1　前　言

　　1994年，我单位等曾受交通部第四航务工程勘查设计院委托，对惠来电厂靖海湾厂址的煤码头工程进行过“岸滩动力地貌与环境泥沙研究”［1］。但该工程一拖十年未能上马。2004年2月，中国国际工程谘询公司对该电厂工程进行评估调研，认为该工程尚须补充进行若干调查与实验研究工作，其中包括由本单位承担进行的“惠来电厂港口工程海岸海滩变形预测及其对回淤影响的研究”。当时提出需要进行此项研究的理由是：“惠来县靖海湾，虽然水深良好，沿岸供沙少，适于建设深水港，但若港口工程处理欠当或对有关问题估计不足，也有可能产生一定的或相当可观的泥沙回淤问题，从而给港口建设带来不利的影响或麻烦。具体讲就是：未来人工建筑物——庞大的防波堤突伸于海中，改变了弧形海湾的上岬角位置，为达新的平衡，海岸必然发生变形，这将引起湾内（浅水区）泥沙运动，即按新的波浪动力场重新分布泥沙，这种新的岸滩调整及其泥沙运动有可能对港口回淤造成影响，因此有必要开展此项研究，预测岸滩变化及其对回淤的可能影响，为优化港口平面设计并采取得力措施改善回淤条件，提供科学依据”。后经与委托单位研究达成协议，本项目的主要研究内容包括：

　　1）天然情况下靖海湾与海滩运动状态及其平衡与稳定性的进一步分析研究；

　　2）防波堤修筑后，在新的边界条件下，海湾变形趋势及其新的平衡线形态和位置的预测及计算；

　　3）新边界条件下海滩过程及其调整，包括海岸输沙及方向的变化，以及海滩运动状态的改变；

　　4）海岸与海滩变形对港口（港池、吸水口）回淤的影响；

　　5）防止或改善回淤的措施与办法。

　　为此，2004年5月，我们再次前往现场进行了测量、调查。下面，依据多年对靖海湾海岸的调查资料及近年来对广东弧形海岸类型与模式的综合研究成果，对惠来电厂港口工程的海岸变形问题及其对港口回淤的影响作一些评估。

　　2　广东弧形海岸特点与模式

　　近年来，中山大学对包括广东省在内的华南弧形海岸的类型、模式与海滩过程进行了较广泛和较深入的调查研究及理论分析与总结［2］。现就其要点列于下供工程部门参考。

　　2.1 海岸性质

　　大多数弧形海岸从基本性质来讲，属于侵蚀型海岸。这就是我们常说的一句话：“弧形海岸是在泥沙供给不足的情况下形成的一种与波动力及其一定的沿岸输沙率相适应的平衡海岸”。这有三层意思值得工程部门注意：①这类海岸的泥沙（主要来自内陆架海底）供给是不足的，如果供沙很丰富，就不可能形成这种侵蚀型的弧形海岸，当然也不是完全没有一点沿岸输沙作用，而是有“一定”的沿岸输沙但输沙量不会很大；②这种海岸的形式与其特殊的波浪动力场及其泥沙搬运规律有关；③这种海岸相对较为稳定或平衡，大多数情况下呈侵蚀型的动态平衡状态。

　　2.2 形态特征 

　　1）弧形海岸介于由基岩山丘构成的“上岬角”（上波侧方向的岬角）和“下岬角”（下波侧方向的岬角）之间；

　　2）弧形海岸由圆弧状的螺线岸段和直线状的切线岸段构成，前者偏于上岬角方向，后者偏于下岬角方向。

　　2.3 三种海岸类型 

　　按上、下岬角位置的不同，广东省的弧形海岸主要有以下三种类型：

　　1）海湾偏E型。为上岬角偏北、下岬角偏南的弧形海岸，其湾顶朝向偏东（如惠来县靖海湾），称A型；

　　2）海湾偏S型。即上、下岬角基本上在同一纬度水平上的弧形海岸，湾顶朝向偏南，称B型；

　　3）海湾偏W型。即上岬角偏南、下岬角偏北的弧形海岸，湾顶朝向偏西（如阳东县三丫港和惠东县的平海－港口弧形海岸），称C型。

　　2.4 优势浪向

　　由于弧形海岸的直线（或切线）段的岸线走向与优势波向线相垂直，故可根据任何一个弧形海岸切线段的岸线走向求出影响该海岸的优势波浪向。上述三种型式弧形海岸的优势浪向分别是：A型为SE向偏E，即ESE向；B型为SE向；C型为SE向偏S，即SSE向。

　　2.5 三种平衡状态

　　弧形海岸达极终平衡时，湾顶弧形岸段的走向，各处都应与优势浪进入湾顶后绕射、折射形成入射波向相垂直（其时沿岸输沙为零）。但自然界极少有此种状态存在，实际上它不过是弧形海岸平衡的一种努力方向。由于不同的区域环境与自然历史条件的影响，广东的弧形海岸实际存在三种平衡形式或状态（表1和图2）：

　　1）湾顶凹入度很大，现湾顶之螺线居于极终平衡线的向陆一侧位置（图2中的c线），此称为“堆积型动态平衡”海岸，即此种海岸将以堆积（或淤积）的方式向极终平衡状态逼近；

　　2）湾顶凹入度达标对数螺线形态的“极终平衡”海岸；

　　3）湾顶凹入度较小，现湾顶螺线居极终平衡线向海一侧位置，此称为“侵蚀型动态平衡”海岸，即此种海岸要以侵蚀的方式向极终平衡状态逼近。

　　3　靖海湾弧形海岸特征

　　靖海湾弧形海岸的规模不大，湾长约4.5km，宽约0.3~2.0km，但却颇具代表性和典型性，其主要特征如下。

　　3.1 弧形海岸类型

　　靖海湾弧形海岸的上岬角是北炮台，下岬角是资深角，上岬角在海湾的NE方向，下岬角在海湾的SW方向，所以海湾湾顶朝向是偏E方向，属“海湾偏E型”（A型）弧形海岸。

　　3.2 波动力特点

　　（1）-20m等深线附近波浪统计特征：从南京水利科学研究院根据南海海洋研究所提供的相当于一年的波浪原始资料进行的本港波浪特征统计分析计算结果（表2）［3］，得知，靖海湾外20m深水区的波向基本上集中在ENE~SSW之间，其中尤以ENE~ESE区间的频率为高（占全年的27.55％）。计算得出的ENE~ESE波向区间的平均波高为1.64m，波周期（T）为6.2s，波向（合成）87.7°，为偏E向。

　　（2）湾内波动力特征：根据靖海湾弧形海岸南部的切线岸段（直线段）的岸线走向（5°~185°），得知本海湾的优势浪向是95°，即进入海湾的优势浪的波向为偏E向（ESE向）。这即意味着，该海湾的S向浪是不重要的，而SW向浪的影响更可不予考虑。

　　但优势浪（波向95°）进入海湾后，受地形影响要发生变形，主要有两个特点：①在弧形湾内，波浪因折射、绕射作用的影响，波向要逐渐向偏N方向偏转，最终波浪入射方向与岸线走向呈鋭角相交；②在南部直线岸段，波向则基本上与岸线相垂直。

　　3.3 泥沙特征

　　（1）泥沙来源：①受上、下岬角的保护，基本上无岬外泥沙进入海湾；②湾内泥沙供给主要来自本湾湾外的内陆架海域，但这种来向的泥沙数量有限；

　　（2）沿岸输沙方向及输沙量计算： 按平均波高（H1/10）1.64m，周期（T）6.2s，频率27.55，波向ESE，采用美国陆军工程兵团海岸研究中心（CERC）的输沙公式：

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

　　式中H0、C0为深水波波高与波速、Kγ为折射系数（从深水波到破波点）、αb为破波带波峰线与岸线夹角，计算得靖海湾港口（防波堤）工程前后的沿岸输沙能力与方向见表3和图5。

　　计算结果表明，靖海湾天然情况下（即工程前），湾顶（1、2断面）呈侵蚀状态，其侵蚀产生的泥沙，沿岸向下波侧方向（即向SW方向）输移，净输沙量的数量级在15万m3左右。

　　（3）湾顶实际表现：现场实际调查表明，现靖海湾弧形湾顶确实呈侵蚀状态，且沿岸泥沙也确实是向下波侧方向（SW）运动。其证据是：靖海渔港西侧的“防沙堤”，自上世纪70年代修筑后，不仅堤根与堤外没有泥沙淤积，反而呈侵蚀状态，需要不断加固和进行防护，此其一；其二是，当年因修筑“防沙堤”在岸边抛下的一大堆垃圾——碎石块堆，竟然遭波浪冲刷侵蚀散布于海滩上，幷且沿岸向SW方向搬运，所搬运的石块被磨损，还不断变圆、变小，这清楚的指示了沿岸泥沙搬运的方向。

　　（4）海湾下段以堆积为主： 湾顶侵蚀产生的泥沙不断向下波侧即向海湾下段（直线段）搬运，故海湾下段（直线段）堆积现象明显，主要表现是，沿岸输沙至此以横向搬运为主，激浪向上冲越，发生较强的越冲沉积作用——形成较高、较宽的滩肩地形。

　　3.4 岸滩地貌特征

　　我们曾4次（1988年9月、1993年6月、1994年4月和2004年5月）对靖海湾岸滩进行了调查，虽然各时期的具体状态不尽相同，但岸滩地貌的基本格局仍是一致的。

　　（1）弧形岸线形态：靖海湾弧形岸线的基本特点是，靠近上岬角（北炮台）的湾顶向陆凹入呈螺线型海湾，它体现了偏E向浪对海岸侵蚀和弧形形态塑造的影响；而海湾中－南部岸线较为平直。

　　
（2）海岸地貌状态及其分布： 图6看出，弧形海湾的岸滩地貌状态从上岬角向下岬角，很有规律的呈现为自消散型→沿岸（顺直）坝－槽型→韵律坝－凹槽型→歪斜沙坝型→脊－沟型→反射型的变化。这与岸滩在常波向浪的作用下，从上波侧方向到下波侧方向发生的由侵蚀到堆积的海滩过程有关，即靖海湾北部岸滩泥沙储积很少，岸滩呈相对侵蚀状态，且横向泥沙搬运作用弱；但愈往南，岸滩泥沙储积愈丰富，明显呈相对堆积状态，海滩横向泥沙搬运作用强。

　　（3）岸滩横剖面形态：向陆凹入的弧形湾顶的岸滩横剖面明显呈上凹型，而中－南部切线岸段的岸滩横剖面却呈上凸型或直线型。这亦表征了它们各具相对侵蚀和堆积的特点。

　　3.5 海湾岸线平衡状态

　　根据Hus，Silvester和Xia（1989）提供的方法［4］，计算了靖海湾弧形岸线发育的（平衡）状态或阶段，发现现靖海湾岸线处于极终（或极端）平衡岸线的向海一侧的位置，说明现靖海湾虽然泥沙供给不足，但仍有一定数量泥沙来源供给，所以现弧形岸线处于侵蚀型动态平衡状态。这一性质与前述海湾动力－泥沙－地貌特征是相吻合的。

　　4　工程后靖海湾岸线变形预测

　　未来惠来电厂煤码头的防波堤工程，从北炮台岬角尖端开始修筑，它向SSW方向突伸于海中，长约1.2km。这一巨型人工建筑物的修造，将极大的改变海湾的边界条件。主要是改变了海湾的上岬角位置，即上岬角从原来的北炮台角移至未来的防波堤的堤头处。海湾外形的这种改变，将导致湾内波动力场变异，相应岸滩亦要调整，海岸要发生变形，进而引起湾内浅水区的泥沙运动，并按新的波动力场重新分布泥沙，由此产生港口泥沙回淤问题。

　　4.1 波动力场的变化

　　图8看出，防波堤修筑后，在新的海湾边界条件下，常波向（95°）浪入射进入海湾后的传播图形，明显与工程前的图形不同。其主要特点是，工程后弧形海湾的湾顶，极大地向里（陆）凹入，从防波堤堤头进入的入射波在湾顶发生较强的绕射、折射作用，并以绕射作用为主，绕射之波向线与（弧形）岸线呈钝角相交，这将引起沿岸泥沙产生反向（即朝上岬角方向）的运动，则湾顶弧形岸线要转变为向“堆积型”动态平衡方向发展，从而导致未来电厂吸水口和港池发生泥沙回淤问题。

　　4.2 海岸变形与“反向输沙”量的估算

　　工程后初期弧形海湾湾顶岸线变形、冲淤动态和沿岸输沙方向变化的趋势。即同样按波向95°、平均波高（H1/10）1.64m、周期（T）6.2s的波动力强度作用于湾顶岸滩，得知图5中的1、2、3、4、5断面将呈侵蚀状态，侵蚀的中心位置在3断面处，而且由此断面处侵蚀产生的泥沙，将分向南、北两个不同方向产生沿岸输沙活动，其中3、2、1断面岸段的沿岸输沙方向指向未来电厂吸水口位置，即电厂吸水口区域要发生淤积。按上述波能计算得出的其反向净输沙量的数量级在每年5 ×104m3以下。这一沿岸输沙量值看似不大，但常年积累，亦会产生可观和重要的威胁和影响，未来电厂及码头建设，切不可对之等闲视之。

　　4.3 建议

　　广州白天鹅宾馆只修一座高楼大厦是不成的，它必须还要构筑相关配套建筑物（包括管理人员工作楼和车辆出入专道），白天鹅才能起飞。同样的道理，惠来电厂码头工程，工程师们只设计修一条防波堤与码头兼用的“长棍子”突伸于海中，也是不够的，还必须考虑构筑防沙堤等配套建筑物，才能真正、有效地发挥效用。故此建议，以现靖海渔港西侧的防沙堤堤头为起点，将该防沙堤向SSW方向延长400~500m（即延伸至水深5m处，见图5），以防将来“反向输沙”的长期作用对电厂吸水口和港池回淤造成的影响。

　　5　结　论

　　5.1 现状

　　靖海湾是一个介于上岬角（北炮台）和下岬角（资深角）之间的典型的弧形海湾。弧形海湾是在泥沙供给不足的情况下形成的一种与波浪动力及其一定的沿岸输沙率相适应的平衡（或稳定）海岸。根据现在（或工程前）靖海湾动力地貌特征（包括弧形海湾形态特征及其湾顶凹入的程度、海滩类型与运动状态等）的研究，对目前（或工程前）该海湾的动力、泥沙与地貌特点得出如下结论：

　　1）本海湾主要受偏东向波浪的影响，常浪向（或优势浪向）的方向为95°。

　　2）总的来讲，本海湾泥沙供给量不足，但有一定数量的泥沙补给（数量级约在每年15 ×104m3以下），泥沙来自湾外海底（或内陆架）。

　　3）正是由于本海湾尚有一定数量的海底泥沙供给，所以弧形湾顶岸线的侵蚀凹入度较小，即现湾顶的实际弧形岸线位置居于理想的极终平衡岸线（此时湾中的波向线与岸线之间的夹角应等于90°，即沿岸输沙量为零）的向海一侧，此称为“侵蚀型动态平衡”。“侵蚀型动态平衡”状态的弧形海岸的特点是：弧形湾顶岸线与岸滩呈侵蚀状态；外海波浪在湾顶绕射、折射（以折射为主）后形成的波向线与岸线之间的夹角小于90°，即有沿岸输沙现象存在，输沙方向指向下波侧方向（自北向南）。

　　5.2 工程后预测

　　未来防波堤工程突伸于海中之后，改变了海湾的边界条件（主要表现在上岬角位置从原北炮台岬角移至防波堤堤头处），为达新的平衡，岸滩必然进行自动调整，即海岸要发生变形，这将引起湾内（浅水区）泥沙运动，并按新的波浪动力场重新分布泥沙，由此产生港口泥沙回淤问题。依据新的上岬角（防波堤堤头）与原下岬角（资深角）位置，计算推求出现海湾湾顶岸线居于工程后新的靖海湾的极终平衡岸线的向陆一侧的位置，说明未来靖海湾湾顶岸线要转变为呈“堆积型动态平衡”状态。“堆积型动态平衡”状态的弧形海岸的特点是：湾顶弧形岸段呈堆积状态；经防波堤堤头进入的外海波浪（常浪向95°）在湾顶绕射、折射（以绕射为主）后形成的波向线与岸线之间的夹角大于90°，这将产生方向指向上波侧（自南向北）的沿岸输沙现象（每年在5×104m3以下）。这种沿岸输沙称为“反向输沙”。因此认为：

　　1）工程后将长期受“反向输沙”的影响，未来港口存在一定的泥沙回淤问题。尽管这种回淤不是骤淤，但时间一长会产生累积效应，对电厂吸水口区域以至港池回淤造成影响。

　　2）应修建防沙堤配套工程，防止工程后“反向输沙”对吸水口和港池回淤造成影响。建议在吸水口西侧考虑将现渔港西侧防沙堤向SSW方向延长至-5.0m处（长约400~500m）。该防沙堤配套工程修筑后，岸滩演变对电厂码头和吸水口回淤的影响可基本消除。

　　

　　参考文献:

　　［1］中山大学河口海岸研究所、南海海洋研究所,1994.惠来电厂煤码头工程可行性研究：靖海湾岸滩动力地貌与环境泥沙研究报告.

　　［2］戴志军,2003.华南弧形海岸的类型、模式与海滩过程,中山大学博士论文.

　　［3］南京水利科学研究院河港研究所,1994.惠来电厂煤码头工程可行性研究—波浪输沙物理模型实验报告.

　　［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.

　　本成果完成于2004年.合作者:田向平。