長江口深水航道治理工程的實踐與思考

摘要：長江口深水航道治理工程是由孫中山最早提出設想、到20世紀末國務院決策實施，歷經(jīng)數(shù)代人攻堅克難而得以實現(xiàn)的跨世紀宏偉工程；是無現(xiàn)成經(jīng)驗可循，完全依靠國內(nèi)技術(shù)力量自主研究設計及施工建成的世界級河口治理樣本；是歷經(jīng)12年分期建設，獲得中國工程院評估組充分認可和較高評價，并取得諸多實踐經(jīng)驗和技術(shù)創(chuàng)新的水運建設成功范例。通過8年養(yǎng)護管理，長江口12.5m深水航道運行安全暢通，維護疏浚量總體可控，已充分發(fā)揮“黃金效益”。當前長江口深水航道仍面臨現(xiàn)有航道技術(shù)研究手段的局限性、航道深化減淤方向的不明朗性、航道疏浚土處置的緊迫性和河口航道體系建設的滯后性等諸多亟待深化研究問題。

關(guān)鍵詞：長江口；深水航道；治理工程

中圖法分類號：U617 文獻標志碼：A DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2018.0309

作為長江水運船舶入海的必經(jīng)之路，長江口航道是長江黃金水道中通航條件最好的咽喉要道，也是世界上運輸貨物總量最大、運輸最繁忙的潮汐河口航道，更是關(guān)系到長江三角洲地區(qū)乃至長江流域經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略運輸通道。

2018年是長江口深水航道治理工程正式開工20周年。歷經(jīng)12年艱苦建設，全長92.2km的長江口12.5m深水航道于2010年3月全線貫通，截至目前投入運行8年，已進入全面發(fā)揮“黃金效益”的穩(wěn)定運行階段。過去20年，長江口深水航道治理工程先后經(jīng)歷了一期工程航道驟淤、二期工程地基土軟化、三期工程局部航道增深困難，以及維護運行初期航道回淤總量大、維護費用高等多項重大技術(shù)難題攻關(guān)，取得了一些重要的實踐經(jīng)驗與創(chuàng)新認識[1]。在開工建設20周年之際，本文在前人研究及實踐的基礎(chǔ)上，嘗試回顧總結(jié)長江口深水航道治理工程的建設歷程和經(jīng)驗，客觀分析長江口深水航道治理工程技術(shù)問題，有助于進一步明確長江口航道建管養(yǎng)一體化的發(fā)展方向，為我國沿海水運工程和潮汐河口綜合治理等提供參考借鑒。

1 工程概況

1.1 建設情況

作為我國重點投資建設的大型水運工程，長江口深水航道治理選擇在南港北槽河段（圖1），自1998年1月經(jīng)國務院批準開始實施，主要采用整治和疏浚相結(jié)合的治理方法，按照“一次規(guī)劃，分期建設，分期見效”原則，分三期實施。工程進展順利，分別于2002年8月、2005年11月和2010年3月實現(xiàn)了8.5m（一期）、10m（二期）和12.5m（三期）航道水深治理目標。至此，長江口深水航道可滿足5萬噸級船舶（實載吃水≤11.5m）全潮雙向通航的要求，同時兼顧第五、六代大型遠洋集裝箱船和10萬噸級滿載散貨船及20萬噸級減載散貨船乘潮通航。據(jù)表1統(tǒng)計，經(jīng)過一、二期工程的建設，總共累計建造了長約48km的南導堤、49km的北導堤和30km的19座丁壩；三期工程除疏浚工程（基建疏浚量約2.18億m3）外，還實施了2個減淤工程措施，即YH101減淤工程和南壩田擋沙堤加高工程。

1.2 維護管理情況

2011年5月長江口深水航道治理三期工程通過竣工驗收后，長江口航道逐漸由建設為主過渡到建設、管理和養(yǎng)護并重的新常態(tài)。長江口12.5m深水航道的養(yǎng)護管理和安全暢通保障是一項長期性任務，其中北槽段（W2～W4）回淤量較大，為每年航道養(yǎng)護工作的重點。投入運行8年來，通過科學維護和管理，長江口12.5m深水航道通航深度年保證率始終保持在養(yǎng)護計劃規(guī)定的95%以上，確保了航道的安全暢通，有力地保障了長江口深水航道整體效益的持續(xù)發(fā)揮。為進一步減少航道回淤量、降低維護成本，長江口12.5m深水航道減淤工程南壩田擋沙堤加高工程于2015年11月經(jīng)交通運輸部批準開工，其主要建設內(nèi)容是在已建S4～S8南壩田擋沙堤（長19.2km）上繼續(xù)加高至吳淞基面3.5m，并在S8～S9丁壩間新建長4.6km、堤頂高程同為吳淞基面3.5m的擋沙堤；其主體工程于2016年7月基本完工，2016年12月通過交工驗收。

1.3 主要效益

（1）經(jīng)濟社會效益。長江口12.5m深水航道運行8年來，長江口入海航道通航條件明顯改善，大型船舶通航效率和營運水平大為提高，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。經(jīng)初步測算，長江口12.5m深水航道開通以來年均產(chǎn)生經(jīng)濟效益已超過100億元，貨運量增加帶動GDP增長年均超過1 000億元，帶動就業(yè)年均超過10萬人。其中，維護12.5m航道的“十二五”期長江口深水航道經(jīng)濟效益比維護10m航道的“十一五”期增長36.8%，累計拉動上海市及江蘇省等沿江地區(qū)GDP增長5 297億元[2]。

受益于長江口深水航道，上海國際航運中心、金融中心、貿(mào)易中心和經(jīng)濟中心建設步伐加快，并為12.5m深水航道上延至南京創(chuàng)造條件，大幅提升了長江中上游“江海聯(lián)運”能力，有力推進了長江干線貨運量連續(xù)多年位居世界河運榜首和區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展。隨著長江南京至長江口431公里12.5m深水航道建設工程在2018年4月底全線貫通以及沿江港口碼頭的改造升級，長江口深水航道的航運及港口經(jīng)濟效益得到大幅提升。

（2）航道治理效應。長江口深水航道治理工程以打通攔門沙淺灘、實現(xiàn)治理目標水深為第一要務，同時也考慮了與河勢控制、水利防洪（潮）、灘涂資源開發(fā)利用和保護、河口水庫開發(fā)、生態(tài)濕地環(huán)境保護等綜合協(xié)調(diào)。通過20年航道治理，結(jié)合中央沙圈圍及青草沙水庫等工程，長江口三個分汊口關(guān)鍵部位相繼得到人工守護，徐六涇以下“三級分汊、四口入?！遍L江口河勢格局穩(wěn)定性顯著增強，較好地落實了《長江口綜合整治開發(fā)規(guī)劃》對航道發(fā)展及河勢控制的要求。長江口深水航道治理工程實施以后，與相關(guān)涉水部門加強了相互配合和協(xié)調(diào)，積極推動了長江口多目標綜合整治。比如，長江口深水航道疏浚土被用于吹填上灘，與橫沙東灘、浦東機場外側(cè)灘涂和長興潛堤后方灘涂等上海市灘涂整治有機結(jié)合，有利于控制疏浚和造地成本，取得了共贏局面[3]；又如在深水航道治理過程中，結(jié)合工程建設建立河口生態(tài)修復和生態(tài)補償機制，堅持進行長江口大范圍生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評價，開展了人工牡蠣礁構(gòu)造、中華鱘等漁業(yè)資源增殖放流工作，促進了長江口航道建設與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展，取得了良好的生態(tài)效益。

2 工程建設的重大意義

2.1 長江口深水航道治理工程是歷經(jīng)數(shù)代人攻堅克難而得以實現(xiàn)的跨世紀宏偉工程

治理長江口，加深通海航道，是眾多仁人志士的夙愿和追求。早在1918年，中華民族復興先驅(qū)孫中山先生在制定《建國方略》“實業(yè)計劃”中就提出了整治揚子江口水道（自海上深水線至黃浦江合流點）、建設上海東方大港的偉大設想[4]，還大膽討論了治理長江口泥沙淤積的方案。新中國成立后，我國一大批專家學者從20世紀60年代初就開始進行長江口的現(xiàn)場觀測和科學研究，為長江口航道治理積累了大量寶貴數(shù)據(jù)資料和經(jīng)驗。20世紀70至80年代，因上海港航運發(fā)展需要，長江口入海航道采用疏浚手段進行治理，南港南槽段和南港北槽段曾先后被開挖成人工常年維護的7.0m水深通海航道，基本適應了當時2萬噸級海輪通航。

隨著我國改革開放的不斷推進，大型集裝箱船舶受長江口攔門沙淺灘水深不足的影響難以進出長江，已嚴重制約上海港及長江沿線港口的發(fā)展。1992年，《長江口攔門沙航道演變規(guī)律與深水航道整治方案研究》被列為國家“八五”科技攻關(guān)項目，提出了開發(fā)北槽12.5m深水航道的工程方案，具體論證了整治工程的可行性，為實施我國歷史上規(guī)模最大、技術(shù)最復雜的水運工程奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)[5]。在科技攻關(guān)的基礎(chǔ)上，國務院先后組織工程項目建議書和可行性研究專家論證，并于1998年1月正式批準實施長江口深水航道治理工程。歷經(jīng)12年分期建設，至2010年3月三期工程通過交工驗收，長江口12.5m深水航道才得以全線貫通。

2.2 長江口深水航道治理工程是完全依靠國內(nèi)技術(shù)力量自主研究設計及施工而建成的世界級河口治理樣本

國內(nèi)外河口航道治理實踐表明[6]，攔門沙航道通常是河口航道治理中最為困難的部分，一直是世界性的難題。由于復雜的河口水沙動力條件和河床演變規(guī)律，長江口航道治理與國內(nèi)外同類航道治理相比具有自身的特殊性和實踐難度，不可能照搬密西西比河口、萊茵河口、黃浦江口等國內(nèi)外其它河口治理范例，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可循。工程依靠國內(nèi)技術(shù)力量展開深入詳實的水文、泥沙、地質(zhì)等勘測研究和設計，總體摸清了長江口發(fā)育模式、河床演變規(guī)律、水流動力場、泥沙場、攔門沙形成機理、細顆粒泥沙在咸淡水交匯區(qū)的活動、沉降機理等根本性問題，得出“開發(fā)長江口深水航道是完全可以實現(xiàn)”的科學論斷，并經(jīng)過嚴密論證和充分試驗后付諸實踐。

作為我國水運工程史上投資規(guī)模大、技術(shù)難度高的航道工程，長江口深水航道治理工程的實施過程也是逐步加深長江口水沙運動規(guī)律和河床演變規(guī)律認識、提升河口航道養(yǎng)護管理水平的過程。工程在前期研究和建設全過程中，解決了一系列重大技術(shù)難題，取得了成套技術(shù)創(chuàng)新成果，是我國河口治理和水運事業(yè)的偉大創(chuàng)舉，也是世界上巨型復雜河口航道治理的成功范例，帶動了國內(nèi)水運工程全行業(yè)及其相關(guān)工程領(lǐng)域的技術(shù)進步[7]。

2.3 長江口深水航道治理工程是取得諸多實踐經(jīng)驗和技術(shù)創(chuàng)新的水運建設成功范例

為客觀評估工程的實施效果和綜合效益，2011年中國工程院受交通運輸部委托組織開展長江口深水航道治理工程的全面評估工作。中國工程院組成了包括12位院士在內(nèi)的評估專家組，對長江口深水航道治理工程的工程效果及維護管理措施、社會經(jīng)濟效益和工程環(huán)境影響等3大方面進行了分析評價，形成了綜合評估報告，充分肯定了工程所取得的成績。評估報告指出[7]，科學決策和動態(tài)管理是長江口深水航道治理工程成功的關(guān)鍵，工程的原定目標已順利實現(xiàn)，航道整治總體技術(shù)水平先進，工程經(jīng)濟社會效益顯著，工程對生態(tài)和環(huán)境無顯著的負面影響。同時，科學總結(jié)了長江口深水航道治理工程建設管理、科技創(chuàng)新等5方面的經(jīng)驗，即積累了復雜河口治理的經(jīng)驗，推動了港航建筑物設計理論的進步，提升了我國港航工程施工技術(shù)水平，創(chuàng)新了大型港航工程項目管理的模式，促進了我國河口海岸工程領(lǐng)域的科學研究。

2.4 長江口12.5m深水航道通過8年養(yǎng)護管理，運行平穩(wěn)、安全暢通，維護疏浚量總體可控

作為世界級河口航道，長江口深水航道的維護與其治理工程一樣重要，難度同樣不小。根據(jù)現(xiàn)場資料分析，近8年來長江口深水航道維護疏浚量存在一定波動變化。長江口深水航道開通初期，全槽每年產(chǎn)生的維護疏浚量8 000萬m3左右（包含臺風或寒潮等非常態(tài)天氣過程引起的航道回淤增量），相應投入的維護費用較高。但2012年以后，受上游河勢及水沙條件改善、維護疏浚管理及工藝優(yōu)化等因素變化影響[8]，12.5m深水航道總體回淤強度趨于下降，年維護疏浚量相應得以下降；加之南壩田擋沙堤加高工程的實施，2016—2017年維護疏浚量已降至

6 000萬m3以下。

通過科學維護和管理，長江口深水航道在開通以來的8年間整體運行狀態(tài)良好，經(jīng)受住了2010年、2012年和2016年上游大流量過程以及多次臺風和寒潮的考驗，通航水深年保證率達95%以上，滿足養(yǎng)護技術(shù)標準，確保了航道安全暢通。今后一段時期，在長江口河勢格局及水沙動力環(huán)境整體穩(wěn)定的前提下，隨著維護疏浚精細化管理的不斷深入和深水航道減淤工程措施的逐步推進，長江口12.5m深水航道維護態(tài)勢將總體可控，且趨于向好。

3 存在問題及思考

由于長江河口水沙運動和河床演變規(guī)律的復雜性，加之長江上游來水來沙條件、海域來水來沙條件以及大量河口涉水工程等邊界條件尚在變化調(diào)整之中，這些變化因素仍可能對12.5m深水航道的長期穩(wěn)定和后續(xù)長江口航道體系建設產(chǎn)生不利影響。長江口12.5m深水航道建成并非一勞永逸，仍面臨現(xiàn)有航道技術(shù)研究手段的局限性、航道深化減淤方向的不明朗性、航道疏浚土處置的緊迫性和河口航道體系建設的滯后性等諸多亟待深化研究的問題。

3.1 現(xiàn)有航道技術(shù)研究手段的局限性

河工物理模型與數(shù)學模型是研究河口水沙及河床地形的變化規(guī)律和預測整治工程實施效果以及涉水工程修建對周邊河勢影響等重要技術(shù)手段，但目前在長江口航道治理工程應用中的數(shù)模和物模技術(shù)均存在一定的局限性，具有各自不同的鮮明特點和適用范圍[9]。比如，長江口攔門沙河段的泥沙運動受徑流、潮汐、波浪作用以及鹽水等綜合影響，粘性細顆粒泥沙絮凝沉降的物理化學過程及變化規(guī)律極為復雜，在目前開發(fā)的三維泥沙數(shù)學模型中，尚難綜合考慮上述因素對河床地形沖淤變化和深水航道回淤等的定量影響，特別是難以有效模擬航道內(nèi)近底層高濃度泥沙輸運過程，因此，總體上對航道回淤量的預測計算精度不高。

在長江口深水航道治理工程實施動態(tài)管理過程中，動態(tài)監(jiān)測分析是一種基于原型觀測的、現(xiàn)有河工物理模型和潮流泥沙數(shù)學模型無法替代的工程技術(shù)手段，在航道建設和維護管理中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。但由于目前觀測儀器設備和監(jiān)測系統(tǒng)的局限性，長江口現(xiàn)場觀測技術(shù)仍存在許多亟待突破的難點，主要包括航道內(nèi)近底高含沙水體輸移連續(xù)觀測、航道浮泥生成運移及消亡全過程觀測、現(xiàn)場懸沙絮凝體觀測、河口最大渾濁帶三維水沙運動模式觀測和大范圍長歷時水沙監(jiān)測等[1]。今后，新型觀測儀器和觀測方法的研發(fā)以及觀測數(shù)據(jù)分析水平的提升，對河口攔門沙及最大渾濁帶形成機制和深水航道維護實踐有重要意義。

3.2 航道深化減淤方向的不明朗性

針對長江口12.5m深水航道開通初期面臨回淤總量大、回淤時空分布高度集中、航道維護成本較高等技術(shù)難題，展開了深水航道回淤原因及減淤工程措施研究，取得一定實踐認知[10][11]，推進了南壩田擋沙堤加高工程的實施。當前，長江口12.5m深水航道年維護疏浚量雖總體穩(wěn)定可控，但航道的回淤總量仍然較大，航道回淤原因深度研究尚不夠充分，現(xiàn)有的航道科研技術(shù)力量難以精準把握和認識12.5m深水航道回淤規(guī)律及機理，航道深化減淤方向不夠明朗。因此，深水航道的回淤原因和深化減淤仍是必須堅持長期研究解決的技術(shù)難題。

從航道回淤的動力條件看，作為長江口12.5m深水航道回淤集中區(qū)段的北槽中下段，地處河口最大渾濁帶水域，水、沙、鹽分布及輸移，尤其近底層高濃度水體輸運具備河口攔門沙固有的三維結(jié)構(gòu)特征，航道回淤與潮流場、泥沙場、鹽度場及河床地形調(diào)整的關(guān)系復雜，航道回淤的年內(nèi)洪枯季差異巨大的內(nèi)在動力機理尚不能合理解釋。且從航道回淤的泥沙來源看，由于淤積形態(tài)的多樣性，航道回淤的底沙和懸沙來源可能來自隨上游徑流下泄的陸相來沙、當?shù)啬嗌吃賾腋?、邊灘?cè)向供沙和隨漲潮流上溯的海相來沙等，各種來源泥沙對航道回淤的貢獻和權(quán)重也是需要分析研究的一個重要課題。這些泥沙的起動、運移過程和回淤到航槽內(nèi)的輸移路徑尚不明確，有必要綜合運用新技術(shù)、新材料和新工藝，通過更加深入的現(xiàn)場觀測分析和必要的數(shù)、物模試驗研究來解決這一難題，從而為減淤工程措施研究等提供新思路。

3.3 航道疏浚土處置的緊迫性

疏浚土是長江口深水航道治理工程建設和維護過程中衍生的一種寶貴資源。由于橫沙東灘圈圍八期工程即將于“十三五”末全面完工，且上海市目前尚無進一步的灘涂整治工程計劃，12.5m深水航道產(chǎn)生的大量疏浚土無法被有益利用、可能面臨全部外拋的不利局面；加之隨著長江口航道體系建設的逐步推進，南槽和北港航道還將產(chǎn)生一定數(shù)量的疏浚土，因此，長江口航道疏浚土長期利用、合理安置的前景和形勢不容樂觀。

針對2020年后長江口深水航道疏浚土處置存在的問題，王恒賓等[12]通過對長江口海洋傾倒區(qū)和灘涂資源開發(fā)利用情況分析認為結(jié)合N23護灘潛堤以東的橫沙淺灘灘涂整治進行疏浚土處置是一種較為經(jīng)濟合理的選擇，并給出了初步的處置方案，可為長江口航道疏浚土可持續(xù)利用提供一定借鑒參考。但在修復長江生態(tài)環(huán)境處于壓倒性位置、海洋傾倒區(qū)日漸嚴格控制、河口多數(shù)灘涂濕地面臨侵蝕威脅和泥沙資源供需關(guān)系日益緊張等諸多新情勢下，長江口疏浚土應遵循多用少拋的處置原則，利用疏浚土進行灘涂人工喂沙養(yǎng)護、生態(tài)濕地培育與塑造、建筑材料利用、土壤改良等多途徑處置將是未來長江口航道疏浚土得到科學處置、疏浚土資源化利用水平有效提升的發(fā)展方向。

3.4 河口航道體系建設的滯后性

長江河口在徐六涇以下呈“三級分汊、四口入?！逼矫嫘蛻B(tài)，水域內(nèi)汊道眾多，航道資源十分豐富。經(jīng)過20年開發(fā)治理，12.5m主航道全線貫通，長江口航道條件得到顯著改善，目前主要人工維護長江口12.5m深水航道和南槽5.5m航道。北港、南槽和北支等其他汊道水域整體仍處于自然水深狀態(tài)，在當前沿江水運需求穩(wěn)步增長形勢下，現(xiàn)有航道的通航壓力日趨加大，航道資源的進一步開發(fā)潛力依然較大。

作為治理長江口航道的綱領(lǐng)性文件，《長江口航道發(fā)展規(guī)劃》已于2010年8月獲得交通運輸部批復，也據(jù)此初步展開了北港、南槽和北支等河段航道治理的前期研究工作[13-15]。但現(xiàn)階段甚至今后一段時期，長江口航道發(fā)展與沿江航運經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢仍不相適應，長江口“一主、兩輔、一支”航道體系格局尚未真正形成、建設發(fā)展速度相對較滯后。對此，要在總結(jié)提煉近20年長江口航道治理實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，加緊推進長江口航道系統(tǒng)治理前期工作，結(jié)合長江經(jīng)濟帶“共抓大保護、不搞大開發(fā)”等新要求重點開展南槽航道治理工程技術(shù)方案研究，為輔助航道治理開發(fā)提供技術(shù)支撐，確保早日建成以12.5m深水航道為主、南槽航道和北港航道為輔、北支航道為支的長江口航道體系。

4 結(jié)語

（1）回顧性總結(jié)分析表明，長江口深水航道治理工程是由孫中山最早提出設想、到20世紀末國務院決策實施，歷經(jīng)數(shù)代人攻堅克難而得以實現(xiàn)的跨世紀宏偉工程；是無現(xiàn)成經(jīng)驗可循，完全依靠國內(nèi)技術(shù)力量自主研究設計及施工而建成的世界級河口治理樣本；是歷經(jīng)12年分期建設，獲得中國工程院評估組充分認可和較高評價，并取得諸多實踐經(jīng)驗和技術(shù)創(chuàng)新的水運建設成功范例。

（2）通過8年養(yǎng)護管理，長江口12.5m深水航道運行平穩(wěn)、安全暢通，維護疏浚量總體可控，已充分發(fā)揮“黃金效益”。但同時，當前長江口深水航道仍面臨現(xiàn)有航道技術(shù)研究手段的局限性、航道深化減淤方向的不明朗性、航道疏浚土處置的緊迫性和河口航道體系建設的滯后性等諸多亟待深化研究問題。

當前，長江口航道作為建設交通強國、推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展和打造現(xiàn)代化長江航運的基礎(chǔ)設施組成部分，面臨著向更高質(zhì)量發(fā)展、解決發(fā)展不平衡不充分問題的艱巨任務。在新形勢下加緊推進長江口航道科研及技術(shù)創(chuàng)新體系構(gòu)建，積極研究探索深水航道回淤規(guī)律和維護疏浚新工藝等技術(shù)難題十分必要。

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Abstract： The Yangtze Estuary Deepwater Channel Regulation Project is a cross-century grand project embodied great efforts of generations of people. It was first envisioned by Sun Yat-sen and approved by the State Council by the end of the last century. This project was designed and built into a world-class demonstration project， even with no existing experience to follow and entirely based on our own technical strength. It is a successful example of water transport construction that was fully acknowledged by the Chinese Academy of Engineering Evaluation Team after 12 years of construction， and has obtained many practical experiences and technological innovations. Through 8-years of maintenance management， the 12.5m-deep water channel of the Yangtze River estuary has been operated safely and smoothly， with maintenance dredging volume generally in control， fully exerting golden benefits. Meanwhile， the paper also points out that the current Yangtze Estuary deep-water channel still faces many issues requiring further study， such as research limitations in existing waterway technology， uncertainties of river channel deepening and siltation reduction， urgency of waterway dredged soil disposal and lag of estuarine navigation system construction.

Key words： Yangtze River Estuary Deepwater Channel Regulation Project； channel siltation reduction； dredged soil disposal