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華南海岸及港口泥沙問題研究的回顧和展望




  華南海岸漫長,岸綫曲折,港灣衆多。解放後隨着各項建設事業的發展,許多港口和港灣都得到了不同程度的開發龢利用。港口開發建設中經常遇到的一個令人憂煩的問題是泥沙淤積問題。其中大量出現的、最主要的是入海口攔門沙淤淺妨礙船舶進出港口以及航道、港池與碼頭前沿的回淤等問題。爲瞭解决這些問題,二十年來,各有關單位做了大量的現場調查測驗和室内實驗分析等工作,取得了不少的經驗和成績。但生産在發展,新的矛盾與問題在不斷出現。如大型港口(例如黄埔港)船舶噸級在不斷提高,中、小港口要求向萬噸級大港發展(如汕頭港),但它們的攔門沙礙航問題能否解决?許多縣級小港,則由於十年動亂時期大量的、盲目的堵口築閘、圍海造田、河流改道和其他不適宜的工程建築極大地改變了原來港口的泥沙平衡條件,以致有的港口已經完全報廢(如神泉港),另一些亦面臨被淤廢的危險(如烏坎港、沙扒港和港北港)。因此,泥沙淤積問題至今仍是許多港口能否開發、利用或發展的關鍵。無疑地需要進一步開展和加强海岸及港口泥沙問題的研究。本文對過去二十年内有關華南海岸及港口泥沙問題研究的發展情况做了回顧;對其中某些可能是成功的或有待改進的方面略作評述;同時根據華南海岸的特點並結合生産發展的需要,提出幾個作者認爲是可以值得深入探索的研究課題供大家研討。

  1 華南海岸及港口泥沙問題研究的發展階段

  華南較早開展泥沙研究的港口是廣東省的鎮海港和湛江港,以後陸續進行研究的主要港口還有北海港、三亞港、汕頭港、海口港、天尾港、洋浦港、湛江港、黄埔港、防城港和鐵山港等。此外,有關單位還組織進行了與泥沙問題有關的海岸和港口的普查工作。因此研究包括了除臺灣外的幾乎整個華南海岸及其主要港口和港灣,研究區域既有陸上,也有水下,即包括了整個海岸帶的範圍。研究需要解决的主要生産問題是:港址選擇、航道選綫、攔門沙開挖的可能性、碼頭前沿和航道回淤預測、防波突堤和防沙堤延伸的長度及方向、抛泥區選擇等。涉及海岸與港口的泥沙問題有:泥沙來源、河口和港灣及海岸演變規律、淺灘或攔門沙的成因及發展趨勢、波浪作用下沿岸泥沙運動(活動帶)的範圍及强度(如沿岸輸沙率)、潮汐通道(tidal inlet)的穩定性等。    

  回顧過去二十年内的研究工作,大致經歷了下述三個發展階段:

  1.1 早期的研究(1961 ~1966年)   

  這一時期先後開展泥沙問題研究的港口是鎮海港、湛江港、北海港和三亞港。研究學科側重於港灣的地質和動力地貌方面。應該説六十年代初期進行的最早兩個港口的研究,由於研究的區域是兩個巨大的溺谷型港灣,泥沙來源及動力條件均較復雜,加以當時經驗不足和水平所限,取得的成效尚不够顯著。北海港和三亞港的研究對象是砂壩—潟湖海岸,南京大學對這兩地區的海岸動態和形態作了較詳細的分析,認爲兩地區沿岸無較大的泥沙流,港池及航道開挖後不致發生嚴重回淤。結果證明這一結論與實際情况相符。

  1.2 中期的研究(1967 ~1975年)    

  包括汕頭港早期以及黄埔港、天尾港、海口港、洋浦港、湛江港調順島地區和廣西北海港(包括南灣漁港)後期所做的工作。這期間,周總理提出三年改變港口面貌的號召起了很大推動作用。主要研究對象有水下漲、落潮冲刷槽(如黄埔港、洋浦港、汕頭港)、水下淺灘(如黄埔港蓮花山淺灘)或攔門沙(如汕頭港)。進行了較大量的現場水文、泥沙測驗和海底沉積的採樣分析工作。以動力地貌方向爲主,動力、沉積與地形演變分析三結合的研究方法在上述港口研究中取得了較好的效果。如黄埔港蓮花山淺灘的研究,在充分認識和弄清楚淺灘地段漲、落潮水流運動過程和水流結構的基礎上,通過淺灘泥沙組成和分佈規律的分析,對該地段的河床東、西淺灘和漲、落潮冲刷槽的成因、泥沙來源和演變規律得出了明確的結論。這期間,許多港口(北海港、天尾港)使用了沉積物重礦物(特别是特徵重礦物)組成和分佈規律的分析方法,其展示的圖件生動地指明瞭潮下淺灘的泥沙來源和運動趨向。1975年南京大學在汕頭港的研究中,通過對攔門沙沉積的鑽探取樣及其沉積物組成成份、重礦物與粘土礦物特徵和微量元素的分析,認爲該港外攔江沙是古海岸水下沙壩與現代潮汐汊道冲出體的組合[1]。可見,這時期的工作還以沉積學和動力沉積學的研究見長。    

  1.3 近期的研究(1976年以後)    

  以鐵山港、防城港和汕頭港最近(1981年)的研究爲代表。其特點是力圖通過海浪和潮流輸沙的計算,對攔門沙或航道的回淤作出數量的估計。如天津大學(1979年)對鐵山港的研究得出該港沿岸輸沙主要是由西向東,年輸沙量(包括懸移質和推移質)16~2l×104m3。科學院海洋研究所等單位1978年完成的《防城港“攔門沙”航道試挖前後冲淤狀况的調查研究報告》是一篇有價值的成果。該報告不但用波能輸沙公式(采用綜合式)對攔門沙地段的海浪縱向輸沙進行計算,用能流法(能流—泥沙連續方程)和剪應力—推移質輸沙公式對攔門沙地段海、潮流横向輸沙進行計算,因而得出了攔門沙試挖前後一年内冲淤變化的數量概念並對進一步浚深到-7m後的冲淤狀况作出了估計;而且在地貌、沉積方面的研究分析也頗爲詳盡。汕頭港外攔江沙最近的研究,亦着重對外攔江沙的波浪沿岸輸沙量及海、潮流横向輸沙量進行估算,並根據Bruun對各類潮汐通道穩定性的分析,首次對汕頭灣潮汐通道的穩定性問題進行了具體的分析、估算與討論,對該港外攔江沙的成因與淤積問題提出了若干新見解。

  以上所述可以看出,華南海岸及港口泥沙問題的研究經歷了一個逐步發展的過程,即由經驗不足到比較成熟;研究單位和學科由少到多,不同專業、不同方向的研究有逐步互相配合的趨勢;研究手段由簡單到比較多樣化;研究成果逐步由定性向定量或半定量發展。總之,水平在不斷提高。可以説,各時期的研究成果基本上解决了那個時期生産上提出的問題。海岸及港口泥沙問題的研究有力地促進了港口建設的發展。

  2 問題與討論

  二十年來華南海岸及港口泥沙問題的研究確實取得了不少的成績,但也暴露了一些問題有待今後認真地加以解决。作者感到,至少有下面兩個問題是存在和需要改進的。

  1)不同學科、不同方向的研究相互協作和配合還不够,這就難免影響到研究成果的完整性和準確性;    

  2)生産觀點是有了,但專題研究和基本理論的研究較少,這就不利於泥沙研究取得更大進展。   

  後一問題的産生與一定的時代背景和歷史條件有關,相信今後不難克服和糾正。事實上,最近見到的若干研究成果,如關於華南潮汐汊道或通道類型研究,防城港攔門沙冲淤規律研究[3]和防城灣沉積過程及不同沉積環境下的粒度分佈特徵研究[3]等,已在改變這種狀况方面作出了貢獻。至於前一個問題,則不是每一個人都已注意和明嘹到的。作者在參加華南港口研究過程中,對這一問題略有感受。現以汕頭港外攔江沙的研究爲例作一些討論。

  汕頭港外攔江沙的成因、泥沙來源以及航道開挖可能性和航道泥沙回淤問題,歷來很爲人們所關注。前後主要經歷了三次規模較大的研究工作。這三次研究一次比一次深入,但結論却不同。如1968年南京大學和中山大學第一次研究認爲:外攔江沙南半部分的泥沙主要是波浪冲蝕附近基岩海岸和島嶼的物質供給,北半部分的泥沙來自新津溪和西溪(主要是新津溪)入海泥沙,因此外攔江沙主要是新津溪提供的泥沙並隨待狎金淺灘的淤漲和南移而發展的;外攔江沙的生成是由北岸的來沙與南、北航道(即鹿嶼水道和媽嶼水道)落潮流冲刷能力動力平衡的結果。第二次1975年南京大學研究認爲:外攔江沙是古海岸砂壩與潮汐汊道冲出體的組合,主要由礫砂及部分粉砂、粘土搆成,礫砂是早期殘留堆積,粘土和粉砂來自韓江及汕頭灣,外攔江沙是穩定的,且流速大,開挖後不致造成嚴重淤積。第三次1981年科學院海洋研究所等研究則認爲:外攔江沙是汕頭灣現代落潮三角洲與新津溪河口三角洲叠加而成;新津溪輸出泥沙在潮流和波浪作用下,由東北向西南運移,年平均輸沙量約50×104m3,從而使外攔江沙不斷擴大外移;外攔江沙地區表層流速雖較大,但底層流速小,底切應力亦小;通道穩定性分析表明,外攔江沙段屬較差類型,需要經常疏浚和采取其他工程措施,以提高其底應力,才能維持一定的水深。    

  應當如何看待上述三次研究的不同結論,是一個值得審慎研究和討論的問題。這裏僅對第二、三次研究的主要得失方面作一些初步評述:    

  1)第二次研究偏重在沉積學方面,强調外攔江沙主要是歷史過程的産物,而對偏東向波浪作用下沿岸輸沙導致外攔江沙迅速擴大的重要性有所忽視。        

  2)第三次研究雖提到大約-5.5m以下普遍存在的砂礫層,却未作特别的討論;該次研究主要着眼於現代泥沙運動過程的分析,獲取的不少資料(包括沉積物粒度特徵和重礦物分佈特徵)證明,在目前條件下,待狎金淺灘的極細砂在偏東向波浪作用下確實已越過外攔江沙向西漂移和造成了外攔江沙的淤積擴大。然而若干迹象表明這個過程主要是七十年代中、後期才急劇發展和惡化的。如這次研究所指出,汕頭灣大規模的海灘圍墾在六十年代和七十年代初達到高潮,至1979年由於海灘圍墾使海灣納潮量减少了43%。大約就是由於這個動力因子的巨大變化導致來自待狎金淺灘的沿岸漂沙近期内迅速向外攔江沙運動和發展。汕頭港前景的可嘆,其原因亦可能在此!

  所以作者認爲,汕頭港外攔江沙的形成和發展,似應包括歷史過程和現代過程兩方面。而第二、三次研究對這兩方面情况的分析則各有揚棄;它們所得的結論,不一定都是相互矛盾的,相反,在不少方面可以相得益彰和互相補充。    

  以上實例説明,不同學科、不同方向的研究相互協作和配合是十分必要的。越來越多的部門從不同方向進行泥沙研究,它們互相滲透和互相促進,這是國内(如我國天津新港和連雲港回淤研究)國外泥沙運動研究的一個共同特點;各門學科都有其獨特的傳統、風格和研究手段,又從不同的角度爲泥沙研究開闢了道路[4]。因此,今後華南海岸及港口泥沙研究應繼續努力并力求做到:不同學科和不同方向的研究相互結合;定性與定量研究相互結合;宏觀與微觀研究相互結合;現代過程與歷史過程研究相互結合(一般以研究現代過程爲主)。   

  3 研究展望

  展望今後華南海岸及港口泥沙問題的研究,前景是十分廣闊的。各個學科,不論是海岸動力學,或者海岸沉積學和海岸地貌學以及海岸工程學(以上“海岸”都包括河口),都可結合海岸泥沙問題的研究在自己的學科領域裏做出成績,以促進本門學科的發展和完善。各學科進行專題研究的題材是很廣泛的。這裏難以一一列舉。但是,如果從華南海岸這一特定的區域範圍或角度看問題,要真正把本區海岸及港口的泥沙問題弄清楚,必須系統地開展下列問題的研究。   

  3.1 砂壩—潟湖(或海灣)—潮汐通道體系的研究    

  華南海岸潮差較小。按Davies(1964)[5]的分類標準,大部分海岸地段屬弱潮海岸,僅北部灣北部的部分岸段屬中等潮海岸。與世界上同類海岸一樣,華南弱潮—中等潮海岸的地形亦以砂壩—潟湖(或海灣)廣泛發育爲主要特徵。據初略統計,包括臺灣西南岸段在内的整個華南海岸,與砂壩或砂壩島(Barrier Islands)的發育有關的港灣不少於60餘個。前述已經開展泥沙研究的港口或港灣大都可包括在内。因此華南海岸是我國“砂壩—潟湖(或海灣)”海岸發育最典型、最集中的地區。系統地研究這種海岸的形成及演變,不但對認識和解决華南港口的泥沙問題具有實際的指導作用,而且在涉及這類海岸和港口開發的一系列問題上以及在理論上都有重要的意義。這類海岸的基本特點是,砂壩、潟湖(或海灣)、潮汐通道和通道口内外的攔門沙(即漲潮三角洲和落潮三角洲)等主要地形單元或要素組成了一個不可分割的體系。在這個體系内,各要素之間互相依存和相互影響。研究工作必須在充分認識上述各要素的基礎上,進一步對各要素間的相互關係和整個體系進行綜合分析。因此,首先開展對與各基本要素有關的下列專題的研究:   

  (1)海岸砂體(主要是barriers或barrier islands)的研究:包括海岸砂體的類型、泥沙來源、物質組成和沉積結構、砂體形成發展的過程與歷史。國外有關這方面問題的研究成果是很多的[6~10]。但華南的砂壩—潟湖(或海灣)海岸除了與國外某些地區(如美國大西洋沿岸、墨西哥沿岸、澳大利亞新南威爾士)的同類海岸有許多相同之處外,還頗具自己的特色。我們在學習、借鑒國外經驗的同時,要根據本國這類海岸的特點,有所新的發現和認識。可以期望,通過不斷的努力,定能總結出適合我國實際情况的砂壩形成發展的理論。   

  (2)攔門沙研究: 華南河口及港灣與通道有關的攔門沙的形式和内容是豐富多彩的,砂質的(如防城港)、泥質的(如鎮海港)、漲潮三角洲式的(如考洲洋)、落潮三角洲式的(如汕頭港、水東港)等各式各樣的攔門沙都有。應通過專題研究,系統地查明各種攔門沙的成因、組成、結構和演變趨勢,並進行分類。國外這方面的研究工作大多由地質、地貌學家進行。我們相信,我國的地質、地貌工作者與海岸動力學和泥沙工程學的科學工作者通力合作,互相促進,一定能在攔門沙的研究上取得較大的成績。    

  (3)潮汐通道的研究:砂壩—潟湖 (或海灣)海岸的海口都發育一條(甚至二至三條)狹長的、由潮汐作用所維持的水道使潟湖或海灣與外海相連通,稱潮汐通道。國外有關潮汐通道的研究成果很多。對潮汐通道類型也有許多不同的劃分方法。如有的根據通道口兩側砂壩的形態和類型進行劃分;有的根據潮汐與波浪力量的相對强弱,即所謂潮稜柱能對波能的比率(稱爲“封閉係數”)並結合考慮通道及其口内外堆積砂體的特點進行劃分[11];以及衆所周知的由港工學家所倡導的根據通道水力條件與沿岸輸沙量的比率來確定、判别通道穩定性類型的方法[12]等。如前指出,最近國内已有人探索對華南海岸及港口的潮汐通道類型進行分類,有的則具體結合汕頭港的研究,對該港鹿嶼水道、媽嶼水道和外攔江沙等通道的穩定性進行判别,這些都是良好的開端。今後有必要進一步擴大研究範圍,在衆多港灣通道特性及其穩定性研究的基礎上,以點帶面,總結出整個華南海岸港灣潮汐通道形成演變的規律,這對指導港口開發和建設,是有很大意義的。 

  3.2 河口入海懸浮泥沙運動規律的研究   

  華南海岸與泥沙的另一個重要問題,即不少河流的入海懸浮泥沙常常向某一主要方向運行並對沿岸及港口的淤積發生影響。例如珠江入海泥沙主要向西運行使鎮海港口口門淤淺,廣海漁港更接近淤廢;韓江入海的細粒泥沙經多次周折,向西運行,大部分被漲潮流帶入汕頭灣,造成了灣内潮間帶及潮下淤泥淺灘的發育,直接威脅着汕頭港的生存;其他如漠陽江、鑒江和南渡江入海的懸浮泥沙也主要向西運行,分别對海陵山港、湛江港和秀英港的淤積發生影響;廣西南流江入海懸浮泥沙則向東南運移影響北海港。當然,這些入海泥沙西行或東行的現象,主要的不是由柯氏力作用所致,而是由近岸海流、補償流、波浪和潮流等海洋動力因素决定的,在國外,Gibbs(1976年)[13]曾對亞馬遜河入海懸浮物質的運動及分佈進行了較詳細的研究。我國近來也有較多的人[14、15、16]開展了長江入海懸浮泥沙擴散和運動問題的研究討論。而在華南,這方面的研究基本上還是空白,上述各河流入海泥沙在各季節、各潮次搬運、沉積、起動、再搬運、再沉積等具體運動的細節都不够清楚,今後還須進一步加强這方面的觀測和調查。   

  3.3 黄埔港入海通道獅子洋—虎門—伶仃洋演變的研究    

  黄埔港是華南最大的港口,目前吞吐量及船舶噸位不斷增加,珠海、深圳特區的建設以及珠江口盆地石油資源的開發都大大推動了獅子洋—虎門—伶仃洋沿岸港口及航道的建設和發展。因此,進一步加强黄埔港入海通道(特别是礙航淺灘地段)的研究,已成當務之急。七十年代中期進行的蓮花山淺灘研究和伶仃洋研究,比較注重現代過程的分析研究,今後還應進一步加强(特别是細顆粒泥沙運動規律方面)。但僅如此是不够的。越來越多的現象表明,黄埔港入海通道(尤其是虎門内外的主要淺灘)的研究,必須建立通道的觀點,加深對虎門内外兩大“洋”演變模式的研究。只有這樣才能有效地把入海通道上各個淺灘的成因和泥沙來源查清,從而爲港口的進一步開發提供科學依據。    

  總的來説,華南海岸及港口泥沙問題的研究前景是良好的,目標是明確的,任務是艱巨的,只要我們付出努力就一定能取得更大的成績。以上之見,僅是作者的一些初步想法,不妥之處,請予指正。

  

  參考文獻:

  [1] 朱大奎, 1981.汕頭灣海岸地貌與港口建港問題,中國地理學會一九七七年地貌學術討論會文集,科學出版社.

  [2] 尤芳湖等, 1980.防城港“攔門沙”航道泥沙冲淤變化規律的研究,海洋科學,第1期.

  [3] 李凡等, 1982.防城灣沉積過程及不同沉積環境下的粒度分佈特徵,海洋與湖沼,第2期.

  [4]錢寧, 1979.國外泥沙運動、河床演變研究動向及發展我國這方面研究工作的幾點建議,水利水電技術,第2期.   

  [5] Davies, J.L.A 1964.Morphogenetic Approach to World Shorelines. Z.Geomorphol.8, 27~42.

  [6] Blatt, H, et a1.,1980. Origin of Sedimentary Rocks, Second Edition, Prentice. Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jerse.

  [7] Cronin, L.E.(ed.), 1975.Estuarine Research, New York, Academic Press,V.11.

  [8] Davis, R.A.(ed.), 1978.Coastal Sedimentary Environments, Springer—Verlag, New York Inc.

  [9] Elliott, T., 1978.Clastic Shorelines, In Sedimentary Environments and Facies, Reading, H.G.(ed.),143~168.

  [10]Reienck,H.E and Singh,I.B., 1980.Depositional Sedimentary Environments,Second,Revised and Updated Edition, Springer—Verlag Berlin Heidelberg New York,340~345.

  [11]Hubbard,D.K.et a1., 1979.The role of Waves and Tidal Currents in the Development of Tidal inlet sedimentary Structures and Sand Body Geometry:Examples from North Carolina, South Caroloina, and Georgia, J.Sed.Petro.49 (4): 1073~1092.

  [12] Bruun,P. 1973.Port Engineering, Gulf Publishing Company,Houston,Texas.

  [13] Gibbs,R.J.,1976.Distribution and transport of suspended particulate material of the Amazon River in the Ocean.In:Miley M.Estuarine Processes.Vol Ⅱ.Academic Press,35~47.

  [14] 惲益民, 1981.東海懸浮泥沙研究,海洋實踐,第l期.

  [15] 惲才興等, 1981.利用衛星象片分析長江入海懸浮泥沙擴散問題,海洋與湖沼,第5期.

  [16] 蔡愛智, 1981.長江入海泥沙的擴散,海洋學報,第l期.

  原載:海洋工程,1983,(2):5~10.
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