上海港金山中作业区动力地貌和岸滩稳定性分析.docx

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上海港金山中作业区动力地貌和岸滩稳定性分析

上海港金山中作业区动力地貌和岸滩稳定性分析

1、概述

上海港杭州湾港区金山中作业区位于杭州湾北岸，大小金山岛附近，西侧位于龙泉港出海闸以西3.0km，规划岸线总长9.0km。

受XXX委托，XXX承担《上海港杭州湾港区金山中作业区控制性详细规划》编制工作，XXX承担专题研究，通过对工程区附近海域的水文、泥沙、岸滩稳定性分析和潮流、泥沙、波浪数值计算，为上海港杭州湾港区金山中作业区控制性详细规划提供科学依据。

图1.1上海港杭州湾港区金山中作业区地理位置

2、海岸动力地貌特性

2.1自然地理

杭州湾位于我国沿海中部，长江三角洲南翼，是一个漏斗状的强潮海湾，以潮大流急含沙量高而闻名。

杭州湾为钱塘江河口外海湾，上起澉浦，下至南汇镇海断面，湾顶连接钱塘江口，湾口与长江相邻，并经东部嵊泗、大衢、长涂、岱山以及舟山诸岛之间的水道沟通中国东海，海湾南岸在浙江省境内，北岸基本位于上海市南汇、奉贤、金山区境内，从西端金丝娘桥至长江口外南汇嘴，纵向距离约90km,面积约5000km2，湾口宽约100km，由于南侧围填，湾顶澉浦断面宽度现只有18km，位于上海市境内的岸线总长约68km，是上海市最南部的临海岸线。

杭州湾西部和东部分别建有两座著名的跨海大桥：

杭州湾大桥和东海大桥。

杭州湾北岸整体呈近NE-SW走向,但自湾口向内,整个岸线可以分为三处弧形凹入式岸段，分别为芦潮港～金山卫岸段、金山卫～乍浦岸段、乍浦～澉浦岸段，金山中作业区岸段位于杭州湾北岸靠近湾口凹入岸段的西端，该岸段是目前上海化学工业区的核心利用岸段。

规划港区西侧为金山车客渡码头，漕泾电厂码头位于港区内，东侧紧邻化工码头和孚宝码头。

图2.1杭州湾地势（理论基面）

近年来，杭州湾北岸南汇临港新城工业区、漕泾化学工业区等的开发建设，南汇嘴、漕泾、柘林地区的围垦促淤工程，多个大中型码头已经建成并逐渐形成一定规模的港区，随着岸线资源的陆续开发，杭州湾北岸岸线、水流泥沙条件和水下地形均发生了一定程度的变化。

杭州湾底部地势总体平坦，湾内大多为淤泥质岸滩，水深一般在-8～-10m之间。

杭州湾北岸沿岸水深线的平面分布基本上与岸线平行,岸滩断面地形分带明显,由潮间带滩地、水下斜坡和海床三部分组成,即0m线以上为潮间带滩涂,0～-8m为水下斜坡,-8m以下为杭州湾底部海床。

近几十年来随着海岸带开发利用，海堤愈益接近低潮位，堤外仅有较窄的中、低潮滩，近岸水下斜坡（0m～-8m等深线）由平缓逐步变陡。

2.2杭州湾地貌结构[18][19]

杭州湾整体呈喇叭口状，湾口经舟山群岛间的潮汐通道与东海相连，湾顶与钱塘江口的弯曲河道相接。

根据水下岸滩地貌类型特点，杭州湾分为三个不同的区域，每个区域都有不同的地貌特点（见图2.2）。

澉浦～西三杭州湾大桥以西，为地形普遍高于-5m的沙坎区；沙坎区外至金山～王盘山～七姐妹一线，高程为-12～-7m、高差大于3m、条状潮流脊和冲刷槽（带）相间分布的潮流槽脊区；东侧是地形高程-8～-9m、平坦的湾口浅滩堆积区。

另外杭州湾口通过若干潮流通道与外海相连。

（1）沙坎区

沙坎是钱塘江河口的一个特殊隆起区。

该区地形自乍浦起开始抬高，在盐官至仓前一带达到高点，接着再向上游延伸至闻家堰一带。

沙坎区有现代河槽和浅滩次级地貌单元。

河槽底床高程-7～-2m，床面发育大型沙波。

河槽床面的另一种底部形态是沟垄相间的冲刷地形，沟深0.5～1.5m，宽5～30m不等，垄宽70～150m，心滩的标高一般在0m之下，滩顶比较平缓，菱形大波痕是主要的底部形态。

北滩处于淤涨阶段，南滩处于冲刷状态。

（2）潮流槽脊区

潮流槽脊区位于杭州湾喇叭口地形转弯和束窄部，沉积物粗化，地势起伏增大，水深一般-12～-7m，冲刷槽最深可达50m以上，潮流冲刷槽紧靠北岸。

规划杭州湾港区金山作业区位于该区东部边缘，西临湾口浅滩堆积区。

图2.2杭州湾地貌类型与分区图

乍浦至庵东断面是潮流脊和冲刷槽密度最大区域。

断面北部为“狭窄潮滩～涨潮流冲刷槽～落潮流脊”地貌组合。

涨潮流冲刷槽从东侧尖角岸线，向西逐渐尖灭、落潮流沙脊从西侧尖角岸段外的小岛向东延伸。

断面中部为王盘山潮流脊群脊南北两个冲刷带，北冲刷带起伏较大，南冲刷带比较和缓。

王盘山潮流脊群东支的高点在王盘诸岛的东南，向落潮流方向延伸；西支的高点在王盘诸岛的西侧，向涨潮流方向延伸，是潮流脊群的主支。

王盘山潮流脊群的东南延伸方向上发育有另一相似的潮流脊群～七姐妹潮流脊群。

断面南部是宽达11km、呈不对称舌状的三北浅滩，浅滩西半部以大型游荡潮沟系统为特征，东半部是平坦的粉砂滩。

金山三岛附近受岸线和岛屿地形影响，形成狭长的深度大于15m的冲刷槽，习惯上称为“金山深槽”。

金山深槽位于工程区附近海域西部，东起大、小金山东缘，向西延伸到金山石化码头附近，研究海域深槽宽度在1.8km～3.6km之间，平均水深约25m，最大水深达58.2m。

深槽内还发育有数个深潭，分布在金山深槽内和大金山和浮山之间。

深槽两侧边坡不对称，北侧水下斜坡的坡度较大为10～20‰，南侧边坡较为平缓，外侧海床水深10～14m，组成物质为泥质粉砂、砂质粉砂。

（3）湾口浅滩堆积区

分布于杭州湾口北部和中部，中心位置位于滩浒山、大小白山一带，面积约2000km2，地势平坦，水深一般均在-8～-9m。

沉积物一般以粘土质粉砂为主，中心部分泥含量超过40％，边缘约30％。

地形、地层延续关系和沉积相属于长江三角洲前缘相沉积，近代研究结果均显示，该区物质主要来源于长江口。

（4）湾口潮流通道

杭州湾口经若干潮流通道与外海连通，各潮汐通道的形态差别较大，北口门以平缓堆积区和长江水下三角洲的逐渐过渡为特征，南侧舟山、岱山、金塘诸大岛间形成峡谷型潮汐通道、中部岱衡洋、黄泽洋等潮汐通道主体则呈略下凹的洼地。

峡谷型潮汐通道在构造断裂基础上发育了深槽、边滩、潮流脊等潮汐通道特征地貌。

其中，由金塘、册子、螺头诸水道串联成的复式潮汐通道长60km，宽约5km，经十余个口门沟通杭州湾和东海内陆架。

深槽最大水深为120m，实测最大流速为3m/s，底质以基岩和沙砾堆积为主，潮流脊出现在通道出口和交汇处，由细砂或中细砂构成。

2.3沉积特性[18][19]

杭州湾主要底质类型有7种，分别为中细砂、细砂、粉砂质细砂、细砂质粉砂、粉砂、粘土质粉砂和粘土－粉砂－砂，在乍浦一带基岩岸线见有砾石和砾砂沉积，在某些侵蚀型岸滩出露的粉砂质粘土沉积，见图2.3。

GS—砾砂S—砂FS—细砂TFS—粉砂质细砂FST—细砂质粉砂

YTS—粘土质－粉砂－砂T—粉砂YT—粘土质粉砂

图2.3杭州湾表层沉积物类型分布

粘土质粉砂是湾内主要的细粒沉积物，分布面积最广，包括金塘山－金山连线以东的湾口浅滩，与长江口同类沉积物连成一片，杭州湾南岸至镇海的淤泥质潮滩及其潮下带也有分布。

粉砂是乍浦－庵东以西湾顶河口沙坎区的特征类型，占全区的90%以上，粉砂在潮流槽脊区呈带状分布，北区沿北向东与粘土质粉砂类型过渡，南区沿南冲刷带与三北浅滩向东延伸。

细砂质粉砂主要分布于潮流沙脊系南北冲刷带的北侧边缘，多见于细砂与粉砂类型的过渡带与两粉砂带之间。

粘土－粉砂－砂是粘土质粉砂与砂两类沉积物的过渡类型，常出现于岛屿流影区，在金山嘴－南汇嘴潮滩前缘也出现。

细砂与粉砂质细砂、中细砂等分布较少，不足10%，主要分布在高潮位附近海滩和滩脊、潮流沙脊、潮流冲刷槽或潮汐通道的口门和底部和沙垄带的底部。

杭州湾底床不同地貌分区的表层沉积物表现出相应的区域变化：

沙坎区以细粉砂为主，潮流槽脊区以粗粉砂和细沙为主，湾口堆积区以粘土质粉砂为主，从河口至湾口，形成“中－粗－细”的粒度变化规律，体现于地形和沉积特征上的杭州湾地貌结构具有明显的区域变化。

图2.4杭州湾表层沉积物中值粒径ϕ分布

图2.4为杭州湾表层沉积物中值粒径分布，也存在明显的区域差异。

湾口浅滩粘土质粉砂沉积区粘土含量30～50％，砂含量小于1％，中值粒径0.02～0.004mm，ϕ离差1.1～2.1，偏态-0.1～1.3。

其中心地带沿大戟山～大小白山方向由长江口向西南深入后，又向东南折向册子水道一带。

河口沙坎的粉砂沉积区中，泥含量小于1％，砂含量小于10％，中值粒径0.016～0.1mm，离差0～1.5，偏态-0.7～0.7。

其中90％以上的采样点中值粒径集中于0.032～0.063mm，离差0.5，偏态-0.1～0.1。

分选极好的粉砂沉积集中分布于河口沙坎的水域部分，河槽中的沉积物相对粗化，潮滩上沉积物相对细化。

介于河口沙坎和湾口浅滩之间的潮流槽脊系，沉积物分布出现明显的局部分选，泥含量波动于0～40％，砂含量变化于0～90％，沉积物相对较粗但类型多变。

潮流沙脊沉积物较粗，七姊八妹潮流沙脊群以中径0.077～0.117mm，离差0.1～0.9，偏态-0.1～0.3的细沙为主；王盘山潮流沙脊群中径0.029～0.038mm，离差0.4，零偏态；北部两个近岸潮流沙脊也有中径0.125～0.144mm的细砂。

细砂级沉积的富集还出现在北岸潮流冲刷槽和沟垄地貌分布带的侵蚀沟槽。

偏细的沉积区域出现在南北冲刷带和三北浅滩。

前者中径0.022mm，离差0.5，偏态-0.1～0.3，以粉砂沉积为主；后者中径0.021mm，离差0.4，零偏态，粒级结构参数介于河口沙坎粉砂沉积区和湾口浅谈粘土质粉砂沉积之间，属于过渡类型。

潮流槽脊系是杭州湾沉积物分布的特殊区域，既存在着细粒沉积物的正常分选过渡，也存在着细砂沉积物的局部富集。

在暴风浪和风暴期间，常态的沉积分异往往被改造、破坏，局部或全部被风暴沉积所取代。

根据杭州湾北岸潮滩风暴过程的沉积调整观测，风暴沉积物的结构具有下列明显调整：

平均粒径粗化，分选性增强，潮间带内粒度参数差距缩小。

杭州湾浅地层沉积物从上而下可分为四层：

第一层为细砂、粉砂、粘土质粉砂、粉砂质粘土，具有西粗东细特点，层厚度一般4～5m，上细下粗，底部有砂层。

层厚自西向东由薄到厚，冲刷带附近层厚2.5～3m。

南汇嘴附近6m，大小洋山附近局部8m，局部地段侵蚀缺失。

该层以水平层理为主，浅滩与潮流脊处随地表坡度形成倾斜。

第二层为细砂、粉砂质粘土，底部夹粉砂和中细砂层，厚度变化大，西侧2～4m，层理较乱，底界面不明显，东侧2～3m，大部呈水平层理。

第三层西侧为细砂，底部含贝壳中粗砂，向东逐渐转为互层发育的粉砂质粘土，局部有中细砂和粉砂夹层，厚度变化自几十厘米至5米，底层界面凹凸不平，侵蚀面发育，钻孔取样发现贝壳、粗砂中含较多有孔虫，属全新世海侵初期沉积。

第四层为粉砂质粘土，含粘土粉砂互层，水平层理，顶板为海侵初期侵蚀面。

侵蚀面以上的第一、第二和第三层属全新世沉积，总厚度在10～20m之间。

3、水文泥沙动力条件分析

本海域属于北亚中纬度湿润的亚热带季风气候区，四季分明，春季温暖湿润、夏季炎热多雨、秋季天高气爽、冬季寒冷少雨雪；夏季东南风为主，炎热湿润；冬季西北风为主，寒冷干燥。

3.1气温

据金山区气象台1970～2006年的气象资料统计：

历年平均气温：

15.8℃

历年极端最高气温：

38.1℃

历年极端最低气温：

-10.8℃

3.2降水

多年平均降雨量为1140.6mm。

3.3雾

多年平均雾日数为44.1天/年。

3.4风况

根据金山嘴测风站1960～1979年二十年资料统计分析，本区风况具有以下特点[2][6]（见表3.1）：

（1）常风向ESE～SSE，占31%；其次为NW～NNW向，占20%

（2）风向随季节变化显著，春、夏季盛行ESE～SSE向风，尤以SSE向最多，秋冬季盛行NW～N向风，其中秋季以NNW向最多，冬季NW向风最多

（3）常年风力一般在3～4级以下，全年大于或等于6级大风的日数约71天，其中以ESE～SSE向最多，其次为NW～NNW向。

本区最大风速22m/s，风向为SSE。

表3.1-1金山嘴1960-1979年各风向频率、平均风速及最大风速表

风向

N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

平均风速（m/s）

3.6

3.6

4.2

5.4

5.3

6

6.3

6.6

4.6

3.7

3.6

3.4

3.1

3.9

4.8

4.4

最大风速（m/s）

17

18

16

18

20

20

20

22

17

10

18

11

12

18

20

14

频率（%）

7

5

5

5

7

10

10

11

6

5

2

1

2

4

10

10

表3.1-2金山嘴站累年各月最多风向、频率（%）及平均风速（m/s）分布

图3.1金山嘴1960-1979年风速及频率玫瑰图

根据金山区气象站提供的资料，1970～2006年该站多年平均风速3.3m/s，常风向SE向，频率10％。

热带风暴对本区的影响：

本区每年6～9月份常受热带风暴袭击，其中以7～8月最多，据金山嘴26年风速资料统计，最大风速多位热带风暴影响造成，风向偏东，受热带风暴边缘影响时，本区风力最大达9级，如热带风暴中心在本区登陆，最大风力可达12级以上。

1960～2000年影响长江口台风共出现53次，平均1.3次/年，最多一年有5次（2000）。

可见，该地区是台风影响多发地区。

近20年来最强烈的台风有8114、8615和9711台风。

9711台风期间芦潮港最大风速38m/s，风向ENE，最高潮位达5.68m，增水超过1997年以前历史上最高波高达5m。

3.5波浪

（1）滩浒站统计资料分析[13][2]

据1991年～1999年共9年实测资料统计（表3.2），年平均波高0.3m。

年平均周期1.2s，全年常浪向N～NNE，强浪向SSE和NNE，SSW～WNW波高较小。

平均波高季节变化较小，秋季略高，波向季节变化明显，夏季的常浪向为SSE～S，冬季的常浪向为NNE～NNW，春、秋季波向较分散。

全年1.5m以上波高占2.0%，2.0m以上为0.2%。

9711号台风过程，8月18日滩浒实测最大波高2.7m,周期4.6s,波向为NNE,8月19日波向转为SSE，最大波高仍为2.7m,周期4.2s。

建站以来，实测最大波高4.0米，方向ENE。

由于舟山群岛的屏障效应，根据滩浒站1978～1987年10年统计资料，纯风浪频率高达95％，涌浪出现的频率仅为4.7％。

由于杭州湾外岛屿罗列，湾内地形不断束窄，造成波浪对本区岸滩作用强度减弱。

表3.3为不同波高年内出现频率情况统计。

表3.2滩浒站各向波浪要素统计表（1991～1999）“C”表示静浪

要素

N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

C

平均波高（m）

0.6

0.6

0.6

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.4

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0.7

平均周期（S）

3.1

3.1

3.1

3

3

3

3

3

3

3

2.5

2.8

2.6

2.8

3.1

3.1

最大波高（m）

2.3

3

2.2

2.3

2.1

2.4

2.1

3

2.1

1.4

1.1

1

1.1

1.7

2.5

1.9

出现频率（%）

7

5

3

2

3

3

3

4

1

1

0

0

0

1

4

5

55

图3.2滩浒1991-1999年波高及频率玫瑰图

表3.3滩浒站1978～1987年波高年内分配表

波高（m）

0.6

0.8

1.0

1.2

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

天数（天）

211

120

71

37

17

4.2

1.2

0.9

0.6

0.3

（2）金山石化水文站波浪资料[6]

金山石化水文站各月平均波高、平均周期、最大波高统计值和波浪各向频率、平均波高和最大波高统计值分别见表3.4，表3.5：

表3.4金山石化水文站月平均波高、平均周期、最大波高统计表

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

平均波高（m）

0.3

0.3

0.3

0.4

0.5

0.5

0.6

0.5

0.5

0.4

0.3

0.4

平均周期（s）

3.2

3.1

3.1

3.3

3.3

3.0

3.4

3.5

3.1

3.1

3.4

2.9

最大波高（m）

1.8

3.0

2.2

2.5

2.8

3.9

3.6

2.9

2.6

1.7

1.9

1.7

表3.5金山石化水文站各向频率平均波高、最高波高统计表

风向

N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

频率（%）

2

1

6

5

20

13

27

6

9

5

2

1

2

1

2

0

平均波高（m）

0.4

0.5

0.6

0.7

0.6

0.7

0.7

0.7

0.6

0.5

0.5

0.4

0.4

0.5

0.3

0.3

最大波高（m）

1.4

2.1

2.6

1.9

2.8

3.3

3.9

3.6

2.3

2.5

2.9

0.7

1.5

1.6

1.6

0.6

图3.3金山石化站波高及频率玫瑰图

（3）2000～2001观测资料[4]

2000年8月～2001年8月在上海化工区前海域进行了短期波浪观测。

据此资料统计分析，常浪向为SSE向和ESE向，强浪向为SE向和ENE向。

实测最大波高为3.06m，平均波高为0.49m。

大浪主要出现在台风影响季节，波高的季节性差异较明显，平均波高夏季（0.73m）大于冬季（0.37m）。

3.6潮汐特征

杭州湾属强潮海湾，外海传入的潮波进入杭州湾后，受地形和喇叭口海湾形状影响，潮波发生变形，由湾口至湾顶逐步增大，表现为潮差增大，涨落潮波不对称，前坡陡，后坡缓。

杭州湾还受潮汐、钱塘江径流和长江径流、及气象条件的影响，且湾口水域宽阔，当潮波进入河口，伴随着浅海波的产生，潮波形态发生变化，使高低潮时刻随之调整。

工程海域靠近金山嘴水文站，根据金山嘴水文站潮位资料统计分析，本海域属非正规半日浅海潮，每日两涨两落，日潮不等现象较为显著；主要表现为高潮不等，从春分到秋分期间一般夜潮大于日潮，从秋分到翌年春分为日潮大于夜潮。

潮波性质基本上接近驻波形态。

根据1977～2002年实测潮位资料分析[2]，自乍浦至芦潮港海域潮位特征值（基面为吴淞零点）见表3.6，其中金山嘴站的基面关系见图3.4。

由于杭州湾河口是典型的喇叭型河口，潮汐进入杭州湾后能量逐步反射集中，潮差从湾口向内河逐渐递增，湾口芦潮港站多年平均潮差为3.24米，最大潮差5.92m，至湾顶浙江澉浦平均潮差为5.71米，最大潮差达9.00米[14]。

澉浦位于湾顶，向西至尖山附近即开始形成涌潮。

表3.6杭州湾北岸乍浦-芦潮港潮位特征（m）

项目

乍浦

金山石化

金山嘴

芦潮港

资料年限

1970～2004

1977～2002

1977～2002

1977～2002

历史最高潮位

7.17

6.57

6.03（1997）

5.63

历史最低潮位

-1.99

-1.62

-1.78（1969）

-1.26

平均高潮位

4.28

3.89

3.78

3.49

平均低潮位

-0.50

-0.28

-0.22

0.23

平均潮差

4.78

4.17

3.92

3.24

最大潮差

7.82

6.65

6.57

5.92

图3.4金山嘴站基面关系（单位：

m）

2011年9月5日～10月5日在工程区附近海域进行了为期一个月的潮位观测，根据资料分析结果，3个潮位站平均潮差为4.06～4.57m，最大潮差5.78~6.28m，见表3.7。

从芦潮港多年月平均潮差分布看（图3.6），本次水文测验处于全年潮差最大月份，与金山嘴多年潮位统计值比较，本次观测期间02潮位站（漕泾码头）潮差达6.1m，与金山嘴站历史最大潮差仅差0.47m。

表3.72011年9月水文测验期平均潮差统计（单位：

cm）

验潮站

平均

最大

最小

潮位01

457

628

207

潮位02

429

610

188

潮位03

406

578

172

芦潮港

360

524

126

图3.52011年9月水文测验潮位站和水流测站布置图

图3.6芦潮港多年月平均潮差变化图

3.7潮流特性

杭州湾为著名的强潮海湾，潮汐振动主要来自于东海前进潮波的传入。

东海的潮流向西运动部分通过舟山群岛直接进入杭州湾，而偏北一股水流向西运动在南汇嘴附近分为两支：

北支沿着南汇北岸进入长江口，南支沿着南汇临港岸线向西进入杭州湾。

杭州湾水下地形平缓，潮波进入工程水域后，受地形和岸线的约束，以往复流为主。

3.7.1往年水文资料统计分析

杭州湾北部海域有多次观测资料，工程区附近有布置测流点的约有7次，目前可以收集到2000年后的水文测验4次，分别为2003年9月长江口水文水资源勘测局、2004年3月东勘院、2007年4月南汇区水文站以及2011年9月东勘院为本项工程进行的水文测验，测流点布置见图1.2，其中2003年9月由于天气原因资料不完整，且16#测点布置在码头区内，代表性不好。

表3.8~表3.10为往年水文测验资料流速、流向统计表。

表3.11为几次水文测验期间大小潮平均潮差统计，可以看出，2011年9月水文测验期间大潮潮差明显大于其它两次，小潮潮差稍小于2007年4月的潮型。

根据几次水文测验分析，一般的规律是,由芦潮港至金山石化杭州湾北岸流速逐渐减小，涨潮流速大于落潮流，随着离岸距离的增加，水流流速也逐渐增大。

表3.8-12003年9月13－14日大潮涨、落潮垂线平均最大流速（m/s）流向（°）

测站

涨潮

落潮

涨潮

落潮

VF

VFmax

αFmax

VE

VEmax

αEmax

VF

VFmax

αFmax

VE

VEmax

αEmax

14

1.18

1.89

286

1.15

1.80

147

1.19

1.88

311

1.09

1.57

165

15

1.42

1.70

255

0.77

1.20

58

1.20

1.63

255

0.81

1.21

35

16

0.74

1.14

230

0.75

1.18

41

0