尽早实施长江口北支航道整治工程.doc

尽早实施长江口北支航道整治工程杨春雷 高淼滨 黄志良（海门市水利局 江苏海门 226100）摘要：加快长江口北支航道整治工程，有利于维护长江口南支入海深水航道。本文阐述了北支对白茆沙河段演变的影响，北支航道整治及其影响，实施北支中缩窄加疏浚工程后，北支上段（三和港以上）低潮位抬高对沿岸排涝不利；高潮位降低将影响上游地区引水；流速增大地段需增做护岸工程。应抓住当前河势发展的有利时机，发挥国家和地方两方面的积极性，妥善处理相关问题，加强前期工作，尽早组织实施。关键词：长江口，北支，航道整治，效益分析。长江河口区属典型的江心沙多岛型潮汐河口，自20世纪60年代初期徐六泾人工节点形成后，成为近代长江河口区的起点，到海口50号灯标全长181.8km。为三级分汊，有北支、北港、南港北槽和南槽4个入海口。1 引言充分依托长江黄金水道，利用水运运能大、成本低、安全、环保、节能等优势，不断完善沿江产业规划，是贯彻落实科学发展观的必然选择，是推进区域协调发展的重大举措，是构建现代综合运输体系的重要内容。长江口南港北槽入海深水航道整治工程自1998年1月开工以来，水深已从-7.0m疏浚到-12.5m，正在实施向上延伸到太仓港区，其航道建设标准基本上与长江口三期工程一致，即满足5万吨级集装箱船（实载吃水11.5m）全潮，5万吨级散装货船满载乘潮双向通航。随着国务院批准实施了长江口综合整治开发规划要点报告，太仓、常熟边滩圈围工程，新通海沙圈围工程等正在施工。但北支水域在行政上属上海市、江苏省。目前虽有零星整治 工程，北支上段有所刷深，但仍有北支上口、青龙港附近、大新港东等处浅滩，必须进行整治。2 北支对白茆沙河段演变的影响 潮汐分汊河口，在双向水流的作用相连接的区间会有水沙交换，同时影响到相互之间的河床演变。北支和南支是两个特性不同的河槽，两者相互作用，近期以北支对南支的影响占主导地位。2.1 影响白茆沙北水道的河势 目前北支的河势与1958年相比，上口宽从8.5 km缩小为2.5 km，下口宽从14 km缩小为12 km，中段灵甸港段江面从9 km缩小为2.5 km，河床在平面形态上也演变成喇叭形，这样导致潮流产生剧烈变形。从口外的推进波逐渐演变成驻波，并在灵甸港、青龙港处产生涌潮，潮汐水力要素也相应改变，涨落潮最大流速出现在中潮位附近，流转时间出现在高潮位附近。而白茆沙北水道中涨落潮最大流速出现在高、低潮位附近，转流时会出现在中潮位附近，相位差不大，属变态的前进波型，前者动能最大在中潮位，后者在高、低潮位附近。正由于这种潮汐特性的差异，因此在南、北支水量交换中，低平潮时，南支水量输入北支，高平潮时，北支水量流入南支，南、北支两股不同涨潮水流汇流顶托时能量损失易使泥沙落淤，为北支净倒灌南支的泥沙在北支上口和白茆沙北水道落淤创造了条件，从而形成北支上口外舌状堆积体，成为涨潮三角洲，似巨大的潜式丁坝，使北水道的落潮流受堆积体的影响而南偏，出徐六泾后北偏的-10m深槽长期不能与南水道下段贯通，一般不超过北支上口，19591978年上下变幅总是在35 km之间徘徊。 1982年、1983年，长江大通站洪峰流量较大，分别为63900ms和72600ms，由于水动力的增加，将70年代形成的北支上口舌状堆积体冲刷殆尽，进入北支的径流量增加，促使白茆沙北水道-10m等深线相应向东延伸，1982年越过北支口门，成为主流通道，1990年与白茆沙南水道下段贯通，成为近百年来第一次贯通且开辟为主航道。南支下段和南北港分流通道的平面形态也通过这两年洪峰流量的考验，经过水流的自身调整，逐步向稳定的河势发展，因此，国家有关部门根据20世纪90年代初期白茆沙北水道为主水道和南支下段河势相对稳定的状态，决定实施南港北槽入海深水航道整治工程，一期工程整治北槽河段长46 km，2000年4月竣工，-8m等深线的主航道全线贯通，尔后实施二、三期工程，-12.5m等深线的主航道也以贯通。 但是，影响上述河势的不稳定因素还是存在的，由于北支河床面积从1958年的7.95万hm缩小为4.31万hm，1998年崇明县将新安沙围垦后的灵甸港以上河段面宽均在2.5 km以下，兴隆沙南沿的深槽从1998年10月1.0m，到2001年6月淤高到2.7m。而北支下口连兴港断面1998年与1991年相比，0m等深线以下断面积从36900 m，发展到38200 m；三条港至连兴港之间-5m等深线以下面积从0.10万h m发展到0.27万h m。喇叭形河势变大导致从三和港向上至北支上口涌潮加大。例如：灵甸港1997年8月22日昼潮实测涌潮来临时，5min内潮位涌高1.11m。青龙港站，1997年8月20日昼潮，5min内潮位涌高0.78m；1998年8月9日达1.2 m。北支涌潮余波经过北支上口北侧滩地，夹带大量泥沙，像一道泥流墙呼啸而过，颇为壮观。从1997年8月21-22日水文资料（见表1）中可以看出，北支中A7垂线含沙量大于白茆沙北水道，近边滩的A5垂线含沙量大于靠近主槽的A4、A6垂线。这是因为北支涌潮含沙量远大于白茆沙北水道，而涌潮是贴这北岸线上溯，使北支上口在大通站19951996年平均流量30600 ms的情况下于1997年仍出现舌状堆积体。由于上述河势的变化，造成白茆沙北水道不断萎缩，白茆沙北水道自20世纪90年代后期不断淤浅，1997年8月，白茆沙北水道中-10m等深线仍贯通，而且有一个-17m的深潭，深潭长约1 km，宽约150m；经过1998年大洪水，在11月的测图上，-13m深潭消失，约3.5 km的-10m等深线断开，只零星分布着几个-10m等深线的小圈。南水道不断发展。长江主流经七丫口挑流后通过新桥通道进入北港的径流量在增加，不利于维护南港北槽深水航道。表1 1997年8月涨潮含沙量特征值统计垂线编号位置最大测点. m-3最大垂线平均kg. m-3A3南通农场团结闸夹槽4.031.39A4北水道主泓团结闸断面1.560.6A5海门港滩前沿离堤700m9.752.42A6海门港滩前沿离堤1600m7.111.93A7灵甸港外北支主槽19.110.5 2.2 影响南支河段的水质随着水、沙倒灌南支，咸水的影响也时常发生。1978年11月下旬到1979年4月上旬，大通站流量小于10000 ms的连续时间达86天，故咸水从北支大量涌入（1979年2月崇明西沿跃进农场测的月平均含盐度为10.110-），绕过崇明西沙头，向上起直抵望虞河口（1979年1月30日江心沙农场新江海河闸水质含盐度达4.9810-，2月4日常熟水厂水质含盐度达0.7210-），并随落潮流进入南支下段，直抵宝山，与北港上溯的咸水相遇，使崇明岛被咸水包围达4个月有余，严重影响了崇明岛及南支沿岸工农业生产和人民生活。北支的含氯度远大于南支，如在同一经度上的北支的三条港，南支的堡镇、高桥站，在1987年2月16日的含氯度分别为1442010-6 、175010-6 、83310-6。崇头为1045310-6 ，南支的新建水闸为82410-6 ，而其上游不远处的江心沙农场立新闸断面相对深度0.6米处仅为8210-6，河底为45510-6 。2006年特枯水情前后，长江口咸潮入侵的特征主要表现在：陈行水源地于9月11日遭遇有史以来最早的咸潮入侵，长江口咸潮入侵较往年提前2个多月发生。2006年9月到2007年5月期间，共遭受了14次咸潮入侵，累计影响1928小时（80天8小时），大大超过往年平均6次的咸潮入侵次数；咸潮发生时的大通流量变化在1010019200ms之间，较往年覆盖的大通流量范围广。14次咸潮入侵中高达7次超过了陈行水源地5天的避咸蓄淡能力。陈行水库受咸潮入侵影响长达8天以上的有两次，所对应的5日前大通流量值分别高达1650018500 ms，情况为历年所少见。咸潮入侵持续时间最长和氯化物浓度最强的两次分别发生在2006年10月917日（农历八月十八八月二十六）和2007年2月2028日（农历正月初三正月十一），陈行水库取水口氯化物浓度分别高达1476l和1662l，影响上海北部和浦东部分地区大约400万人的源水供应。说明天文大潮对咸潮入侵的影响之强。3.北支航道整治方案及其影响3.1整治目标根据水利部长江水利委员会2004年修订的长江口综合整治开发规划要点报告提出的北支综合整治目标为：（1）减轻或消除北支水沙盐倒灌南支，为淡水资源的开发利用创造有利条件；（2）延缓北支淤积萎缩速率，维持北支的引排水功能，并为远期进一步整治创造条件；（3）逐步改善北支通航条件，以支撑地区经济社会的可持续发展；（4）结合整治，合理开发北支滩涂资源，满足地方经济发展对土地资源的迫切需求。3.2整治方案近期整治方案采用中缩方案，并考虑通过上段疏浚措施，以改善北支上口进流条件，增加北支分流比，并可适当改善北支上段通航条件，同时，对北支沿岸和整治工程实施后近岸流速增加的岸堤加强防护。因此其整治措施主要包括北支中下段河道缩窄工程，筑进口段到崇头长约2000m、青龙港附近长约1500m顺堤式潜坝，界河水闸东侧900m丁坝式潜堤工程，永隆新沙并入南岸的促淤工程长约1000m。护岸工程、沿江挡潮闸扩建工程，北支上段浅滩疏浚工程等，其整治工程见图1。3.3推荐方案沿程水位流速变化分析北支采用中缩窄加疏浚方案时，从上游到下游依次选取工程前后崇头、青龙港、大新河、灵甸港、三和港、启东港、三条港、连兴港附近的潮位进行比较，表2为推荐方案下北支沿程高潮位和低潮位的变化情况。从中可以看出，北支上段（三和港以上）低潮位升高，对沿岸排涝不利，洪季最大升高在灵甸港附近，枯季最大升高在青龙港附近；北支下端高潮位和低潮位均下降，对防洪排涝有利。高潮位降低，将影响上游地区引水。表2 推荐方案下北支沿程潮位变化 单位：m崇头青龙港大新河灵甸港三和港启东港三条港连兴港洪季高潮位变化0.03-0.16-0.26-0.11-0.05-0.02-0.030.06洪季低潮位变化0.010.040.050.19-0.04-0.06-0.07-0.11枯季高潮位变化-0.03-0.21-0.27-0.29-0.18-0.11-0.150.07枯季低潮位变化0.080.540.330.240.00-0.02-0.07-0.16注：表中正值表示潮位升高，负值表示潮位降低。为改善北支上口流条件，本次规划又在中缩窄方案的基础上，研究了北支中缩窄加上段疏浚的方案。中缩窄加上段疏浚实施后，由于涨落潮流速较中缩窄方案均增大，且青龙港以下增加更为明显。加之由于落潮量的明显增加，北支沿程含沙量呈下降趋势。因此，北支中缩窄加上段疏浚方案对减轻北支淤积的效果要优于中缩窄方案，据初步计算结果疏浚区域一年回淤约300万m。各方案断面平均流速最大值变化见表3。流速增大地段需做护岸工程。表3 北支各整治方案后洪季涨落潮流速最大值变化表 单位m/s洪季断面平均流速大缩窄中缩窄小缩窄中缩窄加疏浚崇头涨潮-0.54-0.31-0.48-0.50落潮-0.190-0.18-0.20青龙港涨潮-0.020.110.050.36落潮-0.10-0.03-0.080.15灵甸港涨潮0.000.060.000.01落潮-0.120.01-0.150.08启东港涨潮-0.290.06-0.140.02落潮-0.27-0.03-0.24-0.10三条港涨潮0.110.260.300.22落潮-0.110.12-0.080.06连兴港涨潮0.180.260.170.23落潮-0.050.17-0.110.12注：+表示流速增大，-表示流速减小3.4 低潮位抬高将影响上游地区的排涝长江口地区为平原，其水量调节是通过向长江引排水来实施的。在遇到暴雨时通过开启挡潮闸向长江排涝。关于地表上的暴雨洪水与潮水流的遭遇问题，两者并无内在的联系，目前尚无完善的方法去解决。江苏省一般采用年最大值法选择雨量进行频率计算，求出排水地区指定频率的设计暴雨，本次计算选用的排涝标准为十年一遇。潮水位在汛期（6-9）月选取连续4天平均最高的高低潮进行频率计算，选用频率为50%。实施中缩窄方案后，北支上中游内水位变化，尚属正在研究的课题。笔者根据20世纪5080年代水文资料，通过计算天生港、青龙港、浏河三站排涝潮型资料，发现浏河站比青龙港站低，为此暂用浏河站资料内插得地处长江南、北支交汇区北侧的海门港排涝潮型，计算出高潮位降低0.02-0.08m，低潮位抬高0.30-0.37m，见表4。据通过海门港闸水利水文计算，潮型及排水过程线见图2、3，天青潮型闸孔为36m，改用天浏潮型后闸孔为48m，才能达到相应的排涝标准，并需配套拓宽相应的河道。3.5高潮位降低将影响上游地区引水长江口的潮位既有年、月周期性变化，又有半月周期性变化。灌溉水源的引取，在半个月中采取7天引进长江水使用，并抬高内河河网蓄水，8天使用内河河网蓄水的方法。灌溉设计潮型的选择，主要根据农作物灌溉蓄水量最多的时段确定，本地区为6月1日-20日，选用时段内连续15天的最低低潮作为统计对象。选用频率P=95%，求得海门港闸潮型见表5，该闸正常控制水位1.84m，从中可以看出，海门港闸目前每天可引二次淡水，改用天浏潮型后一般每天只能引一次淡水。如保持原有自流引进长江水的方法，海门市各挡潮闸孔径需扩大一倍。 图2 海门港闸天青潮型排涝过程线表4 海门港闸P=50%排涝潮型曲线表 （废黄河基面）时间天 生 港潮 型(m)青龙港潮型(m)浏河潮型(m)海 门 港 闸天-青潮型(m)天-浏潮型(m)0:000.84-0.040.310.140.511:001.010.240.390.400.632:001.440.900.841.011.073:002.241.491.451.651.754:002.561.881.812.022.095:002.571.991.772.112.076:002.321.831.591.931.878:001.741.301.161.391.3810:001.300.750.800.870.9912:001.100.300.600.470.7913:001.060.250.610.420.7814:001.290.690.720.820.9415:001.711.310.991.391.2616:002.021.671.431.741.6517:002.121.751.521.831.7518:001.971.431.381.541.6020:001.501.901.011.031.2022:001.120.610.640.580.8224:000.880.160.450.310.61图3海门港闸天浏潮型排涝过程线 表5 海门港闸P=95%灌溉潮型（6月1日-20日 废黄河基面）时间天生港潮型(m)青龙港潮型(m)浏河潮型(m)海 门 港 闸天-青潮型(m)天-浏潮型(m)0:000.11-0.86-0.42-0.66-0.221:001.040.290.590.450.762:002.252.151.362.171.703:002.712.501.912.542.214:002.862.392.352.492.545:002.571.962.212.092.356:001.981.231.791.391.868:001.160.231.070.431.1010:000.62-0.410.35-0.190.4512:000.21-0.79-0.19-0.58-0.0413:000.41-0.10-0.150.010.0614:001.390.900.511.000.8415:001.931.931.091.931.4116:002.132.071.532.081.7617:002.031.941.801.961.8818:001.741.581.401.611.5320:001.100.610.900.710.9822:000.59-0.100.410.040.4824:000.24-0.78-0.02-0.570.083.6流速增大地段需增做护岸工程实施中缩窄加疏浚方案后，在青龙港至灵甸港，三条港至连兴港段涨落潮流速会有增大，将对沿岸已有的护岸工程造成冲刷，特别是大洪港至大新港地段，-10m深泓逼岸，影响较大，需增做相应的护岸工程。4 北支近期演变分析青龙港处历年实测资料，涨落潮时潮差与含沙量之间相关系数分别为0.905和0.872，均方差为0.469和0.546，表明具有高度显著线性关系，其特征见表6。潮名日 期平均潮差（m）平均流速（ms）平均含沙量（kg m3）年公历农历涨潮涨潮落潮落潮涨潮落潮特大潮19848月28-29日八月初二-初三日4.354.331.701.274.993.0219719月8日七月十九日4.214.191.981.115.573.71大潮19854月6-7日二月十七-十八日3.903.761.610.854.322.4319788月6日七月初三3.493.521.780.892.942.3819849月1 -2日八月初六-初七日3.022.981.151.042.712.07中潮19854月3 -4日二月十四-十五日2.842.900.750.580.900.6719725月26-27日四月十三-十四日2.822.830.900.900.680.76小潮19849月3 -4日八月初八-初九日1.701.490.290.640.710.9019853月30-31日二月初十-十一日1.081.090.130.480.050.15表6 青龙港历年实测典型潮特征值自1998年以来，由于灵甸沙、兴隆沙及兴隆东沙相继围垦，2003年1月兴隆沙与永隆沙之间打坝相连。2005年1月在兴隆沙东头打坝与崇明相连，形成崇明北湖。兴隆沙圈围长度从1992年的10km，到2005年增加到19 km，切断了从兴隆沙南沿线与永隆沙之间的夹槽进入北支的水沙通道，该段江面从613 km，缩窄了35 km，使北支从崇头到三条港段长68 km的河段江面宽度在25 km之间，灵甸港段的涌潮消失，青龙港以上江段的涌潮也变小。 从青龙港19712008年潮位资料来看，出现4m以上潮差，涨潮为940次，落潮为1006次。其中70年代涨落潮分别为237次和272次，最多的涨潮1973年为43次，落潮为54次，形成北支上口舌状堆积体。80年代分别为190次和197次，对发展白茆沙北水道有利。90年代分别为245次和246次，20002008年，涨落潮分别出现268次和291次。特别是19992002年，涨落潮分别出现296次和317次。使北支上口在大通站1998-1999年洪峰流量分别为82300 ms和83900 ms，平均流量36200 ms的情况下仍未将北支口舌状堆积体冲刷掉。2003年以来一般都在10次以下。4m潮差出现次数变少，有利于北支上段自然刷深。青龙站20002008年平均高潮位2.01m，最高的2001年为2.17 m，19901999年平均高潮位为2.01 m，最高的1998年为2.16m（85国家高程基面），有下降的趋势。 由于涌潮特征值现场直接测量十分困难，一般情况下，只能捕获些个别实测特征值，量化精度不高，所以直接应用涌潮的现场观测资料系列来描述其变化过程在目前的技术条件下，是很难做到的，据文献【4】对钱塘江七堡站涌潮规律观测统计，认为涌潮高度与潮差大小成正比关系，而涌潮高度反映了涌潮的强弱，因此利用涌潮差和平均涨率可以间接地反映涌潮变化。本文应用了青龙港自记潮位观测站的实测19602008年共49年的农历七月、八月大潮实测低、高潮位资料，并计算了历年平均涨率，青龙港潮位站平均涨率年际变化图（见图4）可间接反映青龙港附近河段涌潮的变化情势。从中可见，在上世纪60年代，青龙港的平均涨率值在27cm10min左右，在70年代80年代期间，青龙港的平均涨率呈现上升趋势，平均涨率值变化范围为3040cm10min，说明北支涌潮在不断发展，到上世纪90年代，特别是1996年2001年期间农历七、八两月是北支涌潮的高发期，平均涨率值达45cm10min左右. 在2003年以后，青龙港的农历七、八月平均涨率有大幅度的回落，其中2003年2008年平均涨率为24.9cm10min，最大的2006年为35.6cm10min.但青龙港按排涝潮型统计的高低潮有逐年上升的趋势，20世纪60、70、80、90年代分别为1.95m、2.03m、2.14m、2.22m, 20002008年为2.27m(废黄河基面)，对沿江地区排涝不利。图4 青龙港农历七月、八月大潮平均涨率年际变化图徐六泾附近在1872年就兴建桩石工程，以后不断维修加固，加上其地质为抗冲性较强的粘土，致使徐六泾岸段长期处于稳定状态。而北岸自1956年以来围垦通海沙、江心沙，使江面从15.7km缩窄为5km左右，20世纪80年代初期受冲扩大为5.7km，南通农场先后筑丁坝15座，到1987年稳住的河势。1992年起，为巩固徐六泾与东方红农场一对人工节点的功能，自南通农场10#丁坝以下建了长674m的平顺抛石和1100m护坎工程；在它的末端1994年建成一条伸出堤外342m的新1#丁坝；紧接丁坝，又于1996年9月基本建成水山围垦，围堤长2429m，围垦面积70hm，堤线距离原江堤最远处为720m，占用岸线1500m.工程实施后，造成涨潮潮流流向朝外偏910，长江主泓线1997年8月比1996年9月向外移迅速快了12倍。上游汇丰码头涨潮流外移500m，1995年10月与1997年1月测图对比，内河床淤高2.5m4.3m，造成新开沙夹槽淤积。还促使了徐六泾以下的-20m深槽南偏，白茆沙中水道的发展。从白茆沙河段的历史演变来看，主槽的落潮流速大于涨潮流速，同时落潮流的平均历时几乎是涨潮流平均历时的两倍。因此，径流是塑造本河段主槽河床形态的主导动力，影响河势的发展趋势。2002年大通道流量较大，年平均流量为31500m/s，洪峰流量为66900 m/s.徐六径-22深槽也开始转向北移。上游径流从海螺码头直插北支上口，将1997年形成的舌状堆积体冲开，尔后继续发展，北支上段北侧刷深，2006年-3m等高线在整个北支河段贯通。而崇明至牛棚港一线边滩不断淤涨，0以上滩涂面积达826h m，尔后继续淤涨，2004年已种植芦苇，现已登陆崇明岛。从而使南支而来的涨潮流顺着新建崇头一线的方向直插到海门港闸后进入北支，进入北支的长江主流又从崇头向西移动到海门市一侧，促使进入北支的分流比增加，见表7，有利于径流进入北支，从而冲刷上段河床。为此应抓住当前北支河势有利时机，尽早实施北支航道整治工程。测验时间占南北支总下泄%说 明2001年1.42003年6月1.55（大、中、小潮）2004年8月1.96（大、中、小潮）2005年8月2.80（大、中、小潮）2007年7月3.00（大、小潮）表7 南北支分流比近年变化5 有关政策协调据调查，启东现有灯杆港、三和港、红阳河、头兴港等8座挡潮闸共73m，海门市直接向长江引排水的总面积达792k m (占全市总面积的76.8%)，现有7座挡潮闸计126 m，根据江苏省水利厅编制水利发展“十五”和2010年规划要求：达到规定的排涝标准需迁建新建的挡潮闸净宽约为130 m，配套拓宽相应的河道，因此水系调整的投资将达数亿元。 又根据中华人民共和国民政部、水利部、国家土地管理局、国家测绘局联合发出的民政函（1998）66号文，“关于解决江苏省与上海市长江口北支边界争议有关问题的通知”，北支下段围垦的200 k m土地主要归上海市所有。实施北支下游缩窄工程，可改善了南支水域的条件，有利于航运事业；改善南支的水质也主要有利于上海市的原水供应。河口整治是一个多目标的系统工程，涉及面广。根据中华人民共和国水法第三十条规定“兴建水利工程或其他建设项目，对原有灌溉用水、供水水源或航道水量有不利影响的，建设单位应当采取补救措施或者予以补偿。”这就存在一个投资者如何收回投资，受益小而遭受的损失大者如何得到补偿，主要受益者如何向投资者和非受益者提供补偿等问题。必须发挥国家和地方两方面积极性，妥善处理相关问题。6 结语 徐六泾节点及白茆沙段整治工程是稳定长江口的河势，进一步发挥南港北槽入海深水航道治理的工程效益，保障沿江地区社会经济稳定发展具有十分重要的意义。尽早实施长江口北支航道整治工程，可以促使白茆沙北水道-12m线贯通，增强进入白茆沙北水道的径流量，有利于维护入海深水航道。应在长江口综合整治开发规划要点报告的基础上，抓紧进行补充论证，及早组织实施。参考文献1、 韩乃斌，卢中一，长江口分汊水道盐水入侵特性，长江口综合整治研究第四集，1988年。2、 黄志良，等，长江口北支整治方案比较分析，第十一届中国海岸工程学术讨论会文集海洋出版社，2003年10月。3、 水利部长江水利委员会，长江口综合整治开发规划要点报告（2004年修订）。4、 徐加寿、周默生：七堡站涌潮规划观测