長江口南北港分汊口河段護灘限流工程動態(tài)管理

周發(fā)林

（交通運輸部長江口航道管理局，上海 200003）

作為長江口南北港分汊口治理工程的重要組成部分之一，長江口深水航道南北港分汊口河段新瀏河沙護灘及南沙頭通道潛堤工程（以下簡稱“本工程”）是長江口深水航道向上延伸的基礎性工程，也是南北港分汊口河勢控制的關鍵工程[1]。本工程位于長江口歷史上自然變化最為復雜、河勢穩(wěn)定性極差的第二級分汊口段——南北港分汊口河段，于2012年2月通過交通運輸部組織的竣工驗收。文獻 [2-4]等對本工程的實施效果作過不同程度的預測分析和評估，認為工程發(fā)揮了其應有的整治功能，取得了顯著的治理效果，達到了預期的建設目標。本工程在設計、建設及維護過程中，全面、科學地實行動態(tài)管理，是長江河口整治中實施動態(tài)管理的一次成功實踐，積累了若干工程管理的經驗，本文對此進行了全面總結，對類似河口工程具有一定的借鑒和參考意義。

1 工程概況

1.1 工程前河勢及航道狀況

本工程實施前，長江口10.5m深水航道已向上延伸至南京，其中，南北港分汊口河段寶山北水道被選定為上延主航道，通過航標設置調整，利用其天然水深，維持了10.5m通航環(huán)境。但由于新瀏河沙包、新瀏河沙和中央沙“三沙”沙頭持續(xù)沖刷后退、南沙頭通道下段沖刷發(fā)展等局部河勢不利變化，寶山北水道航槽不斷扭曲偏轉，航寬縮窄，通航條件持續(xù)惡化，至2006年5月其10.5m等深線最窄寬度已不足設計要求的350m[1-2]。

總的來看，南北港分汊口河段局部河勢和通航環(huán)境正朝不利的方向演化，寶山北水道航道條件的這種變化主要是當時整個尚未得到人工有效控制的南北港分流口河段自然演變所致，如不及時采取工程措施，該河段河勢及10.5 m航道條件惡化的趨勢將難以遏制。

1.2 工程建設目標及治理思路

在大量前期研究的基礎上，交通運輸部于2007年5月正式批準同意結合上海市實施的中央沙圈圍及青草沙水庫工程同步實施本工程。根據(jù)深水航道的建設和維護需要，本工程的建設目標是遏制長江口深水航道南北港分汊口河段通航環(huán)境向不利方向演變，保障10.5m水深航道穩(wěn)定、安全和暢通，并為12.5m深水航道向上延伸創(chuàng)造條件。

基于對長江口歷史河床演變的分析和認識，結合治理目標，以中央沙圈圍及青草沙水庫工程實施為契機和有利邊界條件，研究確定了“固灘、限流”的治理思路[2]?！肮虨笔侵阜€(wěn)定新瀏河沙沙體，遏制其沖刷后退，從而改善寶山北、南水道的維護及通航條件；“限流”是以潛堤削弱南沙頭通道下段的水流動力，增強有通航要求的寶山北、南水道落潮動力，遏止其對長興水道上段和南港的不利影響。

1.3 工程方案簡介及實施情況

經前期優(yōu)化研究和比選，最終確定了工程推薦方案（圖1）。主要建設內容為新瀏河沙護灘堤長約8.61 km（堤頂標高為+2m，吳淞基面，下同），南沙頭通道潛堤長約2.39 km（堤頂標高為-2m），并相應建設航標工程等配套設施。工程主要結構型式為土工織物軟體排護底的拋石斜坡堤。

本工程于2007年9月正式開工，主體工程于2009年2月完工，于2009年9月通過交工驗收，2012年2月通過竣工驗收。

2 科學的動態(tài)管理

2.1 實施動態(tài)管理的必要性

由于長江口水動力條件和泥沙運移規(guī)律的復雜性及局部地形沖淤變化存在的不確定性，加之受觀測和研究手段的限制，很難在前期研究階段對工程建設中的局部流場和地形沖淤的變化作出定量準確地預測。同時由于長江口綜合整治規(guī)劃尚未實施，南支、南港河段眾多汊道和洲灘尚不穩(wěn)定。雖然已基本掌握了長江口水沙運動和河床歷史演變規(guī)律，確立了工程治理的總體方案，但為確保治理效果的實現(xiàn)，需要在工程實施過程中嚴密監(jiān)測總體和局部河勢的變化；及時掌握整治建筑物推進及航槽疏浚過程中周邊河床的局部變化；監(jiān)測流場及河槽的沖淤變化。通過對監(jiān)測資料的分析研究，科學、適時地對局部工程作出必要的設計變更，或進行施工方案和施工計劃的調整，以保證工程順利實施和整治目標的實現(xiàn)。因此，長江河口整治工程的建設管理絕不能簡單地“照圖施工”。

2.2 動態(tài)管理的理念和基本程序

經過長江口深水航道治理工程實踐與總結，動態(tài)管理的理念得到升華，內涵更加科學合理。其基本含義是“以確保整治效果和建筑物穩(wěn)定為目標，以現(xiàn)場監(jiān)測成果為依據(jù)，以科研試驗為手段，適時優(yōu)化設計施工方案”。我們總結了一套對本工程實施動態(tài)管理的基本程序（見圖2）。

圖2 動態(tài)管理基本程序示意圖

2.3 動態(tài)管理在本工程的實踐

2.3.1 設計階段的動態(tài)管理

1）提出動態(tài)管理的實施方案。在設計階段，結合工程區(qū)域的水沙運動規(guī)律、河勢演變規(guī)律及工程特點的分析，提出動態(tài)管理的實施方案，內容包括動態(tài)管理的目標、動態(tài)監(jiān)測的安排、跟蹤分析機制的建立、跟蹤研究試驗的安排、關鍵部位的控制目標等。實施方案是對本工程動態(tài)管理的頂層設計，科學的頂層設計可作為工程實施全過程的指導文件。

2）科學制定施工程序是取得預期整治效果的重要保證。為了實現(xiàn)預期的治理效果，我們還根據(jù)本工程的特點對護底與堤身的施工順序、不同部位護底的先后順序、護底的推進方向、不同區(qū)段堤身的施工順序等主要施工程序作了全面分析，開展了二維潮流數(shù)學模型對不同方案進行了計算，并依據(jù)研究成果制定了工程實施方案，具體內容包括：①先期實施限流堤護底；②不僅限流堤和護灘堤各自的護底應先于堤身施工，且在護灘堤的全部護底完成前，不宜開始限流堤的堤身施工；③護灘堤護底原則上先下游后上游，經數(shù)模論證，護底可以分段進行；④堤身按護灘潛堤——護灘堤——限流堤的施工順序施工；⑤護灘堤堤身自上游向下游推進，自護灘堤與護灘潛堤結合處以兩個作業(yè)面分別向南、北護灘堤的下游連續(xù)推進堤身，可使新瀏河沙逐步得到保護。

2.3.2 現(xiàn)場監(jiān)測是動態(tài)管理的基礎

根據(jù)本工程河段河勢復雜多變特點和長江口航道整治經驗，制訂了一整套嚴密、系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測計劃，包含了工程河段河勢、南北港分流分沙比、整治建筑物周邊地形和寶山南北航道水深等主要監(jiān)測內容，為指導工程建設、工程動態(tài)管理以及科學評價工程治理效果等提供了大量豐富的第一手實測資料。

2.3.3 及時調整和優(yōu)化設計、施工方案的事例

1）針對南沙頭通道潛堤的高程不同會帶來不同的整治效果，對周邊的影響程度也有差異這一情況，前期研究階段就進行了多方案比較。為慎重起見，在實施過程中采取了分階段加高的方式進行動態(tài)調整，分別在堤身厚度1.3m、堤頂標高-5m、堤頂標高-3m時暫停施工一段時間進行效果監(jiān)測，將現(xiàn)場監(jiān)測結果與數(shù)模計算結果進行比較分析，以決定下一步實施方案。經過這些詳細的監(jiān)測和分析，最后確認堤頂標高達到-2m時能夠實現(xiàn)預期效果。

2）根據(jù)定期的整治建筑物固定斷面水深監(jiān)測分析，工程后大部分區(qū)段堤外河床沖刷已趨于穩(wěn)定，沖淤部位和沖淤幅度均在原預測范圍內；本工程整治建筑物安全穩(wěn)定，維持情況良好。

同時，也根據(jù)新瀏河沙灘頭堤北側HT3+550～HT4+535和護灘南堤HT6+505～HT7+260兩個堤段外側沖刷持續(xù)發(fā)展的情況，及時調整了設計，采取了加護措施，消除了影響堤身結構安全的隱患。主要原因是本工程位于南北港分汊口水流頂沖區(qū)域，表層地基土為較易沖刷的粉細砂層，且受近期下扁擔沙南沿沙尾持續(xù)淤漲南壓、新瀏河沙包尾部淤積下延等工程周邊局部河勢不利變化的影響，新瀏河沙灘頭堤北側HT3+550～HT4+535堤段和護灘南堤HT6+505～HT7+260堤段兩個堤段的堤外水動力明顯增強，余排外側局部河床沖刷持續(xù)發(fā)展，直接對整治建筑物的安全和穩(wěn)定構成了威脅。對此，及時采取了余排加護措施，加護后工程局部沖刷現(xiàn)象得到了控制，保證了以上兩大區(qū)段的堤身安全穩(wěn)定（圖3）。部分堤段余排加護措施設計變更見表1。

表1 試運行期航道整治建筑物工程部分堤段設計變更情況

對于需作出重大設計變更，對工程總平面優(yōu)化或對總體施工程序做出優(yōu)化調整的問題，則需安排專題科研或試驗。經充分論證并嚴格履行審批程序后，再組織實施。

2.3.4 工程投入使用后應注重持續(xù)跟蹤監(jiān)測與分析研究

工程所處長江口南北港分汊口水域，徑流大、潮量強，河道寬，河床泥沙活動性較強，水流流態(tài)復雜，新瀏河沙護灘及南沙頭通道潛堤工程周邊河勢及工程堤前灘勢多變。工程區(qū)域灘勢穩(wěn)定與否，關乎堤身安全穩(wěn)定和整治建筑物功能發(fā)揮問題。

為進一步確保整治建筑物的結構安全和整治效果的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮、長江口12.5m深水航道向上延伸段的航道穩(wěn)定和安全，在工程投入使用后應把跟蹤監(jiān)測與分析研究作為航道養(yǎng)護（含整治建筑等航道設施的養(yǎng)護）的重要內容，以及時了解和掌握工程實施后周邊河勢及主要涉水工程可能發(fā)生的新變化，積極應對工程運行過程中出現(xiàn)的新情況和新問題，確保整治建筑物長期穩(wěn)定發(fā)揮整治功能。

3 結語

新瀏河沙護灘及南沙頭通道潛堤工程于2007年9月開工建設，主體工程于2009年2月完工，工程實施后治理效果明顯，實現(xiàn)了原預期的治理目標，工程總投資得到有效控制，工程質量優(yōu)良，于2012年2月順利通過竣工驗收。工程試運行以后，由于南北港分汊口河段局部河勢發(fā)生了不利變化，出現(xiàn)了威脅整治建筑物堤身安全的局部沖刷，已經得到了及時有效的加護，航道整治建筑物工程堤身保持安全穩(wěn)定，整治功能得以穩(wěn)定有效發(fā)揮。根據(jù)工程建設位于復雜的分汊口河段的實際情況，在工程實施過程中十分注重以加強現(xiàn)場監(jiān)測、及時優(yōu)化施工程序和設計為主要內容的動態(tài)管理，確保了工程整治效果和建筑物的安全穩(wěn)定。由此可見，在長江河口這樣復雜的潮汐河口建設河勢控制、航道治理工程，對工程實施科學的動態(tài)管理是十分必要的，也是可以取得成功的。

[1] 中交上海航道勘察設計研究院有限公司.長江口深水航道南北港分汊口河段新瀏河沙護灘及南沙頭通道潛堤工程可行性研究報告[R].上海：中交上海航道勘察設計研究院有限公司，2007.

[2] 范期錦，談澤煒，鄭文燕.新瀏河沙及南沙頭通道整治工程措施的研究[C]//中國海洋工程學會.第十三屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集.北京：海洋出版社，2007：427-432.

[3] 鄭文燕，趙德招.長江口南北港分汊口河段護灘限流工程效果分析[J].中國港灣建設，2010（5）：10-14.

[4] 阮偉，曹慧江，龔鴻鋒.長江口南北港分汊口河勢控制工程及實施效果研究[J].海洋工程，2011，29（3）：76-81.

[5] 范期錦，周發(fā)林.河口整治工程中施工程序的重要性[J].水運工程，2011（1）：109-115.

[6] 交通運輸部長江口航道管理局.長江口深水航道南北港分汊口河段新瀏河沙護灘及南沙頭通道潛堤工程竣工報告[R].上海：交通運輸部長江口航道管理局，2012.