葫芦岛水文地质资料.docx
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葫芦岛水文地质资料
葫芦岛水文地质资料
4自然条件
4.1气象
（1）气温
根据笔架山海洋站1994年～1995年的观测资料统计得：
年平均气温：
10.0℃
年平均最高气温：
14.1℃
年平均最低气温：
6.0℃
年极端最高气温：
34.4℃（出现于1994年7月）
历年极端最低气温：
-21.3℃（出现于1994年1月）。
（2）降水
统计笔架山海洋站1987-1995年（其中缺1992、1993年）共7年的降水资料，结果如下：
年平均降水量为498.7mm
年最大降水量为694.0mm
年最小降水量为242.8mm
日最大降水量为126.0mm，（出现于1991年7月29日）。
降水多集中在6～9月四个月中，其降水量占全年降水总量的78%。
（3）雾
统计笔架山海洋站1988-1991年资料，大雾（能见度小于1公里），平均每年出现10.7天。
（4）风
根葫芦岛海洋站近3年（2006～2008年）的风速资料进行分析计算。
（气象观测点坐标为北纬40度44分，东经120度58分，观测场海拔高度17.4m，风速器离地高5.8m，记录结果为10分钟平均风速）N向风出现频率最高，达16.40％；SW、SSW与S向次之，所占频率分别为14.42％、10.81%与9.35%。
强风多出现在N向，超过10.8m/s风速的出现频率为0.89％。
葫芦岛站海域平均风速为3.5m/s，超过10.8m/s风速的出现频率为1.56％：
最大风速为20m/s，发生在N，次最大风速为19m/s，发生在NNW向。
分季节对风况进行统计：
春季葫芦岛站SW～S向风出现频率较高，达48.40％，N向次之，为11.27%。
常风向为SW～S与N向。
强风向为N向。
春季葫芦岛站平均风速为5.8m/s，风速超过10.8m/s所占频率为1.46%，最大风速为19m/s，发生在NNW向。
夏季葫芦岛站SW～S向出现频率较高，达42.12％，N向次之，所占频率为14.76％。
常风向为SW～S向与N向，强风向为N向。
夏季葫芦岛站平均风速为3.2m/s，风速超过10.8m/s所占频率仅为0.45%，最大风速为11m/s，发生在N向。
秋季葫芦岛站N向风出现频率较高，达20.83%，SW向次之，为14.95%。
工程海域常风向为N与SW向，强风向为N向。
秋季葫芦岛站平均风速为3.5m/s，风速超过10.8m/s所占频率为1.63%，最大风速为15m/s，发生在N向。
冬季葫芦岛站NW～NNE向风出现频率最高，达41.70％，其中N所占频率较高，为18.73％；SSW～SW向次之，出现频率为17.62%。
常风向与强风向均为N向。
冬季葫芦岛站平均风速为3.5m/s，超过10.8m/s的风速所占频率为2.67％，最大风速为20m/s，发生在N向。
4.2水文
（1）潮汐
1）潮汐性质
锦州港附近海区属不规则半日潮海区。
2）潮汐特征值
本港水深、高程及潮位值均以葫芦岛理论最低潮面起算（下同）。
最高天文潮位4.49m；
最低天文潮位0.03m；
平均高潮位3.13m；
平均低潮位0.82m；
平均海平面1.98m；
最大潮差4.43m；
平均潮差2.32m。
3）设计水位
设计高水位：
3.93m；
设计低水位：
0.34m；
极端高水位：
4.92m（重现期为50年一遇）；
极端低水位：
-1.37m（重现期为50年一遇）。
（2）波浪
根葫芦岛海洋站近3年（2006～2008年）的波浪资料进行分析计算：
（波浪观测点坐标为北纬40度42分，东经121度1分，测波仪海拔高度16.1m，测波探头处水深5.8m。
每日08、11、14、17时观测，采用1/10大波波高进行统计）葫芦岛S和SSW向波浪频率最高，分别为18.8%和18.5%，其次为N向，占17.5%。
0.5m以下的H1/10波高所占频率达68.7%，而1.5m以上的H1/10波高所占频率仅为2.9%，说明该海域波浪较小。
强浪向为SSW向，H1/10波高超过1.0m出现的频率为5.7%，超过1.2m出现的频率为2.2%，超过1.5m出现的频率为0.2%；次强浪向为S向H1/10波高超过1.0m出现的频率为2.7%，超过1.2m出现的频率为1.1%，超过1.5m出现的频率为0.0%。
葫芦岛海域出现频率最大的周期为0.0～2.9s，所占频率为46.9%，其次为3.0～3.9s，所占频率为45.2%。
分季节对波况进行统计：
葫芦岛站春季波高S～SSW向出现频率最高，共为51.5%，其中S和SSW向，所占频率分别为27.3%和24.2%；N向次之，为11.1%。
波浪的强度以SSW向最强，S向次之。
0.5m以下的H1/10波高所占频率为61.0%，而1.5m以上的H1/10波高所占频率为2.9%；周期3.0～3.9s出现的频率最多为47.9%，其次为0.0～2.9s，所占频率为46.5%。
葫芦岛夏季波高S～SSW向出现频率最高，共为43.2%，其中S和SSW向，所占频率分别为23.2%和20.0%；N向次之，为16.0%。
波浪的强度以SSW向最强，S向次之。
0.5m以下的H1/10波高所占频率为72.7%，而1.5m以上的H1/10波高所占频率仅为1.2%；周期0.0～2.9s出现的频率最多为56.6%。
葫芦岛站秋季波高N向所占频率最高，为24.1%，其次为SSW与SW向，分别为11.8%与10.5%。
波浪的强度以SW向最强，SSW向次之。
0.5m以下的波高H1/10所占频率为71.8%，而1.5m以上的H1/10波高所占频率为4.7%；周期3.1～4.0s出现的频率最多为44.5%，其次为0.0～2.9s，所占频率为35.9%。
葫芦岛站冬季波高N向所占频率最高，达到22.4%；其次为SSW与S向，分别为20.8%与15.2%。
波浪的强度以SSW向最强，S向次之。
0.5m以下的H1/10波高所占频率为70.6%，而1.5m以上的H1/10波高所占频率为2.7%；周期0.0～2.9s出现的频率最大为50.2%，其次为3.0～3.9s，所占频率为44.3%。
葫芦岛N向浪资料对本工程没有代表性，但E～SW对本工程的外海波浪是有代表性的。
依据本港区的平面布置方案特点，结合天津港湾研究院在工程区进行的相关数模结论，同时根据《海港水文规范》上风区成浪的相关条例，对本工程不同位置进行风区成浪推算。
本阶段采用设计波要素如表4-3、表4-4。
（3）海流
为分析清楚拟建港区的潮流运动情况，于2009年11月在拟建工程海域进行过水文测验。
本次水文测验，共设立了4个临时潮位观测站，分别为H1、H2、H3、H4；6个潮流观测点为V1～V6，具体位置见下图。
水文泥沙测验水文测站、验潮站站位示意图
本海区海流以潮流为主，属不正规半日潮流。
流向分布情况：
施测海区潮流为明显的往复流，落潮实测平均流向与涨潮实测平均流向反向的差值一般不足15°；近岸水域：
涨、落潮流向分别为45°和222°，涨潮为NE向，往湾顶方向流动，落潮为SW向，往湾口方向流动；离岸水域：
涨、落潮流向分别为52°和227°，涨潮为NE向，落潮为SW向；涨、落潮水流方向与近岸水域基本相同。
流速分布情况：
实测涨、落潮平均流速分别为0.26m/s和0.23m/s，涨潮流速略大于落潮流速，其比值分别为1.1；其中，大潮分别为0.27m/s和0.25m/s，小潮分别为0.25m/s和0.22m/s；涨落潮平均流速大、小潮分别为0.26m/s和0.23m/s，大潮流速略大于小潮流速。
总体来讲，观测海域水流强度离岸水域强于近岸水域，涨落潮平均流速分别为0.26m/s和0.23m/s。
近岸水域：
从V1～V3测站来看，涨落潮水流强度基本相当，涨潮平均流速分别为0.23m/s、0.23m/s和0.25m/s，落潮平均流速分别为0.21m/s、0.23m/s和0.22m/s。
离岸水域：
由V4～V7四个测站可以看出，涨潮平均流速分别为0.30m/s、0.30m/s、0.29m/s和0.23m/s，东部测点V7地处浅水区流速相对较弱，其它三个测站水流强度基本相当；落潮平均流速分别为0.23/s、0.26m/s、0.27m/s和0.23m/s，水流强度中部水域大于西部和东部。
实测垂线最大流速情况：
总体来看，实测垂线最大流速，涨潮为0.59m/s，出现在离岸水域西部V4测站，落潮为0.43m/s，也出现V4测站；观测海域涨、落潮水流强度，离岸水域均大于近岸水域，平均最大流速涨潮分别为0.45m/s和0.37m/s，落潮分别为0.39m/s和0.34m/s。
潮流历时：
受月赤纬变化和海湾地形等因素的影响，不同水域的涨、落潮历时有所差异。
根据实测资料统计，施测海区平均涨、落潮历时分别为5小时59分和6小时23分，涨潮流历时小于落潮流历时，历时差近23分钟。
近岸水域：
V1和V3测站涨潮流历时略大于V2测点，落潮历时V3测点最长，V2测点最短，历时差约为半小时。
离岸水域：
涨潮流历时，西部V4测点大于中部V5、V6和东部V7，落潮流历时中部V5、V6大于西部V4和东部V7。
具体见表4-6。
余流：
从计算结果来看，垂线平均，各潮次观测海域余流速度均较小，变幅在0.9～6.1cm/s之间，大潮平均为2.7cm/s，小潮为4.0cm/s。
观测海区余流流速，以V2为最大，大、小潮平均约为5.2cm/s，其次是V1和V4为3.8cm/s，V5最小，为1.9cm/s。
具体见下表。
各测站余流统计表（垂线平均）
测站
潮况
流速（cm/s）
流向（º）
测站
潮况
流速（cm/s）
流向（º）
V1
大潮
1.5
357
V5
大潮
1.8
119
小潮
6.1
287
小潮
1.9
197
V2
大潮
5.5
90
V6
大潮
0.9
116
小潮
4.8
64
小潮
4.6
250
V3
大潮
2.3
190
V7
大潮
0.9
116
小潮
4.5
128
小潮
4.6
250
V4
大潮
5.2
68
小潮
2.3
38
综述：
1）施测海域的潮流属不规则半日潮流性质，各站垂线平均的F值在0.14～0.29之间，浅水分潮流影响系数并不显著。
2）施测海区平均涨、落潮流历时分别为5小时59分和6小时23分，涨潮流历时小于落潮流历时；施测海区潮流为明显的往复流，落潮实测平均流向与涨潮实测平均流向反向的差值一般不足15°，涨潮为NE向，往湾顶方向流动，落潮为SW向，往湾口方向流动。
3）观测海域实测涨、落潮平均流速分别0.26m/s和0.23m/s，涨潮流速略大于落潮流速，其比值分别为1.1；涨落潮平均流速大、小潮分别为0.26m/s和0.23m/s，大潮流速略大于小潮流速；实测垂线最大流速涨、落潮分别为0.59m/s和0.43m/s；观测海域水流强度离岸水域强于近岸水域，涨、落潮平均流速分别为0.26m/s和0.23m/s；垂线上流速呈表层到底层逐减的分布趋势，底层流速约为表层的71%。
潮流数模计算对锦州龙栖湾港区规划方案实施后的流场分析：
规划方案实施后，涨潮流在港口南侧分为两部分向两侧流动，一部分绕过港区向东北方向继续流动，另一部分流向港区西侧浅滩，仅有小部分潮流进入港内，落潮时潮流由两侧流出在外海汇合，潮流流向顺直，基本没有大的涡旋产生。
规划方案对流场的影响主要在围填形成的港域附近，流速变化超过0.1m/s的范围较小，主要出现在围填区域两侧，其中围填区域西侧由于受到港域影响，涨落急流速均减小，围填区域东侧流场变化不大，在围填港域南防波堤和东防波堤连接处由于受绕流影响，局部流速增加，两侧浅滩附近在潮流运动过程中流速较小，流速略有变化，但变化较小。
从流速变化百分比情况来看，航道内流速减小范围在10%～20%左右，由于工程附近绝对流速较小，导致流速变化百分比较大，此外由于受港域围填及绕流等影响在工程局部流速变化百分比较大，但总体来看流速绝对值变化不大。
航道内流向顺直，没有漩涡产生，在涨潮期间潮流进入港池时会在港池内口门附近产生漩涡，漩涡尺寸与口门宽度基本一致，略向港内发展，呈椭圆形，口门附近漩涡流速较大，一般不超过0.5m/s，进入口门后漩涡流速迅速减小。
（4）海冰
根据锦州港笔架山海洋站1984-1996年度（其中缺1985—1986年度）冰情观测资料统计结果为：
本海区的总冰期平均每年为90天左右，11年中，其中5年有固定冰出现，固定冰期平均每年约60多天，固定冰宽度平均约1000～1400m宽，厚度一般为20cm，最大为40cm。
流冰的冰量与密集度大于等于8级且有灰白冰、白冰出现，平均每年约10天。
2009-2010年冬季，受持续低温及连续多次降雪影响，锦州地区近岸冰情较重。
据相关部门监测，锦州近岸海冰坚硬起伏，冰层最厚约1m，且向海延伸达30海里以上。
锦州港港池、航道区及锚地不同程度受冰层覆盖。
锦州港4艘拖轮全力破冰引航，但仍觉拖轮数量不足。
此次冰情的最主要特点是海冰外缘线范围大。
据悉，锦州港拖轮救助范围曾至北纬40°23′附近，离岸约30海里。
此次冰期与往年相比大致相同，锦州港12月中旬进入初冰期，1月中下旬开始进入盛冰期，终冰期为2月底。
得益于持续北风影响，浮冰在此作用下南移，故而南北走向的航道及港池内冰情并不十分严重，盛冰期一般冰厚15-25cm，最大冰厚30cm。
而处于航道南部的锚地冰情十分严重，一般冰厚30-50cm，存在浮冰相互叠加而成的灰白冰，且流冰少而冰带多，在一、二号锚地曾出现船只随冰带漂移及船舶被冰卡住的现象。
根据锦州港开港二十余年的经验，虽然冰期较长，但冻而不封，港池航道等深水区从来没有出现因冰而影响码头作业的情况。
4.3地形、地貌及工程泥沙
（1）海岸地貌基本特征
工程区位于辽西小凌河出海口附近，海底地形平坦，由于大小凌河等河流的注入，大量泥沙的堆积，形成湾内典型的海底堆积区，区内海底地形平坦，坡度由湾顶缓慢地向外海倾斜。
工程区附近包括大量的围填及人工养殖区，北侧为新建滨海公路，向西至小凌河河口一线，原有地貌基本已被现有的人工岸线所代替。
目前，水下等深线多呈现出与岸线平行的趋势，水下地形过渡平稳，不存在明显的冲刷槽或突起部分，落潮时大片的浅滩露出水面，涨潮时被淹没。
0～-3m等深线范围内地形变化较快，-3～-7m之间水下地形变化缓慢。
0～-3m为近岸向海域延伸的过渡带，水下地形坡度多在1/800～1/1000之间，其中西侧坡度略陡于东侧。
当等深线由-3m延伸至-7m时，地形变化缓慢，水下坡度约为1/3000，通过对两个断面进行对比可以看出在拟建工程区附近自西向东地形变化均匀，整体范围内不存在明显的波动起伏。
工程区滩面组成成分较为复杂，但总体上以细砂为主，泥沙颗粒较粗，同时并掺杂有少量的贝壳等物质。
（2）岸滩稳定性分析
工程区的岸滩冲淤演变的主要影响因素为河流来沙量和人工围填速度的影响。
自1938～1990年间，由于大凌河、小凌河和双台子河来沙量较大，因此滩涂呈快速淤积态势。
海图、地形图和遥感图综合对比分析表明，自1938年至1990年，小凌河至双台子河河口地区经过辽东湾湾顶各种海岸动力因素多年作用水下地形变化明显。
其中所反映出的整体趋势为稳定的向海推进，特别是大凌河入海口附近向西约有22km的岸线淤积尤为明显，0m等深线向海推进最大宽度约为7km，向海延伸最大速率可达135m/a左右，同样在小凌河口也存在着向海推移趋势，但同大凌河口以西地区相比，这种推移速率要明显放缓，而造成这种区别的原因，是与大、小凌河入海泥沙量明显相关的。
而双台子河口附近西岸略有淤积，但口门处的拦门沙滩面积明显增大。
无论是-5m还是-10m等深线，其整体仍反映出稳定向海推进的趋势。
特别是-10m等深线由最初的参差不齐，经过多年变化变得更为平直，且不同水深所标示的等深线逐渐呈现出相互平行的趋势，水下地形变化更具有规律性。
（3）泥沙来源及含沙量分布特征
1）泥沙来源
龙栖湾港区位于辽东湾湾顶，历史上，工程区的泥沙来源主要是大、小凌河的入海径流所携带的泥沙，但近代大、小凌河上游修建了大量的水库，导致洪水季节河流入海径流减少，同时也使上游来沙减少。
大凌河是辽宁西部最大的一条河流，流域面积23549km2，近5年上游年输沙量较上世纪90年代有明显减少，自2005年至2009年该站年输沙量最大值为41.6万吨，而到2009年则减少到3.39万吨。
小凌河流域面积5153km2，来水流量要远远小于大凌河来水量，根据小凌河锦州水文站实测流量，其上游来水量一般多小于1m3/s，仅在洪水季节会有所增加。
2005年至2009年实测资料，小凌河锦州站年来沙最大值为15.5万t，出现在2007年，2009年由于小凌河断流，无入海泥沙。
大、小凌河年输沙量变化（左：
小凌河；右：
大凌河）
现阶段，工程区附近的泥沙来源主要是浅滩泥沙在波浪作用下的再悬浮，表现为明显的“波浪掀沙、潮流输沙”特征，水文测验期间的水体含沙量实为最好的例证，如小潮测验期间，工程区附近风力3～4级，水体含沙量约为平常天条件的2～3倍。
综上所述，根据已有资料，历史上湾顶主要沙源为河流来沙，但目前由于河流来沙明显减少，当地泥沙运动以浅滩泥沙的就地搬运为主。
2）水体含沙量
工程海域实测涨、落潮平均含沙量分别为0.108kg/m3和0.237kg/m3，涨潮小于落潮。
其中涨落潮平均含沙量，大、小潮分别为0.084kg/m3和0.247kg/m3。
落潮含沙量大，同样说明了水位降低后，波浪对底部掀沙的作用增强。
水体含沙浓度平面分布相差不大，近岸水域和离岸水域分别为0.161kg/m3和0.169kg/m3，基本相当。
根据2008年11月锦州港附近全潮实测含沙量资料，龙栖湾港区西侧锦州港附近全潮最大垂线平均含沙量为0.1kg/m3，最小含沙量仅为0.010kg/m3，工程附近海域水体的含沙量不大，这对龙栖湾港区建设是有利的。
观测海域涨、落潮平均含沙量统计表
单位：
kg/m3
水域
站名
涨潮
落潮
大潮
小潮
平均
大潮
小潮
平均
近岸水域
V1
0.088
0.121
0.104
0.090
0.360
0.225
V2
0.081
0.101
0.091
0.078
0.330
0.204
V3
0.080
0.173
0.126
0.088
0.350
0.219
离岸水域
V4
0.052
0.139
0.095
0.047
0.350
0.198
V5
0.093
0.118
0.105
0.090
0.390
0.240
V6
0.107
0.110
0.109
0.107
0.390
0.248
V7
0.091
0.162
0.126
0.094
0.360
0.227
平均
0.084
0.132
0.108
0.085
0.390
0.237
根据2009年11月泥沙测验结果可以看出，正常天气情况下，工程区域附近水体含沙量较低，而在小潮测验期间工程海域最大风速为11.7m/s，平均风速为8.7m/s，风向以NNE向为主，观测海域海况约为3～4级，为中、小浪。
此时海域最大含沙量大于大潮时的水体含沙量，因此可知波浪动力因素对于当地水体含沙量变化有较为明显的影响。
大风天气对海域泥沙运动有较大影响，本次研究选取2006年10月大风天气下的遥感资料进行分析，所选卫星图片的气象条件为NNE向7级大风，在大风天湾顶自西向东含沙量逐渐增大，特别是在双台子河河口。
在工程区近岸处，泥沙含量普遍要高于深水区，而锦州湾内由于受到掩护，湾内含沙量较低。
通过遥感图片分析可知，在7级风作用下，工程区域水体含沙量多在0.25～0.75kg/m3，而在近岸局部水体含沙量可能会出现大于1kg/m3的情况，尽管双台子河口和大凌河河口附近水体含沙量较高，但其随着扩散范围的增大，对工程区的影响也逐渐减弱。
（4）底质粒径分布特征
工程区域沉积物质组成以粉砂和粘土质粉砂、砂质粉砂分布为主，砂—粉砂—粘土仅在局部点分布，其中粉砂占47.55%，粘土质粉砂占37.06%，砂质粉砂占13.29%，砂—粉砂—粘土仅占2.10%，平均中值粒径0.0157mm，为淤泥质海岸。
各采样断面泥沙在垂直方向有中部颗粒粗，两端颗粒细的分布趋势。
在拟建工程附近-3m～-6m等深线范围内，各采样点中值粒径多大于近岸及-7m等深线的中值粒径，特别是工程位置处的几条采样断面，粗颗粒泥沙普遍集中在-3～-5m等深线内，由上述分布特征可知，在河流携带泥沙入海过程中，粗颗粒泥沙逐渐沉降在河道或潮滩滩面上，而细颗粒泥沙随着水流的作用被冲向海中，并逐渐沉降。
但海底表层的沉积物随着各种海洋动力的共同作用，再一次被分选、搬运。
随着向海侧水深逐渐加深，较深处波浪及潮流的作用难以影响到床面泥沙的起动和搬运，在水深较浅处，波浪和潮流的作用相对较弱，不能对沉积物进行充分的筛选。
而在-3m～-5m区域内各种动力相互混合，共同作用对泥沙进行搬运，使不同粒径泥沙相互掺混，呈现出不规则分布，同时由泥沙中值粒径分布可知该地区大波破碎带可能存在于-3m～-5m等深线位置处。
（5）工程泥沙分析
根据武汉水力学院泥沙起动流速公式，工程区2m～7m等深线范围内，泥沙起动流速在0.5m/s左右。
根据实测潮流资料表明，观测海域实测涨、落潮平均流速分别0.26m/s和0.23m/s，只有在大潮时局部测点在个别时刻会出现大于0.5m/s的流速。
但在单纯潮流的作用下泥沙的活动并不全部取决于流速大小，还与当地泥沙的粘性有关，故认为本海域泥沙在单纯潮流的作用下并不具备大范围起动的条件。
因此“波浪掀沙，潮流输沙”是工程区泥沙运移的主要特征，港口规划口门布置必须伸出泥沙活动水深，才能有效的减少波浪破碎引起的高浓度含沙水体进入港池和内航道，从而减少港口运行期间的泥沙淤积维护量。
下面将采用海底地形和底质粒径反演、波浪破碎水深计算等方法来综合论证泥沙的临界活动水深，同时通过与锦州港泥沙淤积进行对比分析，来研究本工程的泥沙运移规律和淤积问题。
1）泥沙临界活动水深分析
A、海底等深线对比分析根据海滩平衡剖面理论，侵蚀性海岸的基本特征是在近岸浅水区，海岸侵蚀，侵蚀下来的泥沙向外海运移，在波浪破碎带的外侧存在一条明显的沙坝分布。
从工程区的海底等深线分布特征可以看出，本海区的泥沙临界活动水深距岸约8km左右，主要集中在5m以浅的水域。
海底平衡剖面对比分析
B、波浪破碎水深计算
根据50年、25年一遇重现期工程附近海域有效波高分布，计算对应波要素作用下破波带位置，50年一遇重现期波浪破碎带所处的位置为工程区域附近海域-1.0m～-4.5m水深范围。
25年一遇重现期波浪破碎带所处的位置为工程区域附近海域-1.0m～-4.3m水深范围。
此外，根据海区的底质粒径调查结果，在2～5m水深范围内，底质粒径存在明显的粗、细颗粒交替分布规律，同
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