長江口新增太倉險工段成因及應對措施初探

摘 要：近年來，長江口河段局部河床出現強烈沖刷，太倉河段南支新太海汽渡至七丫口段升級為新的險工段，預警級別為最高級。通過對長江口太倉險工段水文資料、多頻次高精度原型實測地形數據的初步探究，發現新險工段近岸段河床演變呈現出深槽南逼、陡坡加劇、沖刷強度增大、最大沖刷區上移等特點，險工段成因主要包括上游河勢調整、上游來沙減少、近岸流速流向變化等。針對險工段成因，提出了應對策略。

關鍵詞：長江口；新險工段；沖刷成因；太倉河段

中圖分類號：U617；TV147 文獻標志碼：A

doi：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2024.0401

0 引 言

江河崩岸險工嚴重威脅到沿江人民群眾生命和財產安全，國內很多學者對崩岸險工開展了相關研究。王延貴[1]對沖積河流岸灘崩塌特點、崩塌過程和崩塌機理進行了理論分析和試驗研究，提出了崩岸分類及分析模式。余文疇等[2]將長江中下游河道崩岸形式分為洗崩、條崩和窩崩，明確了崩岸主要類型。余文疇等[3]認為造成長江下游窩崩的主要因素是水流條件。在水深流急、單寬流量大的條件下，水流對河岸抗沖薄弱的部位淘刷后，形成強大的回流，對河岸造成沖刷。李寶璋[4]在分析長江南京河段窩崩成因時提出形成窩崩的動力是大尺度縱軸水流方向螺旋流。岳紅艷等[5-6]、王黨偉等[7]、吳松柏等[8]從力學機理、塌岸淤床交互作用的角度出發研究崩岸特征，探索河岸崩岸機理。隨著數值模擬技術的發展，王延貴等[9]、假冬冬等[10-11]、夏軍強等[12-13]進一步開展了三維河道崩岸數值模擬研究，展示多元化的崩岸微觀機理。

關于河道崩岸險工方面的研究，前人主要從微觀方向著手，或基于室內水槽試驗，或建立數學模型，大多從理論上對河道形態進行概化模擬，多基于理想假設條件，具有一定的局限性，與自然河道中的崩岸險工相比，可能相差較遠。基于現場高精度、高分辨率地形地貌及水動力場觀測數據的崩岸險工研究探討較為缺乏。

長江口險工一般是指位于北支啟東海門一帶的崩岸，如青龍港至大新河、廟港至新村沙區段。長江口太倉河段南岸原灘地寬達1 km，灘地高程普遍在-3 m以上，為寬廣河漫灘[14]。近年來，隨著流域來水來沙的變化以及長江口河道、航道整治工程的實施，長江口河段局部河勢相應發生調整[15-16]，河道崩岸險情時有發生。長江口太倉河段新太海汽渡至七丫口段屬于太倉港碼頭企業集中區，沿線建有近百個泊位，其中萬噸級以上泊位37個，2020年完成貨物吞吐量2.16億t，經濟活動十分活躍。但近年河床沖刷強烈，對沿岸的企業碼頭水工結構的安全帶來了嚴重威脅，太倉河段新太海汽渡至七丫口段升級為長江口新險工段，預警級別達到Ⅰ級。

長江口新險工段中，太倉險工段長度最長、影響范圍最大，對沿岸威脅最嚴峻。太倉險工段與其他江河險工最大的不同在于該段險工為水下險工，河段險情主要發生在碼頭前沿，遠離堤防，通常肉眼無法直觀觀測到險工形態。因此，開展高分辨率河道監測是掌握險工形態的直接手段。本文基于近年對太倉險工段系統的水動力場監測成果、1∶2 000地形和1∶500斷面監測成果，從宏觀方向入手，結合現場高精度實測地形及斷面數據，對太倉險工段成因進行了初步探析，并提出應對措施。在水下地形測量GNSS三維定位精度上，船臺GNSS校核點最大平面較差為0.047 m，高程最大較差0.081 m；99.4%測深儀較差小于0.05 m區間，0.6%較差在0.05～0.1 m，滿足規范要求；不同工組比測高程統計中誤差±0.138 m；局部采用多波束測深儀器與單波速測深儀器進行高程精度互差對比，發現45.7%高程互差小于±0.1 m，36.7%高程互差處于±0.1～±0.2 m，16.8%高程互差處于±0.2～±0.5 m，僅有0.8%的高程互差大于±0.5 m。項目所采用的數據可靠，精度高，可以直觀真實反映險工段地形變化特征。太倉險工段斷面布置見圖1，其中CS1、CS2斷面為自左岸江堤至右岸江堤的全江斷面，DM1—DM7為強沖刷區的加密斷面。

1 險工段近岸河床演變特點

1.1 深槽逼近南岸

2011年以來，長江口河段白茆沙南水道深槽持續向太倉側逼近。美錦碼頭外側-30 m等高線2011—2016年向美錦碼頭方向逼近了約75 m，2016—2020年繼續向美錦碼頭方向逼近約42 m；潤禾碼頭外側-30 m等高線2011—2016年向潤禾碼頭方向逼近約108 m，2016—2020年繼續逼近了約100 m（見圖2（a））。美錦碼頭外側-40 m等高線2011—2016年向碼頭方向逼近約122 m，2016—2020年繼續向碼頭方向逼近約68 m，2020—2023年再次逼近約13 m；潤禾碼頭外側-40 m等高線2011—2016年向碼頭方向逼近了約180 m，2016—2020年繼續逼近了約136 m（見圖2（b））。

2012年以來，白茆沙南水道深槽表現出持續向太倉岸側明顯的擺動，而白茆沙南側低灘則向太倉側淤出，河道過水斷面減小。如CS1斷面太倉側-45 m高程位置2012—2023年向太倉側擺動了約150 m（見圖3）；CS2斷面太倉側-31 m高程位置向太倉側擺動了約70 m（見圖4）。深槽的擺動對太倉港沿線碼頭基樁的結構安全構成明顯威脅。

1.2 陡峭段坡比變陡

由美錦碼頭和萬方碼頭斷面變化（見圖5）可知，深槽斜坡逐漸向碼頭側沖刷，坡度變陡。表1為各斷面陡峭段坡比情況統計。可知，2018—2020年揚子江海洋油氣裝備碼頭（DM1）、鑫海碼頭（DM2）、美錦碼頭（DM3）、萬方碼頭（DM4）陡峭段均在變陡。由于華能港務碼頭2017年對碼頭前沿實施了緊急拋石守護，雖然十分陡峭，但目前斷面較為穩定。武港碼頭分別于2018年8—10月和2019年3—9月對碼頭前沿實施了兩期拋石守護工程，2019年10月后碼頭所在斷面坡比緩慢減小。潤禾碼頭2019年底—2020年初對碼頭前沿實施了拋石守護工程，2020年后潤禾碼頭所在斷面陡峭段坡比開始減小。以上3個斷面陡峭段坡比的變化反映了拋石守護工程對碼頭前沿河床沖刷的抵御作用明顯。總體來看，深槽陡峭段坡比變陡是太倉險工段近岸河床演變的一個明顯特征。

1.3 近岸河床沖刷強度增大

通過Surfer軟件構建DEM地形網格，計算不同時段沖淤變化。對比發現，武港碼頭與華能港務碼頭之間的區域沖淤變化代表性明顯（見圖6）。2018年5—11月該區域沖刷范圍較小，且沖刷強度不大；2018年11月—2019年10月該區域最大沖深達12 m，沖刷范圍明顯擴大；2019年10月—2020年10月該區段最大沖深達16 m，沖刷中心向兩個碼頭中間位置轉移。2020—2023年雖然沖刷強度沒有再大幅增強，但依然以較為明顯的速度向華能港務碼頭發展。由此可見，太倉險工段河床沖刷速度在增大，且局部沖刷范圍有擴大之勢。

1.4 沖刷區位轉移

太倉險工段碼頭中，華能港務碼頭于2017年9月對碼頭前沿采取拋石守護措施。2018年8月—10月華能港務碼頭上游的武港碼頭前沿出現沖刷險情，緊急對其采取拋石守護。經過2018年8月—10月和2019年3月—9月兩期工程守護，武港碼頭前沿河床快速沖刷的險情暫時穩定下來。2019年11月緊鄰武港碼頭上游的潤禾碼頭因深槽逼近碼頭前沿，影響碼頭樁基安全，緊急采取拋石護坡守護。2021年后位于潤禾碼頭上游的萬方碼頭外側水下陡坡出現明顯向岸沖刷。

根據碼頭已采取守護措施的時間先后，結合不同時段河床沖淤分布，發現太倉險工段河床沖刷最嚴重的區域不是固定在某處，而是在沖刷嚴重位置河槽發展的同時，沖刷最快區域還在向上游發生移動，目前沖刷最快區域已上移至萬方碼頭外側主槽附近。

2 險工段成因

2.1 上游河勢調整

近年長江口河勢發生調整，白茆小沙下沙體被沖消失后，出徐六涇的長江主流更為順暢地進入下游白茆沙南水道，促進了白茆沙南水道的發展。

太倉河段白茆沙北水道自2002年以來落潮分流比逐漸減小，白茆沙南水道分流比波動增大。2002年9月白茆沙南水道凈泄量分流比為57.2%。2020年12月白茆沙南水道凈泄量分流比增加為78.8%，北水道凈泄量分流比為21.2%。近期白茆沙水道落潮分流比變化見圖7。白茆沙南水道分流比持續增大，加劇了太倉河段白茆沙南水道河床的沖刷程度。

2.2 上游來沙減少

2003年三峽水庫蓄水運行以來，長江入海泥沙明顯下降。以大通站為例，1950—2002年，該站年均流量為28 700 m3/s，年均輸沙量為4.27億t。2003—2022年，該站年均流量為27 700 m3/s，年均輸沙量為1.29億t。可以看出，大通站年均徑流量多年來并無趨勢性變化，而輸沙量則發生了階梯狀減少。三峽水庫蓄水運行以來（2003—2022年）大通站年平均含沙量較1950—2002年年平均含沙量減少了約68%（見圖8）。徐六涇站自2011年開始有整編含沙量資料，對比可知近年來徐六涇站懸沙含沙量均低于大通站懸沙含沙量（見圖9），即大通至徐六涇區間內并沒有得到足夠底沙補充。長江口河段含沙量的降低，導致水流挾沙力的嚴重不飽和，水流必然會從河床獲得底沙補給，加劇河床沖刷。

三峽水庫蓄水運行前，1992—2001年白茆沙南水道（白茆口至七丫口）0 m以下河槽的總沖刷量約為8 815萬m3，年均沖刷量約為979萬m3。2001—2021年，白茆沙南水道0 m以下河槽的沖刷量約為26 440萬m3，年均沖刷量約為1 322萬m3。由于長江入海泥沙量的大幅度減少，2001—2021年白茆沙南水道的年均沖刷總量較1992—2001年增大了35%，由此可見，入海泥沙量的大幅度減少，加劇了長江口新險工段近岸沖刷。

2.3 近岸流速流向變化

白茆沙南水道多年巡測斷面最靠近太倉側垂線流速流向統計成果見表2、表3。2014—2018年漲潮平均流速較2011—2012年漲潮平均流速微減，而落潮平均流速卻明顯增大，且落潮平均流向增大5°。近岸側落潮流速與流向的增大，與白茆沙南水道太倉段河床的沖刷有關聯作用。

2.4 工程綜合影響

近年來，長江口河段實施了一系列河道、航道及岸線整治工程，如長江南京以下12.5 m深水航道一期工程（包括通州沙頭部潛堤、通州沙齒壩、狼山沙尾部潛堤、白茆沙整治工程等）、長江南京以下12.5 m深水航道二期工程、新通海沙岸線整治工程、鐵黃沙整治工程、通州沙西水道綜合整治工程、太倉一期—七期圍灘岸線調整工程等。這些大型河道及航道整治工程的實施，改變了天然河道邊界，影響了水流結構，從而影響到太倉河段河床的沖淤變化。江陰—長江口二維潮流數學模型計算結果顯示，白茆沙整治工程和新通海沙岸線整治工程的實施以及白茆小沙的沖失，將增大白茆沙南水道美錦碼頭至潤禾碼頭一帶近岸水流流速，最大幅增加度約為0.2 m/s。

3 應對策略探討

3.1 岸坡守護

由于太倉險工段碼頭前沿持續沖刷的險情已威脅到太倉港部分碼頭水工結構的安全，需首先對受沖強烈的河床岸坡進行守護，保證險工段內太倉港碼頭企業的安全。此前已實施拋石守護工程的華能港務碼頭、武港碼頭、潤禾碼頭施工后碼頭前沿地形監測情況表明，拋石守護效果明顯，達到了對碼頭前沿的守護作用。太倉險工段碼頭大多為高樁梁板式結構，根據已有工程施工經驗，在碼頭前沿一定區域先鋪排軟體排保護河床，再在軟體上拋塊石進行壓載，可以有效保護近岸受沖河床。

3.2 白茆沙整治工程調整

白茆沙整治工程南導堤的齒壩具有挑流作用，一定程度上增大了太倉側近岸流場的水動力。白茆沙南水道深槽南擺、白茆沙南側低灘淤出，減小了白茆沙南水道過水斷面，同等來水量情況下白茆沙南水道的流速必然會增加，可考慮削減白茆沙整治工程南導堤三根齒壩的長度，既增加南水道過水斷面面積，也可降低挑流對太倉近岸流場的影響。

3.3 白茆小沙整治

白茆小沙整治工程對下游白茆沙南北水道分流比格局的影響較大，已被列入《長江口綜合整治開發規劃》。建議相關部門擇機開展白茆小沙固灘護灘工程的設計與施工，減少上游來水進入白茆沙南水道的流量，從而遏制白茆沙南水道繼續沖刷的態勢，改善白茆沙北水道分流比，實現白茆沙南北水道河勢穩定。

4 結束語

通過對近年長江口新增太倉險工段實測高精度水文地形數據資料的分析研究，發現太倉險工段的險情表現出深槽逼近南岸、典型斷面過水面積減小、陡峭段坡比變陡、局部河床沖刷速度逐漸增大、沖刷最快區域發生上移的特點。太倉險工段河床發生沖刷變化的成因主要有：長江口河勢調整、流域來水來沙減少、近岸流速增大、流向南偏以及長江口地區河道航道整治工程、岸線邊灘整治工程等的實施。

根據長江口新險工段的特點，目前宜首先對局部沖刷強烈險工段進行應急岸坡守護，解除對碼頭安全的威脅。從長遠考慮，建議調整白茆沙整治工程局部挑流丁壩的長度，對白茆小沙進行固沙護灘，以穩定白茆沙南、北水道分流情況，進而改善白茆沙南水道太倉沿岸水下河床沖刷險情。

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收稿日期：2022-09-20

作者簡介：劉傳杰，男，正高級工程師，碩士，主要研究方向為測繪工程。E-mail：109986695@qq.com

通信作者：張朝陽，男，高級工程師，碩士，主要研究方向為海岸動力學。E-mail：zyzhangwhu@163.com

2024，8（4）：1-7

Cause Analysis and Preliminary Countermeasures for New Vulnerable Section in Taicang Reach of Changjiang Estuary

LIU Chuanjie，ZHANG Chaoyang

（Changjiang River Estuary Bureau of Hydrological and Water Resources Survey，Changjiang Water Resources Commission，Shanghai 200136，China）

Abstract：Local parts of riverbeds in the Changjiang Estuary have seen intense scouring in recent years，resulting in additional vulnerable section reaching the highest warning level extending from Xintaihai ferry dock to Qiyakou in the south branch of Taicang reach. Based on high-precision field measured hydro-topographic data，this paper reveals several critical changes in the riverbed near bank in this newly identified vulnerable section. Such changes include the southward advance of deep channel，the aggravation of steep bank slope，the increasing of erosion rates，and the upward migration of erosion area. The study also identifies several primary causes for this vulnerable section，including the adjustment of upstream river regime，the decrease of sediment discharge from Changjiang River Basin，and changes in the velocity and direction of flow near riverbank. Based on these findings，the paper proposes targeted countermeasures to address these issues.

Key words：Changjiang Estuary；new vulnerable section；cause of erosion；Taicang reach