長江口北支河道近年演變趨勢分析研究

翟劍峰，朱志夏，東培華，董佳

（1.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司 南京市210014； 2.江蘇省水運工程技術(shù)研究中心 南京市210014）

1 概 況

長江口是中國第一大河口，介于上海與江蘇之間，呈現(xiàn)三級分汊、四口入海的整體格局（圖1）。長江口被崇明島隔開的北側(cè)水道稱為北支河道[1]，具體位置在北緯31°34′～31°52′，東經(jīng)121°10′～121°50′，北支河道自上而下呈喇叭狀，進口處（崇頭）寬約2.5 km，出口處（連興港）寬達(dá)12 km，最窄處在上段青龍港附近，僅寬約2.1 km，從南、北支分流點崇頭至入海口連興港全長約78.8 km。

圖1 長江口北支河道位置圖

2 自然條件

2.1 徑流

長江大通站距北支口約515 km，徐六涇站和大通站的水量和沙量變化趨勢基本一致，大通站能作為代表流域進入長江口水沙情況的控制站[2]。自20 世紀(jì)50年代以來，大通站多年平均徑流量8 830 億方，多年平均輸沙量4.64 億t，來水來沙主要集中在汛期（5～10月）。汛期水量占全年的71.6%，沙量占全年的87.8%。其中以7月最大，水量占14.85%，沙量占23.6%。近年來，大通站水量沒有發(fā)生趨勢性的變化，2003年三峽水庫發(fā)揮調(diào)蓄作用，來水量年內(nèi)分配呈現(xiàn)洪季徑流量減少，枯季徑流量增加的特征。

2.2 潮汐

長江口北支河段的潮波是由外海傳播來的潮汐引起的諧振波，在口外存在著東海的前進潮波和黃海的旋轉(zhuǎn)潮波2 個潮波系統(tǒng)，其中東海的前進潮波對該河段的影響較大。北支是一個海陸雙相中等強度的潮汐河口，口外屬正規(guī)半日潮，口內(nèi)為非正規(guī)半日淺海潮?？谕獬辈▊魅腴L江口后逐漸發(fā)生變形，潮波變形程度向上游逐漸增大，導(dǎo)致北支河段潮位、潮差和潮時沿程發(fā)生變化。與南支相比，有如下規(guī)律[3]：（1）北支高潮位高于南支高潮位，低潮位低于南支低潮位；（2）北支潮波變形較大，多年平均潮差大于南支；（3）北支漲潮歷時小于南支，而落潮歷時大于南支。

2.3 潮流

北支潮流與潮汐性質(zhì)相同，歷時接近。以漲潮流為主，主槽中漲潮流流速大于落潮流流速。每一潮平均歷時12 h 25 min 左右，漲潮流歷時4～5 h，落潮流歷時8～7 h。自下而上，漲潮流歷時沿程遞減，落潮流歷時沿程遞增。

2.4 波浪

北支口門受長江口淺灘及啟興沙嘴掩護，外海波浪對本工程區(qū)域影響不大，常浪向為E 向和偏SE 向風(fēng)浪。全年大部份時間H4%波高在0.5 m以下（82.6%）；H4%波高大于或等于1 m 的出現(xiàn)率僅為1.4%；極少出現(xiàn)H4%≥1.2 m 的波高。

2.5 泥沙

1986年以來長江流域來沙量大幅減少，2003年三峽水庫蓄水后，來沙量進一步減小，目前北支泥沙主要來自海域。北支泥沙主要特點為：大、中潮期漲潮平均含沙量一般大于落潮期，漲潮期帶入泥沙不能完全隨落潮流帶出；由于北支含沙量遠(yuǎn)高于南支，北支漲潮期含沙量高于落潮期，因此，北支常有泥沙倒灌南支的現(xiàn)象。

長江口北支河段懸沙主要由粘粒粉砂和砂粒組成，中值粒徑介于0.006 5～0.035 2 mm 之間，河床質(zhì)主要由粉砂和砂粒組成，中值粒徑介于0.015 4～0.113 mm 之間，懸沙與床沙之間存在一定的交換。

3 長江口北支形成過程

2000 多年前，長江河口在今鎮(zhèn)江、揚州一帶。鎮(zhèn)揚以下為喇叭型河口灣，南、北兩嘴之間的距離寬達(dá)180 km[4]。隨著上游大量泥沙下泄，河口不斷東移，形成了崇明島以北的大海中淤漲出東洲和布洲，兩洲后來合并為東布洲，設(shè)海門縣。海門縣于1054～1056年與通州東南境內(nèi)相連，并不斷往西南淤漲至狼山，初步形成北支北岸岸線。此時，構(gòu)成北支右岸的崇明島正處在萌芽狀態(tài)，最早出現(xiàn)了東、西二沙（公元751年）；1025年左右，西沙西北繼續(xù)淤漲出姚瀏沙；1101年在姚瀏沙西北隔水25 km 處，又漲出新沙，故名三沙，也稱崇明沙。

2000 多年前，長江河口在今鎮(zhèn)江、揚州一帶。鎮(zhèn)揚以下為喇叭型河口灣，南、北兩嘴之間的距離寬達(dá)180 km[4]。隨著上游大量泥沙下泄，河口不斷東移，形成了崇明島以北的大海中淤漲出東洲和布洲，兩洲后來合并為東布洲，設(shè)海門縣。海門縣于1054～1056年與通州東南境內(nèi)相連，并不斷往西南淤漲至狼山，初步形成北支北岸岸線。此時，構(gòu)成北支右岸的崇明島正處在萌芽狀態(tài)，最早出現(xiàn)了東、西二沙（公元751年）；1025年左右，西沙西北繼續(xù)淤漲出姚瀏沙；1101年在姚瀏沙西北隔水25 km 處，又漲出新沙，故名三沙，也稱崇明沙。

1350～1670年的三百余年間，北岸岸線大幅崩退，其中1436～1503年的崩塌尤為劇烈。在北岸大坍的同時，崇明島經(jīng)歷了大動蕩、大發(fā)展的時期。在這一時期，發(fā)生了姚劉沙坍沒，崇明沙、馬家浜和平洋沙相繼淤漲、消失以及長沙的形成。長沙自形成以后不斷發(fā)展壯大，逐漸兼并周圍的小沙，至1670年發(fā)展為單一的大島嶼，形成今崇明島的雛形。1670～1842年，左岸岸線大幅淤漲，岸線最大外移16 km。同時北支口外又淤漲出大沙島—米太沙，北支進口口門中央也淤漲出靈甸沙。1842～1860年，北岸岸線繼續(xù)淤漲，米太沙、靈甸沙并靠北岸，北岸形成開口向西的大“Ω”形岸線。同時米太沙外又淤漲出寅田、陳村等10 余個小沙洲，這些沙洲于1912年全部并入北岸。至此，北支北岸近代岸線形成。

在南、北支形成的過程中，長江口的主流也經(jīng)歷了較大的動蕩，13 至17 世紀(jì)北支北岸大坍的時期，長江主流經(jīng)北支入海，后來主流逐漸南移，18 世紀(jì)以后改道南支，導(dǎo)致北支徑流減少，沙洲大面積淤漲，北支河寬逐漸縮小[5]。

19 世紀(jì)末至20 世紀(jì)初，上游通州沙水道主流走西水道，長江主流經(jīng)滸浦、徐六涇一線下泄，在老白茆沙頭分為兩股水流分別進入白茆沙南、北水道，其中一股水道直指北支，當(dāng)時北支進流條件較好，分流比約25%左右，-5 m 槽貫通全河段。隨后，由于上游澄通河段海北港沙水道主流由北水道改走南水道，導(dǎo)致下游通州沙水道主流改走東水道，徐六涇一線頂沖點下移，相應(yīng)通海砂、江心沙、老白茆沙發(fā)展壯大，使北支口門寬度從1907年的6 300 m 縮窄至1958年的3 000 m?？陂T寬度的縮窄使得北支進流條件惡化，進入北支的徑流減少，河槽淤積。據(jù)統(tǒng)計，1915～1958年，北支兩堤之間的面積縮小23.2%，吳淞基面4.5 m 以下河床共淤積14.45 億m3，容積減少27%，至1958年，分流比已減至8.7%左右。由于落潮流不斷減弱，漲潮流增強，北支逐漸演變?yōu)闈q潮流占優(yōu)勢的河道。至此，北支河道現(xiàn)代河勢格局基本形成。

4 2010～2013年演變分析

4.1 岸線變遷

圖2 為2010～2013年的岸線變遷圖[6]。由圖看出，2010～2013年間，除了上游入流口處有新通海沙圍墾工程之外，長江口北支岸段（崇頭至連興港）變化較小。

4.2 水下地形變化

圖3 為2010～2013年水下地形變化分布圖。由圖可知長江口北支水下地形變化主要有以下幾點：

（1）北支進口口門左岸海門岸線處有大范圍的淺灘發(fā)育（圖4），深槽南移返回崇頭，導(dǎo)致進口軸線與大江主流夾角增大，進一步惡化了北支徑流入流條件，對維持北支現(xiàn)有航道將產(chǎn)生較為不利的影響；（2）青龍港附近有新的淺灘形成，導(dǎo)致原來一直緊貼北岸的深泓線南移，導(dǎo)致深泓線彎曲度增加，不利于船舶操縱；（3）靈甸港處暗沙向南發(fā)育，北側(cè)深槽刷深；（4）三和港附近由于永隆新沙圍墾，過流斷面縮窄，基本處于沖刷狀態(tài)。

圖2 長江口北支岸線變遷圖（2010～2013）

圖3 長江口北支2010～2013年水深變化圖

圖4 北支河道入口處沙體位置圖

4.3 2013年深泓線

圖5 為2013年北支深泓線。結(jié)合圖3 水下地形的變化可知，海門港附近深泓線偏向崇明側(cè)，海門港至青龍港中間段緊鄰北側(cè)岸線，青龍港處由于暗沙發(fā)育，使深泓線南移。大洪港至大新港北側(cè)岸段為北支唯一彎曲段的凹岸，深泓線十分穩(wěn)定，緊貼北側(cè)岸線。靈甸港附近由于暗沙南移，深泓線北移緊鄰岸線。自靈甸港以下，深泓線均靠北側(cè)。

圖5 長江口北支河道2013年深泓線圖

5 結(jié) 語

（1）北支入口深槽南移至崇頭側(cè)，利于深槽穩(wěn)定[7]。

隨著上世紀(jì)50年代北支入口上游、徐六涇等灘涂圍墾工程的實施，入口條件惡化，分流比減小，2010年以前入口深槽一直處于南北擺動態(tài)勢。受上述圍墾工程影響，落潮時入口海門側(cè)出現(xiàn)環(huán)流，逐步淤積出現(xiàn)淺灘，至2013年北支入口深槽南移至崇頭側(cè)（圖3），有利于深槽位置的進一步穩(wěn)定。

（2）北支入口至靈甸港水道受入口和靈甸港2 個節(jié)點控制，逐步發(fā)育成彎曲河道，水道深槽走向趨穩(wěn)。

在徑流和潮流的共同作用下，北支入口和靈甸港主流向逐步成為入口至靈甸港水道的上下游兩個控制節(jié)點，北支入口至靈甸港水道逐步發(fā)育成彎曲河道。北支入口深槽南移至崇頭側(cè)并逐步穩(wěn)定，在海門港和青龍港之間形成頂沖點，深槽在青龍港上游折向南岸，加劇了青龍港附近的沙體淤積，深槽南偏，水道斷面縮窄，水道走向趨于穩(wěn)定，如圖3 所示。

（3）靈甸港至三條港斷面縮窄，潮流歸槽，水道趨于順直。

靈甸港附近由于漲潮流路偏北，落潮流路偏南，漲落潮流路的不一致將形成南北兩側(cè)沖刷，中部淤積態(tài)勢；靈甸港以下至3 條港水道由于永隆沙、興隆沙等大范圍的圈圍，水道斷面縮窄一半以上，促使潮流歸槽，河道逐步順直，趨于穩(wěn)定，2005年以后深槽一直位于北側(cè)（圖5）。

（4）三條港以下河段，主要受外海潮流動力控制，深槽相對穩(wěn)定。

三條港往下河岸比較順直，河面寬闊，水流分散，由于該段河道主要受外海潮流動力控制，在無較大圍墾、整治工程實施的情況下，將處于一個較長周期的緩慢調(diào)整之中，短期內(nèi)的沖淤變化幅度減弱，2005年以后深槽一直位于北側(cè)，相對穩(wěn)定。

[1] 長江口北支航道和岸線整治規(guī)劃數(shù)模計算報告[R].南京：河海大學(xué)，2006.

[2] 流域來沙變化及人類活動等對河口水沙鹽環(huán)境、河勢及航道回淤的影響研究[R].

[3] 長江口北支整治方案及航道、岸線開發(fā)利用初步規(guī)劃報告[R].南京：河海大學(xué)，2006.

[4] 長江口北支河床演變分析及航道整治設(shè)想[R].南京：河海大學(xué)，2006.

[5] 長江口北支河勢、航道及岸線資源評價綜合報告[R].南京：河海大學(xué)，2008.

[6] 江蘇京滬重工有限公司高技術(shù)海洋裝備及大型特種鋼結(jié)構(gòu)制造項目航評[R].南京：南京沐航有限公司，2014.

[7] 南通長江口北支航道工程方案研究報告[R].南京：江蘇省水運工程技術(shù)研究中心，2014.