【论文推荐】| 深中通道沉管浮运航道水动力与回淤特征研究

论文导读与观点概要

一、研究目的

伶仃洋是珠江入海的最大河口湾，承接着西江、北江、东江与南海之间的水沙交换，是华南地区连接内陆与海洋的经济命脉所在。其水下地形长期保持"西浅东深"的横向分布和"湾顶窄深、湾腰宽浅、湾口宽深"的纵向特征，在特定边界条件与动力条件的相互作用下，形成了自西向东依次为西滩、西槽（伶仃水道）、中滩、东槽（矾石水道）、东滩的"三滩两槽"动力地貌格局。湾内分布着广州港出海航道、矾石水道、铜鼓航道、龙穴南航道、横门出海航道等多条航道，因航道规模与航槽走向各异，不同航段往往出现明显的横流和程度不等的航槽回淤。

深中通道工程的沉管浮运航道恰恰斜跨伶仃洋的西槽、中滩、东槽与东滩水域，沿程天然水深变幅大，航槽走向与潮流主流向之间存在较大夹角，使得航道沿程泥沙回淤呈现显著的不均匀性与不确定性。沉管浮运与沉放对航道水深、水流条件有着极为严格的要求，回淤量的空间分布直接决定浮运窗口选择、基槽维护频次与工程安全裕度。然而，在伶仃洋这种滩槽相间的复杂地貌格局下，航道回淤究竟由哪些动力因子主控、各因子如何定量响应，此前尚缺乏系统的、覆盖全域的数值研究。本文的目的正在于此：以深中通道沉管浮运航道为典型对象，结合原型观测资料，揭示伶仃洋滩槽格局下航道沿程水动力条件与泥沙回淤的分布特征及其动力机制，识别航道回淤风险的关键影响因子，为复杂滩槽格局下的河口航道选线设计、施工期与运行期的动态维护管理提供理论依据与工程经验。

二、研究方法

研究采取"原型观测资料分析 + 全域二维水沙数学模型数值模拟 + 双因子相关性诊断"的技术路线。

1. 自然条件与试挖槽回淤原型观测分析。 系统梳理伶仃洋的地形地貌、潮流与泥沙特征：湾体平面呈喇叭状，走向近NNW—SSE，湾顶虎门宽约4 km，湾口大濠岛至澳门间宽约30 km，湾顶至湾口长约65 km，水域面积约110 km²；潮流整体表现为北向涨潮、南向落潮的往复流，落潮平均流速0.5~0.6 m/s高于涨潮的0.4~0.5 m/s，流速自湾口向湾顶沿程递增；含沙量空间上自西向东递减、浅滩大于主槽，时间上洪季远高于枯季，内伶仃洋平均含沙量0.12~0.20 kg/m³。同时，以设在矾石水道东侧的试挖槽（底宽25 m、长100 m、底标高−18.0 m，周边海床−6.0~−4.0 m，边坡按1∶5至1∶10分区设计）为原型试验载体，分析2016年5月至2017年5月连续水下地形观测所得的回淤时空分布、淤积物性质与浮泥层发育特征。

2. 二维潮流泥沙数学模型构建。 基于静压与势流假定，建立沿垂向平均的平面二维连续方程、动量方程、悬沙扩散输移方程与河床变形方程，其中床面冲淤函数采用含沉降机率、泥沙沉速、水流挟沙率、起动流速与悬浮流速的表达形式，并配套引入泥沙干容重经验公式、床面糙率的沙粒糙率与附加糙率分解式；紊动扩散项中水流涡黏系数取各向同性，泥沙扩散系数按Elder经验公式确定。数值求解采用有限体积法，以非结构化三角形单元离散计算域，物理量配置于单元中心，通过Green公式将面积分化为线积分；对流项采用基于Roe格式的近似Riemann解法捕捉流场间断结构，紊动黏性项以单元交界面两侧物理量的算术平均估算。计算域上游边界设在虎门口、蕉门口、洪奇门以及横门的小榄水道和鸡鸭水道断面，下游边界设在珠海至香港大屿山一线，控制水域面积约3 000 km²，共划分10万余个三角形单元，外海宽阔水域采用稀疏大尺度网格、主要航道及工程影响区网格加密，水沙边界条件由珠江三角洲河网及河口整体二维水流数学模型提供。

3. 模型双重验证。 水流验证采用2016年6月6—14日（含大潮、中潮、小潮过程）实测资料，包括3个验潮站（H1~H3）潮位与7条水文垂线（V1~V7）的流速、流向、含沙量同步观测；泥沙回淤验证采用深中通道试挖槽成槽后两个月的回淤盒观测资料，并按伶仃洋潮汐历时过程模拟8月6—21日的累积回淤。

4. 航道回淤特征与主控因子诊断。 将浮运航道按线位与走向划分为A—C、C—D、D—E、E—F四段，模拟洪季大潮条件下的沿程潮流矢量与横流分布，预测航道实施一年后的回淤分布并统计各段淤强与回淤量，进而分别建立淤强与相对开挖深度（天然床面高程与设计底标高之差）、淤强与横流流速的关系曲线，辨析各航段回淤的主控因素。

三、研究结果

（1）试挖槽回淤呈阶段性与空间差异。 近一年槽底平均淤厚3.21 m，折算日均淤强0.93 cm/d；洪季（6—9月）为主要淤积时段，单月累积淤厚0.9~1.4 m，日均淤强约2.50 cm/d，枯水期（10月至翌年4月）日均淤强仅0.07 cm/d；大潮期间日均淤强普遍达3~5 cm/d，明显高于小潮的约1 cm/d；平面分布上北部与东部淤积最集中，南部与西部较弱。回淤物质以粉砂质黏土和黏土质粉砂为主，中值粒径约0.006 mm，洪季颗粒偏粗；槽内普遍发育0.6~1.0 m厚浮泥层，枯季逐渐减薄并呈压密固结趋势。

（2）模型精度满足规范要求。 3个验潮站高、低潮位计算与实测误差均在0.10 m以内；V3垂线模拟的流速、流向过程与实测基本一致，转流时间与流速峰值接近，涨、落潮平均流速相对误差小于10%；含沙量量级与变化过程一致，潮段平均含沙量误差在30%以内。回淤模拟方面，大潮日淤厚4 cm、中潮2 cm、小潮1 cm，与实测的大潮约5 cm、中潮1~2 cm、小潮1 cm以内基本相当；半月累积淤厚实测33.5 cm、模拟34.0 cm，平面形态上槽底最大、北边坡淤厚大于南边坡、东西两侧相近，与实测高度相似。

（3）伶仃洋水动力呈"西槽落潮优、东槽涨潮强"格局，航道局部横流突出。 A—C段位于龙穴岛东岸，航槽轴向与潮流主流向基本一致，涨潮占优；C—D段航槽走向与主流向平均夹角达45°，E—F段平均夹角37°；D—E段位于伶仃洋主流区，与东槽走向基本一致、夹角小且落潮动力较强。A—C段与D—E段横流整体较弱，最大横流均小于0.10 m/s；C—D段最大横流平均值0.35 m/s，北段C03点出现极值0.73 m/s，且C02~C04部分航段走向与涨、落潮方向夹角超过60°，呈现高强度、大夹角、长历时横流特征；E—F段最大横流平均值0.22 m/s，E01点极值0.51 m/s。

（4）回淤量呈"深槽区段小、浅滩区段大"的空间分异。 航道设计底标高−12.5 m，全长20.9 km。A—C段长约5.5 km、现状沿程底标高均值−10.5 m，平均淤强0.62 m/a，年回淤量54.6万m³；C—D段长约4.5 km、斜穿伶仃洋中部浅滩并与矾石水道连接，开挖前平均底标高−9.7 m，平均淤强1.02 m/a、最大淤强1.88 m/a，年回淤量73.4万m³；D—E段长约7.7 km、位于东槽水域，底标高−11.5 m，平均淤强0.46 m/a，年回淤量56.6万m³；E—F段长约3.2 km、进入西人工岛以东隧道基槽水域，开挖前平均底标高−6.0 m，平均淤强1.47 m/a，年回淤量75.3万m³；全线年回淤量合计约260万m³，淤积主要集中在A—C段前半部分、C—D段与E—F段。

（5）双因子相关性诊断明确主控机制。 淤强与相对开挖深度总体正相关：C—D段相对开挖深度2.8 m、平均淤强1.02 m/a，每开挖1 m淤强增加0.36 m/a；E—F段相对开挖深度6.5 m、平均淤强1.47 m/a，每开挖1 m增加0.23 m/a，且这两段数据相关性较好，表明其回淤主控因素为相对开挖深度。淤强随横流流速增大而增大：C—D段大潮横流均值0.51 m/s、平均淤强1.02 m/a，相关性良好，是泥沙淤积高发航段；E—F段横流均值0.31 m/s、平均淤强1.47 m/a。综合判断，C—D段回淤同时受相对开挖深度与横流共同影响，A—C段、E—F段主要受相对开挖深度控制，D—E段因相对开挖深度小、横流弱而淤强最小。

四、研究结论

本文以深中通道沉管浮运航道为例，在实测水文泥沙与试挖槽回淤资料验证的基础上，构建了覆盖伶仃洋全域的大范围二维潮流泥沙数学模型，系统揭示了滩槽相间格局下航道水动力与回淤的主控机制与定量响应规律，得到以下结论：

第一，伶仃洋水动力总体呈"西槽落潮优、东槽涨潮强"的分布特征，浮运航道自西北向东南依次穿越西槽、中滩、东槽与东滩，滩槽间水沙环境差异显著，航槽走向与潮流主流向的夹角是决定横流强弱的关键几何因素，大潮期最大横流流速可达0.73 m/s。

第二，航道回淤由相对开挖深度与横流两个因素共同影响，两者与淤强均呈正相关；当某航段的开挖深度与横流因素叠加时，回淤强度显著增大，宏观上表现为"深槽区段小、浅滩区段大"的回淤量分布特征。其机理在于：开挖后航槽水深增加、进入航槽的水流挟沙能力削弱，泥沙落淤至槽底，且局部流场调整使床面切应力降低、落淤泥沙不易再起动悬浮；滩槽相间格局下滩面泥沙易起动，随潮流（尤其是横流）输送至槽内低速区后加速淤积，横流与纵向潮流叠加形成的环流结构还限制了深槽水体交换、延长了泥沙滞留时间。

第三，研究识别出航道回淤风险的关键影响因子，并据此提出工程对策建议：在滩槽相间的河口地区建设航道，应在设计阶段综合评估开挖深度对局部水动力与泥沙输运的反馈效应；对横流明显的中滩和东槽区域，可通过顺槽优化线位、结合潮流优势方向布设导流堤或局部护底结构等措施削弱横流强度、改善流场结构、减弱横流诱发的泥沙回输效应，减少泥沙横向输入与滞积风险，实现经济与安全的双重优化。

该成果不仅为深中通道沉管浮运航道的选线设计、浮运窗口安排与高效维护提供了直接的科学支撑，也为复杂滩槽格局下河口航道演变规律研究、航道规划设计与动态管理提供了可推广的理论方法与技术范式，对同类大型跨海通道与深水航道工程具有重要的借鉴价值。

相关图表

本文引用格式：何杰, 于林湘, 徐贝贝, 等. 深中通道沉管浮运航道水动力与回淤特征研究[J]. 海洋工程, 2026, 44(4): 158-170.  (HE Jie, YU Linxiang, XU Beibei, et al. Research on hydrodynamic and sedimentation characteristics of the immersed tube floating transport channel in the Shenzhen–Zhongshan Link[J]. The Ocean Engineering, 2026, 44(4): 158-170.  (in Chinese)）

作者简介：   

何杰（1979—），男，博士，正高级工程师，主要从事河口海岸工程水沙数值模拟研究。E-mail： jhe@nhri.cn

参考文献

1

钟子悦， 向波， 余明辉， 等. 伶仃洋河口枯季径-潮-盐-悬沙动力特征对海床地形异变响应［J］. 水利学报， 2025， 56（4）： 477-487.

ZHONG Z Y， XIANG B， YU M H， et al. Response of river-tide-salt-suspended sediment dynamics to seabed topographic abnormality during dry season in the Lingdingyang Bay［J］. Journal of Hydraulic Engineering， 2025， 56（4）： 477-487. （in Chinese）

2

曹祖德， 蔡嘉熙. 珠江口伶仃洋航道整治研究［J］. 水道港口， 1998， 19（1）： 1-6.

CAO Z D， CAI J X. Regulation of navigation channel on Lingdingyang at Zhujiang River mouth［J］. Journal of Waterway and Harbor， 1998， 19（1）： 1-6. （in Chinese）

3

莫思平， 季荣耀， 辛文杰， 等. 伶仃洋出海航道浮泥形成机制与分布特征［J］. 海洋工程， 2007， 25（4）： 33-38.

MO S P， JI R Y， XIN W J， et al. Formation mechanism and distribution characteristics of the fluid mud in the seaward channel of the Lingding Sea［J］. The Ocean Engineering， 2007， 25（4）： 33-38. （in Chinese）

4

李孟国， 韩志远， 许婷， 等. 伶仃洋港口航道泥沙问题研究［J］. 水运工程， 2021（9）： 1-8.

LI M G， HAN Z Y， XU T， et al. Study on sediment problems of harbors and channels in Lingdingyang Bay［J］. Port & Waterway Engineering， 2021（9）： 1-8. （in Chinese）

5

王世俊. 伶仃洋水沙变化及对铜鼓航道回淤的影响研究［J］. 人民珠江， 2019， 40（4）： 1-7.

WANG S J . Study on the variation of runoff and sediment in the Lingding and its influence on the back silting of the Tonggu Channel［J］. Pearl River， 2019， 40（4）： 1-7. （in Chinese）

6

赵昊毅， 林凯荣， 谭超. 矾石航道建设对水动力和冲淤演变的影响研究［J］. 广东水利水电， 2023（10）： 11-19.

ZHAO H Y， LIN K R， TAN C. The impact of Fanshi waterway on the hydrodynamic and morphological change［J］. Guangdong Water Resources and Hydropower， 2023（10）： 11-19. （in Chinese）

7

应强， 辛文杰， 袁胜英. 港珠澳大桥通航水域航道演变分析［J］. 水利水运工程学报， 2012（2）： 97-103.

YING Q， XIN W J， YUAN S Y. An analysis of waterway processes near the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge［J］. Hydro-Science and Engineering， 2012（2）： 97-103. （in Chinese）

8

何杰， 辛文杰， 贾雨少. 港珠澳大桥对珠江口水域水动力影响的数值模拟［J］. 水利水运工程学报， 2012（2）： 84-90.

HE J， XIN W J， JIA Y S. Numerical simulation of hydrodynamic impact of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge on Pearl River Estuary［J］. Hydro-Science and Engineering， 2012（2）： 84-90. （in Chinese）

9

金文良， 韩志远， 李怀远， 等. 深中通道沉管隧道试挖槽回淤特征研究［J］. 水道港口， 2019， 40（1）： 1-6.

JIN W L， HAN Z Y， LI H Y， et al. Back silting analysis of the trial dredged-trough for immersed tube tunnel of Shenzhen-Zhongshan Link［J］. Journal of Waterway and Harbor， 2019， 40（1）： 1-6. （in Chinese）

10

李孟国， 韩志远， 李文丹， 等. 伶仃洋滩槽演变与水沙环境研究进展［J］. 海洋湖沼通报， 2019， 41（5）： 20-33.

LI M G， HAN Z Y， LI W D， et al. A review on the seabed evolution and hydrodynamic sediment environment in Lingdingyang Bay of the Pearl River Estuary［J］. Transactions of Oceanology and Limnology， 2019， 41（5）： 20-33. （in Chinese）

11

刘浩. 浅析海湾型河口出海航道平面布置设计方案： 以珠江口矾石水道为例［J］. 珠江水运， 2023（8）： 106-111.

LIU H. Discussion on the layout design scheme of seaward channel in bay-type estuary： a case study of Fanshi waterway in the Pearl River Estuary ［J］. Pearl River， 2023（8）： 106-111. （in Chinese）

12

陈水森， 黎夏， 邹春洋， 等. 20年来珠江口伶仃洋滩槽变化及演变分析［J］. 海洋科学， 2001， 25（6）： 52-53.

CHEN S S， LI X， ZOU C Y， et al. An analysis of the changes and evolvements on the foreshore and deep channels of Lingding Bay in Pearl River Estuary in past twenty years［J］. Marine Sciences， 2001， 25（6）： 52-53. （in Chinese）

13

闻平， 刘沛然， 雷亚平， 等. 近50年伶仃洋滩槽冲淤变化趋势分析［J］. 中山大学学报（自然科学版）， 2003， 42（增刊2）： 240-243.

WEN P， LIU P R， LEI Y P， et al. An analysis of the tendency of erosion and sedimentation on foreshore and channels of Lingding Estuary in past fifty years［J］. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni， 2003， 42（Suppl2）： 240-243. （in Chinese）

14

宫清华， 周晴， 李平日， 等. 珠江口伶仃洋地貌特征演变与纳潮能力变化研究［J］. 海洋学报， 2019， 41（1）： 98-107.

GONG Q H， ZHOU Q， LI P R， et al. Morphological change and tidal prism variation in the Lingdingyang， Zhujiang River Estuary［J］. Haiyang Xuebao， 2019， 41（1）： 98-107. （in Chinese）

15

刘沛然， 闻平， 周作付， 等. 珠江口伶仃洋滩槽发育演变影响因素的分析［J］. 台湾海峡， 2000， 19（1）： 119-124.

LIU P R， WEN P， ZHOU Z F， et al. Analysis of influencing factor on shoal and though development of Lingdingyang Bay at Zhujiang Estuary［J］. Journal of Oceanography in Taiwan Strait， 2000， 19（1）： 119-124. （in Chinese）

16

夏真. 珠江口内伶仃洋水下地形地貌特征［J］. 海洋地质与第四纪地质， 2005， 25（1）： 19-24.

XIA Z. Characters of underwater topography and geomorphology in inner Lingdingyang firth of the Pearl River （Zhujiang River） Estuary［J］. Marine Geology & Quaternary Geology， 2005， 25（1）： 19-24. （in Chinese）

17

乐培九. 伶仃洋滩槽演变及其发展趋势［J］. 水道港口， 2001， 22（2）： 73-79.

YUE P J. Processes and developing tendency of shoals and channels in Lingdingyang waters［J］. Journal of Waterway and Harbour， 2001， 22（2）： 73-79. （in Chinese）

18

谢梅芳， 张萍， 杨昊， 等. 珠江“伶仃洋河口湾-虎门-潮汐通道”的潮波传播特征［J］. 热带海洋学报， 2021， 40（4）： 1-13.

XIE M F， ZHANG P， YANG H， et al. Tidal wave propagation dynamics in Lingdingyang Bay-Humen outlet-tidal channel of the Pearl River［J］. Journal of Tropical Oceanography， 2021， 40（4）： 1-13. （in Chinese）

19

ROE P L. Approximate Riemann solvers， parameter vectors， and difference schemes［J］. Journal of Computational Physics， 1997， 135（2）： 250-258.

20

何杰， 辛文杰. 含有紊动黏性项浅水方程的数值求解［J］. 水利水运工程学报， 2010（3）： 95-100.

HE J， XIN W J. Numerical solution to the shallow water equation with diffusion motion［J］. Hydro-Science and Engineering， 2010（3）： 95-100. （in Chinese）

21

HUBBARD M E， GARCIA-NAVARRO P. Flux difference splitting and the balancing of source terms and flux gradients［J］. Journal of Computational Physics， 2000， 165（1）： 89-125.

22

何杰， 贾雨少， 辛文杰. 珠江三角洲河网及河口整体二维水流数学模型［C］//第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集. 北京： 海洋出版社， 2017： 1350-1355.

HE J， JIA Y S， XIN W J. A two-dimensional integrated hydrodynamic model for the river network and estuary of the Pearl River Delta ［C］// Proceedings of the 18th China Ocean and Coastal Engineering Academic Conference. Beijing：China Ocean Press， 2017： 1350-1355. （in Chinese）