甬江河床演變趨勢探析

莫明輝,許 潔

(寧波市水文站,浙江 寧波 315016)

1 河道概況

甬江流域主要包括姚江、奉化江及甬江干流。北支姚江和南支奉化江于寧波市三江口匯合成甬江干流后東流入海,流域總面積為4 518 km2。

近年來,由于人類活動的加劇,三江(甬江、奉化江、姚江)河道淤積態(tài)勢日益嚴(yán)重,尤其是姚江大閘到新江橋段,河道邊灘淤高擴(kuò)大,部分灘地露出水面,雜草叢生,不僅嚴(yán)重影響城市景觀和生態(tài)環(huán)境,而且縮窄了過流斷面,對河道行洪和通航造成嚴(yán)重的影響。

2 河道來水和來沙條件

2.1 降 水

甬江流域多年平均降水量約1 540 mm,降水日數(shù)在120～200 d,降水年際變幅、年內(nèi)分配和空間分布都有很大差異。

2.2 徑 流

流域徑流來源于降水,因此徑流的年際變幅、年內(nèi)分配和面上分布均與降水相似。此外受下墊面和人類活動影響,徑流變化的不均勻性尤為突出。

根據(jù)澄浪堰站1973—2006年實測潮量分析推算,奉化江多年平均年徑流量為16.51×108m3。最大年徑流量為25.08×108m3(1983年);最小年徑流量為6.56×108m3(2003年)。甬江多年平均徑流量為29.12×108m3,最大年徑流量為44.53×108m3(1983年),最小為11.89×108m3(2003年),最大年與最小年的比值為3.75。汛期4—10月的徑流量占全年總量的64.4%。

2.3 潮 汐

甬江口潮汐屬不正規(guī)半日混合潮,即每個太陰日中雖有2次高潮和2次低潮,但相鄰高 (低)潮的潮高不等,每潮從起漲到落平,平均歷時為12.42 h。據(jù)統(tǒng)計,寧波站最高潮位5.13 m,最低潮位0.15 m,多年平均高潮位3.06 m,多年平均低潮位1.37 m(以上均為吳淞高程)。姚江大閘建成前,寧波站漲潮平均歷時6.05 h,落潮平均歷時6.37 h;姚江大閘建成后,減少了姚江的槽蓄量,潮形改變,漲潮平均歷時縮短至5.75 h,落潮平均歷時延長至6.52 h[1]。

2.4 潮 流

寧波北臨杭州灣,南靠三門灣,均屬外寬內(nèi)窄的“喇叭口”型港灣,造成甬江潮區(qū)界上溯遠(yuǎn)離河口。

近年來,隨著城市發(fā)展進(jìn)程加快,人類活動對甬江河床影響加劇,根據(jù)2010年7—8月全潮水文測驗結(jié)果,4個全潮測驗水文斷面的最大流量和進(jìn)出潮量明顯比20世紀(jì)減小,使甬江河床發(fā)生不同程度的淤積。根據(jù)2011年三江恢復(fù)性清淤全潮水文測驗的數(shù)據(jù),甬江口鎮(zhèn)海站1月測得漲潮最大流速-1.07 m/s,落潮最大流速1.07 m/s;7月測得漲潮最大流速-1.12 m/s,落潮最大流速1.02 m/s。

2.5 泥沙來源

甬江的泥沙由陸域來沙和海域來沙2部分組成,主要為海域來沙:甬江口含沙量冬春大,3月份為高峰;秋季小,7、8月份為低谷。據(jù)實測資料,1983年甬江口年平均含沙量僅為0.98 kg/m3,由于鎮(zhèn)海斷面的位置與甬江口較近,且更靠近上游,故用近幾年來全潮水文測驗鎮(zhèn)海斷面的含沙量與甬江口含沙量做一比較(見表1,水文測驗期間天氣晴好,上游徑流較小,情況相當(dāng))。從表1中可以看出,近幾年含沙量有顯著增長。

表1 近幾年鎮(zhèn)海斷面實測最大垂線平均含沙量表kg/m3

3 河道歷史演變概述

奉化江和姚江在寧波市三江口匯合的下游河段習(xí)稱甬江。據(jù)考古發(fā)掘和地層鉆探資料考證,距今7 000 a的河姆渡新石器時代遺址第四文化層下面,是冰后期海侵時期的海相沉積,隨海水下退而成陸地。約在距今6 000 a左右,海水退至今寧波市區(qū)以東時,奉化江、姚江已相繼形成,并在今寧波市區(qū)三江口匯合成甬江。時海岸線在今三官堂附近,甬江于此入海,入?？诰嗳诩s8 km。約在距今4 000 a前,隨海水繼續(xù)下退和泥沙淤積,海岸線延至鎮(zhèn)海一線,甬江也隨之延長至鎮(zhèn)海附近入海,入海口距三江口20余公里。原先,甬江口在今鎮(zhèn)?？h城北首,后因泥沙淤高而改道至鎮(zhèn)海縣城南首招寶山南麓入海,入?？诰嗳?2 km,歷時4 000 a未變。1978年鎮(zhèn)海港區(qū)攔海大堤建成,1983年游山外導(dǎo)流堤建成,北岸延長3.6 km至大游山以外,三江口以下甬江河段全長已達(dá)25.6 km。

4 河道近期演變分析

甬江河床原來較穩(wěn)定,光緒十九年(1893年)、民國十七年(1928年)、1952年、1956年各年實測資料,其斷面、水深沒有大的變化?？谷諔?zhàn)爭初期為防御日艦入侵,曾在河口打樁、在江中沉船設(shè)障,引起局部淤積,有礙通航(已清除)。自1959年以來,甬江河床經(jīng)歷了全河段強(qiáng)烈淤積—沖淤漸趨平衡—平衡打破再次淤積—沖淤動態(tài)平衡—緩慢淤積—邊灘淤長的演變過程。

4.1 斷面變化

根據(jù)甬江淤積監(jiān)測(自2006年開始,每年6月和12月對甬江50個斷面進(jìn)行監(jiān)測)等實測數(shù)據(jù),對三江口—甬江口50個斷面2004—2012年的測量資料進(jìn)行了整理 (監(jiān)測斷面由三江口往甬江出?？谝来尉幪枮閅J01,YJ02,……,YJ50,見圖1),各典型斷面變化情況見圖2。由實測斷面資料分析可知,盡管2010—2011年進(jìn)行了大規(guī)模的恢復(fù)性清淤活動,除部分河段斷面積有所增加外,大部分河段仍處于淤積狀態(tài)。

圖1 三江恢復(fù)性清淤全潮水文測驗斷面示意圖

圖2 甬江河道斷面變化情況統(tǒng)計圖

由圖2可知,與2004年相比,甬江河道50個斷面中,有15個斷面的面積增加,絕大部分位于清水浦下游河段,35個斷面積有不同程度的減小。河道斷面積變化既有自然因素,如來水來沙條件的變化產(chǎn)生的自然沖淤,也存在人為因素,諸如局部河段的清淤和2010—2011年三江恢復(fù)性清淤工程清淤500×104m3。但從斷面積變化趨勢的空間分布特征可以看出,甬江口門附近河段在強(qiáng)潮流作用下,甬江河段淤積的態(tài)勢在局部河段有所改善,但梅墟斷面上游河段,由于梅墟段卡口及三江口至三官堂油庫段涉水工程增多,水動力條件有所減弱,加劇了該河段的淤積。

4.2 沖淤量變化

甬江河床沖淤具有季節(jié)和縱向變化的特點:在季節(jié)變化上,甬江口內(nèi)河道 “洪沖枯淤”,口門附近河道 “洪淤枯沖”;在縱向變化上,由于漲落潮輸沙的不平衡,河道主槽和邊灘均處于緩慢淤積狀態(tài),淤積強(qiáng)度從上游至下游逐漸加大。平均低潮位-0.5m以上的邊灘由于淤積泥沙外露風(fēng)干后固結(jié),在洪水期較難被沖刷,因此邊灘呈現(xiàn)累積性的淤漲趨勢,而平均低潮位以下的主槽淤積物主要是細(xì)顆粒泥沙,局部河段在洪水動力作用下發(fā)生沖刷,枯水季節(jié)發(fā)生淤積,年內(nèi)沖淤基本平衡[2]。

根據(jù)甬江淤積監(jiān)測的50個斷面成果,每年6月前測量的河道斷面代表汛前,12月測量的河道斷面代表汛期及秋季大潮后,分析甬江各河段的沖淤量可知,2004—2009年,三江口—甬江口河段淤積量約43.7×104m3/a,淤積厚度0.049m/a。2009年至2012年6月,沖淤量 72.4×104m3/a,沖刷深度約0.070 m/a,主要原因是2009年8月至2011年12月開展了三江恢復(fù)性清淤工程,清淤土方量達(dá)500×104m3。

5 河道演變趨勢分析

5.1 河道演變影響因子

甬江口位于我國東部沿海,在河口類型上屬于緩混合海相河口,其河床演變不僅受到徑流和潮汐等水動力條件的影響,而且還受河床邊界、泥沙條件等影響。大部分河口由于漲落潮輸沙不平衡,不同程度地存在泥沙淤積問題。在潮汐河口地區(qū),影響河道輸沙的因素主要有流域的自然因素和人類活動2個方面。

5.2 河道演變趨勢

甬江河道在歷史上河床較為穩(wěn)定,姚江大閘和鎮(zhèn)海攔海大堤相繼建成,致使潮流、潮量等水動力條件減弱,引起河道嚴(yán)重淤積。在此之后,又受各類涉水工程及人類活動等影響,甬江河道呈現(xiàn)緩慢淤積狀態(tài)。

姚江河段:姚江大閘的修建,改變了閘下姚江段的潮波運動,徑流與潮流之間的能量平衡被打破。潮波傳入河口后,波形由前進(jìn)波向駐波特征轉(zhuǎn)變,在遭遇姚江大閘后,潮波發(fā)生全反射,駐波波形使潮位過程線和潮流過程線產(chǎn)生明顯的相位差,使高潮位增高,低潮位降低,漲潮歷時縮短,落潮歷時增長,從而使?jié)q潮流速相對增大,落潮流速相對減小。漲潮攜沙能力增大,落潮攜沙能力減弱[3],其結(jié)果是漲潮時的泥沙在落潮時不能全部排出,造成姚江閘下河段的嚴(yán)重淤積。

甬江及奉化江河段:截止2011年,甬江及奉化江上共有涉水橋梁16座,碼頭212座,沿岸閘26座,上游4座大型水庫,5座中型水庫。橋梁、碼頭群的建設(shè)對河道水位和流場會產(chǎn)生疊加影響。當(dāng)工程達(dá)到一定密度后,河道的壅水值較單個工程幾乎增大一個數(shù)量級,造成同流量的洪水位抬高,威脅防洪安全。流速、流向的變化一方面可能沖刷堤岸,影響穩(wěn)定;另一方面是通過緩慢作用于河床,引起沖淤變化,引起邊灘的淤積[4]。上游水庫的修建,很大程度上也減少了流域的徑流量,影響沖淤平衡。總體來講,甬江及奉化江河道相對姚江順直,沒有大閘的影響,但由于大量的涉水工程,河道特別是邊灘處于緩慢的淤積狀態(tài)中。目前,寧波市政府十分重視甬江河道的淤積問題,水利部門也開展了很多課題的研究,隨著2010—2011年安排了三江恢復(fù)性清淤工程及2012年以后即將開展的常態(tài)清淤工程,相信甬江河道將會進(jìn)入相對動態(tài)沖淤平衡期,當(dāng)然,也有賴于政府對違規(guī)泥沙排放的有效監(jiān)管。

[1]寧波市水利志編纂委員會.寧波市水利志 [M].北京:中華書局,2006.

[2]趙淳逸,夏珊珊,顧巍巍,等.三江河道水沙特性及沖淤變化規(guī)律研究[R].寧波:寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計研究院,2011.

[3]付桂,李九發(fā),朱鋼,等.河口閘下淤積和清淤措施研究綜述[J].海洋湖沼通報,2007(增刊):223-231.

[4]趙淳逸,鄒長國,夏珊珊,等.涉水工程群建設(shè)對三江河道河床演變影響研究 [R].寧波:寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計研究院,2011.