舟山市小干二桥工程海洋水动力环境影响分析

摘" 要：为了解舟山市小干二桥建设工程对所在海域的水动力环境影响，包括工程附近海域的潮流场和泥沙场的变化。该文通过建立平面二维潮流数值模型对小干二桥的潮流场以及水动力进行分析，并对该工程区域的泥沙环境进行冲淤情况预测。结果显示，工程实施后，没有改变大范围海域的流场特征，对周边水域流场的影响主要发生在工程区附近，桥墩桩基附近流向变化较大，桥墩附近流速减弱、流向改变明显，冲淤影响仅限于工程区域附近海域，对沈家门港区和定海至沈家门航道的正常运行均不会造成大的影响。

关键词：小干二桥；海洋环境；潮流场；水动力；冲淤变化

中图分类号：X82" " " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2023）13-0095-04

Abstract： In order to understand the influence of Xiaogan Second Bridge construction project on the hydrodynamic environment of the sea area in Zhoushan City， including the change of tidal current field and sediment field in the nearby sea area. The tidal current field and hydrodynamic force of Xiaogan Second Bridge are analyzed by establishing a two-dimensional tidal current numerical model. Meanwhile， the erosion and silting conditions of the project area are investigated. The results show that after the implementation of the project， the characteristics of flow field in a wide range of sea areas are not changed， and the impact on the flow field in surrounding waters mainly occurs near the project area. The flow direction near the pier and pile foundation changes greatly， the flow velocity near the pier weakens and the flow direction changes obviously， and the impact of scour and silting is limited to the sea area near the project area. The normal operation of Shenjiamen Port area and Dinghai - Shenjiamen waterway will not be greatly affected.

Keywords： Xiaogan Second Bridge; The marine environment; tidal current field; hydrodynamic force; erosion and silting change

发展海洋经济，建设海洋强国是我国重要的发展战略。经济发展过程中，多伴随大规模基础设施建设，产生各种生态环境影响。舟山群岛地处我国东部黄金海岸线与长江黄金水道的交汇处，具有优越的区位条件和丰富的海洋资源。“临城新区”介于定海、普陀两大城区之间，由临城、勾山、小干岛组成的市级主中心，是舟山城市重点拓展策略区。作为小干岛中央商务区开发项目的重要交通基础设施，小干二桥是舟山首座按城市道路标准设计的市政跨海大桥，同时也是舟山首座城市景观桥。该项目的建设一方面为舟山市岛群一体化发展提供便利，另一方面项目在建设过程中以及建成后不可避免会对附近海域造成一定影响。

本文选取小干二桥工程，采用平面二维潮流数值模型对工程影响区域进行潮流场分析，对工程附近海域水动力和泥沙环境影响进行分析，以综合评价工程项目的社会经济与环境影响。

1" 工程概况

舟山市小干二桥工程位于舟山市临城新区港岛路上，作为连接舟山本岛与小干岛之间的第二条岛际通道，横跨定沈航道（图1）。工程南起小干岛规划纬七路，北至本岛海天大道，线路全长1 455.2 m，其中桥梁工程全长1 246 m。主桥为双塔结合梁自锚式悬索桥[1-2]。

2" 工程对海洋动力环境影响分析

跨海桥梁的建设必然会改变工程附近海域的潮流场和泥沙场，进而影响海床泥沙的冲淤变化。本研究通过平面二维潮流模型，对项目实施流态、流速的影响进行分析，进而得出项目所在海域水动力以及冲淤情况的动态变化。

2.1" 数学模型建立与验证

2.1.1" 基本方程

垂线平均的平面二维浅水潮波连续方程与运动方程为

2.1.2" 计算条件及参数选择

1）计算基面。计算的水平面设置在1985年国家高程基准面。采用直角坐标右手系，工程区域水下地形图采用2012年4月施测的1∶1 000和2011年9月施测的1∶5 000测图，其余采用2007—2010年出版的海图拼接而成。

2）计算范围和网格尺寸。模型的计算范围东边界至东福山，西边界设在乍浦一线，北边界至芦潮港-绿华山一线，南边界至象山松兰山（图2）。计算域的横向宽约155 km，纵向长度约150 km，计算域面积约为15 440 km2。网格布置充分利用了三角形网格的优点，按照重点关键水域网格密、其他水域疏的原则剖分。计算域内的网格布设考虑了水流、地形梯度的差异，对工程附近的计算网格做进一步加密，保证工程前后流场模拟精度。共布有4.4万个计算节点和8.3万个三角形单元，域内最大水深达100 m以上，最小空间步长约为10 m，计算时间步长为0.5～1 s，网格布置如图2所示。

3）边界条件。对于流场的计算，岸边界采用可滑不可入条件。对于西侧水边界根据镇海实测潮位过程推算，北边界控制点根据岱山实测潮位过程推算，南边界控制点根据大目涂实测潮位过程推算，其余水边界利用全球潮汐模型（TPXO6）求得。

2.1.3" 验证资料

验证资料采用2012年4月实测水文泥沙资料。

潮位观测：在小干岛设置临时潮位站，进行为期半个月潮位观测；同时抄录定海、镇海、岱山、松兰山（大目涂）长期验潮站潮位资料的搜集。

水文、泥沙测验：在工程区域布置全潮同步水文测验5条垂线，进行包括水深、潮流（流速、流向）、含沙量、悬沙及底质粒度、海面风速（风向）等6项观测项目，垂线位置如图3所示[3]。

1）潮位验证。模型对计算域内的镇海、定海、岱山、小干岛4个潮位站进行了验证，验证结果显示，大潮、中潮、小潮各潮位站模型与实测的潮位过程吻合较好，模型的涨落潮历时和相位与实测资料基本一致[4]。

2）潮流验证。模型对计算域内的1#—12#共12个测流点的潮流流速、流向进行验证，大潮、中潮、小潮流速、流向验证过程与实测过程吻合较好，包括转憩流时间、最大涨、落潮流速出现时间及量值均与原体实测结果基本符合[4]。

2.2" 水动力条件影响分析

由于本工程横跨小干围涂和舟山本岛，主桥桥墩在水道，均位于0 m线以上，多处水深低于平均中潮位，现状情况下，涨潮时水道两侧边滩过水时间约3 h，落潮时，西北来的潮流受众多岛屿阻碍，潮流较涨潮时较弱，边滩流速较小，过水时间基本在1 h以内。因此，工程后流场变化主要在桥墩桩基附近。工程实施后没有改变大范围海域的流场特征，对周边水域流场的影响主要发生在工程区附近，桥墩桩基附近流向变化较大，涨潮时顺水道西北行的水流遇桩基被迫转向，基本沿桩基线绕行，落潮时同理[4]。

图4、图5分别为工程实施后涨、落潮平均流速变化图。由图可见，涨潮时，水道内西北行的水流遇桥墩桩基而过水受阻，桥墩附近流速减弱、流向改变明显，桥墩处流速减弱最大幅度约0.30 m/s，与桥墩距离由近及远，流速变化呈带状幅度逐渐减弱，向西影响在距二桥1 000 m范围内，向东在200 m范围内。同时受阻水流向航道中间挤压，沈家门航道靠近两侧桥墩处流速略有增大，增大幅度在0.05 m/s。

落潮时，桥墩位置处大部分时间处于露滩状态，桥墩对周边影响较弱，基本集中在桥墩附近200 m范围以内，流速减小最大幅度0.30 m/s。

2.3nbsp; 海床冲淤变化

海床冲淤需要几年甚至数十年时间才能达到平衡状态，围涂工程对海域的影响也是个长期过程。对于这种长历时的海床冲淤变化，采用数学模型计算难度较大，目前较多的是采用经验方法进行估算。工程后的海床地形预测选用半经验半理论的公式估算

，

式中：P为工程后的淤积厚度；V1、V2分别为工程前后的流速；H1、H2分别为工程前后的水深；s为工程区域沿垂线平均含沙量；ω为泥沙沉降速度（在河口海岸地区应考虑絮凝的影响）；？酌′s为泥沙干容重。

图6为二桥工程实施平衡时工程附近冲淤变化图。如图所示，二桥工程实施引起的冲淤影响仅限于工程区域附近海域，水道走向桥墩附近基本呈淤积态势，冲淤平衡时累积淤积幅度0.5 m以内；桥墩靠近航道处稍有冲刷，冲刷幅度在0.2 m以内；靠近小干围涂堤线附近也略有0.2 m以内冲刷，冲淤影响范围主要集中在距离桥墩200 m范围内，对沈家门港区和定海至沈家门航道的正常运行均不会造成大的影响。

3" 结束语

通过对小干二桥的平面潮流场以及水动力的分析，得到了有关小干二桥建设过程中以及建成后对所在海域的影响。

1）工程实施后，没有改变大范围海域的流场特征，对周边水域流场的影响主要发生在工程区附近，桥墩桩基附近流向变化较大，桥墩附近流速减弱、流向改变明显。流速变化呈带状幅度逐渐减弱，向西影响在距二桥1 000 m范围内，向东在200 m范围内，沈家门航道靠近两侧桥墩处流速增大幅度0.05 m/s。落潮时，对周边影响较弱，基本集中在桥墩附近200 m范围以内，流速减小最大幅度0.30 m/s。

2）工程实施引起的冲淤影响仅限于工程区域附近海域，水道走向桥墩附近基本呈淤积态势，冲淤平衡时累积淤积幅度0.5 m以内；桥墩靠近航道处稍有冲刷，冲刷幅度在0.2 m以内；靠近小干围涂堤线附近也略有0.2 m以内冲刷，冲淤影响范围主要集中在距离桥墩200 m范围内，对沈家门港区和定海至沈家门航道的正常运行均不会造成大的影响。项目建设短期内带来的社会经济效益大于环境影响。

参考文献：

[1] 常付平.舟山市小干二桥工程主桥设计[J].桥梁建设，2016，46（6）：83-87.

[2] 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司.舟山市小干二桥工程可行性研究报告[R].2014.

[3] 浙江省河海测绘院.舟山市小干岛西部围涂工程及新城与小干岛、长峙岛连岛工程地形测量技术报告[R].2012.

[4] 国家海洋局第二海洋研究所.舟山市小干二桥工程环境影响报告书[R].2014.