錢塘江河口南岸上虞段建港條件分析

金桂中，胡成飛

（1.浙江省上虞區(qū)港務(wù)局， 浙江 上虞 312300；2.浙江省水利河口研究院， 浙江 杭州 310020）

錢塘江河口南岸上虞段建港條件分析

金桂中1，胡成飛2

（1.浙江省上虞區(qū)港務(wù)局， 浙江 上虞 312300；2.浙江省水利河口研究院， 浙江 杭州 310020）

錢塘江河口上虞段的河勢變化及河床演變趨勢對蕭紹平原的防洪排澇、上虞港區(qū)的發(fā)展具有重要影響?；阱X塘江多年實測水文地形資料分析了治江縮窄后錢塘江上虞段河床演變趨勢，研究表明，治江縮窄后錢塘江上虞段落潮槽以走南為主，河床沖淤變幅仍較大。上虞中沙不斷縮小北靠，已與澉浦淺灘相連。上虞貼岸深槽易沖易淤，尚不穩(wěn)定，且受徑流量影響較大。

錢塘江河口；治江縮窄；上虞碼頭；上虞中沙；貼岸深槽

1 問題的提出

錢塘江上虞段西起曹娥江口，東至上虞、余姚交界處，長約15.0km（見圖1），是徑流和潮流共同作用的河段，河道寬淺，河床沖淤多變，為典型的游蕩型河流[1]。為控制主槽擺動，浙江省和水利部在錢寧院士等一批水利專家的研究基礎(chǔ)上，提出了錢塘江河口治理應(yīng)“縮窄固定江道，削減潮量”[2-3]。20世紀(jì)60年代開始錢塘江澉浦以上江道開展了自上而下全線縮窄治理，1997始在尖山河灣北岸開展治江圍涂，至2007年尖山河灣北岸圍涂工程已基本完成。2002年至今，曹娥江口以西，上虞、余姚岸段開展治江圍涂，實施治江規(guī)劃線，至2013年錢塘江澉浦以上河段除上虞與余姚交界的世紀(jì)丘二期外約3.2km岸線尚未到達(dá)治江規(guī)劃線，其它區(qū)域均已到位（見圖1）。

近年來曹娥江流域雨水豐沛，且隨著姚江上游“西排”工程的推進(jìn)實施，對曹娥江及其下游的錢塘江防洪排澇提出了更高的要求。此外，上虞市近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，尤其是上虞新區(qū)的快速發(fā)展，使其對港口的需求日益迫切[4]。錢塘江上虞段的河勢變化及河床演變趨勢對錢塘江和曹娥江的防洪排澇、上虞港區(qū)的發(fā)展以及南岸堤防的維護(hù)具有重要影響，因而基于錢塘江河口及上虞港區(qū)多年地形測量數(shù)據(jù)，分析治江縮窄后錢塘江上虞段河床演變趨勢具有重要意義，可為上虞港區(qū)建設(shè)及南岸堤防維護(hù)等相關(guān)工程提供一定的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

圖1 錢塘江河口形勢圖及圍涂工程圖

2 資料與方法

錢塘江每年4、7和11月均有江道斷面觀測，選取2007— 2016年共30次錢塘江斷面觀測資料，并輔以同時期上虞 — 余姚河段地形加密觀測資料進(jìn)行分析，以上斷面和地形資料比尺均為1∶ 5萬。

基于Surfer軟件采用Kriging方法對基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)模型（Grid），得到相應(yīng)的數(shù)字高程模型（DEM）。在DEM的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的河床或地貌單元容積計算，同時基于Grid計算得到相應(yīng)的河床沖淤量。

采用相關(guān)性和偏相關(guān)分析研究各動力因素對貼岸深槽的影響，其中偏相關(guān)性分析是在控制其他變量的線性影響下分析兩個變量間的線性相關(guān)，其可以有效地揭示變量之間的真實關(guān)系，識別干擾變量并尋找隱含的相關(guān)性。如控制x2的線性關(guān)系，分析變量x1和y之間的凈相關(guān)時，x1和y之間的偏相關(guān)系數(shù)為：

式中：ry1、ry2和 r12分別表示y和x1、y和x2以及x1和x2的相關(guān)系數(shù)。

3 水文泥沙特征

錢塘江是浙江省第一大河，全長668km，流域面積55558km2，多年平均徑流量952m3/s。錢塘江流域存在著連續(xù)豐水年和連續(xù)枯水年相交替的水文周期變化，年際間差異較大，豐、枯年徑流量比值最大可超過4倍[5]；年內(nèi)有明顯的豐水期（3— 6月或4— 7月上旬）和枯水期（7月中旬至翌年2月或3月）之分。

傳入杭州灣內(nèi)的潮波以東海潮波的M2分潮為主，屬淺海半日潮。外海潮波傳入杭州灣后，受杭州灣喇叭口平面收縮、潮波反射、能量集聚的作用，到灣頂澉浦附近潮差達(dá)到最大。澉浦多年平均潮差5.62m，最大潮差9.00m。

錢塘江上虞段是錢塘江河口潮動力條件最強(qiáng)河段之一，實測最大漲、落潮垂線平均流速可達(dá)4.00m/s以上。該河段含沙量具有漲潮大于落潮，大潮大于小潮，含沙量變化大等特點[5]。根據(jù)上虞碼頭2009— 2016年實測數(shù)據(jù)，該水域最大實測漲潮平均含沙量可達(dá)4.15kg/m3以上，最小漲潮平均含沙量則僅約0.32kg/m3。該河段底質(zhì)主要為砂和粉砂，中值粒徑為0.089～ 0.145mm。

4 結(jié)果與討論

4.1 江道河勢

治江圍涂前錢塘江上虞段所在的尖山河灣由于漲落潮流路分叉及涌潮的作用，主槽擺動頻繁且擺動幅度很大[6]。北岸尖山圍涂后，由于圍區(qū)的隱蔽作用，北岸邊灘淤漲，致使落潮流快速南拐，落潮槽以走南為主。即使在梅汛洪水時，落潮流沖通北沙，形成北汊，但梅汛期后北汊又迅速淤塞消失，主流重回南汊。這主要是由于尖山圍涂后，北汊道長度增長，北汊落水比降變緩，水流動力減弱，沖刷能力降低，且梅汛期后的秋季大潮期，該河段受漲潮流控制，北汊與漲潮流間夾角較大，難以發(fā)育演變?yōu)橹鞑踇6]。

錢塘江上虞段河勢與下游段澉浦以下主流走勢關(guān)系密切，沿乍浦?jǐn)嗝嫔纤莸臐q潮流向上游分為3支：1支貼北岸上溯，即北岸深槽（北支）；1支漲潮流連接乍浦深潭和秦山深潭，稱為乍浦 — 秦山潮汐通道（中支）；另有1支在澉浦淺灘與庵東邊灘之間（南支）。經(jīng)由北支和中支主槽上溯的漲潮流匯合于秦山深潭之后，進(jìn)入尖山河段，形成北股槽。南支的漲潮流上溯過程中也分為2股，1股是沿澉浦淺灘南側(cè)上溯，形成南支北槽；1股是沿庵東邊灘上溯，形成南支南槽，在進(jìn)入澉浦?jǐn)嗝婧髤R合成南股槽（見圖2）。

圖2 錢塘江上虞段現(xiàn)狀河勢圖

治江縮窄后，曹娥江口成為漲潮沖刷槽的凹岸，且當(dāng)前河勢下曹娥江口為南股槽的頂沖點，上虞貼岸深槽亦延伸發(fā)育至曹娥江口，這不僅穩(wěn)定了曹娥江口的河勢，一定程度上改善了曹娥江大閘閘下淤積問題，同時南股槽和貼岸深槽的走向也有利于曹娥江大閘的泄洪，從而改善了蕭紹平原的排澇條件[7]。

4.2 沖淤變化

錢塘江上虞段河床底質(zhì)主要為砂和粉砂，起動流速較小[8-9]。近年來上虞港區(qū)實測資料顯示該河段水動力較強(qiáng)，大潮期間，漲、落潮最大流速可達(dá)2.00m/s以上，2010年10月大潮期間實測漲潮最大流速達(dá)4.44m/s，對河床的塑造能力強(qiáng)。因此，水動力和泥沙特性決定了該河段河床易沖易淤和大沖大淤的特性[9]。近年來錢塘江上虞段河床沖淤變化見圖3，2007— 2014年該河段整體呈淤積態(tài)勢，隨著尖山和上虞 — 余姚岸段治江圍涂工程的實施，尖山河灣彎道環(huán)流效應(yīng)不斷加強(qiáng)，凸岸尖山處河床淤積，凹岸上虞側(cè)河床則在漲、落潮流的共同塑造下，不斷刷深，形成了貼岸深槽，局部河床刷深4.00～ 5.00m。2007— 2009年為連續(xù)枯水年，主槽長時間走南，再加上2007年尖山河灣北岸圍涂完成后，受圍區(qū)的隱蔽作用，尖山北沙淤積明顯。2010、2012和2014年錢塘江均為豐水年，且2011年6月遭遇大洪水，豐水期或洪水期間，尖山北沙沖刷，2010— 2014年尖山北沙局部河床刷低達(dá)4.00m；舊倉近岸處河床由2010年4.00m以上的高灘刷低至2014年0.40m左右的中低灘。

圖3 錢塘江上虞段河床沖淤變化圖

4.3 上虞中沙

上虞水域內(nèi)中沙是1986年尖山河段主槽偏靠北岸后（即順直河勢），南岸因動力減弱而淤積的灘面。2006年末至2007年初南股槽治理，上虞老中沙外側(cè)拋順壩與陸地相連，形成新的上虞中沙。新上虞中沙自形成以來，就呈逐年變小的趨勢，這主要與附近治江拋壩、促淤圍涂，以及澉浦向上延伸的南、北股深槽走向和強(qiáng)弱變化有關(guān)。2006年11月 — 2007年11月，余姚為實現(xiàn)一、二期圍涂，在陶家路閘 — 西三閘外側(cè)拋壩長約2.1km，隨著壩的外拋，澉浦以下向上虞 — 余姚岸段上溯的南支槽，北移了約3.0km，向上游延伸了約1.0km，頂沖點也有所上移，頂沖上虞新中沙，致使中沙面積變小。2007年7月上虞中沙0.00m等高線以上面積約為1643萬m2，到2009年7月則只有253.6萬m2，2011年后已無0.00m以上灘地出現(xiàn)（見圖4）。

圖4 上虞中沙0.00m等高線以上灘地面積變化圖

隨著上虞 — 余姚治江圍涂的開展，岸線不斷北推，近岸深槽北移在上虞港區(qū)前沿形成新的貼岸深槽，通向中沙北側(cè)中槽與貼岸深槽潮流加強(qiáng)，導(dǎo)致上虞中沙不斷縮小北靠，2016年測圖顯示上虞中沙已與澉浦淺灘次生的中沙相連（見圖5）。

圖5 2016年4月上虞河段灘槽分布圖

4.4 上虞貼岸深槽

隨著上虞 — 余姚岸段的不斷圍墾，貼岸深槽不斷向北擺動，2013年，上虞 — 余姚規(guī)劃治導(dǎo)線基本實施到位，上虞 — 余姚岸段貼岸深槽深泓線趨于穩(wěn)定。上虞貼岸深槽年際和年內(nèi)沖淤變幅均較大，局部河床沖淤變幅可達(dá)4.00m（見圖6和圖7）。各時期工程水域水動力條件見表1。上虞貼岸深槽受徑流和潮流的共同作用，大洪水和強(qiáng)潮均可將其刷深，但刷深后的深槽若無持續(xù)且較強(qiáng)的水動力來維持，其亦會迅速回淤，因而表現(xiàn)為易沖易淤、大沖大淤的特性。

2013年貼岸深槽整體水深較強(qiáng)，在強(qiáng)潮的作用下帖岸深槽“上淤下沖”，曹娥江以東嘉紹大橋附近貼岸深槽淤積嚴(yán)峻，淤積幅度2.00～ 5.00m；上虞碼頭附近貼岸深槽沖刷較為明顯，河床刷深1.00～ 4.00m。此后的2014— 2015年平均徑流有所加強(qiáng)，潮動力略有減弱，貼岸深槽“上沖下淤”，曹娥江口以東河床局部刷深3.00～ 5.00m，上虞碼頭局部河床則淤高3.00～ 5.00m。2015年為豐水年，2015年5月 — 2016年4月富春江平均流量約1547m3/s，在強(qiáng)徑流的作用下上虞貼岸深槽整體呈沖刷態(tài)勢，其中上虞碼頭水域河床刷深1.00～ 2.00m。

2015年4月貼岸深槽整體水深較淺，深槽局部最深點高程高于- 3.00m，此后至2015年7月在洪水和強(qiáng)潮的共同作用下，深槽迅速刷深，上虞碼頭附近河床刷深約5.00m。此后2015年11月 — 2016年4月雖徑流量仍較大，但平均潮差僅為5.94m，潮動力較弱，不足以維持已經(jīng)刷深的貼岸深槽，導(dǎo)致深槽整體呈淤積態(tài)勢，上虞碼頭附近河床淤高 1.00～ 2.00m。

圖6 上虞貼岸深槽年際沖淤變化圖

圖7 上虞貼岸深槽年內(nèi)沖淤變化圖

表1 各時期工程水域水動力條件表

上虞貼岸深槽離岸1.0km以內(nèi)多年平均低水位下容積（以下簡稱“多低容積”）變化見圖8，整體上2013—2016年貼岸深槽多低容積呈增大趨勢，每年7月和11月多低容積大于4月深槽多低容積，體現(xiàn)了大水和強(qiáng)潮對深槽的沖刷作用。各河段深槽多低容積變化均較為劇烈，上虞碼頭所在的下段貼岸深槽多低容積在2013年7月 — 2014年7月期間擴(kuò)大了1267萬m3，此后至2015年4月該段深槽淤積迅速，8個月間多低容積減小了約1403萬m3，即目前上虞貼岸深槽尚不穩(wěn)定，易沖易淤，尚不具備建設(shè)5000噸級以上碼頭的優(yōu)良條件。

圖8 各段貼岸深槽多低容積變化圖

各段深槽多低容積與各動力因素相關(guān)性見表2，上虞貼岸深槽整體多低容積與徑流呈正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性較好，尤其與曹娥江排水量相關(guān)性較強(qiáng)，可見徑流尤其是曹娥江排水量是上虞貼岸深槽發(fā)育的主要動力因素之一。錢塘江流域徑流具有21a的顯著周期[10]，2010年以來為豐水年，因而近年來深槽水深條件較好。深槽多低容積與潮差雖未表現(xiàn)出強(qiáng)相關(guān)性，但深槽下段多低容積與潮差的偏相關(guān)系數(shù)為0.637（曹娥江排水量為控制變量），具有一定的相關(guān)性，即潮動力是上虞碼頭所在的下段貼岸深槽發(fā)育的動力因素之一。

表2 各段深槽多低容積與各動力因素相關(guān)系數(shù)表

5 結(jié) 論

（1）治江縮窄后，錢塘江上虞段落潮槽以走南為主，當(dāng)前河勢一定程度上可以改善曹娥江大閘閘下淤積問題和蕭紹平原的排澇條件。

（2）錢塘江上虞段水動力和泥沙特性決定了該河段河床的易沖易淤和大沖大淤的特性，年際間河床沖淤變幅大。

（3）隨著治江圍涂工程的推進(jìn)，上虞中沙不斷縮小北靠，2016年上虞中沙已與澉浦淺灘次生的中沙相連。

（4）上虞貼岸深槽受徑流和潮流的共同作用，大水和強(qiáng)潮均可將其刷深，但刷深后的深槽若無持續(xù)且較強(qiáng)的水動力來維持，其亦會迅速回淤，整體表現(xiàn)為易沖易淤和大沖大淤的特性。目前貼岸深槽上游徑流量尤其是曹娥江排水量是深槽發(fā)育的主要動力因素之一。

[1] 唐子文，曹穎．治江縮窄條件下錢塘江河口段灘涂資源變遷及趨勢分析[J]．浙江水利科技，2016(2)：20- 22．

[2] 周志德．“天人合一”治河觀概說[J]．中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報，2010(3)：233- 236．

[3] 韓曾萃，潘存鴻．錢塘江河口治導(dǎo)線探索[J]．浙江水利科技，2017(1)：58- 63．

[4] 韓海騫，余祈文．上虞新港建港水域條件研究[J]．水運工程，2008(1)：65- 67．

[5] 潘存鴻，盧祥興，韓海騫，等．潮汐河口支流建閘閘下淤積研究[J]．海洋工程，2006(2)：38- 44．

[6] 趙渭軍，韓繼靜，陳水龍，等．錢塘江尖山河灣治江圍涂后河勢演變及建港條件探討[J]．科技通報，2008(1)：80- 84．

[7] 韓曾萃，唐子文．錢塘江河口治理與改善兩岸平原的排澇條件[J]．泥沙研究，2010(2)：1- 5．

[8] 余炯，曹穎．治江縮窄后錢塘江河口泥沙淤積和成因探討[J]．泥沙研究，2006(1)：17- 24．

[9] 潘存鴻，張舒羽，唐子文．錢塘江河口水流：河床相互作用及對鹽水入侵的影響[J]．水科學(xué)進(jìn)展，2015(4)：535- 542．

[10] 曾劍，孫志林，潘存鴻，等．錢塘江河口徑流長周期特性及其對河床的影響[J]．浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2010(8)：1584- 1588．

Analysis of Shangyu Port Construction Conditions in the South Bank of Qiantang Estuary

JIN Gui - zhong1，HU Cheng - fei2
(1.Shangyu Port Authority of Zhejiang Province，Shangyu 312300，Zhejiang，China；2.Zhejiang Institute of Hydraulics amp; Estuary，Hangzhou 310020，Zhejiang，China)

The trend of river regime and riverbed evolution have an important effect on the fl ood control of Xiaoshao Plain and development of Shangyu Port.Based on the hydrological and topographical measured data，the river evolution of Qiantang River Shangyu reach under the condition of narrowing river was analyzed.Results show the southern ebb channel is main river regime on Shangyu reach, and the variation of erosion and deposition of the riverbed is still severe.The Shangyu Shoal was gradually eroded，and moving northward，connecting with the Ganpu Shoal.The deep channel near Shangyu riverbank is still not stable，and is greatly inf l uenced by runoff of Qiantang River and Cao’e River.

Qiantang Estuary；narrowing river；Shangyu Port；Shangyu Shoal；shoreline deep channel

U651

A

1008- 701X(2017)00- 0018- 05

10.13641/j.cnki.33- 1162/tv.2017.06.005

2017-05-11

金桂中(1968- )，男，高級工程師，碩士，主要從事水利、港口規(guī)劃建設(shè)、管理工作。

E - mail：2634180247@qq.com

胡成飛(1992- )，男，助理工程師，碩士，主要從事河口海岸工程、河口治理、水沙運動規(guī)律等相關(guān)研究。

E - mail：chengfei_hu@163.com

（責(zé)任編輯 姚小槐）