深水航道的河勢控制和航道回淤問題

金镠，虞志英，何青

（1.交通運(yùn)輸部長江口航道管理局，上海 200003；2.華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062）

長江口深水航道治理一期工程，1998年1月開工，2002年初完成（包括完善段工程）。二期工程2002年開工，提前于2005年3月竣工。2006年9月開工建設(shè)三期工程。

一、二期工程的建成投產(chǎn)，為我國河口治理提供了許多經(jīng)驗(yàn)[1-7]。三期工程為疏浚加深航槽的工程，2006年9月開工，設(shè)計(jì)基建土方量1.7億m3，設(shè)計(jì)通航水深12.5 m，要求于2009年9月完成。施工過程中回淤量大且集中分布。為此，先后采取加長丁壩等措施 （表1），同時加大疏浚強(qiáng)度。三期工程于2010年3月挖通12.5 m航道。交工驗(yàn)收后進(jìn)入試通航，于2011年5月通過竣工驗(yàn)收。

表1 減淤工程丁壩接長一覽表m

1 對長江口河勢基本特點(diǎn)的再認(rèn)識

關(guān)于長江口河勢，已有許多論述。通過深水航道治理認(rèn)識有所深化。

1） 長江口是多級分汊的大型河口，歷史上的稀遇洪水塑造了河口基本的地貌格局。徑流維持了河口的生命。輸沙平衡關(guān)系決定河槽性質(zhì)。

①徑流在維持河口及河口汊道長期穩(wěn)定中起到關(guān)鍵作用。

潮汐河道維持穩(wěn)定的機(jī)制是輸沙平衡，即漲、落潮的凈輸沙指向下游且≥上口的流域來沙。滿足此條件的為落潮輸沙優(yōu)勢河槽，即落潮槽；否則為漲潮槽，是趨于萎縮的河槽。

河槽阻力使潮波在推進(jìn)過程中發(fā)生變形、落潮流輸沙能力低于漲潮流。為達(dá)到輸沙平衡，必須要有徑流加入。因此說，徑流是河口的生命?；诖?，通常取河口的多年平均落潮流量為河口的造床流量。

②通過分流口通道水、沙交換的調(diào)節(jié)提高了主汊的穩(wěn)定性。

河口汊道的穩(wěn)定性受到分流口沙洲沖淤和進(jìn)流進(jìn)沙條件變化的影響，而這種影響往往通過分流口通道及串溝的消長得到調(diào)節(jié)，從而提高了主汊的穩(wěn)定性。

③人類活動對汊道穩(wěn)定有時會起到?jīng)Q定性的影響。

洲灘的圍墾和邊界固定，堵塞串溝，岸線開發(fā)，通過整治建筑物調(diào)節(jié)水、沙動態(tài)等，均有可能對汊道的穩(wěn)定發(fā)生重大、快速的影響。

2） 河口河槽形態(tài)具有平面上向下游放寬和縱斷面上出現(xiàn)攔門沙地形的特點(diǎn)。

①河槽阻力使?jié)q潮潮量向上游沿程遞減，斷面面積亦相應(yīng)縮小。河相關(guān)系[8]顯示，斷面積的變化主要體現(xiàn)在河寬的變化上。由于落潮流量向下游沿程增大，河寬具有向下游放寬的特點(diǎn)。

從能量觀點(diǎn)看，在一定的來水來沙條件下，河槽力圖達(dá)到的平衡斷面是符合能耗最小的斷面（楊志達(dá)），或是具有最小活動性的斷面（竇國仁）。此時，河床的沿程沖淤最小，漲潮及落潮的單寬輸沙率qs沿程基本無變化，即?qs?x→0。

考慮落潮輸沙，連續(xù)方程為[9]：

式中：h為河床床面高程；B為半潮槽寬。

上式可寫成：

由?qs/?x→ 0，得：

式中：Bo為起始斷面半潮槽寬。

故設(shè)計(jì)一條平衡的潮汐水道，其河槽的平面形態(tài)需符合按指數(shù)關(guān)系向下游放寬的規(guī)律。合理的放寬率應(yīng)使單寬輸沙率沿程保持基本不變。

②長江口下段發(fā)育有巨大的攔門沙系，主汊中的攔門沙長達(dá)40～60 km。

攔門沙形成機(jī)制可概括表述如下：潮汐河口，一方面由于向下游展寬，水深變淺，為維持縱向單寬輸沙率不變，要求水動力增強(qiáng)，從而增大了床面泥沙的再懸浮，使下層水體含沙量增高；另一方面，咸淡水交匯形成鋒面，鋒面在一定范圍內(nèi)擺動，在其擺動范圍內(nèi)，出現(xiàn)豎向密度環(huán)流和較長的憩流、轉(zhuǎn)流歷時，有利于再懸浮的泥沙向床面集聚；近床面較高含沙量的“制紊作用”又使泥沙向床面的集聚加速（“雪球效應(yīng)”[10]），從而造成近床面的高濃度泥沙層。于是在鋒面擺蕩的范圍內(nèi)，出現(xiàn)以較淺的平衡水深地形、較強(qiáng)的近底水動力、較高的下層水體含沙量為特征的河段，即攔門沙河段。該河段與鋒面擺動范圍一致。因具有較強(qiáng)的再懸浮和較高的近底含沙量，故又是河口最大渾濁帶所在。在自然狀態(tài)下，攔門沙河段單寬輸沙率沿程基本不變。

3） 長江口河勢符合平原沖積河流感潮河段河床演變的一般規(guī)律，它們是：

①海洋動力具有準(zhǔn)定常性，因此主流在平面上也具有彎直相間的蜿蜒形態(tài)并自上游向下游遷移；彎道導(dǎo)流對主流的穩(wěn)定起主要作用。

②灘槽水沙交換對河槽穩(wěn)定起著重要作用，主要表現(xiàn)在具有大水趨直、小水坐彎的“寬河行洪”特性，灘面洪淤枯沖、主槽洪沖枯淤的季節(jié)性沖淤調(diào)節(jié)機(jī)制，以及河口下段主槽出沙，灘地進(jìn)沙的泥沙環(huán)流特性等方面。固定河槽邊界、堵塞串溝、截斷灘槽泥沙交換以及大量圍灘，減少了濱海沙洲淤漲的物質(zhì)來源，增加了主槽輸沙的負(fù)擔(dān)，有可能削弱主槽的落潮流輸沙優(yōu)勢。

彎直相間的主流平面形態(tài)和“寬河行洪”的泄洪要求，決定了北槽雙導(dǎo)堤必須采用寬堤距布置。

③在寬淺河道上修筑導(dǎo)堤和丁壩群調(diào)整河床地形，除了要確定合理的放寬率外，丁壩的數(shù)量和長度對河槽的穩(wěn)定性也起重要作用，表現(xiàn)在寬深比的調(diào)整和河槽性質(zhì)的轉(zhuǎn)化上。北槽大量丁壩的修建，短期內(nèi)產(chǎn)生了巨大的滯沙容沙效果。隨著壩田逐步充填，主槽的輸沙負(fù)擔(dān)逐步增加；隨著丁壩總長度增加，北槽自然深泓尺度經(jīng)歷了先增后減的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)折發(fā)生在丁壩總長約30 km時，相當(dāng)于二期整治建筑物工程完成（圖1）。

2 北槽河槽性質(zhì)轉(zhuǎn)化的可能性

對汊道型潮汐河口航道的整治往往是整治汊道中的一支。以北槽為例，采用魚咀、導(dǎo)堤固定邊界，用丁壩群束窄河槽，形成導(dǎo)治線。丁壩增加了河槽阻力，從而使分流、分沙比減小。整治前，北槽是落潮流輸沙優(yōu)勢明顯的汊道，整治工程應(yīng)以保持北槽落潮槽性質(zhì)不變?yōu)榍疤帷?/p>

圖1 北槽等深線平均間距與丁壩總長度關(guān)系

2.1 分流比與河槽容積

治理工程的實(shí)施，使北槽落潮流分流比減少（圖2），其中，一期期間即1998-06—2001-02，分流比從67%持續(xù)下降至48%（上斷面）；二期期間，即2002-08—2006-08，為二期丁壩建設(shè)及之后的河床調(diào)整期，分流比從48%降至40%（上斷面），2009-02—04實(shí)施了三期減淤工程，加長多條丁壩，使分流比出現(xiàn)新的下降，上斷面分流比降至38%左右。

圖2 北槽落潮流分流比逐年變化

北槽分流比減少的同時，中水位以下河槽容積的變化如圖3[7]，容積的減少主要發(fā)生在二期整治建筑物開工之后，減少約2.8億m3，減幅達(dá)9%。中水河槽容積的變化包括丁壩壩田的淤積和主槽的沖淤。一期及完善段工程，在壩田淤積的同時，主槽沖刷，二者相抵，總?cè)莘e基本不變，主槽河槽斷面趨于窄深。而從2002年2月起至2006年11月統(tǒng)計(jì)得壩田淤積2.9億m3，與中水河槽容積的減少量2.8億m3相當(dāng)，表明主槽容積不再增加。

圖3 北槽中水河槽容積歷年變化

分沙比與分流比同步減小，二者的比值穩(wěn)定在0.98左右，變幅不大。

2.2 北槽河槽性質(zhì)轉(zhuǎn)化的可能性分析

對一條潮汐水道，其保持穩(wěn)定或發(fā)展的基本條件是：在一個代表性水文年內(nèi)，平均的潮周期內(nèi)凈輸沙指向下游，且下口的凈輸沙≥上口來沙量，即習(xí)慣所說的要有一定的落潮流輸沙優(yōu)勢。

記北槽落潮流分沙比與漲潮流分沙比為：

式中：We，N和 We，S為北槽（N）和南槽（S）的落潮流輸沙量（e代表落潮）；Wf，N和 Wf，S為北槽（N）和南槽（S）的漲潮流輸沙量（f代表漲潮）。

故北槽的落潮流輸沙量與漲潮流輸沙量之比（簡稱“落漲比”）為：

對河口下段，南北槽合計(jì)的落潮比（式（2）右端），可以認(rèn)為是與一汊整治關(guān)系不大的略大于1的數(shù)，所以可用“落漲分沙比之比”λe，N/λf，N近似代表“落漲比”，即河槽性質(zhì)的變化。

圖4為北槽下斷面（分流比測驗(yàn)斷面中的下斷面）λe，N/λf，N的逐年變化。由圖可知，一期工程整治建筑物使落潮流輸沙優(yōu)勢一度下降至1.4左右，完善段工程使這一優(yōu)勢提升至1.7以上。但隨著二期整治建筑物的修建，北槽落潮流輸沙優(yōu)勢大幅降低至1.2～1.15，且仍有下降趨勢。表明北槽河槽性質(zhì)已從明顯的落潮槽向漲、落潮輸沙均勢轉(zhuǎn)變。

圖4 北槽下斷面落漲分沙比的比值的逐年變化

圖5給出了南槽的落潮流分沙比與漲潮流分沙比的比值的逐年變化。可知，南槽在長江口二期工程前還是漲潮流輸沙占優(yōu)勢，二期之后也趨向漲、落潮輸沙均勢。

圖5 南槽落潮分沙比/漲潮分沙比逐年變化

如前所述，可以將北槽落漲分沙比的比值 λe，N/λf，N≈1近似代表河性轉(zhuǎn)化的臨界點(diǎn)。由實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，一期工程實(shí)施以來，北槽的漲潮流分沙比λf，N穩(wěn)定少變，約為0.36（圖6）。

圖6 北槽漲潮流分沙比逐年變化

因此，對北槽，可將落潮流分沙比λe，N=0.36作為河性轉(zhuǎn)化的閾值。一期工程后，北槽的落潮分流比與落潮分沙比基本相等 （比值 λe，N/λf，N≈0.98），所以，也可以將北槽落潮流分流比≈0.36作為河性轉(zhuǎn)化的閾值。

北槽河性在三期減淤工程后繼續(xù)退化，使流域來沙更不易輸送出海，同時海域來沙和臺風(fēng)驟淤對深水航道的影響加大，這也可能是三期減淤工程后北槽航道回淤集中區(qū)段上移的重要原因。

3 工程后北槽平面形態(tài)及水動力縱向分布的合理性分析

3.1 北槽工程后平面形態(tài)及水動力縱向分布的合理性分析

據(jù)前，天然平衡的潮汐水道，其平面形態(tài)符合按指數(shù)關(guān)系向下游放寬，且單寬輸沙率沿程基本不變。因此，設(shè)計(jì)一條潮汐河道的合理平面形態(tài)，應(yīng)使水流動力、含沙量、水深沿縱向基本上均勻分布。

工程前，受橫沙東灘串溝、江亞北槽、九段沙串溝等分、匯流影響，北槽潮量的沿程分布很不均勻。一期工程消弱了北槽上段與北港和南槽經(jīng)由串溝的水沙交換，使潮量的沿程分布減少了大的起伏，但中段潮量較大；二期工程后，串溝的橫向水沙交換進(jìn)一步被攔截，潮量的沿程分布向下游單調(diào)增加，趨于合理（圖7）?？傮w說來，潮量的向下游遞增，也與河寬向下游逐步放寬相一致，但是否符合合理的放寬率要求，還需進(jìn)一步從水動力等的沿程分布是否基本均勻去判斷。

圖7 北槽整治前后落潮潮量沿程分布

上海河口海岸研究中心提出用北槽槽中1 600 m范圍落潮潮量來近似代表主槽落潮單寬流量即水流動力。比較情況見圖8、圖9。

圖8 一、二期工程前后北槽主槽（1 600 m）落潮潮量沿程變化

由圖8可知，一期工程前，槽中1 600 m落潮潮量沿程分布很不均勻，橫向的分、匯流造成落潮潮量縱向分布出現(xiàn)明顯的谷和峰。一期和完善段工程后，上述谷和峰趨于均勻，但中段W3以下水動力沿程遞降的狀況未有改善，這與北槽下段河槽邊界尚未控制有關(guān)。二期工程后，主槽落潮潮量沿程分布大幅度起伏的情況明顯得到改善，但S2N2以下出現(xiàn)了沿程遞增的趨勢，說明工程對流場的調(diào)整仍不理想。應(yīng)考慮適當(dāng)縮短部分丁壩長度，減少北槽河床阻力，又使主槽單寬流量沿程分布進(jìn)一步趨于均衡，但三期減淤工程后，主槽落潮潮量的縱向分布又出現(xiàn)大的起伏。

3.2 放寬率調(diào)整對水流動力沿程分布的影響

放寬率外形的形成依靠一系列丁壩。以丁壩頭連線構(gòu)成北槽的導(dǎo)治線，以導(dǎo)治線間距代表河寬來計(jì)算放寬率。

北槽丁壩壩頭水深0 m，導(dǎo)治線寬度B的變化按式（1），可寫成：

式中：α為放寬率，1/m。

不同的放寬率，主槽流速調(diào)整結(jié)果不同。以一期工程后的流場作為本底，得到不同放寬率條件下，北槽主槽落急流速的變化即圖10所示的關(guān)系。

上述結(jié)果表明，在一期及完善段工程形成的流場基礎(chǔ)上，進(jìn)一步修建丁壩，北槽上段，隨著放寬率的減小，主槽落急流速減小而下段主槽落急流速增大。因此，潮汐河道的放寬率對流場的總體分布狀態(tài)而言是敏感因子，其對北槽主槽單寬潮量和流速的調(diào)整，在北槽的上、下段是不同的。二期丁壩，使北槽導(dǎo)治線放寬率減小過多，三期減淤工程則放棄了設(shè)計(jì)合理放寬率的要求。

圖10 北槽主槽落急流速與放寬率關(guān)系

4 整治工程對北槽地形、水動力和含沙量分布的調(diào)整

4.1 整治工程對北槽地形的調(diào)整

地形的調(diào)整主要反映為主槽容積、斷面形態(tài)（寬深比）和灘槽高差的變化。從航道減淤的角度，要求寬深比和灘槽高差較小，以形成上下貫通、覆蓋航槽，有一定寬深尺度的自然深泓。

4.1.1 河槽容積、寬深比

河槽容積，取兩種指標(biāo)：從河相關(guān)系的角度，取中水河槽容積；從航道灘槽關(guān)系角度，取-5 m以下河槽容積。

前述圖3表示中水河槽容積在二期工程期間減少了2.8億m3，約減9%，低于同期北槽落潮分流比的減幅（上斷面減14%，下斷面減10%），表明二期工程后北槽的造床動力總體上趨于減弱。

2004年2月以前，-5 m以下容積基本保持不變；之后，北槽上段（W3以上）容積減少，下段（W3以下）容積增加，與前述圖7相一致。平均水深和斷面寬深比變化見表2。從一、二期工程總的治理效果來看，一期丁壩上游段（以B10為代表），寬深比有所加大，平均水深減??；一期丁壩段（以B25為代表），整治前為攔門沙灘頂所在河段，工程使灘頂高程明顯降低，河段平均水深明顯增加，寬深比降低且趨于與上下游相接近；北槽中段（W3前后，以B40為代表），河段平均水深和寬深比均有所改善；北槽下段（以B55為代表），平均水深明顯增深，寬深比顯著減小。

表2 工程前和二期工程后北槽平均水深和寬深比變化[11]

上述一期丁壩上游段在整治工程后平均水深減小、寬深比加大，與南港下段和瑞豐沙沖刷下移泥沙在北槽上口淤積有關(guān)。

2008—2009年實(shí)施的三期減淤工程并未實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減少寬深比的要求，見表3。

可知，-5 m以下河槽斷面，寬深比基本未有改善，而與航道回淤關(guān)系最為密切的-8 m以下主槽斷面，則寬深比向相對寬淺逆轉(zhuǎn)，對航道維護(hù)甚為不利。

4.1.2 等深線間距與灘槽高差

二期工程以來，航道外-8 m線寬度的變化見圖11。

表3 三期減淤工程前后寬深比變化

圖11 二期工程后-8 m線沿航道底邊線的分布

圖11 顯示：-8 m線在北槽下段展寬明顯，灘槽高差較小，而中段（G—J）間距最小，灘槽高差最大；2008—2009年實(shí)施加長丁壩的減淤工程后（2009-05），上段北側(cè)-8 m線北移改善，但下段（J—S）-8 m線未有展寬，且南側(cè)-8 m線更加貼近航道，灘槽高差明顯增大。航道軸線明顯偏離-8 m自然深泓線走向。

4.2 工程前后北槽水動力及含沙量分布變化

北槽整治前，以旋轉(zhuǎn)流為主，一期工程后轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)流。

完善段工程后（2002），北槽沿航道摩阻流速峰值的沿程分布見圖12?？芍涑绷鲃恿Γψ枇魉伲?，北槽中段（Cs2—Cs4）較高，尤其在Cs3附近。

圖12 完善段工程后，北槽漲、落急垂線平均流速和漲、落急峰值摩阻流速分布

二期整治建筑物建成后，中段摩阻流速亦較高（圖13）。

圖13 2004-05（大潮）北槽主槽峰值摩阻流速沿程變化

摩阻流速或床面水流切應(yīng)力τb是表征水流動力的確切指標(biāo)。摩阻流速的大小直接影響床面泥沙再懸浮的強(qiáng)度，因此對含沙量及其垂線分布形態(tài)產(chǎn)生明顯影響，圖14為二期工程后（2007-08） 水文測驗(yàn)得到的垂線平均含沙量沿程分布和近底含沙量的沿程分布，可以看出它們與摩阻流速分布之間有明顯的相應(yīng)性。

圖14 2007-08北槽垂線平均含沙量和近底含沙量沿程分布

2009年2月—4月實(shí)施加長丁壩的減淤工程后，北槽航道軸線的漲、落急流速與減淤工程前（本底）相比（圖15），航道中段（W3前后），落急流速Ve，o大幅增加（增量達(dá)0.4 m/s），漲急流速Vf，o也有一定增加。含沙量的縱向變化，北槽中段漲潮平均含沙量Sf較高，而落潮含沙量高值段下移（圖16）。

圖15 2009年減淤工程前后北槽漲、落急流速沿程分布

圖16 2009年北槽大潮垂線平均含沙量沿程分布

4.3 北槽漲、落潮輸沙量的沿程分布

二期工程后，北槽漲、落潮輸沙量的沿程分布，是流速、水深和泥沙的再懸浮等綜合作用的結(jié)果，圖17為2007年8月的北槽縱向各垂線漲、落潮輸沙量和全潮凈輸沙分布。

圖17 2007-08實(shí)測北槽各垂線漲、落潮輸沙量及全潮凈輸沙量

可知中段（Cs6—Cs3）具有顯著為高的漲潮及落潮輸沙能力，這是由于該區(qū)段具有較大的摩阻流速、活躍的再懸浮導(dǎo)致較高的含沙量特別是近底含沙量的緣故。高輸沙率區(qū)段，航槽能獲得更為豐富的回淤泥沙來源。從這個角度講，整治工程不希望出現(xiàn)局部很高的流速和輸沙量。

圖17還顯示全潮凈輸沙量的沿程分布基本均勻，即凈單寬輸沙率Δqs沿程不變。表明二期工程后地形較快調(diào)整達(dá)到了基本平衡，即出現(xiàn)了沿程分布均勻的指向下游的平衡輸沙量。因此人為增大落潮輸沙能力的同時漲潮輸沙亦將增加。

4.4 近底泥沙運(yùn)動

4.4.1 近底含沙量的現(xiàn)場觀測和近底高含沙量生成機(jī)理

利用三角架近底邊界層水沙觀測系統(tǒng)（一般由光學(xué)后向散射儀（OBS）、聲學(xué)多普勒流速儀（ADV、PCADV）、浪潮儀等組成）獲取現(xiàn)場距底1 m以內(nèi)的水沙運(yùn)動過程和床面沖淤過程。在中段航道兩側(cè)，進(jìn)行了包括洪、枯季的3次觀測[7，12]。

測驗(yàn)結(jié)果表明：

1） 落潮流速＞漲潮流速；小潮近底流速一般＜0.4 m/s（枯季）、0.5 m/s（洪季）。

2） 大于10 kg/m3的近底含沙量，均出現(xiàn)在小潮漲潮后期流速較小時，最大含沙量超過20 kg/m3。

3） 近底高含沙量一般在漲憩時段出現(xiàn)，持續(xù)到落急時刻結(jié)束，持續(xù)時間達(dá)4～5 h。

4）漲潮流轉(zhuǎn)落潮流期間（漲憩時段），床面淤積達(dá)3～5 cm；漲、落急時段沖刷。

5） 近底水流紊動強(qiáng)度和床面水流切應(yīng)力τb均洪季高于枯季。

床面水流切應(yīng)力與近底含沙量的關(guān)系，可歸納為三類[7]：

1） 高底切力引起近底高含沙量。當(dāng)τb＞0.4 N/m2時，床面泥沙起動，引起底床泥沙再懸浮，此種情況形成的近底沙峰一般為4～8 kg/m3。

2） 高底切力未引起近底高含沙量?？赡芘c底部床面活動層已經(jīng)懸浮有關(guān)。

3） 低底切力相當(dāng)于高含沙量。此時底切力τb往往小于0.3 N/m2。但近底含沙量出現(xiàn)高的峰值，一般可達(dá)15 kg/m3以上，系泥沙沉降所致。

近底高含沙量生成機(jī)理可概括如下：

長江口北槽中段，水流動力較強(qiáng)。強(qiáng)紊動的出現(xiàn)使床面泥沙大量懸揚(yáng)，形成向上的泥沙凈通量。泥沙的再懸浮，加大泥沙濃度的垂向梯度，造成“層化”。層化對紊動的抑制（“層化制紊”），限制了泥沙向上的紊動擴(kuò)散，導(dǎo)致泥沙的沉降并聚集形成近底高濃度泥沙層。這種過程在漲憩時段尤為明顯。同時，較長的憩流時段又使這種效應(yīng)有充足的時間得以維持[10]。

因此可以說，高床面切力引起的強(qiáng)再懸浮和后續(xù)低床面切力階段泥沙沉降形成的高濃度近底含沙量，是造成北槽中段航道集中回淤的重要原因[7]。

4.4.2 近底泥沙輸運(yùn)

根據(jù)上述近底水沙觀測可進(jìn)一步計(jì)算近底余流和余沙（凈輸沙）。計(jì)算結(jié)果表明：

1）航道彎段上游，余流及凈輸沙順向平行指向下游。

2） 彎段及下游，凈輸沙大部指向航道，說明近底高含沙水體有向航道匯聚的趨勢；部分指向?yàn)┑?，使灘地抬高，亦對航道減淤不利。

綜上所述，根據(jù)近底泥沙運(yùn)動的觀測、分析，從航道減淤要求，可形成如下主要認(rèn)識：

1） 根據(jù)中段近底高濃度水體形成機(jī)理的分析，可認(rèn)為過份加大該段水動力對減淤不一定有利；

2） 局部流場的調(diào)整，需盡量消除漲、落潮主流流路的不一致，以縮短憩流時段；

3） 流場調(diào)整還應(yīng)注意削弱指向航槽的凈輸沙，使凈輸沙方向盡可能平行航道并指向下游。

上述認(rèn)識可為利用數(shù)、物模進(jìn)行方案比選提供評價依據(jù)。

5 長江口北槽深水航道的回淤狀況

長江口深水航道治理工程的航道疏浚及維護(hù)狀況，分期列于表4及表5。

表4 航道疏浚情況

表5 一期航道維護(hù)情況

由表4和表5可知，一期疏浚工程（1999-07-15—2000-03-22） 階段，施工期回淤強(qiáng)度93.1萬m3/月，這遠(yuǎn)低于建成后的維護(hù)強(qiáng)度150.9萬m3/月（以2001年為例為），二者之比為1.62。主要是由于基建疏浚強(qiáng)度相對較高（388.12萬m3/月）、擾動減淤效應(yīng)明顯。另一個特點(diǎn)是回淤強(qiáng)度沿程分布基本均勻。

二期疏浚工程（2004-01—12；2005-03交工驗(yàn)收） 階段，2005、2006、2007、2008年回淤量逐年由3 500萬m3增至5 000萬m3左右，說明二期丁壩布置不盡合理，同時也與主槽內(nèi)大量拋泥有關(guān)。另一個顯著特點(diǎn)是回淤量分布不均勻，中段回淤量占回淤總量的70%以上。

三期工程于2006年9月30日開工，由于施工期回淤嚴(yán)重，實(shí)施了減淤工程。減淤工程采用了加長丁壩的方案（表2），2009年2—4月施工完畢。2009年以高強(qiáng)度疏浚取得較高的成槽率。2010年3月達(dá)到12.5 m全槽貫通，通過交工驗(yàn)收。

統(tǒng)計(jì)表明，2009年施工期回淤量5 228萬m3。綜合考慮施工強(qiáng)度和基礎(chǔ)水深，可認(rèn)為減淤工程的實(shí)際效果不明顯；三期航道按12.5 m挖通后，2010年實(shí)際年維護(hù)量達(dá)到7 000萬m3以上。同時，回淤量沿程分布嚴(yán)重不均的情況改善不多，重點(diǎn)回淤區(qū)段有上移趨勢。

6 結(jié)語

1）保持北槽落潮流輸沙優(yōu)勢是北槽整治的基本要求。北槽從落潮槽向漲潮槽轉(zhuǎn)化的閾值為落潮分沙比或分流比36%；三期減淤工程，進(jìn)一步加大了北槽河槽阻力，使北槽落潮分流比和分沙比出現(xiàn)第三次下降過程，目前的分流比已接近河性轉(zhuǎn)化的臨界點(diǎn)。為確保北槽河勢安全，應(yīng)研究減少北槽河槽阻力，使落潮分流比有所恢復(fù)。

2） 河道自然演變具有使水流能耗或河床活動性最小的普遍規(guī)律。因此，潮汐河道有平面上向下游逐漸放寬，使單寬輸沙率沿程保持基本不變的自然特性。整治工程應(yīng)力爭做到水動力和含沙量沿程均勻分布。三期減淤工程含沙量和單寬輸沙率沿程分布的不均勻程度增大，是造成減淤效果不明顯的重要原因。

3） 三期工程的疏浚施工狀況表明，減淤工程并未取得預(yù)期的航道減淤效果；漲潮輸沙影響加大使重點(diǎn)回淤區(qū)段有所上移，回淤量沿程集中分布的狀況亦未明顯改善。進(jìn)一步研究有效的減淤工程措施是必要的。

4） 工程后，河床發(fā)生調(diào)整，很快達(dá)到新的平衡斷面形態(tài)，縱向凈輸沙沿程不變。因此，加大局部區(qū)段的落潮流輸沙動力，必然伴隨漲潮流輸沙的同步增加，在某種情況下，還將使區(qū)段平衡水深減小，灘槽高差加大。這些，均對航道減淤不利。

5） 近底高濃度含沙水體和指向航道的凈輸沙，是回淤集中分布的重要原因。為消除回淤量高度集中的狀況，應(yīng)進(jìn)一步調(diào)整流場，減少漲落潮流路分歧，縮短憩流時段。

[1]金镠.長江口深水航道治理前期研究成果[J].港口工程，1998（2）：5-12.

[2] 金镠，范期錦，談澤煒，等.長江口深水航道成槽規(guī)律的初步分析[J].水運(yùn)工程，2000（1）：34-41.

[3] Jin Liu.Planning and Implementation of Regulated Works for Deep-Water Channel in Yangtze Estuary[C]//The proc.of First Asian and Pacific Coastal Engineering Conference，2001：37-59.

[4] 金镠，談澤煒，李文正，等.長江口深水航道回淤問題[J].中國港灣建設(shè)，2003（3）：5-9；2003（4）：1-6；2003（5）：1-7.

[5] Jin Liu.The New Technological Improvements on Estuary Regulation in the Yangtze Estuary Deepwater Channel Construction Project[C]//Coastal Infrastructure Development-Challenge in the 21 th Century，2004.

[6]金镠，黃永燁.河口整治技術(shù)在長江口深水航道治理工程中的若干新進(jìn)展[J].中國港灣建設(shè)，2005（6）：11-16.

[7] 徐俊杰.基于底邊界層研究的航道回淤機(jī)制分析[D].上海：華東師范大學(xué)，2009.

[8]竇國仁.平原沖積河流及潮汐河口的河床形態(tài)[J].水利學(xué)報，1964（2）：1-13.

[9] 陳志昌.長江口深水航道治理工程物理模型試驗(yàn)報告[R].南京：南京水利科學(xué)研究院，1994.

[10] J C Winterwerp.On the Dynamics of High-Concentrated Mud Suspension[D].Netherlands：Delft University of Technology，1999.

[11] 劉杰.長江口深水航道河床演變和航道回淤研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2008.

[12] 徐俊杰.底邊界層水沙觀測系統(tǒng)和應(yīng)用[J].海洋工程，2009（1）：55-61.