江蘇淤漲型海岸閘下淤積問題初探

朱明成

（南京水利科學研究院河港所，江蘇南京 210000）

江蘇淤漲型海岸北起射陽河口南至海門東灶港共571 km。淤積型海岸具有坡度緩、灘面闊、水深淺的地貌特點，且周邊沙源豐富，淺灘淤泥松軟，很容易在潮流作用下發(fā)生懸揚和輸移，風浪作用更使潮流輸沙率成倍增加。河口建閘的目的主要是御鹵蓄淡，以保障工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活用水的需要。由于非汛期關閘導致海相來沙大量淤積在引河內(nèi)，擋潮閘閘下河道淤積嚴重，河道過水面積減少、防洪能力降低，降低了通航能力，限制了當?shù)睾涌谫Y源的開發(fā)和利用［1］。在這類海岸的河口建閘后，閘下河段淤積更為嚴重。如江蘇的斗龍港閘、射陽河閘、新洋港閘等都屬于此類河口，建閘后閘下都發(fā)生了嚴重淤積。

1 閘下淤積影響因素

1.1 潮差

潮差越大漲潮流越強，帶入河道的泥沙也就越多。漲潮潮差是決定閘下淤積時空分布特性的主要因素。因為潮差不僅決定著漲潮流速的大小，也是潮波能量大小的表現(xiàn)。潮差越大，潮波變形越劇烈，漲落潮的比值在建閘后就會更大，漲潮歷時變的更短，潮位和流速的相位差就越大，就會使得漲潮能夠挾帶的含沙量越多，閘前淤積就越嚴重。風暴潮能引起泥沙的驟淤。據(jù)統(tǒng)計，永定新河自1971年投入運行以來，平均5年發(fā)生一次風暴潮。每次風暴潮過后都會使得河道在該年發(fā)生嚴重淤積［2］。按資料統(tǒng)計，一般情況一次強風暴潮的出現(xiàn)會使河道中的年淤積量增大2.0～2.5倍。

1.2 泥沙組成

異重流的作用主要體現(xiàn)在閘前近區(qū)1 km范圍內(nèi)的泥沙淤積［3］。一般渾水的挾沙能力與水流流速通常呈3次方或2次方關系。閘門關閉時，閘前流速幾乎為零，近似于靜水，挾沙能力必然也趨于零，這樣河口處的泥沙很難被輸運到閘前。而此時，閘下河道近閘水域的靜水段內(nèi)水體含沙量也很小，接近清水，該清水段與下游渾水交界面附近由于清、渾水比重的差異，極有可能形成異重流，異重流潛入清水底部繼續(xù)向閘前運動。這樣就造成了閘下河道淤積閘前淤積厚度最大，然后自閘下向河口逐漸遞減的淤積形態(tài)。從永定新河建擋潮閘后河道內(nèi)沿程含沙量的變化看，自河口向閘下河道沿程流速減小的情況下，沿程含沙量反而迅速增大（當然在近閘段含沙量會劇減），最大含沙量在10 kg/m3左右，在水流條件適合時，有充足的條件在閘前河道形成渾水異重流淤積［4］。因此，可以認為建閘河口閘下河道淤積的動力過程和閘下游渾水異重流的運動有很大關系。

1.3 潮流變化

建閘前，漲落潮流流速過程相對勻稱，同時上游河段部分徑流加入，落潮流速還略大于漲潮流速；建閘后，由于閘身攔截了一部分上溯到潮區(qū)界的潮流量，潮棱柱體相應減小，納潮容量相對變小，造成落潮平均流量（包括上游下泄徑流量）也隨之相應減小。從河床形態(tài)關系可以看出，平均落潮流量是決定斷面尺度的主要因素。由于平均落潮流量的減少，必須引起河床斷面面積的減少以相適應，因而發(fā)生淤積。

1.4 潮波變形

入海河口建閘后，普遍因為上游邊界條件的改變而發(fā)生潮波變形，潮波受閘門阻擋發(fā)生全反射，近閘河段的潮流由前進波變?yōu)轳v波，潮位和流速過程線之間產(chǎn)生明顯的相位差。具體表現(xiàn)為漲潮歷時縮短，落潮歷時延長；漲潮流速大于落潮流速；漲潮平均水深減小，落潮平均水深增大；漲潮流速和落潮流速的比值增大。由于水流的挾沙能力與流速的2至3次方成正比，而與平均水深成反比，潮波變形促使?jié)q潮時攜帶的泥沙量大于落潮時沖走的泥沙量，加大了漲落潮輸沙的不平衡，從而造成閘下河道淤積。

2 不同閘址條件的淤積情況對比

一般來說，隨著引河長度的增長，納潮量的增長幅度要大于淤積率的減小幅度，閘下淤積量隨引河增長而增大，閘址越近河口，其單位淤強越大，但總淤積量最小。單從泥沙淤積角度進行建閘方案優(yōu)化比選，閘址越近口門的寬淺型建閘方案的閘前淤積量為最小。不同的水文和地形條件常常造成不同的閘下淤積情況。

2.1 閘下河道類型不同

淤漲型海岸閘下河道包括兩種類型，即河道型和灘槽型。河道型是指閘下河道的中上段受到兩岸圍墾或高灘的影響，其平面形態(tài)相對穩(wěn)定，僅其入?？谔幱跒┎壑?，其平面形態(tài)主要受主槽落潮流控制，以射陽河、新洋港閘下河道為代表；灘槽型是指閘下河道的上段受到兩岸圍墾或高灘的影響，其平面形態(tài)相對穩(wěn)定，而其中下段處于灘槽中，其平面形態(tài)除了受主槽落潮流控制外，灘面歸槽水對其也有一定的影響，以斗龍港、王港、川東港、小洋口為代表。新洋港河道型河口見圖1，川東港灘槽型河口見圖2。

圖1 新洋港河道型河口

河床的沖淤變化與河床組成有關。當河床發(fā)育穩(wěn)定時，閘下淤積就較輕微，當河床沖淤明顯時，閘下淤積就嚴重。閘下為盲腸河道時，河道型建閘河口與灘槽型建閘河口相比較，前者整個引河均嚴重淤積，后者引河的中下部由于灘面歸槽水的沖刷作用，淤積相對較少；前者的平均淤積速率大于后者，說明了灘面歸槽水對維持閘下引河過水斷面有重要作用［5］。然而，在沖淤保港的水量足夠的情況下，河道型建閘河口更有利于束水沖沙。因此，新洋港閘下河道達到十幾km，依然可以靠一般清淤保港措施維持閘下水深，王港閘和川東港閘等卻已經(jīng)外遷。

近年來，隨著沿海大部分灘涂不斷淤漲向海推進和灘面的不斷淤高，為適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需求，圍墾擴大土地資源是必然趨勢。一般擋潮閘下游港道兩岸有很多小的港汊，這些港汊在漲潮過程中能分散一部分漲潮流，在落潮過程中再匯入港道加大落潮流，起到減少港道淤積的作用［6］。但大面積圍墾而減少甚至截斷灘面歸槽水，閘下河道長度和擺幅增大，加劇了閘下淤積的發(fā)展。

2.2 閘下河道長度不同

入海河口按閘下引河長度的不同，可分為長短兩種引河。短引河建閘位置離河口很近，一般在潮流界下段；長引河的建閘位置一般在徑流段或者在徑流與潮流作用相當?shù)倪^渡段，引河長度一般大于10 km，長者可達幾十公里。射陽河、黃沙港、新洋港和斗龍港等屬于長引河建閘河口，竹港閘、梁垛河閘和方塘河閘等屬于短引河建閘河口。

根據(jù)已有的研究，長引河建閘河口的淤積規(guī)律具有在上游河道落淤、逐年向下發(fā)展、建閘后第一年回淤量最大的特點，縱向表現(xiàn)為河床普遍抬高，寬度減少［7］。短引河河口雖然納潮量遠比長引河小，但由于引河很短，潮波反射強烈，回淤速度很快，閘下引河可在不到一年的時間迅速淤到一定高程，隨著淤積量的增加，納潮量減小，淤積速度就越來越慢。建閘河口淤積最高點都靠近閘址。短引河建閘河口與長引河建閘河口相比較，前者閘下引河同時快速淤積，后者引河上段平均淤積速率明顯大于中下段，淤積厚度縱剖面呈明顯三角形指向河口；建閘河口閘下平均淤積速率均隨時間線性減少，但平均淤積速率衰減的速度不一樣，短引河衰減較快，長引河衰減較慢；在相同時間段內(nèi)，長引河淤積總量較多，短引河淤積總量較少。

圖2 川東港灘槽型河口

2.3 徑流和潮流條件不同

表1 江蘇沿海地區(qū)部分建閘引河長度與閘下淤積情況

一般來說，徑流含沙量較大且作用較強的河口常發(fā)生閘上淤積，潮汐作用較強時常發(fā)生閘下淤積［8］。在海相來沙河口，徑流是維持河床生命的動力。建閘前，由于上游有水必排，能隨時沖淤；建閘后，控制了上游水源，排水量減少，汛期將多余的澇水排放，非汛期則蓄水灌溉，這樣難以有足夠的水量保證河床的沖淤量平衡。通過分析海相來沙河口斷面的實測潮流泥沙資料，可以看出，建閘河口閘下河段沖淤變化與過閘流量有關。

射陽河、黃沙港、新洋港和斗龍港是里下河地區(qū)排澇入海的主要通道。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活用水需求的不斷增加，四港過閘徑流量日趨減少且年際和年內(nèi)分布不均，加上閘下港道兩側(cè)不斷圍墾，槽蓄量不斷減少，導致閘下港道淤積一般呈逐年增加的趨勢。根據(jù)近年來里下河四港徑流量統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，射陽河與黃沙港歷年流量變化不大，新洋港和斗龍港流量逐年減少，導致淤積加重（圖3）。

2.4 植被條件不同

近年來，沿海灘涂的互花米草和大米草等植物影響了海水的交換能力，導致水質(zhì)下降并誘發(fā)赤潮；同時堵塞航道，影響各類船只出港［9］。

淤泥質(zhì)海岸泥沙容易活動，遇到大風大浪時，泥沙隨漲潮流進入河道，使得航道內(nèi)泥沙淤積嚴重?？刂茷┟嫔夏嗌称饎?，使泥沙不出灘，減少海域來沙，也可以減少閘下河道的淤積。大米草系多年禾木科溫帶植物，具有多種優(yōu)良的生物性狀，如高度的耐鹽性和耐淹性。在淺海灘涂種植大米草（圖4），有多方面的功能，其一為固灘作用，大米草根系發(fā)達，把泥沙膠結(jié)在一起，能控制灘面泥沙起動，使泥沙不出灘；其二為促淤作用，大米草莖葉繁茂，對懸浮在潮水中的泥沙具有消浪、緩流、促淤作用，將懸浮泥沙攔截于大米草灘帶，使泥沙就地落淤；其三為具有有綠化海灘，凈化環(huán)境的作用。在灘面上種植這些植物，能有效地抑制后續(xù)沙源補給，減少上溯的潮水含沙量，達到減輕閘下河道淤積的目的。

圖3 里下河四港徑流量變化圖

圖4 大豐沿海灘涂大米草

2.5 閘下河道入海方向不同

由于外海的潮汐動力作用，天然河道在臨近入海河口附近的河段總會偏向落潮方向。對于江蘇淤漲型海岸海相來沙河口，這種地形條件會導致漲潮時帶入大量泥沙落淤。當上游水量充足的時候，閘下引河偏向落潮流方向有利于開閘沖淤，泥沙隨落潮沖走。因此，過去在閘下引河開挖的時候，也多采取偏向落潮流方向的方案。當閘下河道入海方向不同時，沿程淤積形態(tài)和總淤積量都有一定差異。然而，近年來射陽河閘等常年關閘導致沖淤保港水量不足，這種開挖方向的選擇是否合適值得深入研究。

3 結(jié)論

本文研究了江蘇淤漲型海岸擋潮閘的下遷需求，總結(jié)5種不同閘址條件下閘下的不同淤積情況：閘下河道類型的不同造成不同的閘下淤積形態(tài)，灘面歸槽水對維持閘下引河過水斷面有重要作用；閘下河道長度不同時閘下淤積規(guī)律也不盡相同，閘址選擇時需要考慮適合的閘下引河長度；徑流和潮流條件的不同決定了維持河道水深動力的不同，對于海相來沙河口需要充足的沖淤保港水量；大米草的引種促進了灘涂的淤漲，減少了歸槽水量，使閘下河道淤積加重；閘下河道入海方向不同時，沿程淤積形態(tài)和總淤積量都有所不同。

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