海岸蚀退与促淤保滩 徐少伟 陈玉明 孤东及新滩油田位于黄河入海新口门两侧的滩涂地区，黄河及海洋水文气象条件对该地区的原油生产及开发有着直接而显著的影响，近年来，随着黄河来水来沙的大幅度减少，黄河口广大区域海岸冲蚀后退现象日益严重，给油田生产和开发带来了显著的负面影响。在孤东海堤，堤前水深大幅度增加，在新滩油田，一些陆上井已变为滩海井。面临着风暴潮的威胁，海岸线已发生了大幅度的后退。加强海岸蚀退研究已成为保障油田安全生产的重大课题。 一、近年来海岸蚀退概况 1998年，胜利石油管理局孤东采油厂委托黄河水利委员会河口水文水资源局对孤东及新滩海域进行地形测量，整个测区按北京54坐标系布置12条测线，测线间距5km或4km（孤东海域间距5km，新滩海域间距4km），整个测区面积为720km2每条测线按250m进行插值，1999年、2000年测线及插值逐渐加密。 整个海域测量由两部分组成，浅滩采用17.64kW24马力双挂机渔船（吃水0.7m）施测，深水部分采用吃水2.8m的“黄河86轮”海洋专用调查船施测。导航定位使用美国天宝公司AG122GPS信标机测深采用无锡SDH-13D数字化测深仪测深精度1%。GPS信标机与测深仪同时由微机控制测量，自动生成定位水深文件，测量与内业整理均由SSMA海测软件驱动进行。 全部测线水深根据5处潮汐观测点分别进行潮汐改正，改正后的水深为黄海基面下水深。 1998年利津站来水107.5亿m3来沙3.68亿t，全部测线剖面表现为淤积（整个测区平均淤积厚度为0.73m），北部海域淤积厚度大于南部海域以新口门海域S3、S4、S5三剖面淤积程度最大超过1m，在失去沙源补给的S9、S11、S12三剖面的浅滩海域发生侵蚀后退，主要是６ｍ水深以内浅滩海域发生冲刷，北部海域仅在2m以内近堤滩角水域发生轻度冲刷。 1999年属枯水少沙年，全年来水66亿m3，来沙1.845亿t，测量结果显示，孤东及新滩海域地形演变形态与1998年相比基本不变，但冲淤程度明显不同。1999年，除黄河口门附近产生淤积外，其余测线剖面全部表现为冲刷，总体平均冲刷厚度0.33m，以断面平均冲刷厚度表示的横向冲刷分布以老黄河海域最为严重。按1999年冲淤特征可以S7断面把施测海域分为两个区域，北区与南区基本表现为相反特征，2m、10m等深浅北区基本一致，稍接近于冲刷，幅度在0.3m以内，南区则变化剧烈，浅水区淤积，深水区冲刷。 2000年，黄河来水39.35×108m3，来沙为0.165×108t，仅分别占清水沟流路时期，1976.6～1999.12，平均年水量和平均年沙量的17%和3%，属严重的枯水少沙年。但测量结果显示，整个测区冲淤基本平衡，平均冲刷厚度仅为0.07m，海堤海域S1、S-1、S-2表现为轻度冲刷新口门南北区域表现为冲淤平衡或淤积，在新滩海域S8-S12剖面表现为较严重的冲刷，其中蚀退最大的是S9剖面的2m等深线，蚀退1.04km。2000年蚀退的最大特点是深水区普遍冲刷。 二、蚀退现象分析 从近年来孤东及新滩海域冲淤测量结果及有限的调查资料分析，黄河来水来沙、海洋动力条件及边界条件变化是孤东及新海滩域地形冲淤演变的主要原因。 （1）黄河来水来沙量直接影响海岸地形冲淤变化。按经验，黄河来沙达到3×108t左右基本能够维持黄河口海域冲淤平衡。1998年大面积淤积，1999年大面积蚀退，也正说明这一点。2000年在黄河枯水少沙的情况下，没有发生严重蚀退，可以从以下几个因素考虑：①1999年已发生的严重蚀退现象使黄河口附近边界条件发生显著变化，减弱了流场的局部作用，从而在口门以北以南浅水区发生淤积。②由于小浪底水库的控制，黄河全年保持小流量入海，也能够对口门附近海洋动力起到一定的平衡作用。 （2）海洋动力是整个海域冲淤变化的主要原因，滩底泥沙的启动、运移均是海洋动力的作用，特别是风暴潮作用下的大浪和相应的流场所引起的泥沙运移和变化远比正常天气下数月甚至数年变化要剧烈，这是因为风暴潮所形成的大浪启沙能力强，而且风暴潮潮差大，海流流速快，移沙能力强。 （3）海域冲刷变化所引起的边界条件的变化，通过对流场的反作用又影响着冲淤变化。对边界条件的研究应包括海底地形，海岸形状，黄河入海位置、角度等。边界条件与冲淤变化的互动作用能否在一定时期达到某种平衡呢？根据我国一些河流的经验，这种平衡大约15年左右出现，一般在前四五年间变化较为剧烈，后10年较为稳定。但是这个规律在黄河口海域能否适用，尚有待于进一步探讨和研究。特别是受莱州湾流场作用明显的清水沟流路口门近年来蚀退一直较为严重，它的变化对施测海域的影响需要进行长期的观测及研究。 三、海岸蚀退对孤东及新滩油田的影响 近年来，受海岸蚀退现象的影响，孤东及新滩海域地形及海洋水文条件发生了较大变化。孤东海堤海域与建坝之初（1985年）相比，堤前水深平均增加了1.5m，其中北大堤堤前水深甚至超过了2m，2m等深线已经不存在，另外在孤东北大堤沿潮流方向还发现水深明显大于附近地形近1m深、宽100～1000m的深水区。水深的加深必然带来风暴增水和波浪的增加，如果以简单的经验公式计算，孤东北大堤设计波浪与建坝之初相比高出1m。水深浪大，加剧了海堤堤脚淘刷。目前，孤东海堤混凝土基础已悬出海底近2m，如遇强风暴潮或地震等外力作用，有可能发生严重破坏，危及油田安全。具体测量数据见表2。 在孤东垦东五及新滩油田，海岸线发生了大幅度的后退。因没有潮间带及岸线测量资料，海岸线后退距离不能确定，可以看到的是垦东五及新滩油田的部分油井已由过去的陆上井变为了海滩井，直接面临着风暴潮的威胁。1997年春，新滩油田的垦东70号井是一个陆上井，到2000年9月涨潮时，该井水深已超过0.5m，尚未开发的垦东12号井，1997年水深只有0.5m，目前已超过2m。清水沟流路在新滩地区的防洪北大堤，目前因直接受风暴潮冲刷而严重破坏。 近年来，在垦东4、垦东12浅滩海域探明石油地质储量为2600万t，而且有着广阔的勘探前景。2001年，已确定了向浅滩要石油的工作重点，因此，加强蚀退勘测，加强保滩促淤研究，不仅是保障油田安全生产的大事，更是浅滩原油开发的前提。 四、关于保滩促淤工程 在黄河入海泥沙大幅度减少的情况下，采取工程措施改变边界条件、减弱流场作用，减少冲刷、增加淤积是减轻海岸蚀退的有效办法。类似的工程手段在国内外已有应用。比如采用突堤、顺岸堤的合理布置，促淤造陆在上海、浙江、福建等地已有较成功的应用。 保滩促淤工程投资大、工期长，没有充分准确的科学依据，必然会走弯路或造成较大损失。所以在工程实施前，必须进行细致详尽的前期论证研究工作。 （1）加强海洋环境资料的收集、调查和勘测，应重视海洋水文、气象、地形、地质等基础资料的收集，对流场应进行跟踪调查。 （2）加强泥沙运移规律研究。2000年我们已委托青岛大学进行，但因时间及投资的限制，该研究还只是在数学模型上进行。 （3）在数学和物理模型的支持下，加强工程优化布置，其中应包括堤坝类型、走向、距离、高程、宽度等等，同时要对海洋、渔业环境及自然环境影响进行评价。 （4）与浅滩原油开发相结合。浅海原油开发漫水道路可以成为促淤保滩工程的一部分。 （5）加强坝体优化设计，在坝体优化过程中应着重考虑坝体选型、稳定性、材质、施工难易程度、投资评价等。 近年来，胜利油田领导、专家的高度重视海岸蚀退现象，并一直在进行保滩促淤工程措施的摸索。1999年，在孤东海堤北大堤进行的护岸水力插板试验工程就是一次尝试。虽然因经验和理论研究不够，完工不久就遭到风暴潮破坏，但却使我们从中获得了宝贵经验。 （作者单位：胜利石油管理局）责任编辑 邓淑珍 |