1　前　言

　　1994年，我單位等曾受交通部第四航務工程勘查設計院委托，對惠來電廠靖海灣廠址的煤碼頭工程進行過“岸灘動力地貌與環境泥沙研究”［1］。但該工程一拖十年未能上馬。2004年2月，中國國際工程諮詢公司對該電廠工程進行評估調研，認爲該工程尚須補充進行若干調查與實驗研究工作，其中包括由本單位承擔進行的“惠來電廠港口工程海岸海灘變形預測及其對回淤影響的研究”。當時提出需要進行此項研究的理由是：“惠來縣靖海灣，雖然水深良好，沿岸供沙少，適於建設深水港，但若港口工程處理欠當或對有關問題估計不足，也有可能産生一定的或相當可觀的泥沙回淤問題，從而給港口建設帶來不利的影響或麻煩。具體講就是：未來人工建築物——龐大的防波堤突伸於海中，改變了弧形海灣的上岬角位置，爲達新的平衡，海岸必然發生變形，這將引起灣内（淺水區）泥沙運動，即按新的波浪動力場重新分佈泥沙，這種新的岸灘調整及其泥沙運動有可能對港口回淤造成影響，因此有必要開展此項研究，預測岸灘變化及其對回淤的可能影響，爲優化港口平面設計並采取得力措施改善回淤條件，提供科學依據”。後經與委托單位研究達成協議，本項目的主要研究内容包括：

　　1）天然情况下靖海灣與海灘運動狀態及其平衡與穩定性的進一步分析研究；

　　2）防波堤修築後，在新的邊界條件下，海灣變形趨勢及其新的平衡綫形態和位置的預測及計算；

　　3）新邊界條件下海灘過程及其調整，包括海岸輸沙及方向的變化，以及海灘運動狀態的改變；

　　4）海岸與海灘變形對港口（港池、吸水口）回淤的影響；

　　5）防止或改善回淤的措施與辦法。

　　爲此，2004年5月，我們再次前往現場進行了測量、調查。下面，依據多年對靖海灣海岸的調查資料及近年來對廣東弧形海岸類型與模式的綜合研究成果，對惠來電廠港口工程的海岸變形問題及其對港口回淤的影響作一些評估。

　　2　廣東弧形海岸特點與模式

　　近年來，中山大學對包括廣東省在内的華南弧形海岸的類型、模式與海灘過程進行了較廣泛和較深入的調查研究及理論分析與總結［2］。現就其要點列於下供工程部門參考。

　　2.1 海岸性質

　　大多數弧形海岸從基本性質來講，屬於侵蝕型海岸。這就是我們常説的一句話：“弧形海岸是在泥沙供給不足的情况下形成的一種與波動力及其一定的沿岸輸沙率相適應的平衡海岸”。這有三層意思值得工程部門注意：①這類海岸的泥沙（主要來自内陸架海底）供給是不足的，如果供沙很豐富，就不可能形成這種侵蝕型的弧形海岸，當然也不是完全没有一點沿岸輸沙作用，而是有“一定”的沿岸輸沙但輸沙量不會很大；②這種海岸的形式與其特殊的波浪動力場及其泥沙搬運規律有關；③這種海岸相對較爲穩定或平衡，大多數情况下呈侵蝕型的動態平衡狀態。

　　2.2 形態特徵 

　　1）弧形海岸介於由基岩山丘搆成的“上岬角”（上波側方向的岬角）和“下岬角”（下波側方向的岬角）之間；

　　2）弧形海岸由圓弧狀的螺綫岸段和直綫狀的切綫岸段搆成，前者偏於上岬角方向，後者偏於下岬角方向。

　　2.3 三種海岸類型 

　　按上、下岬角位置的不同，廣東省的弧形海岸主要有以下三種類型：

　　1）海灣偏E型。爲上岬角偏北、下岬角偏南的弧形海岸，其灣頂朝向偏東（如惠來縣靖海灣），稱A型；

　　2）海灣偏S型。即上、下岬角基本上在同一緯度水平上的弧形海岸，灣頂朝向偏南，稱B型；

　　3）海灣偏W型。即上岬角偏南、下岬角偏北的弧形海岸，灣頂朝向偏西（如陽東縣三丫港和惠東縣的平海－港口弧形海岸），稱C型。

　　2.4 優勢浪向

　　由於弧形海岸的直綫（或切綫）段的岸綫走向與優勢波向綫相垂直，故可根據任何一個弧形海岸切綫段的岸綫走向求出影響該海岸的優勢波浪向。上述三種型式弧形海岸的優勢浪向分别是：A型爲SE向偏E，即ESE向；B型爲SE向；C型爲SE向偏S，即SSE向。

　　2.5 三種平衡狀態

　　弧形海岸達極終平衡時，灣頂弧形岸段的走向，各處都應與優勢浪進入灣頂後繞射、折射形成入射波向相垂直（其時沿岸輸沙爲零）。但自然界極少有此種狀態存在，實際上它不過是弧形海岸平衡的一種努力方向。由於不同的區域環境與自然歷史條件的影響，廣東的弧形海岸實際存在三種平衡形式或狀態（表1和圖2）：

　　1）灣頂凹入度很大，現灣頂之螺綫居於極終平衡綫的向陸一側位置（圖2中的c綫），此稱爲“堆積型動態平衡”海岸，即此種海岸將以堆積（或淤積）的方式向極終平衡狀態逼近；

　　2）灣頂凹入度達標對數螺綫形態的“極終平衡”海岸；

　　3）灣頂凹入度較小，現灣頂螺綫居極終平衡綫向海一側位置，此稱爲“侵蝕型動態平衡”海岸，即此種海岸要以侵蝕的方式向極終平衡狀態逼近。

　　3　靖海灣弧形海岸特徵

　　靖海灣弧形海岸的規模不大，灣長約4.5km，寬約0.3~2.0km，但却頗具代表性和典型性，其主要特徵如下。

　　3.1 弧形海岸類型

　　靖海灣弧形海岸的上岬角是北砲臺，下岬角是資深角，上岬角在海灣的NE方向，下岬角在海灣的SW方向，所以海灣灣頂朝向是偏E方向，屬“海灣偏E型”（A型）弧形海岸。

　　3.2 波動力特點

　　（1）-20m等深綫附近波浪統計特徵：從南京水利科學研究院根據南海海洋研究所提供的相當於一年的波浪原始資料進行的本港波浪特徵統計分析計算結果（表2）［3］，得知，靖海灣外20m深水區的波向基本上集中在ENE~SSW之間，其中尤以ENE~ESE區間的頻率爲高（占全年的27.55％）。計算得出的ENE~ESE波向區間的平均波高爲1.64m，波週期（T）爲6.2s，波向（合成）87.7°，爲偏E向。

　　（2）灣内波動力特徵：根據靖海灣弧形海岸南部的切綫岸段（直綫段）的岸綫走向（5°~185°），得知本海灣的優勢浪向是95°，即進入海灣的優勢浪的波向爲偏E向（ESE向）。這即意味着，該海灣的S向浪是不重要的，而SW向浪的影響更可不予考慮。

　　但優勢浪（波向95°）進入海灣後，受地形影響要發生變形，主要有兩個特點：①在弧形灣内，波浪因折射、繞射作用的影響，波向要逐漸向偏N方向偏轉，最終波浪入射方向與岸綫走向呈鋭角相交；②在南部直綫岸段，波向則基本上與岸綫相垂直。

　　3.3 泥沙特徵

　　（1）泥沙來源：①受上、下岬角的保護，基本上無岬外泥沙進入海灣；②灣内泥沙供給主要來自本灣灣外的内陸架海域，但這種來向的泥沙數量有限；

　　（2）沿岸輸沙方向及輸沙量計算： 按平均波高（H1/10）1.64m，週期（T）6.2s，頻率27.55，波向ESE，采用美國陸軍工程兵團海岸研究中心（CERC）的輸沙公式：

　　q = 1.4 × 10-2 H20 C0 K2r cosαb sinαb（m3/sec）

　　式中H0、C0爲深水波波高與波速、Kγ爲折射係數（從深水波到破波點）、αb爲破波帶波峰綫與岸綫夾角，計算得靖海灣港口（防波堤）工程前後的沿岸輸沙能力與方向見表3和圖5。

　　計算結果表明，靖海灣天然情况下（即工程前），灣頂（1、2斷面）呈侵蝕狀態，其侵蝕産生的泥沙，沿岸向下波側方向（即向SW方向）輸移，净輸沙量的數量級在15萬m3左右。

　　（3）灣頂實際表現：現場實際調查表明，現靖海灣弧形灣頂確實呈侵蝕狀態，且沿岸泥沙也確實是向下波側方向（SW）運動。其證據是：靖海漁港西側的“防沙堤”，自上世紀70年代修築後，不僅堤根與堤外没有泥沙淤積，反而呈侵蝕狀態，需要不斷加固和進行防護，此其一；其二是，當年因修築“防沙堤”在岸邊抛下的一大堆垃圾——碎石塊堆，竟然遭波浪冲刷侵蝕散佈於海灘上，并且沿岸向SW方向搬運，所搬運的石塊被磨損，還不斷變圓、變小，這清楚的指示了沿岸泥沙搬運的方向。

　　（4）海灣下段以堆積爲主： 灣頂侵蝕産生的泥沙不斷向下波側即向海灣下段（直綫段）搬運，故海灣下段（直綫段）堆積現象明顯，主要表現是，沿岸輸沙至此以横向搬運爲主，激浪向上冲越，發生較强的越冲沉積作用——形成較高、較寬的灘肩地形。

　　3.4 岸灘地貌特徵

　　我們曾4次（1988年9月、1993年6月、1994年4月和2004年5月）對靖海灣岸灘進行了調查，雖然各時期的具體狀態不盡相同，但岸灘地貌的基本格局仍是一致的。

　　（1）弧形岸綫形態：靖海灣弧形岸綫的基本特點是，靠近上岬角（北砲臺）的灣頂向陸凹入呈螺綫型海灣，它體現了偏E向浪對海岸侵蝕和弧形形態塑造的影響；而海灣中－南部岸綫較爲平直。

　　
（2）海岸地貌狀態及其分佈： 圖6看出，弧形海灣的岸灘地貌狀態從上岬角向下岬角，很有規律的呈現爲自消散型→沿岸（順直）壩－槽型→韵律壩－凹槽型→歪斜沙壩型→脊－溝型→反射型的變化。這與岸灘在常波向浪的作用下，從上波側方向到下波側方向發生的由侵蝕到堆積的海灘過程有關，即靖海灣北部岸灘泥沙儲積很少，岸灘呈相對侵蝕狀態，且横向泥沙搬運作用弱；但愈往南，岸灘泥沙儲積愈豐富，明顯呈相對堆積狀態，海灘横向泥沙搬運作用强。

　　（3）岸灘横剖面形態：向陸凹入的弧形灣頂的岸灘横剖面明顯呈上凹型，而中－南部切綫岸段的岸灘横剖面却呈上凸型或直綫型。這亦表征了它們各具相對侵蝕和堆積的特點。

　　3.5 海灣岸綫平衡狀態

　　根據Hus，Silvester和Xia（1989）提供的方法［4］，計算了靖海灣弧形岸綫發育的（平衡）狀態或階段，發現現靖海灣岸綫處於極終（或極端）平衡岸綫的向海一側的位置，説明現靖海灣雖然泥沙供給不足，但仍有一定數量泥沙來源供給，所以現弧形岸綫處於侵蝕型動態平衡狀態。這一性質與前述海灣動力－泥沙－地貌特徵是相吻合的。

　　4　工程後靖海灣岸綫變形預測

　　未來惠來電廠煤碼頭的防波堤工程，從北砲臺岬角尖端開始修築，它向SSW方向突伸於海中，長約1.2km。這一巨型人工建築物的修造，將極大的改變海灣的邊界條件。主要是改變了海灣的上岬角位置，即上岬角從原來的北砲臺角移至未來的防波堤的堤頭處。海灣外形的這種改變，將導致灣内波動力場變异，相應岸灘亦要調整，海岸要發生變形，進而引起灣内淺水區的泥沙運動，並按新的波動力場重新分佈泥沙，由此産生港口泥沙回淤問題。

　　4.1 波動力場的變化

　　圖8看出，防波堤修築後，在新的海灣邊界條件下，常波向（95°）浪入射進入海灣後的傳播圖形，明顯與工程前的圖形不同。其主要特點是，工程後弧形海灣的灣頂，極大地向裏（陸）凹入，從防波堤堤頭進入的入射波在灣頂發生較强的繞射、折射作用，並以繞射作用爲主，繞射之波向綫與（弧形）岸綫呈鈍角相交，這將引起沿岸泥沙産生反向（即朝上岬角方向）的運動，則灣頂弧形岸綫要轉變爲向“堆積型”動態平衡方向發展，從而導致未來電廠吸水口和港池發生泥沙回淤問題。

　　4.2 海岸變形與“反向輸沙”量的估算

　　工程後初期弧形海灣灣頂岸綫變形、冲淤動態和沿岸輸沙方向變化的趨勢。即同樣按波向95°、平均波高（H1/10）1.64m、週期（T）6.2s的波動力强度作用於灣頂岸灘，得知圖5中的1、2、3、4、5斷面將呈侵蝕狀態，侵蝕的中心位置在3斷面處，而且由此斷面處侵蝕産生的泥沙，將分向南、北兩個不同方向産生沿岸輸沙活動，其中3、2、1斷面岸段的沿岸輸沙方向指向未來電廠吸水口位置，即電廠吸水口區域要發生淤積。按上述波能計算得出的其反向净輸沙量的數量級在每年5 ×104m3以下。這一沿岸輸沙量值看似不大，但常年積累，亦會産生可觀和重要的威脅和影響，未來電廠及碼頭建設，切不可對之等閒視之。

　　4.3 建議

　　廣州白天鵝賓館只修一座高樓大厦是不成的，它必須還要搆築相關配套建築物（包括管理人員工作樓和車輛出入專道），白天鵝才能起飛。同樣的道理，惠來電廠碼頭工程，工程師們只設計修一條防波堤與碼頭兼用的“長棍子”突伸於海中，也是不够的，還必須考慮搆築防沙堤等配套建築物，才能真正、有效地發揮效用。故此建議，以現靖海漁港西側的防沙堤堤頭爲起點，將該防沙堤向SSW方向延長400~500m（即延伸至水深5m處，見圖5），以防將來“反向輸沙”的長期作用對電廠吸水口和港池回淤造成的影響。

　　5　結　論

　　5.1 現狀

　　靖海灣是一個介於上岬角（北砲臺）和下岬角（資深角）之間的典型的弧形海灣。弧形海灣是在泥沙供給不足的情况下形成的一種與波浪動力及其一定的沿岸輸沙率相適應的平衡（或穩定）海岸。根據現在（或工程前）靖海灣動力地貌特徵（包括弧形海灣形態特徵及其灣頂凹入的程度、海灘類型與運動狀態等）的研究，對目前（或工程前）該海灣的動力、泥沙與地貌特點得出如下結論：

　　1）本海灣主要受偏東向波浪的影響，常浪向（或優勢浪向）的方向爲95°。

　　2）總的來講，本海灣泥沙供給量不足，但有一定數量的泥沙補給（數量級約在每年15 ×104m3以下），泥沙來自灣外海底（或内陸架）。

　　3）正是由於本海灣尚有一定數量的海底泥沙供給，所以弧形灣頂岸綫的侵蝕凹入度較小，即現灣頂的實際弧形岸綫位置居於理想的極終平衡岸綫（此時灣中的波向綫與岸綫之間的夾角應等於90°，即沿岸輸沙量爲零）的向海一側，此稱爲“侵蝕型動態平衡”。“侵蝕型動態平衡”狀態的弧形海岸的特點是：弧形灣頂岸綫與岸灘呈侵蝕狀態；外海波浪在灣頂繞射、折射（以折射爲主）後形成的波向綫與岸綫之間的夾角小於90°，即有沿岸輸沙現象存在，輸沙方向指向下波側方向（自北向南）。

　　5.2 工程後預測

　　未來防波堤工程突伸於海中之後，改變了海灣的邊界條件（主要表現在上岬角位置從原北砲臺岬角移至防波堤堤頭處），爲達新的平衡，岸灘必然進行自動調整，即海岸要發生變形，這將引起灣内（淺水區）泥沙運動，並按新的波浪動力場重新分佈泥沙，由此産生港口泥沙回淤問題。依據新的上岬角（防波堤堤頭）與原下岬角（資深角）位置，計算推求出現海灣灣頂岸綫居於工程後新的靖海灣的極終平衡岸綫的向陸一側的位置，説明未來靖海灣灣頂岸綫要轉變爲呈“堆積型動態平衡”狀態。“堆積型動態平衡”狀態的弧形海岸的特點是：灣頂弧形岸段呈堆積狀態；經防波堤堤頭進入的外海波浪（常浪向95°）在灣頂繞射、折射（以繞射爲主）後形成的波向綫與岸綫之間的夾角大於90°，這將産生方向指向上波側（自南向北）的沿岸輸沙現象（每年在5×104m3以下）。這種沿岸輸沙稱爲“反向輸沙”。因此認爲：

　　1）工程後將長期受“反向輸沙”的影響，未來港口存在一定的泥沙回淤問題。盡管這種回淤不是驟淤，但時間一長會産生累積效應，對電廠吸水口區域以至港池回淤造成影響。

　　2）應修建防沙堤配套工程，防止工程後“反向輸沙”對吸水口和港池回淤造成影響。建議在吸水口西側考慮將現漁港西側防沙堤向SSW方向延長至-5.0m處（長約400~500m）。該防沙堤配套工程修築後，岸灘演變對電廠碼頭和吸水口回淤的影響可基本消除。

　　

　　參考文獻:

　　［1］中山大學河口海岸研究所、南海海洋研究所,1994.惠來電廠煤碼頭工程可行性研究：靖海灣岸灘動力地貌與環境泥沙研究報告.

　　［2］戴志軍,2003.華南弧形海岸的類型、模式與海灘過程,中山大學博士論文.

　　［3］南京水利科學研究院河港研究所,1994.惠來電廠煤碼頭工程可行性研究—波浪輸沙物理模型實驗報告.

　　［4］Hus,J.R.C.,Silvester,R.and Xia,Y.M.,1989.Static Equilibrium Bays: New Relationships, Journal of Waterway, Port, Coastaland Ocean Engineering,115（3/4）:299~310.

　　本成果完成於2004年.合作者:田向平。