長(zhǎng)江口不同河段近期河床演變特點(diǎn)及礙航特性分析*

趙德招 ，劉 杰 ，張俊勇 ，2，程海峰

（1.上海河口海岸科學(xué)研究中心河口海岸交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201201；2.交通運(yùn)輸部長(zhǎng)江口航道管理局，上海200003）

長(zhǎng)江口航道是長(zhǎng)江黃金水道的咽喉，是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)全局的水上運(yùn)輸通道，戰(zhàn)略地位非常重要。長(zhǎng)江口深水航道治理三期工程已于2010年3月14日通過(guò)交通運(yùn)輸部組織的交工驗(yàn)收，長(zhǎng)達(dá)92.2 km的南港北槽12.5 m深水航道全線(xiàn)貫通，正式進(jìn)入試通航期。隨著長(zhǎng)江口深水航道治理工程的實(shí)施和長(zhǎng)江沿岸經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，長(zhǎng)江航運(yùn)日趨繁忙，長(zhǎng)江口12.5 m深水航道向上延伸的要求愈加迫切。同時(shí)，沿岸港口吞吐量和船舶數(shù)量大幅增加，船舶大型化趨勢(shì)明顯，部分航段的通航壓力變大，長(zhǎng)江口豐富的航道資源也有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)。

近年來(lái)隨著上游來(lái)水來(lái)沙條件的改變，流域內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)的加劇，尤其部分重大水利工程的建設(shè)，長(zhǎng)江口邊界條件發(fā)生了新的變化，相應(yīng)河勢(shì)也進(jìn)入了新的變化期，已對(duì)長(zhǎng)江口航道產(chǎn)生了一定程度的影響。盡管前人對(duì)長(zhǎng)江口歷史演變規(guī)律做過(guò)很多分析工作，也取得了豐富的研究成果［1-5］，但近期長(zhǎng)江口河勢(shì)變化及礙航特性的研究工作較少，也缺乏系統(tǒng)的總結(jié)和分析。本文旨在前人研究成果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)長(zhǎng)江口不同河段近期河床演變特點(diǎn)及礙航特性進(jìn)行分析討論，其研究結(jié)果可為長(zhǎng)江口深水航道系統(tǒng)治理、長(zhǎng)江口綜合整治開(kāi)發(fā)等工程決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 河勢(shì)及航道現(xiàn)狀概況

長(zhǎng)江口是豐水多沙、中等強(qiáng)度潮汐的三角洲分汊河口，上起徐六涇，下訖入?？?。經(jīng)過(guò)兩千多年的自然演變和區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)的影響，長(zhǎng)江口河道已演變?yōu)槿?jí)分汊、四口入海的喇叭狀平面形態(tài)。徐六涇節(jié)點(diǎn)形成以后，徐六涇以下的長(zhǎng)江河口已成為相對(duì)獨(dú)立的大系統(tǒng)［1-3］，同時(shí)由于受較強(qiáng)的潮汐與徑流共同作用，徐六涇以下的南、北支，南、北港，南、北槽各入海汊道之間及上、下游之間的水沙運(yùn)動(dòng)及河床沖淤變化明顯存在復(fù)雜的關(guān)系。

長(zhǎng)江口區(qū)域水道眾多，航道資源豐富（表1），現(xiàn)有主要航道包括主航道（由南支航道、南港航道和南港北槽航道組成）、南槽航道、白茆沙北航道、寶山南航道、外高橋沿岸航道、寶山支航道等；還有北支水道、北港水道、新橋水道、長(zhǎng)興水道、橫沙通道等可通航水道。其中，除主航道為有確定維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的人工航道外，其余各航道均為自然水深航道或由企業(yè)維護(hù)的進(jìn)出港航道。

表1 長(zhǎng)江口主要航道現(xiàn)狀Tab.1 Current situation of the Yangtze Estuary waterway

2 近期河床演變特點(diǎn)分析

長(zhǎng)江口河床演變主要受泥沙條件（流域來(lái)沙量及組成）、動(dòng)力條件（徑流、潮汐潮流和波浪等）和河床邊界條件（河床質(zhì)和岸線(xiàn)變化）等因素的控制。近期長(zhǎng)江流域來(lái)沙條件發(fā)生一定變化（來(lái)沙量減少、懸沙粒徑變細(xì)），未來(lái)長(zhǎng)江發(fā)生大洪水的可能性較小（除三峽以下流域集中降雨外），長(zhǎng)江口岸線(xiàn)的人工控制作用逐漸增強(qiáng)（航道治理、港口碼頭和促淤圈圍等涉水工程陸續(xù)實(shí)施），因此長(zhǎng)江口河床大幅沖淤變化、主汊道大范圍擺動(dòng)的可能性已明顯減弱，長(zhǎng)江口整體河勢(shì)的穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，這為航道的治理開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。但另一方面，長(zhǎng)江口河床演變主要表現(xiàn)為固定岸線(xiàn)范圍內(nèi)的局部灘槽沖淤變化，且受長(zhǎng)江流域來(lái)沙減小的影響，河口河道內(nèi)洲灘沖刷，灘槽演變加?。?-7］，局部河勢(shì)和航道的穩(wěn)定性變差，增加了航道治理的必要性和緊迫性。

2.1 南、北支河段

2.1.1 南支河段

徐六涇河段上起徐六涇標(biāo)斷面，下至白茆河口，整體呈平面放寬型。近十年來(lái)，由于上游狼山沙不斷下移西偏，通州沙東水道—狼山沙東水道主泓持續(xù)坐彎，使得徐六涇進(jìn)口段主流動(dòng)力略向南偏，深泓穩(wěn)定在南岸。但蘇通大橋以下的中段河寬束窄，河段內(nèi)的主流軸線(xiàn)近年來(lái)則較為穩(wěn)定，從河床演變的傳遞效應(yīng)來(lái)看，該河段上游的河勢(shì)變化對(duì)徐六涇以下河段的河床演變已無(wú)明顯直接影響。但其出口段由于河道寬度較大，水流出徐六涇仍存在較大的擺動(dòng)空間，可能影響出口段和白茆沙河段的局部河勢(shì)變化及航道水深。

白茆沙河段位于白茆河口和七丫口之間，屬典型的江心洲分汊河型。1998年、1999年大洪水以后，白茆沙沙頭持續(xù)沖刷后退，沙體縮?。话总馍衬纤肋M(jìn)口段由于河寬較大，主泓在平面上仍有一定擺幅空間；白茆沙南水道沖刷發(fā)展，北水道進(jìn)口段淤淺明顯，白茆沙南、北水道“南強(qiáng)北弱”態(tài)勢(shì)仍在持續(xù)發(fā)展。近十年來(lái)，伴隨著上游白茆沙河段局部河勢(shì)的不利變化，加之南岸岸線(xiàn)外推，南支落潮主流出七丫口后略向北偏，上扁擔(dān)沙南沿受沖，南支中段主槽（七丫口—瀏河口）因此北拓，深泓大幅淤淺，這些變化趨勢(shì)不利于南支南側(cè)深槽和航道的穩(wěn)定。

南支從瀏河口以下進(jìn)入南北港分汊口河段，該河段多灘多汊，水沙動(dòng)力條件較為復(fù)雜，分流汊道沖淤多變，是歷史上穩(wěn)定性較差的河段。2007年以后新瀏河沙護(hù)灘及南沙頭通道限流潛堤工程、中央沙圈圍及青草沙水庫(kù)工程實(shí)施以后，南北港分流口河勢(shì)總體得到初步控制，新瀏河沙及中央沙沙頭沖刷后退趨勢(shì)得到有效遏制，南沙頭通道由沖刷發(fā)展轉(zhuǎn)為淤積態(tài)勢(shì)，寶山南、北水道航道條件明顯有所改善。與此相應(yīng)，下扁擔(dān)沙南沿“上沖下淤”，新橋通道縮窄沖深，新瀏河沙包尾部持續(xù)淤漲下移等局部河勢(shì)不利變化仍存在，對(duì)長(zhǎng)江口深水航道開(kāi)發(fā)利用和青草沙水庫(kù)圍堤安全產(chǎn)生潛在威脅。

2.1.2 北支河段

北支平面形態(tài)彎曲，自上而下呈喇叭狀河型，1959年以后開(kāi)始出現(xiàn)水沙倒灌現(xiàn)象，北支分流比長(zhǎng)期維持在5.0%以?xún)?nèi)，漲潮流占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，一系列護(hù)岸、圍墾工程等人類(lèi)活動(dòng)對(duì)北支河道演變的影響極其深刻［8-9］。北支進(jìn)口段的圍墾和沿岸的人工護(hù)岸，改善了北支的入流條件，基本形成了北支上段崇明側(cè)為凸岸、青龍港—大新港側(cè)為凹岸的河勢(shì)格局，北支上段河勢(shì)基本穩(wěn)定。北支中下段的圍墾縮窄及北側(cè)護(hù)岸工程促使河道寬度縮窄的同時(shí)，一定程度上減少了北支進(jìn)潮量，河槽容積沖刷擴(kuò)大，促進(jìn)了北岸沿岸深槽的穩(wěn)定和發(fā)展，為北支航道的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了有利條件。但由于強(qiáng)勁的漲潮流動(dòng)力，漲落潮流路的分歧以及南北支會(huì)潮區(qū)的變動(dòng)等復(fù)雜動(dòng)力因素存在，北支河道內(nèi)部分水域主流擺動(dòng)頻繁（如崇頭至青龍港水域、三和港水域）、局部灘槽沖淤多變的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，局部河勢(shì)及航槽穩(wěn)定性仍然較差。

2.2 南、北港河段

2.2.1 南港河段

南港河段屬?gòu)?fù)式河槽形態(tài)，瑞豐沙位于河道中央，其南是南港主槽（以落潮動(dòng)力為主），其北是長(zhǎng)興水道（漲潮流占優(yōu)）。20紀(jì)90年代后期開(kāi)始，受局部河勢(shì)變化和人工無(wú)序采砂的影響，瑞豐沙沙嘴中部竄溝發(fā)育并持續(xù)擴(kuò)大，瑞豐沙沙體8 m線(xiàn)斷開(kāi)，下沙體持續(xù)變小，整體河槽形態(tài)由W型復(fù)式向單一U型演變。與此相應(yīng)，南港主槽深泓北偏、深槽上提，外高橋碼頭前沿水深普遍淤淺，長(zhǎng)興水道下段（馬家港斷面以下）明顯沖刷發(fā)展。同時(shí)瑞豐沙中下部沙體和長(zhǎng)興水道下段沖刷的泥沙直接進(jìn)入北槽，增加了航道泥沙來(lái)源，影響了深水航道的穩(wěn)定性。

2.2.2 北港河段

北港上承新橋通道、新橋水道，下經(jīng)攔門(mén)沙河段入海，以崇明團(tuán)結(jié)沙水閘、橫沙為界，可分為北港主槽河段和攔門(mén)沙河段。北港當(dāng)前河勢(shì)是隨著20世紀(jì)80年代新橋通道的形成而逐漸形成的。近十年來(lái)，尤其2007年青草沙水庫(kù)工程實(shí)施以后，北港主槽穩(wěn)定性總體有所增強(qiáng)，但長(zhǎng)江大橋以上的主槽深泓仍有一定擺幅空間，可能對(duì)大橋主通航孔的穩(wěn)定不利；堡鎮(zhèn)沙中上部沙體南沿受沖，中部竄溝也有所沖刷發(fā)展，堡鎮(zhèn)沙尾持續(xù)淤漲下移；青草沙水庫(kù)北堤外側(cè)河床呈“上沖下淤”態(tài)勢(shì)，尤其北堤中上段沖刷較為明顯。

北港攔門(mén)沙河段總體上比較順直，平面向外海逐漸展寬。近十年來(lái)，攔門(mén)沙淺段河床總體較為穩(wěn)定，最淺灘頂水深變化不大（基本維持在6.0 m左右），特別是北槽北導(dǎo)堤和橫沙東灘促淤圈圍工程建設(shè)以后，攔門(mén)沙河段的南邊界條件得到改善，減少了北港與北槽之間的水沙交換，河勢(shì)穩(wěn)定性增強(qiáng)。同期，崇明淺灘竄溝（也稱(chēng)北港北汊）有所沖刷發(fā)展，對(duì)北港河勢(shì)格局的穩(wěn)定不利；北港北沙總體較為穩(wěn)定，但其沙尾東南方向略有淤漲。

2.3 南、北槽河段

2.3.1 北槽河段

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期論證，選擇長(zhǎng)江口自然條件較優(yōu)的北槽先行航道開(kāi)發(fā)和治理，并于1998年開(kāi)始實(shí)施長(zhǎng)江口深水航道治理工程。工程實(shí)施以來(lái)，由于導(dǎo)堤、丁壩工程的興建和上游南北槽分汊口的治理，北槽的水流流態(tài)由旋轉(zhuǎn)流變成了典型的往復(fù)流，水流條件得到較大改善，北槽南北邊界條件得到較好固定，河勢(shì)穩(wěn)定性增強(qiáng)，為航道的加深奠定了基礎(chǔ)。從河床沖淤調(diào)整情況看，北槽總體上呈現(xiàn)整治段主槽河床沖刷、丁壩壩田淤積的特點(diǎn)，河勢(shì)總體穩(wěn)定，主槽刷深，航道整治效果良好。

2.3.2 南槽河段

1998年起長(zhǎng)江口深水航道治理工程的建設(shè)，在穩(wěn)定南北槽分汊口河勢(shì)、改善南槽上口水流條件的同時(shí)，穩(wěn)定了江亞南沙，封堵了江亞北槽，使南槽上口成為單汊河道。近年來(lái)，南槽上段主槽由于分流量的增加出現(xiàn)一定程度的沖刷，其深槽位置明顯下移，攔門(mén)沙6 m淺段長(zhǎng)度略有縮短，灘頂水深也有所淤淺。但2005年以后南槽中下段主槽沖淤基本平衡，深泓比較穩(wěn)定，攔門(mén)沙灘頂水深維持在5.5 m左右。近十年來(lái)，九段沙0 m以上高灘淤漲明顯，2 m以下中低灘面總體變化不大［10］，且其南沿沙體沖淤多變；江亞南沙整體淤漲下延，其沙尾呈現(xiàn)不斷向南槽航道方向淤積的態(tài)勢(shì)；南匯邊灘總體向主槽方向淤漲，但隨著近年上游來(lái)沙減少，其淤漲速率有所放緩。

2.4 長(zhǎng)江口總體河勢(shì)演變?cè)u(píng)價(jià)

河勢(shì)穩(wěn)定是航道開(kāi)發(fā)利用的基礎(chǔ)。整體而言，近十年來(lái)，隨著上游大洪水發(fā)生幾率降低和長(zhǎng)江口兩岸岸線(xiàn)固定等邊界條件逐步改善，長(zhǎng)江口“三級(jí)分汊、四口入?！钡目傮w河勢(shì)較為穩(wěn)定。另一方面，長(zhǎng)江口多數(shù)河段尚未得到有效控制，主要的灘槽仍處于自然沖淤狀態(tài)，局部河段河勢(shì)演變較為復(fù)雜劇烈，如白茆沙沙頭沖刷后退、南支中段深槽北拓淤淺、扁擔(dān)沙南沿上沖下淤、瑞豐沙中部竄溝沖刷發(fā)展、江亞南沙沙尾不斷向南槽航道方向淤積等，影響了河勢(shì)和航道穩(wěn)定性，制約了航道資源的開(kāi)發(fā)和利用。

3 礙航特性分析

在近期河床演變特點(diǎn)及其變化趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合長(zhǎng)江口航道發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)（表2）［11-13］，從航道水深、寬度、走向及穩(wěn)定性等指標(biāo)，進(jìn)一步分析長(zhǎng)江口各河段的礙航特性。

表2 長(zhǎng)江口航道發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)Tab.2 The Yangtze Estuary waterway development planning

主航道自上而下途經(jīng)南支河段、南港河段和北槽河段。南港北槽12.5 m深水航道已全線(xiàn)貫通，主要礙航段集中在南支河段。目前南支航道條件較好，12.5 m深槽基本貫通，但大多數(shù)水域水下淺灘尚未得到有效的人工控制，白茆沙、扁擔(dān)沙、新瀏河沙包等沙體活動(dòng)性大，白茆沙南水道進(jìn)口段主泓擺幅空間較大、白茆沙南北水道“南強(qiáng)北弱”態(tài)勢(shì)仍在持續(xù)發(fā)展、南支中段深槽北拓淤淺等局部河勢(shì)變化較為顯著，航槽穩(wěn)定性總體較差。此外，寶山北水道下段、白茆沙南水道錢(qián)涇口水域等部分航段航道寬度略顯不足，白茆沙南水道進(jìn)口段12.5 m深槽走向較為彎曲。總的來(lái)說(shuō)，這些不利因素已經(jīng)成為長(zhǎng)江口12.5 m深水航道向上延伸的制約條件。此外，主航道所在的南港河段盡管12.5 m深水航道已試通航（人工維護(hù)），但是瑞豐沙中部串溝發(fā)展、下沙體的沖刷，南港主槽深泓北偏、深槽上提等局部河勢(shì)不利變化，也影響了南港深水航道的穩(wěn)定性和水深維持。

北港航道的主要卡口在攔門(mén)沙淺段，10 m以淺淺段長(zhǎng)約45 km，最淺灘頂水深約6 m。北港主槽段由于河寬較大，深泓仍有擺幅空間，新橋通道沖深縮窄，堡鎮(zhèn)沙南沿及中部竄溝受沖、沙尾淤漲下移，這些局部河勢(shì)不利變化將直接威脅航槽及長(zhǎng)江大橋主通航孔的穩(wěn)定。此外，北港進(jìn)口段（新橋通道）10 m深槽緊貼中央沙圍堤，部分10 m航槽寬度不足300 m。

南槽航道的主要礙航問(wèn)題也是口外攔門(mén)沙，8 m以淺淺段長(zhǎng)約40 km，最小灘頂水深僅5.5 m左右。同時(shí)江亞南沙沙尾不斷向南槽航道方向淤積、九段沙南沿沖淤多變等局部河勢(shì)不利變化，也影響了南槽航道的穩(wěn)定性。

北支航道歷年來(lái)自然水深條件較差，目前北支海門(mén)港—三條港之間的水域水深僅在2 m左右，三條港以下水深約5 m。受強(qiáng)勁的漲潮動(dòng)力和兩岸涉水工程等諸多因素的影響，北支河床沖淤?gòu)?fù)雜多變，部分水域深泓擺動(dòng)頻繁，局部河勢(shì)及航槽穩(wěn)定性較差。此外，北支口外也存在較長(zhǎng)區(qū)段的攔門(mén)沙水域，最小灘頂水深約5 m。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 主要結(jié)論

（1）長(zhǎng)江口總體河勢(shì)演變表明，近期隨著長(zhǎng)江流域來(lái)沙減少和變細(xì)，未來(lái)長(zhǎng)江發(fā)生大洪水的幾率降低，長(zhǎng)江口岸線(xiàn)的人工控制作用逐漸增強(qiáng)，長(zhǎng)江口河床大幅沖淤變化、主汊道大范圍擺動(dòng)的可能性已明顯減弱，長(zhǎng)江口整體河勢(shì)的穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，為航道的治理開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，長(zhǎng)江口河床演變主要表現(xiàn)為固定岸線(xiàn)范圍內(nèi)的局部灘槽沖淤變化，局部河勢(shì)和航道的穩(wěn)定性有待加強(qiáng)，增加了航道治理的必要性和緊迫性。

（2）近期河床演變特點(diǎn)分析表明，長(zhǎng)江口多數(shù)河段尚未得到有效的人工控制，白茆沙、扁擔(dān)沙、瑞豐沙、堡鎮(zhèn)沙等沙體活動(dòng)性大，主要分流汊道仍處于自然沖淤狀態(tài)，局部河段河勢(shì)演變較為復(fù)雜，影響了河勢(shì)和航道穩(wěn)定性。

（3）礙航特性分析表明，近年來(lái)長(zhǎng)江口多數(shù)河段的局部河勢(shì)不利變化造成航槽穩(wěn)定性較差，北港攔門(mén)沙淺段、南槽攔門(mén)沙淺段和北支中上段等部分航段水深較淺，寶山北水道下段、白茆沙南水道錢(qián)涇口水域等航道寬度略顯不足，制約了航道資源的開(kāi)發(fā)利用。

4.2 建議

（1）目前徐六涇以下的河口段已形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立、且各汊道內(nèi)部之間又互為影響的大系統(tǒng)，在制定有關(guān)長(zhǎng)江口水土與航道資源開(kāi)發(fā)利用決策時(shí)，應(yīng)將徐六涇以下的長(zhǎng)江河口作為一個(gè)整體，進(jìn)行系統(tǒng)、綜合的認(rèn)識(shí)與考慮。

（2）長(zhǎng)江口航道是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全建設(shè)全局的運(yùn)輸通道，戰(zhàn)略地位十分重要。目前長(zhǎng)江口多數(shù)河段尚未得到有效的控制，不同河段局部河勢(shì)的不利變化仍較為明顯，為充分利用長(zhǎng)江口深水航道資源、加快推進(jìn)長(zhǎng)江口航道建設(shè)，迫切需要以2008年國(guó)務(wù)院正式批復(fù)的《長(zhǎng)江口綜合整治開(kāi)發(fā)規(guī)劃》為總體指導(dǎo)原則，根據(jù)長(zhǎng)江口各河段河勢(shì)演變情況和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，進(jìn)一步明確和掌握長(zhǎng)江口深水航道治理基本原則與思路，提出科學(xué)合理的工程布置方案。

（3）鑒于長(zhǎng)江口不同河段河床沖淤變化的復(fù)雜性，建議加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)水沙及地形觀測(cè)和分析工作，更好地為長(zhǎng)江口航道治理、河勢(shì)控制以及其他水資源開(kāi)發(fā)利用等涉水工程決策提供科學(xué)依據(jù)。

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