長(zhǎng)江口南槽近期河床演變及航道淤淺原因分析

程海峰，劉 杰，趙德招，王珍珍

（上海河口海岸科學(xué)研究中心河口海岸交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201201）

南槽是長(zhǎng)江口主要的入海汊道和航槽之一，是較小船舶和吃水較淺的空載大中型船舶進(jìn)出長(zhǎng)江口的主要航道，也是長(zhǎng)江—洋山港江海聯(lián)運(yùn)的重要通道，主要通航實(shí)際吃水7.0m以下的船舶。未來(lái)，南槽航道的建設(shè)目標(biāo)水深為8.0m［1］。南槽航道功能的穩(wěn)定發(fā)揮直接關(guān)系到長(zhǎng)江口航道優(yōu)良的通航條件和船舶通航效率的維護(hù)，因此南槽河床近期的沖淤演變受人關(guān)注。

近年來(lái)，隨著流域來(lái)沙的減少和區(qū)域內(nèi)人類活動(dòng)的增強(qiáng)，南槽河段出現(xiàn)了新的沖淤變化，對(duì)南槽航道通航產(chǎn)生了不利影響。盡管前人對(duì)南槽攔門(mén)沙、九段沙、南匯東灘的沖淤演變開(kāi)展了大量分析工作［2-6］，同時(shí)對(duì)長(zhǎng)江口深水航道治理工程實(shí)施后對(duì)南槽、北槽和九段沙的影響也進(jìn)行了深入的探討［7-13］，但對(duì)南槽近期河床演變分析及航道淤積原因探討開(kāi)展得較少。本文主要利用1998年以來(lái)的多次水下地形監(jiān)測(cè)資料，重點(diǎn)對(duì)南槽近期的演變及航道淤淺的原因進(jìn)行分析討論，其研究結(jié)果可為南槽航道的建設(shè)維護(hù)、南槽沿岸涉水工程的開(kāi)發(fā)利用等提供技術(shù)參考。

1 研究區(qū)域

兩千年來(lái)，長(zhǎng)江河口經(jīng)過(guò) “南岸邊灘淤漲，北岸沙洲并岸，河口束狹，河槽加深，三角洲向前伸展”［14］的自然演化，形成了目前相對(duì)穩(wěn)定的 “三級(jí)分汊、四口入海”的喇叭狀平面形態(tài)。南槽是長(zhǎng)江口第3級(jí)分汊河段之一，上承南港，下接?xùn)|海 （見(jiàn)圖1）。自1842年上海開(kāi)港以來(lái)，南槽一直作為通海航道已有近170a的歷史。

圖1 長(zhǎng)江口南槽河段示意圖

南槽的潮汐為不規(guī)則半日潮，中段的中浚站年平均潮差約為2.73m （理論基面）。南槽口門(mén)內(nèi)因受河槽地形約束，呈往復(fù)流特征，且漲、落潮流路與河槽走向亦基本一致；南槽口外則為旋轉(zhuǎn)流。南槽含沙量表現(xiàn)為 “上段及口外段小，攔門(mén)沙河段大”的分布特征。南槽河段表層沉積物 “上段粗，攔門(mén)沙及口外段細(xì)”，主要由粉細(xì)砂構(gòu)成。

2 河床沖淤演變特點(diǎn)

1998 年以來(lái)，隨著長(zhǎng)江口深水航道治理工程和南匯東灘促淤圈圍工程的實(shí)施，南槽的河床邊界條件逐步趨向穩(wěn)定，河床演變處于自然演變與人工控制相結(jié)合的過(guò)程中，呈現(xiàn)出新的沖淤演變特點(diǎn)。

2.1 地形沖淤變化

10余年來(lái)，南槽地形的沖淤變化較為明顯 （見(jiàn)圖2），總體主要表現(xiàn)為：

（1）南槽上段 （九段沙燈船以上）主槽沖刷，沖刷厚度普遍在1.0～3.0m，局部沖刷幅度達(dá)5.0m以上；

（2）南槽下段及南匯東灘呈淤積態(tài)勢(shì)，淤積幅度大多數(shù)在1.0～3.0m；

（3）南槽口外區(qū)域發(fā)生厚度為1.0～3.0m的大范圍沖刷；

（4）南槽攔門(mén)沙河段淤積，其上、下游沖刷，使得攔門(mén)沙淺段長(zhǎng)度縮短，據(jù)統(tǒng)計(jì)，南槽攔門(mén)沙7.0m淺段長(zhǎng)度由1998年47.2km減少為2012年31.8km，縮短約15.4km；

（5）攔門(mén)沙河段年內(nèi)呈現(xiàn)典型的 “洪淤枯沖”的變化特征，攔門(mén)沙灘頂水深年內(nèi)變幅約0.5m （見(jiàn)圖3）。

圖2 1998—2012年南槽地形沖淤變化圖

圖3 南槽地形沖淤洪枯季差異圖

2.2 等深線變化

從圖4、圖5等深線變化看，1998—2012年，江亞南沙5m以淺沙體不斷淤漲，5m沙尾持續(xù)向下游延伸，且直逼南槽攔門(mén)沙淺段，至2009年開(kāi)始侵入南槽下段航道，2012年則已覆蓋局部航道段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，10余年間江亞南沙5m沙尾累計(jì)下移約17km （見(jiàn)圖6）；南匯東灘及九段沙南沿5m線向江中淤進(jìn)，5m河槽寬度縮窄；同期，南槽上段10m深槽有所展寬下延。

圖4 南槽5m等深線變化圖

圖5 南槽10m等深線變化圖

圖6 江亞南沙5m沙尾下延距離變化圖

2.3 航道水深變化

根據(jù)近期南槽下段航道淤淺區(qū)段劃定了航道水深統(tǒng)計(jì)范圍 （見(jiàn)圖7），據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 （見(jiàn)圖8）可知，1998—2012年，南槽下段淺段航道平均水深總體逐漸淤積變淺；因位處南槽攔門(mén)沙河段 （“洪淤枯沖”），該段航道平均水深略呈“洪季淺、枯季深”的年內(nèi)變化特征；1998—2008年，南槽下段淺段航道的最淺水深緩慢變淺，進(jìn)入2009年則顯著淤淺，幅度達(dá)1m左右，且最淺水深已淺于4m，之后雖有所波動(dòng)，但大體在4m左右。

圖7 南槽下段淺段航道水深統(tǒng)計(jì)范圍圖 （陰影區(qū)域）

圖8 南槽下段淺段航道水深變化圖

3 航道淤淺原因分析

近期，南槽下段航道水深有所淤淺，局部航道段 （見(jiàn)圖7）出現(xiàn)水深小于5.0m的淺點(diǎn)，船舶通航安全及通航效率受到較大影響，甚至出現(xiàn)船舶擱淺情況，迫使部分吃水6.0～7.0m的船舶改走北槽，使得北槽航道通航壓力增加，船舶通航效率降低。為此，2013年2月交通運(yùn)輸部長(zhǎng)江口航道管理局委托上海航道局對(duì)南槽航道實(shí)施了疏浚工程，維護(hù)水深5.5m。

3.1 江亞南沙淤漲下延

1998 年以來(lái)，江亞南沙沙體呈體積增大 （見(jiàn)圖9）、沙尾下延 （見(jiàn)圖6）的態(tài)勢(shì)。從江亞南沙沙體及南槽下段淺段航道水深變化可以看出：2009年江亞南沙5m沙尾侵入南槽下段淺段航道 （見(jiàn)圖4），直接導(dǎo)致該段航道最淺水深出現(xiàn)迅速減小現(xiàn)象 （見(jiàn)圖8），航道淤淺礙航與江亞南沙淤漲下延密切相關(guān)。

1998—2009 年，隨著長(zhǎng)江口深水航道治理、南匯東灘促淤圈圍和浦東機(jī)場(chǎng)外側(cè)圈圍等工程的實(shí)施，南槽上段水流動(dòng)力不斷增強(qiáng)，落潮分流比逐漸增加 （見(jiàn)圖11），致使南槽上段持續(xù)沖刷；同時(shí)，江亞南沙水域因受長(zhǎng)江口深水航道治理工程掩護(hù)，灘面水流動(dòng)力減弱，南槽主槽河床沖刷下移的泥沙在漲潮流作用下較易被輸送到江亞南沙沙體上，并不斷在此沉積［9］。期間，江亞南沙5m沙體體積增加明顯 （見(jiàn)圖9），5m沙尾下延速率相對(duì)較快，其中2000年、2003年及2008年分別達(dá)3.3，2.5，2.2km／a（見(jiàn)圖10）。

2010—2012年，南槽周邊涉水工程建設(shè)步伐明顯放緩，南槽河段灘槽格局及邊界條件基本穩(wěn)定，南槽落潮分流比亦較為平穩(wěn) （見(jiàn)圖11），河床地形進(jìn)入自然沖淤演變階段。期間，江亞南沙5m沙體體積總體較為穩(wěn)定 （見(jiàn)圖9），同時(shí)5m沙尾下延速率逐年降低，至2012年，5m沙尾下延速率已降至0.4km／a（見(jiàn)圖10）。

圖9 江亞南沙5m沙體體積變化圖

圖10 江亞南沙5m沙尾下延速率變化圖

圖11 南槽落潮分流比變化圖

3.2 攔門(mén)沙河段縮短淤高

長(zhǎng)江入海泥沙輸送到河口區(qū)域，受潮流的頂托和沿岸流系的阻擋，在河口地區(qū)發(fā)生沉積，參與造床，加上河口地區(qū)處于咸淡水交匯地帶，細(xì)顆粒泥沙絮凝沉降，在地形上形成水深較上、下游均小的攔門(mén)沙。南槽下段淺段航道正位于南槽攔門(mén)沙河段內(nèi)，攔門(mén)沙河段河床沖淤演變對(duì)航道水深變化造成影響。

1998 年以來(lái)，受周邊工程建設(shè)影響，南槽上段水流動(dòng)力增強(qiáng)，河槽沖深并向下游延伸，同時(shí)受長(zhǎng)江上游來(lái)沙量減少影響，南槽口外整體沖刷后退，上述變化導(dǎo)致南槽攔門(mén)沙河段縱向長(zhǎng)度縮短。同時(shí)，南槽上段沖刷發(fā)展，河床泥沙沖刷下泄，沉積在攔門(mén)沙河段，加上江亞南沙沙咀持續(xù)下延并伸入攔門(mén)沙河段，使得南槽攔門(mén)沙河床淤淺抬高。

2010—2012 年，南槽上段仍略有沖刷，攔門(mén)沙河段受上游沖刷下泄泥沙的補(bǔ)充，整體呈現(xiàn)微淤態(tài)勢(shì)。因此，近期南槽下段淺段航道整體略有淤積，但淤積速率較小，僅為0.07m／a。

綜上分析認(rèn)為，近期南槽河段邊界條件及灘槽格局總體穩(wěn)定，南槽下段淺段航道的淤淺是在攔門(mén)沙河段整體淤積的背景下，由江亞南沙沙尾的自然淤漲下延、侵入航道所致。

4 結(jié) 語(yǔ)

利用1998—2012年的水下地形監(jiān)測(cè)資料，對(duì)南槽近期河床演變及航道淤淺原因進(jìn)行了初步分析，得到幾點(diǎn)主要結(jié)論：

（1）十余年來(lái)，南槽河床沖淤主要呈現(xiàn)：上段沖刷、下段淤積；攔門(mén)沙淺段縮短淤高、洪淤枯沖；江亞南沙沙體淤漲、沙尾下延的變化特征。

（2）近期南槽下段航道局部區(qū)段淤淺的主要原因是江亞南沙沙尾在南槽河段整體灘槽格局條件下的自然淤漲下延、侵入航槽。

［1］交通運(yùn)輸部長(zhǎng)江口航道管理局.長(zhǎng)江口航道發(fā)展規(guī)劃 ［R］.上海：交通運(yùn)輸部長(zhǎng)江口航道管理局，2010.

［2］沈金山，朱珍妹，張新琴.長(zhǎng)江口南槽攔門(mén)沙的成因和演變［J］.海洋與湖沼，1983，14 （6）：582-590.

［3］楊世倫，賀松林，謝文輝.長(zhǎng)江口九段沙的形成演變及其與南北槽發(fā)育關(guān)系 ［J］.海洋工程，1998，16（4）：55-65.

［4］楊世倫，杜景龍，郜昂，等.近半個(gè)世紀(jì)長(zhǎng)江口九段沙濕地的沖淤演變 ［J］.地理科學(xué)，2006，26（3）：335-339.

［5］劉杰，陳吉余，陳沈良.長(zhǎng)江口南匯東灘灘地地貌演變分析［J］.泥沙研究，2007 （6）：47-52.

［6］陳煒，李九發(fā)，蔣陳娟，等.長(zhǎng)江河口九段沙近期沖淤演變過(guò)程研究 ［J］.泥沙研究，2011（1）：15-21.

［7］劉杰，樂(lè)嘉海，胡志峰，等.長(zhǎng)江口深水航道治理一期工程實(shí)施對(duì)北槽攔門(mén)沙的影響 ［J］.海洋工程，2003，21（2）：58-64.

［8］劉杰，陳吉余，樂(lè)嘉海，等.長(zhǎng)江口深水航道治理一期工程實(shí)施后北槽沖淤分析 ［J］.泥沙研究，2004（5）：15-22.

［9］劉杰，陳吉余，樂(lè)嘉海，等.長(zhǎng)江口深水航道治理一期工程實(shí)施對(duì)南槽沖淤演變的影響 ［J］.泥沙研究，2005 （5）：40-44.

［10］杜景龍，楊世倫.長(zhǎng)江口北槽深水航道工程對(duì)周邊灘涂沖淤影響研究 ［J］.地理科學(xué)，2007，27 （3）：390-394.

［11］劉杰，趙德招，程海峰.長(zhǎng)江口九段沙近期演變及其對(duì)北槽航道回淤的影響 ［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2010，27（7）：1-5.

［12］張?zhí)锢?，茅志昌，劉?長(zhǎng)江口深水航道治理工程對(duì)江亞南沙的沖淤效應(yīng)研究 ［J］.泥沙研究，2013，6（3）：38-41.

［13］劉紅，應(yīng)銘，張華，等.工程條件下長(zhǎng)江口南槽自適應(yīng)過(guò)程［C］／／左其華，竇希萍.第十五屆中國(guó)海洋 （岸）工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.北京：海洋出版社，2011：1135-1142.

［14］陳吉余，惲才興，徐海根，等.兩千年來(lái)長(zhǎng)江河口發(fā)育模式［J］.海洋學(xué)報(bào)，1979，1 （1）：103-111.