長(zhǎng)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(zhǎng)江水利委員會(huì)，水文局長(zhǎng)江口水文水資源勘測(cè)局，上海 200136)

通州沙西水道是張家港市境內(nèi)長(zhǎng)江河道的重要組成部分。為了維護(hù)通州沙汊道的河勢(shì)穩(wěn)定，保障張家港市防洪安全，根據(jù)《長(zhǎng)江流域綜合規(guī)劃》《長(zhǎng)江中下游干流河道治理規(guī)劃報(bào)告》以及《長(zhǎng)江澄通河段河道綜合整治規(guī)劃》確定的治理思路，綜合河道現(xiàn)狀、演變規(guī)律以及以往類似工程的經(jīng)驗(yàn)[1]，2011—2016年對(duì)通州沙西水道開展了河道整治工程。由于整治工程規(guī)模大、涉及內(nèi)容多、施工周期長(zhǎng)，所以國(guó)內(nèi)許多學(xué)者開展了大量研究：徐華等[2]利用2012年之前的實(shí)測(cè)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(shù)學(xué)模型研究通州沙水道洲灘關(guān)鍵控制工程的方案，并預(yù)測(cè)工程后的演變規(guī)律；吳道文等[4]利用潮流泥沙模型給出西水道整治優(yōu)化工程推薦方案，并采用動(dòng)床模型試驗(yàn)研究通州沙航道的回淤情況；陳前海等[5]利用數(shù)學(xué)模型和物理模型試驗(yàn)提出規(guī)劃治理目標(biāo)與規(guī)劃總體方案，并分析總體方案及已實(shí)施規(guī)劃方案的治理效果與相關(guān)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(guān)技術(shù)參考。本文利用2011—2016年工程從施工至完工期間跟蹤監(jiān)測(cè)的水文、地形資料，分析河道演變出現(xiàn)的新變化以及整治工程效果，為后續(xù)工程的實(shí)施和運(yùn)行維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 河勢(shì)概況

通州沙河段位于長(zhǎng)江口澄通河段下段，上起十三圩，下至徐六涇，全長(zhǎng)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(fā)育，營(yíng)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(jìn)入長(zhǎng)江口河段。長(zhǎng)期以來(lái)，通州沙灘面串溝縱橫，從而導(dǎo)致西水道上段水流分散，落潮時(shí)進(jìn)入西水道的部分水流通過(guò)通州沙上段串溝分流至東水道或?yàn)┟?，致使西水道中段落潮量減少。漲潮時(shí)漲潮流沿西水道主槽上溯，其中一部分?jǐn)U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(qū)域形成淺區(qū)，-5 m槽不能貫通。同時(shí)，六干河近岸區(qū)域形成1個(gè)長(zhǎng)條形沖刷坑，該沖刷坑自形成后一直在不斷刷深和擴(kuò)大。為了改善西水道水域條件，2011—2016年間在不影響總體河勢(shì)穩(wěn)定、防洪(潮)安全以及兩岸國(guó)民經(jīng)濟(jì)設(shè)施運(yùn)行的前提下，對(duì)西水道河道進(jìn)行了綜合整治。

2 整治工程布置及預(yù)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(shè)，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)?？紤]到工程建設(shè)投資規(guī)模較大、施工復(fù)雜，本工程分3期實(shí)施：一期工程于2011年12月開工，對(duì)西水道淺區(qū)進(jìn)行疏浚，疏浚采砂后河床底高程為-8 m，并利用疏浚棄土實(shí)施南岸邊灘圍區(qū)Ⅴ岸線調(diào)整工程，2012年9月完工；2012年4—7月實(shí)施通州沙右緣潛堤工程。二期工程于2012年12月開工，繼續(xù)對(duì)西水道淺區(qū)進(jìn)行疏浚，疏浚后河床底高程達(dá)-12～-10 m，并利用疏浚棄土實(shí)施完成南岸邊灘Ⅲ、Ⅳ圍區(qū)，2013年12月完工。三期工程于2013年12月開工，繼續(xù)疏浚西水道淺區(qū)每年回淤的泥沙，保持-12 m的維護(hù)河槽底高程，視南岸邊灘變化趨勢(shì)以及開發(fā)利用需求，利用清淤棄土逐步實(shí)施完成南岸邊灘Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ圍區(qū)，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(yù)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(qū)段主槽流速，使?jié)q落潮流路歸一，從而達(dá)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(yù)期如下：1)西水道南岸邊灘整治工程以達(dá)到束水歸槽、增加漲落潮水流動(dòng)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(nèi)；目的之二是配合南岸岸線調(diào)整工程，縮窄西水道河寬，增加漲落潮水流動(dòng)力，刷深河槽。3)西水道上中段疏浚工程以貫通并維護(hù)西水道-12 m深槽為目的。

3 整治工程實(shí)施后效果

3.1 分流比變化

通州沙進(jìn)口段東、西水道落潮分流比統(tǒng)計(jì)見表1。工程實(shí)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(shí)施，2012—2015年工程施工期，無(wú)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(shí)測(cè)資料計(jì)算結(jié)果顯示：目前，通州沙東水道進(jìn)口段落潮分流比為89.3%，西水道分流比為10.7%?？梢?，西水道整治工程后，西水道分流比增加較小，對(duì)東水道的分流形勢(shì)及整體動(dòng)力格局未造成明顯影響。

表1 通州沙進(jìn)口段東、西水道落潮分流比統(tǒng)計(jì)(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(zhǎng)江主流周期性變動(dòng)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(lái)，分流比增加，進(jìn)口主流動(dòng)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(cè)邊灘向北淤長(zhǎng)。由于青天礁的存在，通州沙頭部一直穩(wěn)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(jì)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(zhǎng)，1993年沙體面積發(fā)育最大至81.8 km2；之后變化速度放慢，2001年后總體趨于穩(wěn)定，沙洲面積、長(zhǎng)度、寬度均略有減小。2001—2016年，除主沙體左側(cè)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(fā)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(hù)岸效果良好，同時(shí)確保了通州沙東西水道河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)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(jì)算范圍自四干河至南農(nóng)閘對(duì)岸，左邊以通州沙沙脊線為界，計(jì)算結(jié)果見表3。由表3可知，1977—1993年，通州沙西水道河道處于大強(qiáng)度淤積狀態(tài)，淤積量達(dá)6 000萬(wàn)m3。這和上游如皋中汊快速發(fā)展有很大關(guān)系，同時(shí)期如皋中汊河道沖刷量高達(dá)6 570萬(wàn)m3，其沖刷下的泥沙有很大一部分進(jìn)入西水道并淤積下來(lái)。1993—2011年，河道處于微沖狀態(tài)，累計(jì)沖刷近1 170萬(wàn)m3(含西水道下段右岸碼頭區(qū)及航道維護(hù)性疏浚)，河道沖淤變化總體較為平穩(wěn)，表明上游來(lái)水來(lái)沙變化對(duì)其影響作用趨于緩和。2011年以后，為改善西水道淺區(qū)水流條件使西水道漲落潮流路一致，對(duì)西水道淺區(qū)進(jìn)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(wàn)m3。

2)通州沙東水道河床沖淤變化計(jì)算范圍自通呂運(yùn)河至南農(nóng)閘，右邊以通州沙沙脊線為界，計(jì)算結(jié)果見表4。由表4可見，自1977年以來(lái)，通州沙東水道河床以沖刷為主，河床沖刷量遠(yuǎn)大于淤積量，至2016年，河床累計(jì)凈沖刷達(dá)1.45億m3，沖刷主要出現(xiàn)在-20～-10 m深度區(qū)間內(nèi)，除1998—2001年出現(xiàn)小幅淤積外，其余時(shí)間河床均處于沖刷狀態(tài)，表明通州沙東水道的主汊地位一直在加強(qiáng)。2011—2016年西水道整治期間，東水道除-5～0 m和-25 m以下區(qū)間呈現(xiàn)出小幅淤積外，主深槽仍處于持續(xù)沖刷狀態(tài)，進(jìn)一步表明西水道整治對(duì)東水道整體動(dòng)力格局沒(méi)有造成明顯影響，而東水道的持續(xù)沖刷可能與三峽工程運(yùn)行后上游干流來(lái)沙量大幅減少有關(guān)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(xù)表4

年份沖淤量∕萬(wàn)m3-5～0m-10～-5m-15～-10m-20～-15m-25～-20m-25m以下合計(jì)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(jì)-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(lái)澄通河段規(guī)模最大的河道整治工程，工程建成后，西水道河道形態(tài)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(shí)施后，通過(guò)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(nóng)場(chǎng)水閘)河床增深最為明顯，最大增深幅度超過(guò)10 m。同時(shí)，河床通過(guò)調(diào)整變化，原先位于長(zhǎng)沙河水閘上游、最深點(diǎn)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(xiàn)回淤，河床底部抬高，最大抬高幅度超過(guò)5 m。其回淤原因主要是該區(qū)段原本處于落潮流和漲潮流動(dòng)力交匯處的淺段，大強(qiáng)度疏浚后河床出現(xiàn)回淤是正常情況，須輔以經(jīng)常性的維護(hù)性疏浚，來(lái)保持航槽的常年貫通，這與預(yù)期是一致的。

2)西水道河道整治工程實(shí)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(shí)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(nóng)場(chǎng)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(jìn)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(nèi)，-10 m河槽再次中斷，表現(xiàn)在五干河—六干河之間(工程前淺段)其水流動(dòng)力相對(duì)較弱，可能是今后西水道航道及碼頭等運(yùn)行維護(hù)的重點(diǎn)。六干河以下河段-5、-10 m主河槽斷面面積呈增強(qiáng)趨勢(shì)，主要是因?yàn)檎喂こ虤w順了西水道漲、落潮流路，潮流動(dòng)力增強(qiáng)。

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(shí)施后，五干河—農(nóng)場(chǎng)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(qū)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(nèi)，-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(jié)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(duì)東水道的分流形勢(shì)及整體動(dòng)力格局未造成明顯影響。

2)工程的實(shí)施消除了長(zhǎng)沙河水閘上游的近岸深槽，在原主江堤外側(cè)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(hù)工程或促淤工程形成一個(gè)完整的防洪工程體系，對(duì)防洪保安具有明顯的作用。

3)20世紀(jì)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(lái)總體變化不大。近期的發(fā)展表明，通州沙西水道整治工程達(dá)到了良好的固灘護(hù)岸效果，確保了通州沙汊道河勢(shì)的穩(wěn)定。

4)多年來(lái)西水道總體呈淤積態(tài)勢(shì)，-5 m河槽不通。西水道工程實(shí)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(nèi)出現(xiàn)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(jīng)常性的維護(hù)性疏浚，從而更好地發(fā)揮規(guī)劃方案的整治效果。

5)整治工程基本達(dá)到了預(yù)期的效果。建議繼續(xù)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析與研究，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)治理，從而更好地發(fā)揮整治工程的作用，減小負(fù)面影響。