茅洲河口灘涂開發對洪潮及河勢的影響與對策研究

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(珠江水利科學研究院，廣東廣州510611)

河口海岸灘涂不僅是重要的后備土地資源，也是濕地資源的重要組成部分。國內外對沿海灘涂資源的開發由來已久，并隨著沿海地區的人口增長和經濟發展，對灘涂利用提出了更多需求[1-3]。可見，河口海岸灘涂的演變受到自然過程及人類活動的雙重作用，耦合著不同級次的正負反饋過程。因此灘涂資源的合理開發利用和有效管理，對于促進經濟社會可持續發展，保障防洪安全、維護河口河勢穩定和保護生態環境等方面具有十分重要的意義[4]。

灘涂區域的圍填開發改變了局地的水文和沉積環境，進而對區域的防洪、河床沖淤和河勢穩定等產生影響，因此引起相關的研究關注，以獲得合理的規劃，使開發利用活動對灘涂演變的影響可控[5-8]。在珠江河口地區岸線、灘涂的開發利用中，也明確提出了必須樹立“防洪優先”的觀念，維護河勢穩定，保障岸線及灘涂資源的可持續利用[9]。從20世紀90年代至今，珠江河口的灘涂開發利用活動和影響研究一直備受關注[10-12]。

為緩解土地與社會發展的矛盾，基于深圳市海洋新興產業基地項目，深圳市擬對近岸灘涂進行開發，開發區域位于伶仃洋東灘、茅洲河出口。在此背景下，研究項目對珠江口伶仃洋和相鄰茅洲河行洪納潮、河勢穩定的影響顯然十分必要。

1 基本情況

1.1 區域概況

伶仃洋平面上呈北北西—南南東走向的喇叭形，是珠江最大的河口灣。灣內匯集了珠江八大口門中的東部4個口門——虎門、蕉門、洪奇門和橫門，接納東江、流溪河全部及北江大部分、西江部分來水。伶仃洋水下地形存在“兩槽三灘”格局，即東槽和西槽，東灘、中灘和西灘，總的變化趨勢是西灘向東南方向擴展，中灘向東淤長，東灘向西略有擴展，深槽向東漸淤，并有下移趨勢。

規劃區位于伶仃洋東岸、茅洲河出口左岸下游。茅洲河出口斷面上游1.5 km處河寬約270 m，至出口斷面放寬至700 m，口外主槽偏南布置，底高程低于-3 m，出口西北側為大范圍淺灘，頂高程在-1.5 m以下。

1.2 規劃方案布置

在不超出茅洲河河口控制線的基礎上，考慮現狀地形、已有灘涂控制性規劃、利于泄洪納潮等角度擬定了3個比選方案，見圖1。

方案1：北端從廣深沿江高速外緣開始，往西南方向基本沿茅洲河河口右側-2 m等高線，往南走基本沿-3.5 m等高線直至深圳寶安綜合港區一期工程，圍填面積為8.06 km2。方案2：北端從廣深沿江高速外緣開始，往西南方向基本沿茅洲河河口右側-2 m等高線，往南走基本沿-3 m等高線直至深圳寶安綜合港區一期工程，圍填面積為7.44 km2。方案3：北端從廣深沿江高速外緣開始，往西南方向走基本沿茅洲河出口-3 m等高線，往南走基本沿-2.5 m等高線直至深圳寶安綜合港區一期工程，圍填面積為6.65 km2。

1.3 研究方法

數學模型具有簡便快速、前瞻可控的特點，在多方案比選研究中具有明顯的優勢，也是本次研究的主要技術手段。研究采用的一、二維聯解潮流、泥沙數學模型已在珠江河口的多個項目中進行驗證和應用，其中較大型的規劃項目有深圳市大小鏟島港區規劃[13-14]。

1.3.1研究范圍

一維數學模型研究范圍：包括東、西、北江三角洲網河區、廣州水道、潭江水道及茅洲河等，模擬河道長度約1 765 km，其中茅洲河上游延至距河口約15 km。二維數學模型研究范圍：包括伶仃洋淺海區、大亞灣、大鵬灣、香港水域、深圳灣、澳門淺海區、磨刀門淺海區，模擬水域面積約6 514 km2。

一、二維模型聯解點設在虎門的大虎斷面、蕉門的南沙斷面、洪奇門的馮馬廟斷面、橫門的橫門斷面、磨刀門的燈籠山站斷面以及茅洲河排澇河口下游約0.7 km處的河道斷面。聯解模型是使連接斷面處滿足以下條件：一維斷面的水位、流量和泥沙通量與二維各節點的平均水位、積分流量和泥沙通量相等。

1.3.2計算方法

一維水流連續性方程和運動方程的離散采用Preissmann四點偏心隱式差分格式;對流擴散方程先按差分格式離散，對流項采用迎風差分格式, 其余用中心差分格式。二維模型采用曲線網格模擬研究區域,借助ADI法離散基本方程，基本方程組離散格式的求解采用追趕法進行。

1.4 模型驗證

驗證內容包括聯解模型的水沙驗證和二維模型的水沙驗證、河床沖淤驗證。詳細的驗證內容見相關研究報告[13,15]，在此僅介紹交椅灣內規劃開發方案附近河床沖淤驗證的成果，驗證區域分布見圖2?？紤]年內的洪、枯變化，河床沖淤驗證選取代表性的洪、枯水文條件，即“99·7”中水和“2001·2”枯水，驗證范圍內的誤差統計見表1。

表1 規劃區附近河床沖淤驗證誤差統計

計算結果表明，規劃區附近處于沖淤基本平衡的微淤態勢，實測地形資料統計年均回淤厚度為0.043 m，模型計算結果為0.038，誤差為11.6%，滿足相關規范要求。可見，潮流泥沙數學模型的驗證是成功的，模型可以用于規劃方案的計算研究。

2 方案比選論證

2.1 壅水影響

各規劃方案實施后，將占用茅洲河口主槽，縮窄茅洲河潮流通道面積，造成茅洲河口及其上游河道高、低潮位均出現壅高，潮差減??；距離規劃區較遠的口門和伶仃洋其他水域潮位則變化很小。百年一遇洪水下茅洲河高潮位抬升0.04～0.06 m在以內，相差不大；低潮位抬升則較明顯，方案1—3升幅依次為0.459、0.459、 0.352 m，方案1、2茅洲河低潮位壅高值在10 cm以上、方案3低潮位壅高值在6 cm以上的影響距離可至河道上游3 km范圍?？梢?，各方案都在不同程度上占用了茅洲河出口主槽，不利于茅洲河洪水宣泄，以方案1影響最大，方案3影響最小。

2.2 河勢影響

2.2.1流速

受茅洲河出口主槽被占、過流斷面束窄的阻流影響，茅洲河上游河道流速普遍減小；規劃圍墾區近岸及其下游水域，流速也主要表現為減??；而更多水流則往規劃區域西側、北側擠壓，這些水域則呈現流速增大趨勢。茅洲河流速最大減小值約0.20 m/s，規劃圍墾區西側水域流速最大增加值約0.50 m/s，寶安港區前沿水域流速變化值基本不超過0.05 m/s。由于各規劃方案占用水域面積與位置的不同，對流速的影響程度和范圍存在差異，流速變化等值線分布見圖3?？傮w來看，方案1占用水域面積最大，方案3占用最小，對流速的影響，方案1最大、方案2次之，方案3最小。

2.2.2流態

現狀下，茅洲河河口深圳側岸線自南至北由西北向偏轉為東北向，茅洲河漲落潮流在此形成彎道水流。規劃方案實施后，岸線進一步向西外擴，彎道水流的特征進一步凸顯。受規劃區岸線凸出的挑流作用，茅洲河落潮流和伶仃洋落潮流交匯點不同程度地往西和往北偏移。方案1西端點向西移動距離達750 m，對漲潮流的影響最大，漲急時刻漲潮流在慣性的作用下進一步向西北流動，繞過挑流點后，部分漲潮流東偏經茅洲河出口下游右側淺灘后上溯進入茅洲河；落潮時在岸線的挑流下，落潮流對伶仃洋東槽落潮流頂托作用較明顯。方案2西端點向西移動距離為490 m，對流態的影響較方案1顯著減?。环桨?西端點向西移動距離為280 m，變化相對較小(圖3)。各規劃方案實施導致的漲、落潮流態變化見圖4。

受規劃方案布置的影響，茅洲河出口主槽被占，河口區伶仃洋東岸灘涂被占，因此規劃區域附近水動力軸線總體呈向西北移動的趨勢，變化以方案1最大，方案2、3相對較小。

2.2.3潮量

灘涂開發規劃方案占用了茅洲河出口主槽和伶仃洋東側近岸水域，導致茅洲河口斷面和伶仃洋東部水域漲、落潮量都有所減小。茅洲河口3個方案落潮量最大減幅分別為3.54%、3.44%、2.65%，漲潮量最大減幅分別為2.86%、2.84%、2.26%。河口區規劃區域所處的龍穴島東斷面，3個方案落潮量最大減幅分別為0.63%、0.50%、0.35%，漲潮量最大減幅分別為0.71%、0.58%、0.41%。可見，對潮量的影響也是方案1最大，方案2次之，方案3最小。

2.2.4沖淤

灘涂開發方案實施前后區域的河床沖淤分布見圖5?？梢姡巹澐桨笇嵤┣?，茅洲河出口-3.0 m槽道全線貫通，主槽處于微沖態勢，主槽西北側的交椅灣淺灘呈現淤積趨勢。規劃方案實施后，因斷面水流動力強勁，茅洲河出口右側淺灘沖刷加劇；灘涂開發區近岸上段方案1和方案2下沖刷強度減弱，方案3下沖刷強度與現狀基本持平；中下段淤積加強，河口-3.0 m槽道消失。同時，茅洲河出口原近岸主槽輸沙通道被占用，更多水沙往主槽以西、以北的淺灘輸移，導致茅洲河口外西側的交椅灣淺灘淤強增加較為明顯，出現淤強為0.40 m/a淤積帶。在灘涂開發區域南段，圍墾區西側近岸流速減小，淤積也有所加強，因方案1西擴范圍最大，從而淤積帶也相對最為明顯。

并對茅洲河口附近進行分區(圖6)，統計各區域的沖淤變化，見表2。由表可見，規劃方案近岸區域下段(2區)淤積加強，現狀淤積強度為0.001 m/a，方案1、2、3實施后淤積強度分別為0.068、0.084、0.103 m/a；茅洲河出口北汊延伸段(6區)也呈現淤積加強的趨勢，方案1、2、3實施后淤積厚度分別為0.161、 0.159、 0.143 m/a； 茅洲河口北側淺灘(4、5區)淤積也有加強趨勢，各方案實施后淤積厚度分別為0.296、0.294、0.257 m/a。

總體上看，由于各規劃方案處于凹形灣弱流區，方案實施對茅洲河出口局部的河勢穩定有一定影響，但對伶仃洋水域的整體灘槽穩定影響不大。其中，方案1影響最大、方案2次之，方案3影響最小。

2.3 比選分析

各規劃方案都在不同程度上占用了茅洲河口主槽，造成潮位的壅升，不利于茅洲河泄洪。短期內新的主槽難以形成，為了確保茅洲河泄洪和排澇安全，在灘涂開發規劃實施的同時必須進行茅洲河河口整治。從對伶仃洋納潮量和流勢影響來看，方案1西側外緣線南段西拓最多，占用灘涂面積最大，對伶仃洋納潮量、茅洲河漲落潮流與伶仃洋東槽潮流交匯影響較大，對東槽落潮流形成一定頂托，不利于伶仃洋東槽的穩定；方案2、3對伶仃洋東槽的影響相對較小。從各方案對伶仃洋河勢穩定來看，方案2、3均可接受，但均存在茅洲河洪水位抬升的問題，需要進行茅洲河泄洪整治?？紤]到當地經濟發展的需要，提高灘涂開發利用效果，在整治措施可行的基礎上選擇方案2作為推薦方案。

3 對策方案及效應

根據比選論證結果，在灘涂開發利用的同時須進行茅洲河泄洪整治，因此灘涂開發綜合方案包含了灘涂開發利用方案2和泄洪整治方案。其中，泄洪整治方案如下：整治河長4.0 km，底高程-4.0 m，上游底寬150 m，下游底寬200 m，邊坡1∶7，上游端在廣深沿江高速附近與現有深槽平順銜接，下游端至-4 m等高線，見圖7。

模型計算結果表明，綜合方案實施后，茅洲河百年一遇洪水時高潮位最大壅高值僅為0.012 m，低潮位則從壅高轉為降低，表明新槽道能夠減小灘涂開發方案2單獨實施對茅洲河洪澇排泄的不利影響。從潮量變化來看，“2001·2”枯水條件下茅洲河口斷面漲、落潮量比現狀輕微增大，增幅為0～0.04%，說明新的主槽疏通后，能夠顯著減少灘涂開發利用方案對茅洲河納潮的影響，有利于維持茅洲河的水體交換能力。并模擬了開挖槽道的中期演變情況，時間尺度為5 a。計算結果表明，綜合方案實施5 a后，整治槽道淤積量不大，上段仍有所沖刷，中下段淤積，5 a后累積淤厚約0.215 m，總體上5 a后新開主槽平均高程仍低于-3.5 m，并基本達到穩定狀態。可見，新開槽道能夠保持穩定。

整體來看，包括灘涂開發利用和泄洪整治措施的綜合方案實施對茅洲河泄洪、納潮影響很小，流速、流態影響集中在規劃區域西側水域，對其他水域影響較小，同時新開槽道也較穩定。說明結合開展茅洲河河口整治，對近岸的灘涂開發是可行的。

4 結語

本研究基于潮流泥沙數學模型，預測了深圳市海洋新興產業基地項目茅洲河口灘涂開發利用對區域泄洪納潮和灘槽穩定的影響。鑒于灘涂開發規劃方案的不利影響較大，必須同時開展茅洲河河口整治。研究提出了初步的河口泄洪整治措施，結合該措施，推薦了可行的灘涂開發利用方案。規劃區域處于茅洲河下泄流與伶仃洋潮流的交匯地帶，潮流泥沙動力環境較為復雜。為了指導茅洲河有序延伸，穩定茅洲河河口河勢，有必要進一步完善茅洲河河口泄洪整治規劃；并開展灘涂綜合開發方案實施前后的水文、地形觀測，以掌握茅洲河河口灘槽演變的未來變化趨勢及開發方案對河口防洪、河勢穩定的實際影響，為區域灘涂資源的可持續開發利用提供基礎研究資料。