閩江通海航道沖淤演變規律分析

王智輝

(福建省港航勘察設計院有限公司，福州 350002)

閩江是福建省最大河流，全長約562 km，流域面積約60 992 km2，約占福建省面積的一半，流域內資源豐富，是福建省工業、林業基地和商品糧產區，也是對外開放、發展外向型經濟的熱點地區[1]。閩江通海航道是連接內河與外海的咽喉通道，也是閩江口內港區各碼頭泊位賴以生存與發展的水上生命線[2]。閩江口內港區有80個生產性泊位，分散在閩江口兩岸。為滿足閩江口內港區生產需要，閩江通海航道逐步開展了一期、二期和攔門沙航道增深等工程。一期整治工程自1981年開始至1987年竣工，整治后達到乘潮通航萬t級海輪的標準；通海航道二期整治工程于1991年1月開始至1998年4月竣工，整治后達到乘潮通航2萬t級海輪的標準；閩江口攔門沙航道增深工程于2005年8月開始至2008年7月竣工，通海航道從口門至粗蘆島航段達到乘潮通航3萬t級雜貨船的標準。

閩江通海航道受徑流、潮流、波浪、鹽淡水混合等因素影響，水沙條件復雜，局部航段時常淤積，對閩江口內泊位生產造成了影響。閩江通海航道自七星礁至馬尾全長47.5 km(圖1)，沿程有外沙、內沙、馬祖印、中沙等礙航淺灘，為保障航道安全暢通，滿足港區生產需求，對閩江通海航道地形特別是外沙、內沙、馬祖印、中沙等礙航淺灘沖淤演變規律研究十分重要。

圖1 閩江口平面示意圖Fig.1 Schematic diagram of Minjiang River Estuary plane

近年來國內學者、研究機構針對閩江口河床演變規律展開了一定研究，但研究較少。潘定安[3]基于1984年、1986年、1987年水文、泥沙、地形等實測資料，分析了閩江口外通海航道及外攔門沙形成機理；石衡[4]基于水流流速、叉道分流比等簡要分析了內沙淺灘成因；鄭必永[5]基于泥沙、水動力條件簡要概述了閩江通海航道6處淺灘演變趨勢；夏航[6]依據閩江潮汐河口航道河床邊界、水流泥沙運動特性與河床變化規律，對閩江通海航道提出了增深治理方略。莊明水[7]根據近30 a來閩江口的調查數據及文獻資料，分析了閩江河口區沉積特征、淺灘形態變化，以10～15 a的研究尺度，探討了閩江口的沖淤演變。魏光裕[8]通過對1886年—1986年河口實測地形圖的分析，并結合外沙地區泥沙淤積過程的演繹，提出“水流具有自動轉換阻力特性”的概念。魏志洪[9]分析了不同頻率洪水時，河道規劃采砂前后河床斷面的沖淤變化。魏志洪[10]在分析閩江下游河道泥沙來源與補給的基礎上，根據竹歧水文站、永泰水文站的泥沙監測資料，對閩江下游河道多年平均泥沙補給量進行估算，得出各段河道泥沙補給量。陳興偉[11]建立了閩江下游河道一維數學模型，對枯水大潮條件閩江下游各斷面潮位、流量變化進行模擬。黃永葛[12]采用物理模型和遙感自航船模相結合的研究手段，分析了閩江水口壩下水位降落原因。虞娟[13]基于BP模型對閩江岸線變形進行了預測。上述研究成果依據資料較早，分析依據相對單一，不能完全系統分析閩江通海航道沖淤演變規律。

本文基于閩江河口1999年—2020年實測水沙、地形資料，通過對1950年—2020來水來沙、1999年—2020年河床演變情況、深泓線橫向縱向變動、6個淺灘斷面等資料分析，研究了閩江通海航道及外沙、內沙、馬祖印、中沙等淺灘近些年的沖淤演變規律及其主要影響因素，為閩江通海航道今后維護和增深工程提供科學依據。

1 閩江通海航道沖淤機理

1.1 水沙條件變化

圖2 1950年—2020年竹岐水文站年徑流量和年輸沙量變化圖Fig.2 Chart of annual runoff and sediment transport of Zhuqi Hydrological Station from 1950 to 2020

來水來沙條件是引起和影響河道演變的最根本因素。閩江屬少沙河流，參與造床的床沙由推移質、懸移質泥沙構成。依據閩江干流竹岐水文站1950年—2020年來水來沙量資料分析(圖2)：(1)1975年閩江梯級電站建成以前(1951年—1975年)，年平均懸移質輸沙量為742萬t，其參與造床懸移質約為42萬t，經估算推移質年平均輸沙量為220萬t，合計造床泥沙為262萬t；(2)1993年水口水庫建成后，年平均懸移質輸沙量減少至273萬t，減少率達63.2%。推移質輸沙量被水庫攔截，其實際造床泥沙量約12萬t，合計減少率約95%。水沙條件在水口水庫建成前后發生變化，來水量幾乎不變而來沙量顯著降低的情況下，下泄水流處于輸沙不平衡狀態，勢必會造成下游河床的沖刷。

1.2 河道無序開采

采沙會直接影響河床下切，河床下切導致流態的改變，引起河床溯源沖刷，來沙量大幅減少而采沙量巨大的條件下，河床“入不敷出”，必將下切。1990年—1994年水口壩下至馬尾段年平均取沙量600～900萬t，1997年閩江北港禁止采沙后，采沙集中在閩江干流(南港)、閩江通海河床上，1999年河沙出口175萬t，2002年起出港沙量每年均超過1 000萬t，2005年、2006年接近3 000萬t/a。2009 年起采沙執法力度增強，非法采沙現象得到遏制，但還存在私人非法偷采盜采沙的行為。因此盲目地大量向河道取沙、人為增深河道，破壞了河床的穩定性，加大了河床比降，改變了閩江下游水沙動力條件，是閩江河床急劇刷深的重要原因。

因此，閩江水口下游河道無序采沙是導致閩江通海航道整體大幅下切演變的重要人為因素。

1.3 航道整治工程

航道整治工程對航道穩定性、河床演變產生影響，閩江通海航道一、二期整治工程分別對沿程淺灘進行整治，通過整治建筑的約束和調整，使河寬縮窄，平面上把河道調整為微彎的優良河勢，調整了漲落潮流路，淺灘處流速增加，在整治工程陸續實施過程中，各淺灘水深普遍大幅提高，大嶼、新豐、中沙淺灘水深增幅一般都在1.5 m左右，最深達6.8 m(大嶼淺灘)。兩期工程實施后產生了顯著的整治效果，河勢穩定，水深呈逐年變好的趨勢，床沙粒徑粗化，增強了航道的抗沖刷能力，邊灘部分泥沙淤積于壩田區，當洪水過程作用時，邊灘部分有整治建筑約束，對河口區河床穩定性的影響要遠遠小于水口電站建庫以前同級天然洪水過程。

2 河床沖淤演變

閩江通海航道馬尾至川石島芭蕉尾航段長約35 km，屬口內河段，兩岸山勢較近，巖盤突出，岸坡較穩定，河床多為沙質，兩岸可動性小于河床可動性。島嶼多，汊道多，河床寬窄相間，差別懸殊，呈藕節狀。河道灘槽相間，深淺交替。局部寬闊河段，曾出現過較大的主泓擺動，但整治工程實施后，主泓已基本得到控制，河勢趨于穩定；芭蕉尾至外沙航段長約15 km，屬口外河段，因水域遼闊，兩側邊界控制性差，河槽相對寬淺，主泓有一定的擺動，芭蕉尾北導堤修建后，上段邊界條件得到一定的改善，河勢趨于穩定，但下段外沙河槽仍處于變化狀態。

基于1999年—2020年實測地形資料，分1999年—2003年、2003年—2007年、2007年—2011年、2011年—2015年、2015年—2020年等5個階段分析閩江口河床的沖淤演變規律，圖3為1999年—2020年河床沖淤平面分布圖，其中正值表示沖刷深度，負值表示淤積厚度。

(1)1999年—2003年。

1999年—2003年期間河床有沖有淤，河床整體相對穩定，總體為沖刷，4 a期間河床總體平均刷深0.40 m；河道60%左右的區域為沖刷，平均沖刷強度0.34 m/a；局部發生淤積，主要集中在新豐淺灘至內沙段，平均淤積強度0.27 m/a。

(2)2003年—2007年。

主槽沖刷較強，平均沖刷強度0.29 m/a；閩安峽谷段及長門口附近下切強度大，最大下切達6.72 m/a；淤積以內、外沙附近為主，平均淤積強度0.16 m/a。

(3)2007年—2011年。

河床總體仍以沖刷為主，平均沖刷強度0.25 m/a；沖淤分布基本以長門口為分界點，長門內已沖刷為主，長門外內沙、外沙發生較大面積淤積，平均淤積強度0.15 m/a，佛手沙與鐵板沙之間斜跨航道的沙梗略有發展。2007年攔門沙增深工程實施，NW2、N7壩建成后，內、外沙淤積較2003年—2007年有所增長，這與2010年的異常天氣有很大關系，2010年6月起，持續發生暴雨到特大暴雨，閩江流域發生特大洪水，閩江下游水口水庫入庫洪峰流量超過32 000 m3/s，接近30 a一遇。水口水庫開閘泄洪，使得下游來水來沙激增，洪水出長門口后，過水斷面突然擴大，水動力減弱，導致洪水挾帶的泥沙在口外淤積。

(4)2011年—2015年。

主槽總體為沖刷，河道57%區域發生沖刷，平均沖刷深度0.33 m/a，最大刷深區位于馬祖印附近，局部最大刷深達到12.25 m；局部區域淤積，平均淤積強度0.22 m/a，主要要集中在外沙段，大部分淤積厚度在2 m內。

(5)2015年—2020年。

主槽總體為沖刷，平均刷深0.54 m；河道65%區域發生沖刷，平均沖刷深度0.31 m/a，局部最大刷深達到16.5 m，位于白巖潭附近；局部區域淤積，平均淤積強度0.19 m/a，主要要集中在外沙段，大部分淤積厚度在2 m內。

3 深泓線變化

閩江通海航道河段寬度370～2 800 m，最窄處位于金牌門處。圖4為深泓線平面圖，圖5為深泓線縱斷面對比變化圖。1999年—2020年，深泓線平面擺動幅度不大，整體基本呈全線下切狀態，整個河段深泓高程平均下降8.8 m，尤其是白潭頭附近最大刷深達30 m，大嶼牛礁附近最大刷深32.56 m，松門附近最大刷深25.7 m，松門至亭江碼頭區域普遍刷深較大，最大刷深約26 m；亭江至琯頭附近刷深普遍在5 m以內，局部刷深較大，最大約12 m；琯頭至金牌門區域除金牌門附近水域刷深較大，最大刷深28 m，其余區域大部分刷深在5 m及以下；金牌門至馬祖印航段最大刷深位于YSC潛壩附近，最大刷深約32 m，其余區域刷深基本在10 m以內；內沙段刷深基本在5 m以內，外沙段水深較為穩定，有沖有淤，沖刷基本在2 m以內。

3-a 1999年—2003年 3-b 2003年—2007年 3-c 2007年—2011年 3-d 2011年—2015年 3-e 2015年—2020年圖3 1999年—2020年河床沖淤平面分布圖

Fig.3 Plane distribution map of riverbed erosion and silting from 1999 to 2020圖4 深泓線平面圖Fig.4 Plan of the deep horizon圖5 深泓線縱斷面Fig.5 Longitudinal section of the deep heave line

4 淺灘沖淤變化

閩江河口區有6處礙航淺灘，依據淺灘特點，以長門口為界，可分為長門內淺灘和長門外淺灘。圖6為淺灘附近河道斷面圖。

長門內有大嶼、新豐、中沙三處淺灘，特點為：河床斷面寬，漲落潮分離，上下深槽交錯，中間沙埂斜臥航道，淺灘屬沙咀型交錯淺灘。河床為沙質，汛期淤積，汛后淺灘略有沖刷。

長門外有馬祖印、內沙、外沙三處淺灘，特點為：河床斷面寬，左右基本無邊界約束，水流分散，淺段長，淺灘無明顯上下深槽，是陸地向海洋延伸而出現的沙埂，河床為沙質，汛期淤積，洪峰流量在20 000 m2/s以上時，淤積更多，枯季略有沖刷，淺灘河床斷面大，淺灘呈攔門沙型。

(1)大嶼淺灘。

大嶼淺灘河段白巖潭、大嶼西側牛礁臨近水域沖刷較大。6-a斷面：白巖潭臨近水深自2014年刷深劇烈，2020年較2014年6 a間最大刷深達22 m，2020年較2019年深槽最大刷深達10 m，變化劇烈。6-b斷面：大嶼淺灘右岸20 a來基本保持穩定，河道中心牛礁附近自2003年后刷深較明顯，2011年較2003年大片淺灘水域刷深8～14 m，2020年較2011年局部水域刷深約15 m。

(2)新豐淺灘。

新豐淺灘作為潮汐河口汊道分流口淺灘，淺灘成因可能為河道出閩安峽谷后河床急聚展寬，增寬約54%，河道分汊，水流分散，流速降低，泥沙落淤。梅花水道口沖刷，使主流南偏，造成上下深槽交錯加大，過渡段變長，水深變淺。6-c斷面：2003年—2017年沖刷較明顯，河道中部淺灘逐年下切，總體刷深約3～7 m，兩岸地形相對穩定。下游至瑯岐閩江大橋水域河道中部沖刷明顯，兩側邊灘較為穩定，1999年—2020年總體刷深基本在2 m以內。

(3)中沙淺灘。

中沙淺灘作為潮汐河道卡口上游交錯淺灘。淺灘成因可能為長門卡口壅水，航道北側礁盤阻水影響；上游、下游深槽交錯，漲、落潮流路分離，航槽過渡段流速變小。6-d斷面：琯頭附近水深2003年相對1999年有局部淤積，北岸淤積厚度將近3 m，2007年后5 m等深線開始逐步萎縮，逐年沖刷，2020年較2007年刷深約7.6 m。南岸瑯岐作業區下游總體沖刷，上游側航道與南岸之間水域呈現淤積現象，最大淤積厚度達6 m。

(4)馬祖印淺灘。

馬祖印淺灘屬潮汐河口卡口下游分汊型淺灘。6-e斷面：封鎖線卡口下游出現深槽并逐年刷深，2011年—2014年期間刷深較明顯，最大刷深約8 m，2014年后水深基本保持穩定，范圍逐漸擴大。卡口附近1999年—2020年總體刷深最大值15.8 m。

6-a 大嶼上游淺灘斷面圖 6-b 大嶼下游淺灘斷面圖

6-c 新豐淺灘斷面圖 6-d 中沙淺灘斷面圖

6-e 馬祖印淺灘斷面圖 6-f 內沙淺灘斷面圖

6-g 外沙淺灘斷面圖圖6 淺灘附近河道斷面圖Fig.6 Section of the river near the shoal

(5)內沙淺灘。

內沙淺灘是閩江河口內攔江沙。淺灘成因可能為淺灘河床斷面寬闊，尤其出芭蕉尾后是半無限邊界。熨斗水道分流，使水流分散，內沙航道流速減少，泥沙易淤。熨斗水道與川石水道的漲潮相位差，使熨斗水道漲潮流頂托川石水道漲潮流致使泥沙易在內段落淤。另外鹽淡水的混合與泥沙的絮凝作用造成外段漲落潮流路不一致。6-f斷面：粗蘆島西風石附近深槽向口外發展，自二期整治工程竣工以來，內沙淺灘的5 m深槽基本維持貫通的狀態，2007年閩江口攔門沙增深工程實施后，閩江通海航道至2012年從未進行過維護疏浚，2014年—2020年芭蕉尾附近出現10 m深槽并逐年發展。

(6)外沙淺灘。

外沙是閩江入海航道最后一個淺灘，為外攔門沙。外沙淺灘海域寬闊，左右無邊界約束，整治工程實施難度較大，只能靠疏浚維護水深。6-g斷面：2003年—2020年外沙段航槽兩側有沖有淤，整體基本保持穩定。

5 結論

本文基于閩江河口1999年—2020年實測水沙、地形資料，通過對1950年—2020年來水來沙、1999年—2020年河床演變情況、深泓線橫向縱向變動、6個淺灘斷面等資料分析，研究了閩江通海航道及外沙、內沙、馬祖印、中沙等淺灘近些年的沖淤演變規律及其主要影響因素，具體結論如下：

(1)上游來沙大幅度減少是引起河道河床大幅下切的主要因素，河道人為無序采砂是導致河道整體大幅下切演變的重要人為因素，整治工程對河床的演變也起到一定作用。

(2)1999年—2020年測圖顯示：閩江通海航道總體沖刷，馬尾至粗蘆島航段刷深較大，河床總體平均刷深約4.6 m，平均沖刷強度0.22 m/a，近5 a平均沖刷強度0.19 m/a，內外沙航段變化幅度較小，近5 a平均沖刷強度0.07 m/a。

(3)1999年—2020年深泓線、淺灘縱橫斷面圖顯示：深泓線平面擺動幅度不大，整體基本呈全線下切狀態、整個河段深泓高程平均下降8.8 m，白潭頭臨近水域最大刷深達30 m，大嶼牛礁臨近水域最大刷深32.56 m，松門臨近水域最大刷深25.7 m，松門至亭江碼頭區域普遍刷深較大，最大刷深約26 m；亭江至琯頭臨近水域刷深普遍在5 m以內，局部刷深較大，最大約12 m；琯頭至金牌門區域除金牌門臨近水域刷深較大，最大刷深28 m，其余區域大部分刷深在5 m及以下；金牌門至馬祖印航段最大刷深位于YSC潛壩附近，最大刷深約32 m，其余區域刷深基本在10 m以內；內沙段刷深基本在5 m以內，外沙段水深較為穩定，有沖有淤，沖刷基本在2 m以內。

(4)航道通航條件。現閩江通海航道上大嶼淺灘，新豐淺灘、中沙淺灘均已消失，馬祖印淺灘也逐漸萎縮，整個河道經過整治后通航條件得到改善，現閩江通海航道整體通航條件較好，除內外沙航段需要定期進行維護疏浚，其余航段水深均能滿足通航要求。