨了长江口南汇边滩附近水域的历史变迁、潍槽泥 s 华东师范大擘2 0 0 7 届硕士研究生学住论文 沙交换、滩面泥沙运移等。陈沈良( 2 0 0 3 ) 对南汇嘴近岸水域水沙特性的分析， 得到悬沙浓度从南汇咀至崎岖列岛呈递增趋势，潮周期中高悬沙浓度主要出现在 涨潮后期接近涨憩时和落潮后期接近落憩时，滞后于涨潮最大流速和落潮最大流 速。张坚襟( 2 0 0 1 ) 对近岸的水域水文特性进行了研究。南汇近岸水域床面沉积 物在浅滩地区为较粗的砂质粉砂和粉砂，0m 线浅滩以下的大部分海床沉积物均 以粘土质粉砂为主，与2 0 世纪8 0 年代上海市海岸调查结果相比，沉积物明显粗 化( 虞志英，2 0 0 4 ) 。该海域海床现己由上世纪8 0 年代以前的淤积转为冲刷趋势， 但在较长的时间尺度内并未出现大冲大淤，冲淤变幅年均一般不超过1 0 c m ( 虞 志英，2 0 0 4 ) 。夏小明( 2 0 0 4 ) 等运用沉积地层同位素2 1 0 p b 、1 3 7 c s 测年技术， 估算长江口一杭州湾毗连海区的现代沉积速率，也证实了这一结论。 陈沈良( 2 0 0 0 ) 、李玉中( 2 0 0 3 ) 研究了崎岖列岛海区的水沙、地形及其峡 道效应。杨华( 2 0 0 3 ) 利用卫星遥感图片对洋山海域悬沙分布规律及运动趋势进 行了分析。李玉中( 2 0 0 2 ) 将崎岖列岛分为四大沉积区，列岛区外沉积物主要为 粘土，峡道沉积区受强劲往复流的影响，以粗颗粒为主。阎新兴( 2 0 0 0 ) 发现崎 岖列岛海域砂粒来自本岛岩石风化物，粘土、粉砂来自长江口杭州湾。陈沈良 ( 2 0 0 0 ) 的研究表明，近百年来崎岖列岛海域总体表现为淤积。 上世纪末本世纪初以来，随着大型海岸、海洋工稗( 如南汇圈围造地工程、 东海大桥工程、洋山深水港工程) 在本区相继上马，丁二程所在区域的自然环境以 及工程对其的影响吸引了众多学者的关注。 南汇嘴o m 以上大片浅滩围滩造地工程不仅截留了大量长江下泄过境入海的 泥沙，此外，修建促淤堤后还阻隔了滩槽间泥沙交换的途径，加大了对南汇嘴近 岸海床的冲刷( 虞志英，2 0 0 4 ) 。茅志昌( 2 0 0 3 ) 的研究发现：1 9 9 6 年建成的芦 潮港人工半岛一期促淤坝，拦阻了部分长江口泥沙，进入芦潮港以西的泥沙减少， 顶冲点将从芦潮港向西推进，使得芦潮港外侧海域的一个深槽在1 9 9 6 年至2 0 0 0 年期间水深、长度与宽度不断加深、伸长和拓宽，深槽距o m 线距离缩短，目前 这一深槽正在向西延伸，并指出芦潮港人工半岛对杭州湾北岸滩涂的影响是阶段 性的。 孙志国、邱大洪( 2 0 0 3 ) 等用数学模型进行了东海大桥对整个杭州湾潮流影 响的研究，得到结论为：距桥轴线越远，影响越小，影响范围大约在东西各1 5 2 5 k m 以内：但在距桥西3 k m 到东5 k m 剖面的变化率缺少规律，可能是流态不稳 华东师范大擘2 0 0 7 届项士研究生学住论文 定造成的结果。 2 0 0 5 年4 月已顺利地对小洋山北岛链三个汉道进行了封堵，从而形成长达 5 6 0 0 k m 的平顺岸线和6 k i n 2 多的陆域面积。但是由于三个汉道相继封堵，使得主 通道内潮动力的发生变化。汉道封堵引起港区流速减弱，促使主通道内淤积带形 成( 李身铎，虞志英等，2 0 0 6 ) 。阎新兴( 2 0 0 3 ) 通过对洋山港区2 0 0 3 年1 月和 2 0 0 2 年7 月的沉积物样品对比分析，发现有明显粗化现象，原因以旌工影响为 主，其次是季节性变化。 综上所述，目前对长江口水下三角洲、杭州湾、南汇嘴近岸水域、崎岖列岛 海域的研究已较为全面和丰富。但对东海大桥沿线海域的水文泥沙、沉积地貌的 系统全面的研究尚不多见，尤其是近年来长江泥沙减小和大型海洋工程建设以 后，该海域的水沙、地形所发生的变化等方面的研究较为缺乏。本文欲利用已有 的丰富的实测资料，从上述方面进行系统研究。 1 - 4 主要研究内容 以东海大桥沿线及邻近海域为研究区域，根据实测水文、泥沙、沉积物、地 形资料，对该海域流场、泥沙场分布态势，以及沉积物分布、地形冲淤演变特征 进行分析；同时探讨了大型海岸工程建设后，该海域的水沙、地形所发生的变化， 及海床地形今后的冲淤发展趋势等问题。 华东师范大学2 0 0 7 届硕士研究生学位论文 第二章海域水动力特征 2 1 潮动力 2 2 波浪 2 3 余流 2 4 建桥前后水动力变化特征 2 5 小结 东海大桥海域位于杭州湾湾口北部，北邻长江口南槽水道，南连崎岖列岛海 域，东接嵊泗与大衢山间的开阔海域，水域处在湾口、河口和群岛之间，水动力 相当复杂。其水流运动具有明显的潮周期特征，潮波运动主控本海域的水流运动 ( 图2 - 1 ) 。长江河口每年下泄径流并入海扩散，对本海域也有一定的影响。强 风引起的波浪和波生流，特别在冬夏季，与潮流共同作用构成了本海域的水流运 动。 2 1 潮动力 源于西南太平洋的潮波不断以前进波形式传入东海，除了在传播过程中消耗 掉一部分能量外，作为自由潮波大部分继续向黄海挺进，而一部分折向西北，伸 入长江口和杭州湾。入黄海的潮波北上遇大陆发生反射，形成了具有驻波性质的 旋转潮波，因本区离该旋转潮波系统相对较远，受其影响较小。因此，杭州湾的 潮流运动主要受控于东海前进波系统。因杭州湾口外岛屿叠障，迫使西传的潮波 穿越岛屿间的通道，分成数股入杭州湾，其中南面水流受舟山群岛阻挡，强度较 小，但先期入湾；而最北的一股流经嵊泗和大衢山之间的海域，由于海面相对开 阔水深较深，成为外海潮流入杭州湾的主流，之后绕过崎岖列岛，贴杭州湾北岸 由东向西南方向入湾。主控本区潮流运动的是进入杭州湾的北股潮波。( 图2 一i ) 华东师范大学2 0 0 7 届硕士研究生擘住论文 珈 图2 - 1长江口和杭州湾流路图( 涨急) f i g ，2 - 1 c u r r e n tr o u t eo f t h ec h a n g j i a n ge s t u a r ya n dh a n g z h o ub a y ( f l o o dm a x i m u mp e r i o d ) 2 1 1 潮汐 2 1 1 1 潮汐性质 通过对芦潮港、大戢山、小洋山三个长期验潮站潮位资料的分析，潮汐类型 指标f 和g 统计如表2 - l 。三个验潮站f 值均小于0 5 0 ，表明半日分潮较强；g 值在0 0 7 o 1 4 之间，表明浅水分潮较显著，故本海域潮汐属非正规浅海半日 潮。 9 华东师范未擘2 0 0 7 届硕士研究生学位论文 表2 - 1 潮汐主要分潮振幅及指标值 t a b l e2 一la m p l i t u d e so fm a i nc o m p o n e n tt i d ea n dfa n dgv a l u e s 测站 h 比 k lh 0 1h hf ( m ，+ 1 0 ) h ng ( h h + l 刚) h e 小洋山1 3 0 2 3 1 31 9 78 16 7o 3 9o 1 l 大戢山 1 2 1 53 0 61 6 05 02 90 3 80 0 7 芦潮港1 5 0 43 2 22 9 71 1 39 50 3 50 1 4 2 1 1 2 潮汐特征 对三站潮汐特征值( 表2 2 ) 的比较可知，潮波从东南进入本海域后向西北 传送，振幅不断加大。平均潮差、最大潮差从东南向西北逐渐增大，小洋山平均 潮差和最大潮差分别为2 7 3 c m 、5 0 3 c m ，大戢山为2 8 9 c m 、5 4 5 c m ，芦潮港为3 3 3 c m 、 5 9 8 c m 。落潮历时比涨潮历时长得多，平均涨、落潮历时差在小洋山为4 3 分钟， 而芦潮港达l 小时3 4 分钟。 表2 - 2 潮汐特征值统计 t a b l e2 2t i d a lc h a r a c t e r i s t i c so fd l f f e r e n ts i t e s 测站小洋山大戢山芦潮港 平均胡差( c m ) 2 7 32 8 93 3 3 最大潮差( c m ) 5 0 35 4 55 9 8 最高潮位( c m ) 3 3 63 6 64 0 7 最低潮位( c m ) - 2 5 9- 2 6 52 8 6 平均涨潮历时5 ：5 15 ：4 95 ：2 6 平均落潮历时 6 ：3 4。6 ：3 67 ：0 0 资料年限 1 9 9 7 2 0 0 21 9 7 8 2 0 0 21 9 8 0 2 0 0 2 高程：1 9 8 5 国家高程基准 2 1 2 潮流 2 1 2 1 基本流态 杭州湾北股湖波随涨潮以东偏南方向，自外海进入本海域并继而向西进入杭 州湾：而后经转流时段随落潮流自西向东偏南退回外海，约按半日为一周期、周 而复始的流动。根据实测资料以小洋山为主流绘成的逐时同潮流矢图，更能明示 l o 平东师范大学2 0 0 7 届硕士研究生学位论文 本海域的基本流况( 图2 2 ) ( 图中点短矢线表示该时刻各测点的流矢，长矢线 概示涨、落潮流路) 。 图2 - 2 ( a ) 为小洋山潮位高平后约1 5 2 0 小时，是潮流由涨转落的涨憩时 段，约维系l 小时左右。全水域处在弱流状态，流向较混乱，主要为东北方向， 在南汇咀附近仍有由长江口流向杭州湾的水流； 图2 - 2 ( b ) 为小洋山潮位低平前约1 5 2 0 小时，为落急流场，此时本海域 呈现出从杭州湾向外海，按东偏南流出的强潮流，也基本代表落潮流时段的流路。 落急时长江南槽口的落潮流己向东推移，对本区几无影响： 图2 - 2 ( c ) 为小洋山潮位低平后约l 小时，是潮流由落转涨的落憩时段，约 维系1 小时左右。全水域处在弱流状态，流向较混乱，西部和南部仍有从杭州湾 流经洋山港区的弱流，南汇咀外又开始呈现从长江口流向杭州湾的水流； 图2 - 2 ( d ) 为小洋山潮位高平前约1 5 小时，为涨急流场，此时本海域呈现 从外海向西入杭州湾的强潮流，也基本代表涨潮时段的流路，涨急时仅北侧有少 量水流进入南槽。 本海域的水流，随潮位升降，主要按半日潮周期向杭卅i 湾内外往返地流动。 涨急发生在高潮前l 小时，落急发生在低潮前i 小时，憩流发生在中潮位前后1 小时内，基本保持着前进波的特点，属于以前进波为主的变态潮波。 华末师范大擘2 0 0 7 届项士研充生擘住论文 ( c ) 落憩( d ) 涨急 图2 - 2 南汇嘴崎岖列岛海域流矢圈( 大潮、表层) f i g 2 - 2c u r r e n tr o u t ei nt h es e aa r e ab e t w e e nn a n h u i z u ia n dq i q ua r c h i p e l a g o ( s p r i n gt i d e ，s u r f a c e ) 2 1 2 2 潮流性质 根据2 0 0 5 年3 月由北向南在本海域所测的h j l h j 8 共8 个测站( 图2 - 3 ) 的实测水文资料的调和分析结果，得到如表2 3 所示的潮流性质的指标f 、g 。 判据f - ( w k l + w 0 1 ) ，w m 均小于0 5 ，( j = ( w m 4 + w m $ 4 ) w m 2 在o 0 6 o 2 7 ，浅 水分潮流较显著。综合f 、g 值两个指标，本区的潮流属非正规浅海半日潮流。 表2 3 潮流性质指标f 、g 特征值 t a b l e2 - 3 t i d a lc u r r e n tc h a r a c t e r i s t i c s ( fa n d gv a l u e s ) h j lh 2h 3 h j 4 h j 5 h j 6 h j 7h j 8 站号 fgfgfgfgfg f gf g f g 表层n 1 8n 笛0 2 5 0 4 0q 1 80 0 6 n i o0 2 io i gn i o n 1 40 1 60 2 5 n 1 8 0 3 5o 1 9 底层 d 1 90 1 80 4 40 2 60 3 6n 1 0 0 2 7 n 1 6 n 1 9 n 1 8o 0 2 1n 2 6n 1 40 二；2o 胛 垂线 0 2 dn 1 9o 1 40 2 7 q 2 7 0 0 6 n 2 5 n 1 6 q 1 8 n 1 7 o 1 3 0 1 60 2 ln 1 3 q 2 9 o d 9 ( 据东勘院) 华东师范大学2 0 0 7 届项士研究生学位论文 f i g 2 3l o c a t i o no f f i e l dw o r ks i t e s 2 1 2 3 潮流运动形式 本区潮流以半日潮流为主，故以m 2 分潮流来判别潮流的基本运动形式。m 2 分潮流长轴w m 2 在本区内约i 0 0 1 3 0 c m s ，方向在南段水域约为i i 0 。，北段 约为9 0 4 ，呈东西走向。 m 2 分潮流的椭率l q 伫在本海域南北段较小，潮流往复性极强，中间段略大， 潮流旋转性略强。潮流逐时流矢基本呈顺钟向旋转，底层往复性更强。 表2 - 4 比分潮流椭圆率k 值 t a b l e2 - 4kv a l u eo f 址t i d a lc o n s t i t u e n t l 站号一h j lh j 2h j 3h j 4h j 51 - t 3 - 6h j 7 i j 8 i 表层 - o 0 40 0 6o 1 0加1 l- o 1 4- 0 0 90 0 60 o l i 底层 0 0 40 0 7o 0 1- o 0 70 1 0加0 8- o 0 5o 0 4 ( 据东勘院) 半东师苑大学2 0 0 7 届硕