長(zhǎng)江口南匯東灘水土資源開發(fā)布局研究及河勢(shì)影響預(yù)測(cè)＊

劉新成 盧永金 崔 冬

（上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院 上海 200061）

南匯東灘位于長(zhǎng)江口南槽南側(cè)邊灘，是長(zhǎng)江口攔門沙河段高含沙量區(qū)域之一，也是上海陸域不斷淤漲的岸段，其獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢(shì)和土地開發(fā)利用價(jià)值，一直是長(zhǎng)江口灘涂資源研究［1－5］和開發(fā)利用的重點(diǎn)區(qū)域，自上世紀(jì)九十年代浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的圈圍至海港新城的開發(fā)，至今已累計(jì)圈圍123.3km2，新建海堤56km，如圖1及表1所示。

圖1 南匯東灘已圈圍工程位置示意圖

表1 近15年南匯東灘圈圍造地一覽表

在南匯東灘上一輪開發(fā)建設(shè)后，本區(qū)域新一輪的開發(fā)利用面臨著新的形勢(shì)和要求。

本文旨在需求分析的基礎(chǔ)上，提出既能兼顧水土資源等多功能需求，又能盡快推進(jìn)整體開發(fā)進(jìn)程的總體布局及實(shí)施方式，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)總體布局的河勢(shì)影響進(jìn)行預(yù)測(cè)研究，以供統(tǒng)籌考慮本區(qū)域水土資源綜合開發(fā)利用與保護(hù)作參考。

本研究范圍自浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)外側(cè)自南匯匯角，總面積約200km2，如圖2。

1 需求分析

土地資源是上海最緊缺的自然資源，《上海市灘涂資源開發(fā)利用與保護(hù)“十一五”規(guī)劃》［6］明確，“十一五”期間規(guī)劃促淤278km2和圈圍142km2，以作為土地占補(bǔ)的重要基礎(chǔ)。但至2009年底，上海在長(zhǎng)江口中央沙、青草沙、橫沙東灘、崇明北沿和杭州灣奉賢南灘等區(qū)域共實(shí)施促淤180km2，圈圍113km2（其中圈圍成陸53km2），離規(guī)劃目標(biāo)仍有一定差距，因此為基本形成與上海經(jīng)濟(jì)社會(huì)相協(xié)調(diào)的灘涂資源開發(fā)利用與保護(hù)框架，仍需在有關(guān)區(qū)域加大促淤圈圍的力度，加快項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)程。而南匯東灘是自然淤漲、可發(fā)利用條件最好的區(qū)域，因此在此區(qū)域進(jìn)行促淤圈圍造地非常必要。本區(qū)的促淤圈圍在近期可滿足浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)東擴(kuò)的建設(shè)用地之需，還可作為臨港新城遠(yuǎn)期的備用地。

另外，初步研究［7］表明位于本區(qū)域中部的沒冒沙水域有淡水資源開發(fā)利用的條件，但該水域水質(zhì)和鹽度的連續(xù)實(shí)測(cè)資料系列還較短，區(qū)域附近有關(guān)污水排放口對(duì)水源地的影響還需深入評(píng)估。在沒有最終定論前，仍需將沒冒沙水域作為上海市備用水源地進(jìn)行控制，同時(shí)為同步觀測(cè)創(chuàng)造條件。

因此，新一輪南匯東灘水土資源開發(fā)總體布局與以往本區(qū)域開發(fā)利用布局在功能需求上的不同點(diǎn)在于，本次規(guī)劃既要兼顧土地資源的利用，又要考慮淡水資源開發(fā)；既要盡快推動(dòng)促淤造地的實(shí)施進(jìn)程，又要兼顧后期水源地建設(shè)的可能。

2 總體布局

本次總體布局的難點(diǎn)在于位于研究區(qū)域中部的沒冒沙水域的功能定位，如何將其作為可能的水源地加以規(guī)劃控制，同時(shí)又不影響上下游促淤圈圍工程的實(shí)施。分析現(xiàn)有條件可知，沒冒沙水域最終目標(biāo)現(xiàn)階段難以明確，能否成水庫及其合理成庫規(guī)模都受研究周期等多種因素制約，但為了不影響整個(gè)區(qū)域項(xiàng)目的推進(jìn)實(shí)施進(jìn)程，可兼顧后期成陸或成庫的雙重可能性，在不產(chǎn)生廢棄工程的前提下，考慮到其他區(qū)域造地對(duì)泥沙的大量需求，沒冒沙水域區(qū)可先促淤進(jìn)行攔蓄泥沙，待后期研究結(jié)論明確時(shí)，若圍區(qū)最終可全部或部分變?yōu)樗畮鞄靺^(qū)，則可疏浚庫區(qū)的淤積土方，用于緩解大規(guī)模圈圍成陸土源短缺的矛盾；若圍區(qū)最終成為圈圍成陸區(qū)，先期進(jìn)行的促淤工程又可大大降低后期的圈圍成陸成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)性。即按“挖淤成庫、填土成陸”的方式，則“進(jìn)可成庫、退則成陸”。按上述實(shí)施方式，沒冒沙水域可定位為圈水區(qū)，在后期可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)其功能轉(zhuǎn)換；同時(shí)圍區(qū)初步成形，還可利用自然實(shí)體進(jìn)行1∶1原型試驗(yàn)研究，滿足水源地觀測(cè)深化研究的需要。

沒冒沙水域以北區(qū)域，是浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)外側(cè)灘地。為了適應(yīng)上海航空快速發(fā)展的需求，浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)總體規(guī)劃進(jìn)行了修編，對(duì)原規(guī)劃四條跑道進(jìn)行了功能分類和分組，重新調(diào)整了跑道長(zhǎng)度，同時(shí)新增加第五條跑道，第五條跑道的建設(shè)需要建設(shè)用地，因此北部圈圍區(qū)宜作為機(jī)場(chǎng)備用地。

沒冒沙水域以南區(qū)域，是臨港新城外側(cè)灘地。考慮到臨港新城近期無進(jìn)一步外擴(kuò)用地的需要和臨水景觀及生態(tài)與濕地需求，此區(qū)域近期可定位為促淤圈圍和濕地培育保護(hù)區(qū)。

圖2 南匯東灘功能分區(qū)圖

因此，本區(qū)域按功能從北向南可分為三個(gè)功能區(qū)：一為浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)展用地圈圍區(qū)，位于浦東機(jī)場(chǎng)外側(cè)，江鎮(zhèn)河出口以南，薛家泓港以北；二為沒冒沙圈水區(qū)，位于薛家泓港以南、大治河出口以北區(qū)域；三為促淤圈圍和濕地培育保護(hù)區(qū)，位于大治河出口以南，南匯匯角以北區(qū)域。如圖2所示。

按此布局，既考慮了水源地保護(hù)與研究的需要，又不影響相關(guān)促淤圈圍工程的盡快實(shí)施；同時(shí)在不產(chǎn)生較大廢棄工程的前提下，將大治河延伸段以北的區(qū)域都作為圈水區(qū)，既有利于不同功能區(qū)的分隔，又減少協(xié)調(diào)和銜接的矛盾，也給后期水庫庫容的調(diào)整留有余地。

3 平面方案河勢(shì)影響論證

在功能分區(qū)的基礎(chǔ)上，在進(jìn)一步研究區(qū)域地形地貌、潮流波浪泥沙特性、工程地質(zhì)等建設(shè)條件基礎(chǔ)上，總體堤線平面布置基本沿－2～－3m線布置，在東南堤角局近－3.5m處與南側(cè)堤以小圓弧連接，同時(shí)在規(guī)劃北橫河口和現(xiàn)狀大治河口預(yù)留排水口門，如圖3所示。這樣主順堤與南槽水道主流向基本平行，同時(shí)也符合長(zhǎng)江口南側(cè)岸線向外推展、杭州灣北岸岸線向北推進(jìn)的演變趨勢(shì)。

圖3 南匯東灘圈圍總體堤線布置

在平面方案基礎(chǔ)上，本文通過潮流數(shù)學(xué)模型研究平面方案對(duì)周邊重要水域流場(chǎng)流態(tài)的改變，并結(jié)合河相關(guān)系的估算，綜合預(yù)測(cè)總體布局對(duì)河勢(shì)的影響。

3.1 水動(dòng)力模擬分析

采用 MIKE21Flow Model模型［8］建立如圖4范圍定床條件下考慮徑流和潮流作用的水動(dòng)力模型，經(jīng)實(shí)測(cè)資料率定［9］后進(jìn)行方案模擬計(jì)算。限于篇幅，本文僅列出模型范圍及工程周邊區(qū)域率定的部分成果，如圖4～圖6所示。

在率定后的流場(chǎng)基礎(chǔ)上，主要從南北槽分流比、臨近重要要涉水區(qū)流速流態(tài)的變化進(jìn)行了研究，主要為：

圖4 模擬范圍及測(cè)流點(diǎn)位圖

圖5 部分站位水位過程對(duì)比圖

圖6 部分站位的流速流向過程對(duì)比圖

（1）南北槽分流比。為研究總體方案對(duì)南北槽的影響，表2列出了工程實(shí)施后南北槽落潮分流比的變化情況。從中可知，在不考慮其它因素造成河床調(diào)整的條件下，方案實(shí)施后南槽落潮分流比略有0.2%的降低，北槽落潮分流比相應(yīng)略有增加。因此總體方案的實(shí)施對(duì)南北槽的落潮分流比影響較小，略增加了北槽的落潮分流比。

表2 總體方案實(shí)施前后南北槽落潮分流比變化

（2）南槽和北槽主泓流速。南槽航道（NC1～NC11測(cè)點(diǎn)）與北槽深水航道（BC1～BC9測(cè)點(diǎn)）采樣分析的計(jì)算結(jié)果如表3（工程前后流速采樣測(cè)點(diǎn)位置如圖7所示，下同）?？傮w方案實(shí)施后，南槽航道漲落急流速有所變化，變化幅度一般在0～0.2m／s之間。受南槽納潮量有所降低影響，南槽進(jìn)口段及上游流速有所降低，但工程岸線外側(cè)的南槽受斷面束窄影響，主泓流速都有所增加，有利于南槽航道發(fā)展。

對(duì)于北槽深水航道，總體方案實(shí)施后落急流速變化較小，變幅一般不超過1%；漲急流速有增有減，變率一般在0～6%之間，變幅一般在0～0.05m／s之間。可見，工程的實(shí)施對(duì)北槽深水航道無明顯不利影響。

表3 南槽、北槽及九段沙區(qū)域采樣測(cè)點(diǎn)工程前后極值流速變化率表

（3）九段沙南沿流速。九段沙（JDS1～JDS5測(cè)點(diǎn)）采樣分析的計(jì)算結(jié)果如表3?？傮w方案實(shí)施后九段沙南沿漲急流速有增有減，最大變率約15%；落急流速略有增加，最大增幅為4%，有可能會(huì)給九段沙南沿帶來一定程度的沖刷。但總體而言，工程后漲落急流速變化幅度一般不超過0.1m／s。

（4）杭州灣北沿流速。杭州灣北沿（HZW1～HZW4測(cè)點(diǎn)）采樣分析的計(jì)算結(jié)果如表4?？傮w方案實(shí)施后，杭州灣北岸東側(cè)近工程段局部漲落急流速有所增加，最大增幅為6%左右，流速最大增加了0.09m／s，但增加幅度由東向西逐漸減弱，這主要是工程后長(zhǎng)江口杭州灣在匯角的漲潮分流點(diǎn)及落潮匯流點(diǎn)東移，引起杭州灣北岸東側(cè)近工程段局部漲落急流速有所增加。

表4 杭州灣北沿、東海大橋及洋山附近工程前后極值流速變化率

（5）東海大橋沿線及洋山附近。東海大橋沿線（DHDQ1～DHDQ4測(cè)點(diǎn)）與洋山附近（YSG1～YSG3）采樣分析的計(jì)算結(jié)果如表4?？梢钥闯觯傮w方案實(shí)施后東海大橋沿線漲落急流速變化規(guī)律與杭州灣北岸類似，漲落急流速均略有增加，增幅在0.01～0.08m／s之間，變率一般在5%以內(nèi)?？梢姽こ虒?duì)東海大橋沿線水流影響不大，不會(huì)對(duì)東海大橋橋墩沖淤產(chǎn)生明顯影響。

洋山港附近水域流速略有降低，但降幅不大，僅為0～0.03m／s，變率為1%～2%，不會(huì)對(duì)洋山港區(qū)的流場(chǎng)流態(tài)帶來不利影響。

3.2 河相關(guān)系預(yù)測(cè)

表5 南槽斷面在本規(guī)劃布局實(shí)施前后的寬深比統(tǒng)計(jì)表

攔門沙河段河槽形態(tài)一個(gè)顯著特征是寬深比過大，治理措施之一就是通過工程措施束狹河槽，調(diào)整寬深比，增加水深，長(zhǎng)江口北槽深水航道工程即是一例。李九發(fā)等［10］通過收集南、北槽自1980－2004期間在深水航道治理工程前后的資料研究表明，北槽中段斷面（位置見圖3中B－B＇斷面）治理工程前以 表示的寬深比在19～27之間，而在治理工程后其值在17～21之間，有所減小，穩(wěn)定性有所增強(qiáng)。而南槽中段斷面的比值基本在41～57，攔門沙水道的河相關(guān)系很明顯。因此長(zhǎng)期以來南槽航道一直未進(jìn)行有效治理，水深也相對(duì)較淺。

而本規(guī)劃布局的實(shí)施，將有力束狹南槽南側(cè)邊界，將廣闊的水下淺灘固定，河槽本身河相關(guān)系也將改變，寬深比進(jìn)一步減小。如表5中所示，在南槽取兩斷面 （斷面位置見圖3），以現(xiàn)狀地形和規(guī)劃布局 （暫不考慮工程后斷面進(jìn)一步的刷深）統(tǒng)計(jì)其在圈圍前后的寬深比可知，圈圍前南槽中下段寬深比在25～36之間，圈圍工程實(shí)施后寬深比可降至17～23之間，因此本圈圍布局的實(shí)施有利于南槽向成形河槽轉(zhuǎn)化，提升河槽的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論與說明

（1）為滿足南匯東灘水土資源開發(fā)與保護(hù)的需要，自浦東機(jī)場(chǎng)外側(cè)至南匯匯角區(qū)域，按功能從北向南可分為浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)展用地圈圍區(qū)、沒冒沙圈水區(qū)和促淤圈圍及濕地培育保護(hù)區(qū)，此布局具有多功能開發(fā)與保護(hù)的效應(yīng)。

（2）沒冒沙圈水區(qū)按先促淤攔沙的方式實(shí)施圈水，其后既可挖淤成庫，也可填土成陸，可達(dá)到進(jìn)可成庫、退則成陸功能轉(zhuǎn)化的目的。同時(shí)還大大推動(dòng)了區(qū)域整體項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)程，不因水源地的繼續(xù)深化研究而延緩區(qū)域?yàn)┩抠Y源的開發(fā)進(jìn)程。

（3）徑流和潮流水動(dòng)力場(chǎng)模擬及河相關(guān)系預(yù)測(cè)表明，總體規(guī)劃布局順應(yīng)長(zhǎng)江口南槽的河勢(shì)、灘勢(shì)演變趨勢(shì)，工程對(duì)臨近區(qū)域的河勢(shì)及重大工程無明顯不利影響，還有利于南槽向成形河槽轉(zhuǎn)化，提高南槽的穩(wěn)定性，總體布局合理。

1 向衛(wèi)華，李九發(fā)，徐海根等 .上海市南匯南灘近期演變特征分析 ［J］.華東師范大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2003，（3）：49－55

2 陳沈良，張國(guó)安，谷國(guó)傳.長(zhǎng)江口南匯邊灘的演變及其沉積動(dòng)力機(jī)制 ［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2003，（4）：1－4

3 戴志軍，陳吉余，程和琴等 .南匯邊灘的沉積特征和沉積物輸運(yùn)趨勢(shì) ［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2005，14（6）：735－739

4 時(shí)連強(qiáng)，李九發(fā)，應(yīng)銘等 .長(zhǎng)江口沒冒沙演變過程及其對(duì)水庫工程的響應(yīng) ［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2006，15（4）：458－464

5 李九發(fā)，戴志軍 ，劉新成等 .長(zhǎng)江河口南匯嘴潮灘圈圍工程前后水沙運(yùn)動(dòng)和沖淤演變研究 ［J］.泥沙研究，2010，6（3）：31－37

6 上海市水務(wù)局 .上海市灘涂資源開發(fā)利用與保護(hù) “十一五”規(guī)劃，2006

7 上海實(shí)業(yè)集團(tuán) .南匯嘴控制工程和沒冒沙水庫規(guī)劃研究［R］.2005.12

8 DHI.MIKE FLOOD User Manual［M］.Copenhagen，Denmark：MIKE by DHI，2007

9 上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院 .南匯東灘水土資源綜合開發(fā)利用與保護(hù)研究 ［R］.2008

10 李九發(fā)等 .南匯嘴控制工程對(duì)河勢(shì)影響分析 ［R］.華東師范大學(xué)河口海岸科學(xué)研究院.2007