金塘水道水动力特性分析

周朝丰1蔡相芸2吕腊炎1张金善2张清扬3

1.宁波港股份有限公司；2.南京水利科学研究院；3.河海大学近海洋与海工程学院

摘要：金塘水道位于杭州湾湾口南翼，是杭州湾与外海水沙交换和潮流输移的重要通道，潮流是维持潮汐通道的动力。本文依据历史资料，并结合近几年的水文泥沙资料对金塘水道的水流泥沙特性进行分析研究，以便更好地掌握其水动力特性，为工程实践提供理论基础。

关键词：金塘水道；潮汐通道；潮流；泥沙；往复流

1引言

金塘水道位于金塘岛与浙江宁波大陆之间，是一条由潮流的长期冲蚀作用形成的峡道型潮汐通道[1]，水道呈SE—NW走向，宽3~6km，长10余km，中部北仑山与金塘岛之间的断面最窄，逐渐向两端放宽，西侧与杭州湾甬江口相接，向东与穿山水道，螺头水道，册子水道汇于大榭岛，水道交错，流路复杂，且存在回流及绕岛环流。水道内水深分布为东北深，西南浅，变化梯度大[2]，水深大于50m的深槽呈“s”型贯穿整个水道[3]，且深槽边坡上存在暗礁和残丘，地形复杂。

金塘水道是连接杭州湾与外海的潮汐通道之一，且由于其峡道地形，水道内水深条件优良，是大型船舶进出宁波—舟山港的重要通道，近年来大量的海岸工程建设使得水道的纳潮量减小，导致浅滩加速淤长，不利于深水航道的通航，因此，本文根据北仑港区两个测点（2001年1月大、中、小潮），北仑电厂六个测点（2004年11月大潮、小潮），北仑电厂六个测点（2011年9~10月大、中、小潮），北仑港区4个测点（2012年6月大潮、小潮）的实测水文泥沙资料对金塘水道的水流、泥沙特性进行研究分析，可以为港区的建设以及航道的维护提供科学依据。

2潮汐

外海潮波经螺头水道以及穿山水道在大榭岛处分成两股，一股向西经金塘水道进入杭州湾，另一股向西北经册子水道，又分成两支从西候门和富翅门水道进入杭州湾[4]，传入金塘水道的潮波以M2分潮为主，由于受到低频流以及地形的影响，该分潮在浙江近海自南向北递减，造成本海区潮波特性不同于杭州湾和浙江其他海区，北仑山附近潮波为复合前进波[5]。

本海区潮汐类型主要为不规则半日混合潮，潮差小，根据北仑电厂潮位站2004年11~12月一个月左右的潮位资料统计，平均潮差2.01m，最大潮差3.86m，属于弱潮海区。平均涨潮历时5：57，平均落潮历时6：30，落潮历时长于涨潮历时。

图1测点布置图

3潮流

受舟山南部众多岛屿的掩护，外海波浪不易传入本海区，潮流是控制本区的主要动力。

在地形的约束作用下，本海区潮流的运动形式为明显的往复流，其流向基本上与水道的走向平行，且随水道的走向差异不同水域的水流流向在偏南或偏北上有所不同。位于几条水道交会处的3#测点，由于地形和环流的影响发生旋转。

峡道内涨落潮流速的相对大小主要取决于峡道口门的朝向与水流流路的关系，同时还受峡道汇流和分流的影响[6]。总体来看（04年北仑电厂的测点P4和P6由于数据缺失则不列入分析），测区潮流动力比较强劲，位于水道深槽处的测点涨落潮最大流速均大于1.0m/s，且落潮最大流速大于涨潮最大流速，北仑电厂的几个测点水深均小于50米，处于浅水区，流速较小，且大部分测点的涨潮最大流速大于落潮最大流速，其中2004年测点P5以及2011测点6的水深很小，流速也很小，位于水道西口的5#和6#测点水深虽然也较小，5#测点水深约20m，6#测点水深约10m，但是由于水道西口西北方向为一大片浅滩，水深均小于10m，水深相对较大的沟槽紧贴着水道北岸的金塘岛，5#，6#测点均位于此沟槽内，所以流速较大，尤其是6#测点受此种地形效应的影响最大，其涨落潮流速均很大。

就各测点而言，测区潮流随潮汛的减弱而减小，大潮流速>中潮流速>小潮流速。一个潮周期内各测点的涨落潮平均流速的规律与涨落潮最大流速规律一致，深槽处测点落潮流强于涨潮流，北仑电厂浅滩处的几个测点则是涨潮流强于落潮流。

表1实测流速统计（流速：m/s，流向：度）

4泥沙

从其余各测点的含沙量分布规律来看，各潮段含沙量分布比较平均，涨、落潮含沙量相差不大，大部分测点均是涨潮含沙量略大于落潮含沙量，这表明该区悬沙实际上随潮流在水道内做往复运动。大潮含沙量>中潮含沙量>小潮含沙量，含沙量的垂向变化比较明显，随着水深的增加，含沙量不断增大，最大含沙量见于底层。从含沙量的横向分布看，从从西向东含沙量逐渐减小。

金塘水道的泥沙运动以悬移质为主，根据2004年各测点的悬沙粒度测试分析，测区悬沙粒径在0.015~0.018mm之间，属于粉砂，其时间和空间分布较均匀，差异很小，大潮时期悬沙的中值粒径略大于小潮时期，底质粒径与悬沙粒径相当，表明悬沙的垂向交换比较频繁。

分析各测点测量期间含沙量与流速的逐时同步过程曲线，测区水体含沙量随潮流速的波动而波动，在时间上有一个相位差，含沙量峰值滞后于流速峰值，这表明测区潮流水动力对含沙量的影响存在滞后效应，滞后的时间为2~3小时，其原因主要是水动力条件发生变化，导致底沙和悬沙发生垂向交换以及泥沙的再悬浮，使得水体中的悬沙浓度发生改变。

表2实测含沙量统计（kg/m3）

5结语

本海区潮汐类型主要为不规则半日混合潮，潮差小，落潮历时长于涨潮历时。潮流的运动形式为往复流，主要受峡道地形的影响。

测区潮流动力比较强劲，深槽处水流流速较大，且落潮流强于涨潮流；浅滩处流速较小，且涨潮流强于落潮流。大潮流速>中潮流速>小潮流速。

各潮段含沙量分布比较均匀，涨潮含沙量略大于落潮含沙量。大潮含沙量>中潮含沙量>小潮含沙量，最大含沙量见于底层。

测区泥沙运动以悬移质为主，悬沙主要为粉砂，分布较为均匀，底沙与悬沙粒径相当。

一个潮周期内含沙量峰值滞后于流速峰值，时间差为2~3小时。

参考文献：

[1]孙英.浙江金塘水道南岸的泥沙运移[J]，杭州大学学报，1979，（3）：87–87

[2]杨昭庆，许卫忆，王康墡.金塘水道及其邻近海域潮波的数值研究[J]，海洋通报，1989，8（4）：20–20

[3]冯应俊，李炎，任吉川.金塘水道地形、底质与沉积环境[J]，海洋通报，1989，8（4）：67–67

上，霉菌繁殖是一个比较复杂的过程，材料表面发生霉变的时间少则半个月，多则半年。而在各国标准中对防霉性能的判定都不是定量描述，这个判定方法导致试验时间对其结果具有一定的影响。在实验室中通常采用无机琼脂培养基，为贫营养培养基，在此培养基上，霉菌生长缓慢，28d不能够保证霉菌完全生长，从而会影响对密封胶防霉性能的判断。对于防水卷材，56d的周期又有些过长，不仅降低了检测效率，又提高了检测成本。

3.4结果评判

目前防霉性能检测结果的评价主要是在到达养护周期后，观察样品表面霉菌、菌体、菌丝的生长情况，按长霉面积分级判定。根据以往研究，不同种类的霉菌生长培养时间不一致，如黑曲霉为5～7d，有的霉菌需10～14d，有的如球毛壳菌需21d甚至更长。现行标准中基本是采用混合菌种，在长时间培养后是否有些菌种相对退化，标准中未有描述。根据上述推论，笔者做了一组试验，按GB/T1741—2007标准，取一密封胶样品分别接种单一菌种和混合菌种进行防霉性能检测，选取了几个试验结果图，见图1。从图1可以看出，在28d后，接种了单一菌种的样品长霉面积为30%～50%，而接种了混合菌种的样品长霉面积为20%～30%。由此可以推断，混合霉菌与单一霉菌对样品的影响有所不同，具体情况仍需进一步验证。总体而言，在判定结果时，只在养护周期到期时观察外观就具有一定的风险，建议在控制孢子浓度的基础上，提高观察的频率，来降低混合菌种长时间生长后出现退化的风险。

图2透明性样品耐霉菌性能结果

除此之外，对于透明的密封胶样品，观察外观时也存在一些问题。图2是透明性样品耐霉菌性结果。如图2所示，样品表面可见明显霉斑，但实际上，霉斑长在紧贴培养基的样品反面，而样品正面长霉并不严重。可见，对于透明样品而言，将样品直接放置在培养基上有所不当，这会误导结果的判断。现有的方法在外观检查后的结论既缺乏定性分析，又缺乏定量分析。

在对防水卷材进行霉菌生长评判时，沥青类卷材主要易被霉菌侵蚀的部位是胎基，因此在观察外观时，卷材表面和卷材胎基处应有所不同。例如图3（a），卷材表面霉菌基本看不见，在图3（b）中，从卷材侧面观看，胎基上明显有霉菌生长。因此，在评价沥青类防水卷材时，不应只从卷材表面观看而进行判断，评价准则有待改进。

4结语

综上所述，霉菌的产生，对于防水施工材料来说是一项具有极严重危害的因素，因此，为了保障防水施工材料的质量，我们就需要对防水材料防霉性能进行检测，以得出有效的准确数据，从而为减少霉菌对防水施工材料的破坏提供有力的帮助。

参考文献：

[1]彭震.有关建筑防水材料及施工的探讨[J].科技风.2012（08）.

[2]周启亮.浅析建筑防水工程中常用材料及施工技术[J].科技与企业.2013（05）.