長江下游通州沙西水道整治工程效果分析*

朱巧云，劉傳杰，劉桂平，喬紅杰

(長江水利委員會，水文局長江口水文水資源勘測局，上海 200136)

通州沙西水道是張家港市境內長江河道的重要組成部分。為了維護通州沙汊道的河勢穩定，保障張家港市防洪安全，根據《長江流域綜合規劃》《長江中下游干流河道治理規劃報告》以及《長江澄通河段河道綜合整治規劃》確定的治理思路，綜合河道現狀、演變規律以及以往類似工程的經驗[1]，2011—2016年對通州沙西水道開展了河道整治工程。由于整治工程規模大、涉及內容多、施工周期長，所以國內許多學者開展了大量研究：徐華等[2]利用2012年之前的實測資料研究分析通州沙沙體演變特性和變化成因；譚倫武等[3]采用二維數學模型研究通州沙水道洲灘關鍵控制工程的方案，并預測工程后的演變規律；吳道文等[4]利用潮流泥沙模型給出西水道整治優化工程推薦方案，并采用動床模型試驗研究通州沙航道的回淤情況；陳前海等[5]利用數學模型和物理模型試驗提出規劃治理目標與規劃總體方案，并分析總體方案及已實施規劃方案的治理效果與相關影響等。這些研究成果為通州沙河段河道整治工程提供了相關技術參考。本文利用2011—2016年工程從施工至完工期間跟蹤監測的水文、地形資料，分析河道演變出現的新變化以及整治工程效果，為后續工程的實施和運行維護提供科學依據。

1 河勢概況

通州沙河段位于長江口澄通河段下段，上起十三圩，下至徐六涇，全長約39 km。通州沙河段為暗沙型分汊河道，江中通州沙、狼山沙、新開沙以及鐵黃沙等沙洲發育，營船港以上為通州沙東水道上段、通州沙西水道上段兩汊分流的格局，以下為新開沙夾槽、東水道下段、西水道下段及福山水道四汊分流的格局，四股水流匯合后，偏靠南岸進入長江口河段。長期以來，通州沙灘面串溝縱橫，從而導致西水道上段水流分散，落潮時進入西水道的部分水流通過通州沙上段串溝分流至東水道或灘面，致使西水道中段落潮量減少。漲潮時漲潮流沿西水道主槽上溯，其中一部分擴散到通州沙灘面，另外一部分貼南岸上溯，致使西水道上、中段主槽水流分散，加上漲落潮流路不一致，四干河—六干河區域形成淺區，-5 m槽不能貫通。同時，六干河近岸區域形成1個長條形沖刷坑，該沖刷坑自形成后一直在不斷刷深和擴大。為了改善西水道水域條件，2011—2016年間在不影響總體河勢穩定、防洪(潮)安全以及兩岸國民經濟設施運行的前提下，對西水道河道進行了綜合整治。

2 整治工程布置及預期

2.1 工程布置

通州沙西水道整治工程于2011年12月開工建設，2016年1月完工。整治工程主要包括西水道南岸邊灘整治工程、通州沙右緣及頭部潛堤工程、中上段采砂疏浚工程(圖1)。考慮到工程建設投資規模較大、施工復雜，本工程分3期實施：一期工程于2011年12月開工，對西水道淺區進行疏浚，疏浚采砂后河床底高程為-8 m，并利用疏浚棄土實施南岸邊灘圍區Ⅴ岸線調整工程，2012年9月完工；2012年4—7月實施通州沙右緣潛堤工程。二期工程于2012年12月開工，繼續對西水道淺區進行疏浚，疏浚后河床底高程達-12～-10 m，并利用疏浚棄土實施完成南岸邊灘Ⅲ、Ⅳ圍區，2013年12月完工。三期工程于2013年12月開工，繼續疏浚西水道淺區每年回淤的泥沙，保持-12 m的維護河槽底高程，視南岸邊灘變化趨勢以及開發利用需求，利用清淤棄土逐步實施完成南岸邊灘Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ圍區，2016年1月完工。

圖1 通州沙西水道整治工程布置

2.2 工程預期

西水道的整治方案研究是在兼顧澄通河段總體治理要求的前提下，圍繞提高通州沙西水道中段主槽漲落潮流量、增大通州沙西水道淺區段主槽流速，使漲落潮流路歸一，從而達到刷深河槽、改善西水道水域條件的思路展開的。主要工程預期如下：1)西水道南岸邊灘整治工程以達到束水歸槽、增加漲落潮水流動力、刷深河槽為目的。2)通州沙右緣上段潛堤工程目的之一是堵塞洲體上段的分流串溝，將水流歸順到西水道主河槽內；目的之二是配合南岸岸線調整工程，縮窄西水道河寬，增加漲落潮水流動力，刷深河槽。3)西水道上中段疏浚工程以貫通并維護西水道-12 m深槽為目的。

3 整治工程實施后效果

3.1 分流比變化

通州沙進口段東、西水道落潮分流比統計見表1。工程實施前，2010—2011年，西水道落潮期分流比平均為8.4%；隨著工程的實施，2012—2015年工程施工期，無論洪、枯季落潮西水道分流比基本維持在10.0%以下；2016年工程完工后，西水道分流比則基本維持在10.0%左右，分流比平均為10.8%，較工程前增加2.4%。2018年7月實測資料計算結果顯示：目前，通州沙東水道進口段落潮分流比為89.3%，西水道分流比為10.7%。可見，西水道整治工程后，西水道分流比增加較小，對東水道的分流形勢及整體動力格局未造成明顯影響。

表1 通州沙進口段東、西水道落潮分流比統計(大潮)

3.2 近期河道演變

3.2.1通州沙沙體演變

歷史上隨著長江主流周期性變動于通州沙東、西水道之間，通州沙沙體變化較大。自1948年，通州沙東水道再次成為主水道以來，分流比增加，進口主流動力軸線不斷北移、彎曲，使得凹岸崩岸，處于凸岸的通州沙北側邊灘向北淤長。由于青天礁的存在，通州沙頭部一直穩定在西界港和四干河口之間。

通州沙沙體-5 m等高線變化見圖2和表2。由圖2和表2可見：20世紀70年代末至80年代初，通州沙沙體面積增大了近24%；其后仍以較快的速度增長，1993年沙體面積發育最大至81.8 km2；之后變化速度放慢，2001年后總體趨于穩定，沙洲面積、長度、寬度均略有減小。2001—2016年，除主沙體左側上游的小沙體下移較快外，通州沙沙體總體變化不大。通州沙沙體近期的發展表明，在通州沙及通州沙西水道整治工程共同作用下，沙體固灘護岸效果良好，同時確保了通州沙東西水道河勢相對穩定。

表2 通州沙沙體(-5 m)特征值

圖2 1977—2016年通州沙沙體-5 m等高線變化

3.2.2河道沖淤變化

1)通州沙西水道河床沖淤變化計算范圍自四干河至南農閘對岸，左邊以通州沙沙脊線為界，計算結果見表3。由表3可知，1977—1993年，通州沙西水道河道處于大強度淤積狀態，淤積量達6 000萬m3。這和上游如皋中汊快速發展有很大關系，同時期如皋中汊河道沖刷量高達6 570萬m3，其沖刷下的泥沙有很大一部分進入西水道并淤積下來。1993—2011年，河道處于微沖狀態，累計沖刷近1 170萬m3(含西水道下段右岸碼頭區及航道維護性疏浚)，河道沖淤變化總體較為平穩，表明上游來水來沙變化對其影響作用趨于緩和。2011年以后，為改善西水道淺區水流條件使西水道漲落潮流路一致，對西水道淺區進行疏浚，使得西水道河槽容積大幅度增加，至2016年11月，0 m以下河槽容積增加6 200萬m3。

2)通州沙東水道河床沖淤變化計算范圍自通呂運河至南農閘，右邊以通州沙沙脊線為界，計算結果見表4。由表4可見，自1977年以來，通州沙東水道河床以沖刷為主，河床沖刷量遠大于淤積量，至2016年，河床累計凈沖刷達1.45億m3，沖刷主要出現在-20～-10 m深度區間內，除1998—2001年出現小幅淤積外，其余時間河床均處于沖刷狀態，表明通州沙東水道的主汊地位一直在加強。2011—2016年西水道整治期間，東水道除-5～0 m和-25 m以下區間呈現出小幅淤積外，主深槽仍處于持續沖刷狀態，進一步表明西水道整治對東水道整體動力格局沒有造成明顯影響，而東水道的持續沖刷可能與三峽工程運行后上游干流來沙量大幅減少有關系。

表3 通州沙西水道河床沖淤量

表4 通州沙東水道河床沖淤量

續表4

年份沖淤量∕萬m3-5～0m-10～-5m-15～-10m-20～-15m-25～-20m-25m以下合計1998—2001422.2369.4-152.6-89.6257.9-356.1451.22001—2006-792.9-1495.0224.8654.7433.5-254.5-1229.02006—2011-153.2535.0-2257.0-1590.0-181.1853.3-2793.02011—2016538.4-674.1-2747.0-1054.0-363.8642.1-3658.0合計-1225.01109.0-7476.0-3611.0-1704.0-1638.0-14550.0

3.3.3河道尺度變化

通州沙西水道河道整治工程是近年來澄通河段規模最大的河道整治工程，工程建成后，西水道河道形態及尺度得到了明顯改善。

1)西水道整治工程前后河道縱剖面變化見圖3。整治工程實施后，通過疏浚采砂西水道中上段河床普遍下切增深，其中工程前的淺段(五干河—農場水閘)河床增深最為明顯，最大增深幅度超過10 m。同時，河床通過調整變化，原先位于長沙河水閘上游、最深點高程近-20 m的沖刷深槽消失。

圖3 通州沙西水道河道縱剖面變化

由圖3可見，2014年以后，五干河—六干河段河床出現回淤，河床底部抬高，最大抬高幅度超過5 m。其回淤原因主要是該區段原本處于落潮流和漲潮流動力交匯處的淺段，大強度疏浚后河床出現回淤是正常情況，須輔以經常性的維護性疏浚，來保持航槽的常年貫通，這與預期是一致的。

2)西水道河道整治工程實施后，中上段河道尺度明顯增加，右岸邊灘圈圍后，岸線平順。西水道整治工程前后西水道-5、-10 m主槽斷面面積沿程變化見圖4。由圖4可見，西水道整治工程實施后，西水道中上段(潛堤工程范圍)-5、-10 m主河槽斷面面積明顯增加，其中五干河—農場水閘段增加幅度最大，-5 m主河槽斷面面積最大增加近6 000 m2(位于原-5 m槽中斷處)，-10 m主河槽斷面面積最大增加2 500 m2,西水道進口附近-5 m主河槽斷面面積也明顯增加，最大增加近1 000 m2。自通州沙右緣潛堤末端至新福山閘段，-5 m主河槽斷面面積變化不大，七干河至新福山閘之間-10 m主河槽斷面面積明顯增加。2014年以后，由于泥沙回淤，在五干河—六干河之間，-5 m主河槽斷面面積減小，最大減小幅度近3 000 m2,-10 m主河槽斷面面積更是大幅減少，其中五干河下游約1 km范圍內，-10 m河槽再次中斷，表現在五干河—六干河之間(工程前淺段)其水流動力相對較弱，可能是今后西水道航道及碼頭等運行維護的重點。六干河以下河段-5、-10 m主河槽斷面面積呈增強趨勢，主要是因為整治工程歸順了西水道漲、落潮流路，潮流動力增強。

圖4 通州沙西水道主槽斷面面積沿程變化

3)西水道整治工程前后西水道-5、-10 m主槽槽寬沿程變化見圖5。由圖5可見，西水道整治工程實施后，五干河—農場水閘之間-5、-10 m主河槽河寬大幅增加，其中五干河—六干河之間增幅最大，-5 m槽寬最大增加近900 m，-10 m槽寬最大增加800 m左右。而通州沙右緣潛堤末端以下區段，-5、-10 m主槽槽寬總體變化不大。2014年以后，由于泥沙回淤，五干河下游1 km范圍內，-10 m主河槽中斷。

圖5 通州沙西水道主槽槽寬沿程變化

4 結論

1)整治工程后，西水道分流比增加了2.4%，增加幅度較小，對東水道的分流形勢及整體動力格局未造成明顯影響。

2)工程的實施消除了長沙河水閘上游的近岸深槽，在原主江堤外側又形成了一條新的防洪屏障，保障了其后主江堤的安全，使水上的堤防工程與灘面防護工程或促淤工程形成一個完整的防洪工程體系，對防洪保安具有明顯的作用。

3)20世紀70年代末至90年代初，通州沙沙體快速增大，之后變化放慢，近年來總體變化不大。近期的發展表明，通州沙西水道整治工程達到了良好的固灘護岸效果，確保了通州沙汊道河勢的穩定。

4)多年來西水道總體呈淤積態勢，-5 m河槽不通。西水道工程實施后，-5 m河槽全線貫通，四干河以下-10 m河槽基本貫通，但2014年后五干河下游1 km范圍內出現了一定程度的回淤，-10 m主河槽中斷。因此,為了保持航槽的常年貫通，今后還需要輔以經常性的維護性疏浚，從而更好地發揮規劃方案的整治效果。

5)整治工程基本達到了預期的效果。建議繼續加強現場監測分析與研究，實現動態治理，從而更好地發揮整治工程的作用，減小負面影響。