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摘 要:本论文从气象、潮汐、潮流以及地貌方面分析了港口扩建工程对东营港水动力变化的影响;东营港附近海浪以当地风生浪为主,根据东营港气象站资料统计,常风向为S向,次常风向为ENE向;东营海域为半封闭型,大部岸段的潮汐属不规则半日潮;港口的扩建使得东营港海区海洋动力平衡发生改变,造成部分地区的航道淤积;东营港附近岸滩的泥沙主要是粉砂,通过分析东营港海域沉积物的特征及分布,研究岸滩地貌演变。
关键词:东营港;水动力变化;影响;岸滩地貌变化
基金项目:国家级大学生创新创业项目(201510452006);山东省自然科学基金项目(ZR2009EM008)。
东营港地处东北经济区与中原经济区、山东半岛与京津塘地区交通通道的中心控制点,位于黄河入海口以北50公里处,北距天津港90海里,东距龙口港72海里,距大连港122海里,与河北曹妃甸、秦皇岛港隔海相望。
1东营港概况
东营港海域等深线密集,是渤海湾泥质海岸建设深水大港的天然良址。东营市海岸线全长412.67公里,约占山东省海岸线的1/9。沿岸海底较为平坦,浅海底质泥质粉砂占77.8%,沙质粉砂占22.2%。东营港是渤海南部一个综合性港口,地处黄河入海口之北,由于独特的地理位置,该海域的主要特点是风急、浅滩广、避风条件差,受季风影响大。辖区岸线受黄河常年冲刷的原因水深变化很大,修建好的五万吨油泊位由管线直接连接岸罐,卸货速度明显提高。
2港口影响水动力变化
2.1气象分析
气温:现代黄河三角洲属于典型的温带大陆性气候,一年中最高温度出现在7月,为26.6℃;最低温度出现在1月,为-4.1℃。
降水:三角洲位于半干旱地区,年平均降水量为590.9mm,一年中降水量最多出现在7月份,为227mm;降水量最少出现在1月份,为1.7mm,全年降水不均匀,主要集中在夏秋季,冬春季节降水明显较少。
风况:从全年来看,黄河三角洲夏季盛行东南风,来自海洋上的东南季风带来水汽,温暖湿润;冬季盛行东北风,寒冷干燥。而东营港海域地处渤海内部,黄海大浪不易传入。海浪以当地风生浪为主,根据东营港气象站资料统计,常风向为S向,次常风向为ENE向;强风向为NE向,次强风向为ENE向。海浪与风向基本一致,常浪向为NE向,频率10.3%,次常浪向为SE向,频率为8%;强浪向为NE向,最大波高为5.2米[1]。
2.2水文
潮汐:黃河三角洲滨海区大部分属于不规则半日潮,神仙沟口附近则表现为不规则日潮或规则日潮。不正规半日潮存在着潮汐不等现象,无潮点以西表现在低潮,即低低潮和高低潮差别大, 而高高潮和低高潮差别小;无潮点以南表现在高潮,即高高潮和低高潮差别大,而低低潮和高高潮差别小[2]。东营港海域为半封闭型,大部分岸段的潮汐属不规则半日潮,每日2次,每日出现的高低潮差一般为0.2~2米,大潮多发生于3~4月和7~11月,潮位最高超过5米。易发生风暴潮灾,近百年来发生潮位高于3.5米的风暴潮灾7次。
潮流:黄河三角洲滨海区潮流性质存在着极为复杂的现象,不同区域有着不同的特征。在滨海区,流速最大的是神仙沟口和现黄河口附近,流速向南、北两个方向递减。其中,在清水沟老黄河口附近流速高值区,其流速大小及范围随着季节的变化而变化:春季黄河径流小时,流速高值区范围小,流速也小;夏季径流大时,流速高值区范围较春季大,流速也明显增大,其实测的中心最大流速为180m/s。神仙沟口附近的流速高值区所处的部位水深较大,高流速区中心位于无潮点附近,流速高值区范围大,受季节影响小,流速高值中心的实测最大流速为120m/s。东营港附近海区潮流为不正规半日潮流,流向基本与岸线平行,即西北偏北落潮--东南偏南涨潮方向。潮流沿顺时针方向旋转,主港(天津)高潮前5-6小时处于涨潮转流阶段,流速很弱,高潮前1-5小时,全区为落流2-4小时落流最大。
2.3风暴潮
黄河三角洲沿岸是风暴潮易发地区,风暴潮在三角洲沿岸造成特大增水及大浪,对农田、盐田、油田及渔业生产产生巨大灾害。风暴潮多发生时间是在春季及秋末,发生之前会连续几天刮强劲的东南风,同时会伴有小幅的涨潮现象。风暴潮会侵袭三角洲沿岸及莱州湾地区,侵蚀范围可达15一30km,风暴潮引起的高潮位可比一般潮位高出2一3m,并伴随巨大海浪[3]。风暴潮对东营港附近岸滩地貌的冲淤变化也会产生影响。
3.水沙变化特征
海岸水域泥沙的分布受许多因素的影响,如潮汐、波浪等,因而出现很强的时空变异性。河流悬疑质泥沙通过对流、紊流混掺和重力沉降作用可被输送到其他水体中[4]。
东营港濒临渤海西南海岸,位于黄河三角洲中心城市东营市东北部,该海域海岸为典型的粉沙质海岸。近年来,由于受到海洋动力、海平面相对升降、地形地貌和地质特征、植被情况、人类活动等原因的影响,黄河三角洲的入海流量和输沙量发生急剧的变化。黄河是世界上泥沙最多的河流,渤海又是世界上最浅的海域之一,故黄河三角洲是世界上淤进最迅速的地区之一。
从1947年黄河归故至今的50多年中,河口流路经历了三次比较大的变迁,其中神仙沟、甜水沟、宋春荣沟并行9.2年,而后神仙沟流路行水10.5年,钓口河流路行水12.5年,清水沟流路至1996年行水20年,1996年清水沟流路在河口清8实施人工改汊,至今一直稳定。
据利津站水沙特性统计,得出各流路的水沙量主要集中在汛期,以来沙最为明显,清水沟流路汛期水沙量集中的程度有所提高。同时有数据显示,20世纪70年代利津站每年断流不超过20d;20世纪80年代,断流不超过32d;进入90年代,河口断流频次增加,断流时段延长,断流河段上延明显,最严重的是1997年断流天数达226天。泥沙入海量明显下降,从而使入海口淤进变慢,某些海岸段侵蚀明显加剧。黄河三角洲包括强淤进、弱淤进、强蚀退、弱蚀退、相对稳定及稳定多种海岸状态类型。东营港岸段为强蚀退海岸。 4东营港海域沉积物反映水动力的变化
岸滩沉积物是海岸的物质基础,在海岸侵蚀过程中起着重要的作用。在各种水动力作用下,不同沉积环境的沉积物组成和结构存在一定差异。通过沉积物粒度分析可以对不同的沉积环境进行识别,进而可以反演各种水动力条件的时空变化和泥沙运移规律。
沉积物粒度是描述沉积环境的重要参数之一[5,6]。东营港附近岸滩为黄河三角洲岸滩的一部分,是黄河的泥沙沉积而成的岸滩。黄河三角洲滨海表层沉积物类型包括:砂、粉砂质砂、砂质粉砂、砂质泥、粉砂和黏土,共6种,其分布趋势是从近岸向离岸由粗变细。东营港附近岸滩的泥沙主要是粉砂。表层沉积物粒度特征受水动力条件、地貌类型及物质来源等的控制[7]。其邻近海域受径流、潮流和波浪等动力作用的影响,加上复杂多变的地形,决定了其表层沉积物的组成、粒度变化也较为复杂[8]。
图1 东营港海域沉积物平均粒径分布图
图1是东营港海域沉积物粒度参数的平面分布图,根据此图,可以看出沉积物粒径变化呈平行于岸线的条带状分布,由岸向海,呈现出沿岸粗、近岸细、远岸粗和外海细的“粗—细—粗—细”的分布规律,在总体上表现为向海变细的趋势。反映出该区域水动力从近岸到深海,水动力逐渐变弱;受东营港引桥桥墩的作用,动力的作用從近岸到深海区,表现出“强—弱—强—弱”的变化规律。
5 岸滩地貌变化
东营港海区地貌单元为黄河冲积与滨海相沉积交互区域,属海底平原,地形平缓。东营港海区是粉细砂底质,在浪、流、潮等海洋动力的不断影响下, 多年来海底地形处于基本平衡的状态,并且地形起伏较为平坦。由于港口、航道工程的建设,人为地改变了原来的海区海洋动力平衡, 势必会在局部地区造成冲刷或淤积[9-10] ,尤其是航道挖泥回淤严重。在工程的上游,岸滩沉积物的粒度较粗,证明了该处处于冲刷状态;而在工程的下游,岸滩沉积物的粒度较细,也反映了该处处于淤积状态。
6 结论
(1)东营港对附近岸滩水动力和岸滩地貌都有重大影响。
(2)东营港工程影响沿岸水动力环境:
气象方面:东营港附近为温带大陆性气候,全年降水不均匀,气温年较差较大,同时夏季盛行东南风,冬季盛行东北风。
水文方面:东营海域为半封闭型,附近海区潮流为不正规半日潮流,流向基本与岸线平行;东营港海域地处渤海内部,黄海大浪不易传入,海浪以当地风生浪为主。
风暴潮:东营港附近发生风暴潮灾,近百年来发生潮位高于3.5米的风暴潮灾7次。
(3)东营港岸滩的泥沙主要为粉沙,由岸向海,呈现出沿岸粗、近岸细、远岸粗和外海细的“粗—细—粗—细”的分布规律,在总体上表现为向海变细的趋势。反映出该区域水动力从近岸到深海,表现出“强—弱—强—弱”的变化规律。
(4)东营港工程的扩建使岸滩地貌发生改变:由于港口、航道工程的建设 ,人为地改变了原来的海区海洋动力平衡, 会在局部地区造成泥沙淤积,在工程的上游,岸滩沉积物的粒度较粗,证明了该处处于冲刷状态;而在工程的下游,岸滩沉积物的粒度较细,也反映了该处处于淤积状态。
参考文献
[1] 周永东,陈沈良,谷国传.东营港海域表层沉积物分布及其运移趋势[J].海洋地质与第四纪地质,2009, 29(3):31-32.
[2] 任韧希子,陈沈良.黄河三角洲的沉积动力分区[J].上海国土资源,2012,33(2):62-63.
[3] 何孝海.黄河三角洲动力沉积及冲淤演变研究[D].青岛:中国海洋大学,2006.
[4] 王兆印,程东升,刘成.人类活动对典型三角洲演变的影响[J].泥沙研究,2005,12(6):76-77.
[5] 陈沈良,杨世伦,吴瑞明.杭州湾北岸潮滩沉积物粒度的时间变化及其沉积动力学意义[J].海洋科学进展,2004,22(3):299-305.
[6] 戴志军,陈吉余,程和琴,等.南汇边滩的沉积特征和沉积物输运趋势[J].长江流域资源与环境,2005.14(6):735-739.
[7] BROOKS G R,DOYLE L J,DAVIS R A,et al.Patterns and controls of surface sediment distribution:west-central Florida inner shelf[J].Marine Geology,2003,200:307-324.
[8] 董永发,丁文鋆.长江河口沉积物粒度特征与水动力的关系[M]//陈余吉,沈焕庭,恽才兴,等.长江河口动力过程和地貌演变.上海:上海科学技术出版社,1988:314-322.
[9] 中国海洋大学工程学院土木系.东营港油码头工程试挖槽及泥沙回淤观测分析报告[ R] .2007.
[10] 王 涛, 尹宝树, 陈兆林.中国现代海洋科学丛书———海洋工程[M] .济南:山东教育出版社, 2004.
作者简介:刘菲(1993.01—),女,山东聊城人,临沂大学资源环境学院本科生。
关键词:东营港;水动力变化;影响;岸滩地貌变化
基金项目:国家级大学生创新创业项目(201510452006);山东省自然科学基金项目(ZR2009EM008)。
东营港地处东北经济区与中原经济区、山东半岛与京津塘地区交通通道的中心控制点,位于黄河入海口以北50公里处,北距天津港90海里,东距龙口港72海里,距大连港122海里,与河北曹妃甸、秦皇岛港隔海相望。
1东营港概况
东营港海域等深线密集,是渤海湾泥质海岸建设深水大港的天然良址。东营市海岸线全长412.67公里,约占山东省海岸线的1/9。沿岸海底较为平坦,浅海底质泥质粉砂占77.8%,沙质粉砂占22.2%。东营港是渤海南部一个综合性港口,地处黄河入海口之北,由于独特的地理位置,该海域的主要特点是风急、浅滩广、避风条件差,受季风影响大。辖区岸线受黄河常年冲刷的原因水深变化很大,修建好的五万吨油泊位由管线直接连接岸罐,卸货速度明显提高。
2港口影响水动力变化
2.1气象分析
气温:现代黄河三角洲属于典型的温带大陆性气候,一年中最高温度出现在7月,为26.6℃;最低温度出现在1月,为-4.1℃。
降水:三角洲位于半干旱地区,年平均降水量为590.9mm,一年中降水量最多出现在7月份,为227mm;降水量最少出现在1月份,为1.7mm,全年降水不均匀,主要集中在夏秋季,冬春季节降水明显较少。
风况:从全年来看,黄河三角洲夏季盛行东南风,来自海洋上的东南季风带来水汽,温暖湿润;冬季盛行东北风,寒冷干燥。而东营港海域地处渤海内部,黄海大浪不易传入。海浪以当地风生浪为主,根据东营港气象站资料统计,常风向为S向,次常风向为ENE向;强风向为NE向,次强风向为ENE向。海浪与风向基本一致,常浪向为NE向,频率10.3%,次常浪向为SE向,频率为8%;强浪向为NE向,最大波高为5.2米[1]。
2.2水文
潮汐:黃河三角洲滨海区大部分属于不规则半日潮,神仙沟口附近则表现为不规则日潮或规则日潮。不正规半日潮存在着潮汐不等现象,无潮点以西表现在低潮,即低低潮和高低潮差别大, 而高高潮和低高潮差别小;无潮点以南表现在高潮,即高高潮和低高潮差别大,而低低潮和高高潮差别小[2]。东营港海域为半封闭型,大部分岸段的潮汐属不规则半日潮,每日2次,每日出现的高低潮差一般为0.2~2米,大潮多发生于3~4月和7~11月,潮位最高超过5米。易发生风暴潮灾,近百年来发生潮位高于3.5米的风暴潮灾7次。
潮流:黄河三角洲滨海区潮流性质存在着极为复杂的现象,不同区域有着不同的特征。在滨海区,流速最大的是神仙沟口和现黄河口附近,流速向南、北两个方向递减。其中,在清水沟老黄河口附近流速高值区,其流速大小及范围随着季节的变化而变化:春季黄河径流小时,流速高值区范围小,流速也小;夏季径流大时,流速高值区范围较春季大,流速也明显增大,其实测的中心最大流速为180m/s。神仙沟口附近的流速高值区所处的部位水深较大,高流速区中心位于无潮点附近,流速高值区范围大,受季节影响小,流速高值中心的实测最大流速为120m/s。东营港附近海区潮流为不正规半日潮流,流向基本与岸线平行,即西北偏北落潮--东南偏南涨潮方向。潮流沿顺时针方向旋转,主港(天津)高潮前5-6小时处于涨潮转流阶段,流速很弱,高潮前1-5小时,全区为落流2-4小时落流最大。
2.3风暴潮
黄河三角洲沿岸是风暴潮易发地区,风暴潮在三角洲沿岸造成特大增水及大浪,对农田、盐田、油田及渔业生产产生巨大灾害。风暴潮多发生时间是在春季及秋末,发生之前会连续几天刮强劲的东南风,同时会伴有小幅的涨潮现象。风暴潮会侵袭三角洲沿岸及莱州湾地区,侵蚀范围可达15一30km,风暴潮引起的高潮位可比一般潮位高出2一3m,并伴随巨大海浪[3]。风暴潮对东营港附近岸滩地貌的冲淤变化也会产生影响。
3.水沙变化特征
海岸水域泥沙的分布受许多因素的影响,如潮汐、波浪等,因而出现很强的时空变异性。河流悬疑质泥沙通过对流、紊流混掺和重力沉降作用可被输送到其他水体中[4]。
东营港濒临渤海西南海岸,位于黄河三角洲中心城市东营市东北部,该海域海岸为典型的粉沙质海岸。近年来,由于受到海洋动力、海平面相对升降、地形地貌和地质特征、植被情况、人类活动等原因的影响,黄河三角洲的入海流量和输沙量发生急剧的变化。黄河是世界上泥沙最多的河流,渤海又是世界上最浅的海域之一,故黄河三角洲是世界上淤进最迅速的地区之一。
从1947年黄河归故至今的50多年中,河口流路经历了三次比较大的变迁,其中神仙沟、甜水沟、宋春荣沟并行9.2年,而后神仙沟流路行水10.5年,钓口河流路行水12.5年,清水沟流路至1996年行水20年,1996年清水沟流路在河口清8实施人工改汊,至今一直稳定。
据利津站水沙特性统计,得出各流路的水沙量主要集中在汛期,以来沙最为明显,清水沟流路汛期水沙量集中的程度有所提高。同时有数据显示,20世纪70年代利津站每年断流不超过20d;20世纪80年代,断流不超过32d;进入90年代,河口断流频次增加,断流时段延长,断流河段上延明显,最严重的是1997年断流天数达226天。泥沙入海量明显下降,从而使入海口淤进变慢,某些海岸段侵蚀明显加剧。黄河三角洲包括强淤进、弱淤进、强蚀退、弱蚀退、相对稳定及稳定多种海岸状态类型。东营港岸段为强蚀退海岸。 4东营港海域沉积物反映水动力的变化
岸滩沉积物是海岸的物质基础,在海岸侵蚀过程中起着重要的作用。在各种水动力作用下,不同沉积环境的沉积物组成和结构存在一定差异。通过沉积物粒度分析可以对不同的沉积环境进行识别,进而可以反演各种水动力条件的时空变化和泥沙运移规律。
沉积物粒度是描述沉积环境的重要参数之一[5,6]。东营港附近岸滩为黄河三角洲岸滩的一部分,是黄河的泥沙沉积而成的岸滩。黄河三角洲滨海表层沉积物类型包括:砂、粉砂质砂、砂质粉砂、砂质泥、粉砂和黏土,共6种,其分布趋势是从近岸向离岸由粗变细。东营港附近岸滩的泥沙主要是粉砂。表层沉积物粒度特征受水动力条件、地貌类型及物质来源等的控制[7]。其邻近海域受径流、潮流和波浪等动力作用的影响,加上复杂多变的地形,决定了其表层沉积物的组成、粒度变化也较为复杂[8]。
图1 东营港海域沉积物平均粒径分布图
图1是东营港海域沉积物粒度参数的平面分布图,根据此图,可以看出沉积物粒径变化呈平行于岸线的条带状分布,由岸向海,呈现出沿岸粗、近岸细、远岸粗和外海细的“粗—细—粗—细”的分布规律,在总体上表现为向海变细的趋势。反映出该区域水动力从近岸到深海,水动力逐渐变弱;受东营港引桥桥墩的作用,动力的作用從近岸到深海区,表现出“强—弱—强—弱”的变化规律。
5 岸滩地貌变化
东营港海区地貌单元为黄河冲积与滨海相沉积交互区域,属海底平原,地形平缓。东营港海区是粉细砂底质,在浪、流、潮等海洋动力的不断影响下, 多年来海底地形处于基本平衡的状态,并且地形起伏较为平坦。由于港口、航道工程的建设,人为地改变了原来的海区海洋动力平衡, 势必会在局部地区造成冲刷或淤积[9-10] ,尤其是航道挖泥回淤严重。在工程的上游,岸滩沉积物的粒度较粗,证明了该处处于冲刷状态;而在工程的下游,岸滩沉积物的粒度较细,也反映了该处处于淤积状态。
6 结论
(1)东营港对附近岸滩水动力和岸滩地貌都有重大影响。
(2)东营港工程影响沿岸水动力环境:
气象方面:东营港附近为温带大陆性气候,全年降水不均匀,气温年较差较大,同时夏季盛行东南风,冬季盛行东北风。
水文方面:东营海域为半封闭型,附近海区潮流为不正规半日潮流,流向基本与岸线平行;东营港海域地处渤海内部,黄海大浪不易传入,海浪以当地风生浪为主。
风暴潮:东营港附近发生风暴潮灾,近百年来发生潮位高于3.5米的风暴潮灾7次。
(3)东营港岸滩的泥沙主要为粉沙,由岸向海,呈现出沿岸粗、近岸细、远岸粗和外海细的“粗—细—粗—细”的分布规律,在总体上表现为向海变细的趋势。反映出该区域水动力从近岸到深海,表现出“强—弱—强—弱”的变化规律。
(4)东营港工程的扩建使岸滩地貌发生改变:由于港口、航道工程的建设 ,人为地改变了原来的海区海洋动力平衡, 会在局部地区造成泥沙淤积,在工程的上游,岸滩沉积物的粒度较粗,证明了该处处于冲刷状态;而在工程的下游,岸滩沉积物的粒度较细,也反映了该处处于淤积状态。
参考文献
[1] 周永东,陈沈良,谷国传.东营港海域表层沉积物分布及其运移趋势[J].海洋地质与第四纪地质,2009, 29(3):31-32.
[2] 任韧希子,陈沈良.黄河三角洲的沉积动力分区[J].上海国土资源,2012,33(2):62-63.
[3] 何孝海.黄河三角洲动力沉积及冲淤演变研究[D].青岛:中国海洋大学,2006.
[4] 王兆印,程东升,刘成.人类活动对典型三角洲演变的影响[J].泥沙研究,2005,12(6):76-77.
[5] 陈沈良,杨世伦,吴瑞明.杭州湾北岸潮滩沉积物粒度的时间变化及其沉积动力学意义[J].海洋科学进展,2004,22(3):299-305.
[6] 戴志军,陈吉余,程和琴,等.南汇边滩的沉积特征和沉积物输运趋势[J].长江流域资源与环境,2005.14(6):735-739.
[7] BROOKS G R,DOYLE L J,DAVIS R A,et al.Patterns and controls of surface sediment distribution:west-central Florida inner shelf[J].Marine Geology,2003,200:307-324.
[8] 董永发,丁文鋆.长江河口沉积物粒度特征与水动力的关系[M]//陈余吉,沈焕庭,恽才兴,等.长江河口动力过程和地貌演变.上海:上海科学技术出版社,1988:314-322.
[9] 中国海洋大学工程学院土木系.东营港油码头工程试挖槽及泥沙回淤观测分析报告[ R] .2007.
[10] 王 涛, 尹宝树, 陈兆林.中国现代海洋科学丛书———海洋工程[M] .济南:山东教育出版社, 2004.
作者简介:刘菲(1993.01—),女,山东聊城人,临沂大学资源环境学院本科生。