國內(nèi)外河口擋潮閘效益及影響分析

肖洋，馮雯，張亞群

（1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，210098，南京；2.水資源高效利用與工程安全國家工程研究中心，210098，南京）

國內(nèi)外河口擋潮閘效益及影響分析

肖洋1,2，馮雯1，張亞群2

（1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，210098，南京；2.水資源高效利用與工程安全國家工程研究中心，210098，南京）

搜集多個國內(nèi)外大型河口擋潮閘工程實例，對河口擋潮閘工程效益、相關(guān)影響及對策措施進行分析和總結(jié)。主要結(jié)論有：建閘的工程效益包括防洪擋潮、水資源利用、改善城市水景觀、提升城市水文化和推動城市轉(zhuǎn)型發(fā)展，也存在一些負面影響，如：閘下潮波變形，易造成閘下淤積；閘上水體流動性減弱，若治污手段不力，水質(zhì)將加速惡化；阻隔了河道生態(tài)通道，對洄游魚類等產(chǎn)生較大影響；閘門關(guān)閉時會隔斷航道，影響通航。

河口建閘；城市發(fā)展；工程效益；工程影響

Abstract:Typical cases of estuarine tidal gates both home and abroad are collected in order to evaluate and summarize benefits and impact of these projects and propose measures.It is concluded that estuarine tidal gates has benefits of tide prevention and flood control,water resources utilization,improvement of urban water landscape,enrichment of cultural dimension of cities and transformation of city development.It also has negative impacts of deformation of tidal wave,sedimentation,slowing down of water flow and degradation of water quality if no pollution control measures are adopted.It may have influence on migration fishes due to the block of ecological path of river channel.In addition,navigation may be interrupted when the gate is closed.

Key words:estuarine tidal gate;urban development;project benefits;structural influence

近年，受流域洪水、臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等影響，河口地區(qū)洪澇災(zāi)害頻發(fā)，造成巨大的經(jīng)濟社會損失。為防洪擋潮，我國很多河口地區(qū)紛紛提出了擋潮閘建設(shè)需求。建閘與城市發(fā)展的關(guān)系如何？對流域相關(guān)影響及對策措施有哪些？這些都是建閘規(guī)劃論證中必須回答的問題。本文收集國內(nèi)外多座河口擋潮閘工程實例，總結(jié)分析擋潮閘建設(shè)的工程效益、對流域的相關(guān)影響及對策措施，期望對我國擬建河口擋潮閘的規(guī)劃、論證提供經(jīng)驗借鑒。

一、國內(nèi)外河口擋潮閘基本情況

國外大型擋潮閘主要分布在受風(fēng)暴潮影響嚴重、經(jīng)濟發(fā)達的河口三角洲地區(qū)，如大西洋北海南岸和波羅的海東岸，地中海北岸，大西洋西岸和太平洋東岸的荷蘭、英國、俄羅斯、美國、日本、新加坡等國家。國內(nèi)擋潮閘主要分布在我國沿海河口地區(qū)，即渤海灣入海河口、海河沿岸、山東省沿海河口、長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)。

二、擋潮閘的工程效益

1. 防洪擋潮

河口地區(qū)地勢低洼，河網(wǎng)密布，易遭受河道洪水和風(fēng)暴潮的雙重夾擊。擋潮閘可提高城市防洪擋潮標準，保障城市防洪安全。

荷蘭歷史上經(jīng)常遭受風(fēng)暴潮襲擊，特別是1953年的洪災(zāi)，1 800余人喪生，10萬人無家可歸。荷蘭三角洲工程建成后，防潮標準從1 250年一遇提高到4 000年一遇，保護了荷蘭1/3的國土面積及450萬人口。

英國倫敦地處泰晤士河入海口，洪澇災(zāi)害頻繁。1953年洪災(zāi)，涌潮達到5.41 m，東海岸一帶被淹，300多人死亡。流域洪水位也從1791—1953年上升了1.2 m。泰晤士河擋潮閘建成后，防洪水位從5.28m提高至6.9m，能夠防御1 000年一遇的高水位，保護著倫敦125 km2的區(qū)域。

德國埃姆斯河下游風(fēng)暴潮頻發(fā)，對埃姆登的發(fā)展起到了嚴重制約作用。埃姆斯河擋潮閘提高了埃姆斯河下游對北海風(fēng)暴潮的防護水平，利用擋潮閘能夠抵御水位超過平均海平面3.7 m的風(fēng)暴潮。

我國海河流域歷史上一直都是洪災(zāi)頻發(fā)地區(qū)。海河建閘前各骨干河道的行洪流量僅相當(dāng)于10年一遇～20年一遇，但行洪水位已接近30年一遇～50年一遇，達不到防洪要求。海河口防潮閘將子牙河、南運河、北運河、永定河五大水系在天津匯流后的部分洪水經(jīng)海河干流宣泄入海，提高了海河流域的行洪能力，使天津市的防洪能力達到了200年一遇的標準。

2. 水資源利用

河口建閘后，會在閘內(nèi)形成河道型水庫，蓄水、調(diào)節(jié)徑流，發(fā)揮水資源利用的效益。

我國江蘇射陽河口建閘后，形成寬闊的“月”字形水庫，庫容達3 079.7萬m3。水庫的形成減少了30億m3的淮河水補給量，直接受益的水稻面積達46.67萬hm2。

我國浙江曹娥江大閘建成后，閘上游形成長90 km、相應(yīng)庫容達1.46億m3的條帶狀河道水庫，多年平均可增加水量6.9億m3，并使蕭紹平原和姚江平原連成一體，有利于富春江引水經(jīng)曹娥江大閘河道水庫向?qū)幉?、舟山等地輸水，還為曹娥江上游欽寸水庫、鏡嶺水庫建設(shè)創(chuàng)造了條件。

在荷蘭三角洲工程中，費爾瑟擋潮閘與贊德可列克閘之間形成了一個22 km2的淡水湖，布勞沃恩擋潮閘與赫雷弗林恩閘之間也形成了一個110 km2的封閉水庫，為荷蘭三角洲地區(qū)提供了淡水資源，促進工農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。

3. 改善城市水景觀，提升城市水文化

在擋潮閘的建設(shè)過程中，要深入挖掘擋潮閘的景觀建設(shè)，在工程中充分體現(xiàn)“人水和諧”的文化內(nèi)涵。

英國卡迪夫灣在開發(fā)過程中，地方政府將卡迪夫灣的改造與卡迪夫城市的長遠發(fā)展結(jié)合在一起?？ǖ戏驗抽l將城市中心帶向了水域，創(chuàng)造了一個優(yōu)美的居住環(huán)境。大量的水上活動設(shè)施、商業(yè)中心及旅游景點以閘為中心建造，并舉辦了一系列國際活動。該閘本身也設(shè)計為游覽、觀光的帶狀公園，閘外為大海，閘內(nèi)為內(nèi)湖公園，充分開發(fā)了其景觀效益，大力提升了城市文化內(nèi)涵。

泰晤士河擋潮閘是英國倫敦地標性的建筑。倫敦市議會為補償建閘對生態(tài)環(huán)境造成的影響并且滿足人們對景觀的需求，在閘旁建立了泰晤士河閘公園，它為新的住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)提供了一個多功能綠化地，大大繁榮了水文化。

在我國南京，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，外秦淮河污染嚴重，水質(zhì)幾乎達不到Ⅴ類水體標準。2002年，南京市全面開展外秦淮河的整治工作。首先，在外秦淮河出江口修建三汊河口閘，將河道景觀水位常年維持在5.5～6.5 m；其次，采用了雨污分流的方法改善了水質(zhì)污染嚴重的問題。治理后，河道水質(zhì)達到了Ⅳ類標準，滿足了景觀娛樂用水要求，并逐漸形成“江”“山”“水”“城”“林”的風(fēng)貌段，提升了地域文化品質(zhì)。

江蘇射陽河閘上游右岸為射陽島生態(tài)體育公園，下游右岸為江淮名剎，閘頭兩側(cè)將雕塑景觀與射陽河閘水文化有機融為一體，使人登閘游覽時，對射陽河閘的歷史、成就有系統(tǒng)的了解。

4. 推動城市經(jīng)濟轉(zhuǎn)型

19世紀工業(yè)革命之后制造業(yè)在歐洲得到大力發(fā)展，進入20世紀后，由于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，歐洲原先以重工業(yè)為主的城市紛紛走向衰敗，并出現(xiàn)了污染嚴重、缺少公共綠化空間等問題。為此許多國家尋找城市復(fù)興的方式，以求實現(xiàn)城市快速發(fā)展。

英國卡迪夫在1901年是當(dāng)時世界上最大的煤出口港。進入20世紀之后，英國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，卡迪夫也隨之蕭條、停滯發(fā)展。20世紀80年代末，英國政府啟動“讓衰落地區(qū)獲得新生”的計劃，對1 100 hm2的遺棄港區(qū)進行改造，大力發(fā)展商業(yè)、高技術(shù)工業(yè)、旅游、服務(wù)等行業(yè)。其中核心工程是在入海口修建卡迪夫灣閘。

卡迪夫灣閘創(chuàng)造了一個200 hm2的淡水湖，形成了13 km的可發(fā)展海濱，取代了原先潮差所形成的泥灘，使得卡迪夫灣成為當(dāng)時歐洲首屈一指的新興時尚海灣。同時，在卡迪夫灣閘形成的內(nèi)湖邊，創(chuàng)造出37.2萬m2的辦公空間、46.5萬m2的商業(yè)和工業(yè)空間以及6 000余個新的住宅。經(jīng)過近20年的努力，卡迪夫灣已經(jīng)成為卡迪夫乃至威爾士經(jīng)濟發(fā)展的引擎和英國知名的旅游景點，擁有比較完善的政治、商業(yè)、旅游和休閑設(shè)施，實現(xiàn)了卡迪夫城市復(fù)興的夢想。

三、對流域的綜合影響及對策措施

1. 閘下淤積

德國1936年在愛德河口建設(shè)諾德菲爾德閘后，閘下淤積十分嚴重，自1936—1970年年初，從河口海岸至諾德菲爾德閘的河段內(nèi)共淤積5 000萬m3，閘下7.3 km處斷面縮小到原斷面的17.0%，河道幾乎淤平。

我國天津海河建閘以來閘下淤積量累計已達2 200多萬m3，河床淤積高達4.7 m，河寬由250 m縮窄至100 m，過水?dāng)嗝婵s小了85%，河口泄流能力從2 100 m3/s降到800 m3/s。

江蘇射陽河建閘至今的60年時間里，閘下淤積一直在發(fā)展，1984年之后交匯河段已基本淤死，1987—2005年裁彎后稍有改善，但河道仍呈現(xiàn)明顯的淤積現(xiàn)象。

閘下淤積治理措施主要有：

①納潮沖淤：為解決諾德菲爾德閘下淤積問題，在諾德菲爾德閘下游34 km處（河口）新建愛德河閘，與諾德菲爾德閘形成一個納潮沖淤的套閘系統(tǒng)，漲潮時控制納潮，落潮時大量納潮，至閘下潮水位較低時進行沖刷，有效減少進沙量。

②疏浚：海河干流防潮閘采用絞吸式挖泥船清淤。曹娥江大閘采用集中沖淤與經(jīng)常性維護沖淤的有機結(jié)合，汛前采用了機船拖淤、挖淤、氣動清淤等多種工程措施。

③修建導(dǎo)堤：海河河口兩側(cè)進行了大規(guī)模的灘涂圍墾并形成導(dǎo)堤，有效減少了進入河口的泥沙量。射陽港于2011年3月開工建設(shè)射陽河雙導(dǎo)堤，有效緩解了射陽河閘閘下淤積問題。

④裁彎取直：海河工程局共進行了5次裁彎取直工程以降低海河彎道對淤積的影響。射陽河自1980—2008年先后進行了三期裁彎取直工程，經(jīng)過整治后，閘下河道逐漸穩(wěn)定。

2. 對水質(zhì)的影響

巴西圣弗朗西斯科河上的伊塔帕里夫閘壩后方的水庫主要用于飲用，由于該水域中的藻類大量繁殖，再加上汛期開閘泄洪導(dǎo)致下游健康河流受到污染，釀成了130人飲用后中毒身亡的慘劇。

19世紀前半葉，泰晤士河既是倫敦人的主要飲用水水源，也是倫敦市的生活污水和工業(yè)廢水的受納水體，給倫敦市人民帶來了嚴重的傳染疾病。

水質(zhì)改善治理措施：

①法律、政策：控制污染源是改善水質(zhì)的根本解決措施。通過政府立法、頒布政策等方式，建立起水環(huán)境治理和維護的有效制度及執(zhí)行體系。1876年英國議會通過了河流防污法，對一切污染河水的行為均視為違法。到了20世紀五六十年代，英國先后制定了河流法、污染控制法等，以法律條文的形式控制了污染源。從1955—1980年污染物負荷降低了90%，其中來自工業(yè)的污染負荷降低60%～70%。卡迪夫港務(wù)局下令個人用水如皮劃艇、獨木舟、帆船艇清洗用過的漂白劑溶液必須帶到其他水域。

②工程措施：包括截污工程、建造污水處理廠、雨污分流等。20世紀60年代起，英國泰晤士河水務(wù)管理局將原來的180多個污水處理廠整合為十幾個較大的污水處理廠，同時對原有設(shè)施進行升級改造，提高污水處理技術(shù)。政府還建立了一個下水道網(wǎng)，用河堤將倫敦的主要排水系統(tǒng)連接起來，并將下水道或污水渠的污水?dāng)r截下來。南京秦淮河實行雨污分流，沿河埋設(shè)截污管道，排污至污水處理廠，此項工程與防洪工程的建設(shè)同步實施，同時引水沖污，使得主要污染物的去除率均可達到國家三級甚至二級標準。

③其他措施：包括通過曝氣裝置平衡水中氧含量，及時清除河床垃圾以及河床沉積物等。英國卡迪夫灣閘壩安裝了增氧曝氣系統(tǒng)（曾應(yīng)用于斯旺西閘）以平衡水中氧的含量；Thames Bubbler船上裝有曝氣系統(tǒng)對泰晤士河口的表層水進行曝氣，當(dāng)缺氧量很高時增氧效率能達到90%。

3. 對生態(tài)的影響

荷蘭三角洲工程建成后，將萊茵河—斯海爾德河河口轉(zhuǎn)變?yōu)椴涣鲃拥牡畢^(qū)域，使得多種魚類和貝類瀕臨滅絕的境地。

英國卡迪夫灣閘的建立導(dǎo)致了76%的潮間帶損失，造成了卡迪夫灣鳥類年生存率從85%降到78%，并使得大量藍藻失去其生存環(huán)境。1999年卡迪夫灣將Taff/Ely河口關(guān)閉，使得潮間帶泥潭被永久性淡水湖所替代，導(dǎo)致麻鴨的數(shù)量減少了89%。

減小建閘對生態(tài)環(huán)境影響的措施主要有：

①防潮閘的設(shè)計要滿足生態(tài)需求：荷蘭政府十分重視三角洲工程對流域生態(tài)環(huán)境的影響。1974年政府將原先封閉式擋潮閘的工程方案改為敞開式擋潮閘，興建東斯海爾德閘時采用了修建62個活動閘門的方案，并且保持擋潮閘平時敞開以維護河口動植物生物環(huán)境不發(fā)生較大變化。

②補償生態(tài)棲息地：荷蘭政府推倒了西斯海爾德水道兩岸的閘壩，并將圍海造田得來的300 hm2開拓地恢復(fù)為鳥類棲息濕地。德國埃姆斯河擋潮閘建成后，在閘南岸的Nendorp灘地上建造4.2 hm2的鹽沼，并在埃姆斯河支流萊達河口地區(qū)購置了10 hm2灘地，用于保護鳥類。另外作為補償措施，又在Nendorp和Midlum灘地購置了110 hm2的農(nóng)業(yè)用地，為鳥類和魚類創(chuàng)建了一些空地和較大的水域。愛德河擋潮閘建成后，分別建立了卡汀潮灘自然保護區(qū)與迪特馬爾申愛德河潮灘自然保護區(qū)作為生態(tài)補償。

③設(shè)置過魚通道：為減小浙江曹娥江大閘對生物洄游通道的阻隔影響，分別在左岸堤防和右岸導(dǎo)流堤上設(shè)置了2條魚道。Tawe閘壩在設(shè)計時就考慮到了魚類洄游的問題，設(shè)置了過魚通道，為魚類遷徙提供了必要條件。

④生態(tài)調(diào)度：在魚汛期開啟大閘兩側(cè)的閘孔或魚道進行納苗，每年3—6月購買鰻鱺苗、蟹苗進行放流，作為生態(tài)補償。

4. 對通航的影響

對于沒有設(shè)置船閘的擋潮閘來說，在擋潮閘關(guān)閘期間會隔斷河道，妨礙通航。即使是修建船閘，任何船閘系統(tǒng)也會使船舶航行時間延長。對于常閉式閘門，會對通航造成極其嚴重的影響。閘下河道淤積也會導(dǎo)致航道中通航深度、寬度減小，阻礙通航。

許多擋潮閘均建有船閘以保障通航，如卡迪夫灣閘。還有許多擋潮閘在設(shè)計上考慮了通航的要求。如荷蘭鹿特丹新水道擋潮閘有兩扇圓弧形閘門，僅在風(fēng)暴潮來臨時關(guān)閉，正常天氣下常開至兩側(cè)不影響通航。泰晤士閘采用旋轉(zhuǎn)升降式扇形閘門，閘門常年開啟臥于水底，對通航的影響盡可能被壓到最小。德國埃姆斯擋潮閘有2個航孔用于通航，且主通航孔不限船只高度，使船只可以在任何時候通行。意大利工程師在設(shè)計威尼斯瀉湖擋潮閘時，巧妙地設(shè)計了一種“看不見的”浮動擋潮閘，平時閘門充水平臥于海底，不致對威尼斯城市交通造成威脅。

四、結(jié)語

擋潮閘能夠帶來十分顯著的經(jīng)濟社會效益，最直觀的效益是防洪擋潮，還可以增加可利用水資源量，推動城市復(fù)興與經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，改善水景觀，提升水文化品質(zhì)。但連續(xù)性擋潮閘也會造成一定的負面影響。①河口建閘易造成閘下淤積。常采用的解決措施有納潮沖淤、裁彎取直、通過人工或機械的方法疏浚清淤、修建導(dǎo)堤。②河口建閘對水質(zhì)會造成一定的影響。常采用的措施有：通過立法建立水環(huán)境治理和維護的有效制度及執(zhí)行體系、沿河截污工程、修建污水處理廠、雨污分流制、及時清理河道、安裝曝氣裝置。③河口建閘還會阻隔魚類洄游通道，影響生物的群落結(jié)構(gòu)與物種數(shù)量?？梢酝ㄟ^修建魚道、購置或另建生態(tài)棲息地等措施解決。④閘門關(guān)閉時會阻礙通航，這就要求擋潮閘在設(shè)計時要考慮通航問題，使其在結(jié)構(gòu)或者運行上滿足通航要求。國內(nèi)外大型擋潮閘的經(jīng)驗告訴我們，建閘需要權(quán)衡經(jīng)濟效益和生態(tài)影響，從建閘的設(shè)計到運行管理都應(yīng)當(dāng)與城市建設(shè)相融合、與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)統(tǒng)一，盡可能地使其效益達到最大化。■

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Benefits of building estuarine tidal gates in China and other countries and its impact analysis

//Xiao Yang, Feng Wen,Zhang Yaqun

TV87

B

1000-1123（2017）14-0025-04

2017-06-06

肖洋，博士，教授。

國家重點研發(fā)計劃資助（2016YFC0402605）、國家自然科學(xué)基金資助項目（51239003）——流域水文過程變化機理與工程安全（項目代碼D010102）。

責(zé)任編輯 張瑜洪