長江口南北港分汊口附近水域河勢變化及航道格局調整

張祥文

(交通運輸部東海航海保障中心上海海事測繪中心，上海 200090)

1 長江口南北港分汊口附近水域環(huán)境

長江口南北港分汊口河段歷來是長江口河勢變化較復雜的水域，也是長江口主航道上下貫通的瓶頸段。許多學者對此進行分析研究，取得了不少有價值的成果，為長江口航道整治提供了科學依據[1-2]。在長江口深水航道治理工程前，長江口航道管理局和上海海事局，針對該河段的航道變化多次采取了局部疏浚、調整航標、加強航行安全管理及組織在新瀏河沙包東側采砂等措施，保證航道的安全通航[3-4]。為了穩(wěn)定南北港分汊口河勢，改善主航道的通航及維護條件，自2007年實施長江口深水航道南北港分汊口河段新瀏河沙護灘及南沙頭通道潛堤工程后，南北港分汊口河勢得到了初步控制[5-7]，主航道的通航環(huán)境得到明顯改善。從2011年1月長江口深水航道開通以來，該河段的主航道沒有調整過。

現階段汊道主要有寶山南水道、寶山北水道、新橋通道、新橋水道、新新橋通道。航路有主航道寶山南航道、寶山北航道，長江口12.5 m深水航道延伸段(簡稱“深水航道”)在寶山北航道內[8]。附近有寶山北錨地、寶山南錨地、寶山警戒區(qū)、瀏河口警戒區(qū)，新瀏河沙包在寶山南錨地里。南岸有羅涇散雜貨港區(qū)碼頭、寶鋼主副原料碼頭等。寶山北航道寬1 km，自79#燈浮附近深水航道中心線拐點往上游段深水航道底寬為350 m，拐點下游至寶山警戒區(qū)深水航道底寬為350～460 m,航道維護水深為12.5 m(理論最低潮面，下同),深水航道中心線將寶山北航道分隔成進出口通航分道，航道中心線拐點處轉向彎曲半徑2 km，轉向偏角16°。長江口南北港分汊口附近水域環(huán)境如圖1所示。

圖1 長江口南北港分汊口附近水域環(huán)境

2015年12月隨著長江南京以下12.5 m深水航道的開通，寶山北航道水上交通愈加繁忙，一旦受阻，它將直接影響船舶通航，對上游經濟和社會影響較大。近年來發(fā)現寶山北航道進口航段79#燈浮附近(靠近新瀏河沙頭部)淤積嚴重，航道水深變淺，已經威脅到寶山北航道的船舶航行安全。深水航道由長江口航道管理局負責維護，可以及時安排疏浚保障航道水深，而寶山北航道內深水航道外側的水域屬于自然航道，因在79#燈浮附近水深變化快，經過該水域的航行船舶及監(jiān)管部門如不及時更新電子海圖或紙海圖，不掌握通過該航段時的水位，船舶擱淺事故仍會發(fā)生。因此有必要找到有效辦法，為航道管理、通航監(jiān)管部門提供技術支持。

2 長江口分汊口河段附近水域近期河勢變化

為了分析長江口分汊口河段附近水域河勢近期變化，現根據近10年的海圖資料利用地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)從河槽容積、深泓線平面、等深線3個方面分析河勢變化。

2.1 河槽容積變化

由于南支落潮主流作用，南岸至下扁擔沙南側的河槽總體以沖刷為主。根據2010—2019年測量的多年成果比較分析，南岸至下扁擔沙南側的河槽容積逐年在擴大，但近兩年沖刷量與淤積量趨于平衡，見表1。

表1 河槽容積和沖刷淤面積變化

利用2010和2019年的測量成果建立水深差值數字化模型，整體來看下扁擔沙南側的河槽寶山北航道北邊線以北容積變大，南側容積變小，個別區(qū)域淤積與沖刷變化幅度較大，見圖2。2010—2019年，寶山北航道內河槽容積增加94萬m3,水深平均變深0.07 m。但是2017—2019年間寶山北航道水深平均變淺0.36 m,容積減少了446.1萬m3,74%的面積處于淤積狀態(tài)。

注：< 0為沖刷；> 0為淤積。

淤積主要集中在寶山北航道北邊線以南、寶山南航道上段、新新橋通道與新橋通道之間、新瀏河沙頭部，淤積最大的地方發(fā)生在寶山北航道進口上段，最大淤積厚度達16 m，淤積超過10 m厚度的區(qū)域面積約0.07 km2。在79#燈浮附近寶山北航道最大淤積厚度3.6 m，在深水航道北邊線最大淤積厚度達3 m。沖刷主要集中在寶山北航道以北、新瀏河沙包下段、新橋通道以及新瀏河沙兩側護堤附近，沖刷超過10 m厚度的區(qū)域在寶山北錨地，面積約0.55 km2,沖刷最大的地方發(fā)生在新瀏河沙南側靠近護堤地方，最大沖刷厚度達24.3 m。

2.2 深泓線平面變化

河槽內有多條深泓線，靠近南岸主深泓線平面變化不大，靠近下扁擔沙南岸的主深泓線平面變化非常明顯，尤其在瀏河口警戒區(qū)及新瀏河沙兩側的主深泓線平面變化復雜。根據2010、2015、2019年3年深泓線平面變化(圖3)，經過寶山南航道的主深泓線平面變化不大，在瀏河口警戒區(qū)2010年的兩股主深泓線至2012年已匯成一股偏北的主深泓線(圖4)，2015年后逐漸趨于穩(wěn)定?？拷鼘毶奖焙降滥蟼鹊闹魃钽€逐漸向南偏移并趨于穩(wěn)定。

圖3 不同年度深泓線平面分布

圖4 85#燈浮靠近瀏河警戒區(qū)附近橫向剖面

新瀏河沙頭部北側主深泓線先是淤積消失再沖刷形成，由北向南逐漸偏移，見圖5。南側靠近79#燈浮的主深泓線逐漸向南偏離了深水航道中心線，并趨于穩(wěn)定，2010—2017年間12.5 m等深線河槽寬度變化不大，但2017—2019年間開始收縮，等深線12.5 m河槽最窄處1.1 km，同時主深泓線偏離深水航道中心線越來越遠并趨于穩(wěn)定。

圖5 79#燈浮附近橫向剖面

2.3 等深線變化

根據2010—2019年所測成果數據得出5、10、12.5、15 m等深線，進行分析后發(fā)現變化較大的區(qū)域主要有5處，分別是下扁擔沙南側及與其相連的暗沙體、新瀏河沙頭部、新瀏河沙包、在寶山南航道上游以及瀏河警戒區(qū)形成的兩個新沙包。

由于落水水流動力作用，下扁擔沙及與其相連的暗沙體，逐漸被沖蝕、沖刷，尤其在2010—2015年間變化特別快。從5 m等深線可以看出老串溝(西扁擔沙與下扁擔沙之間)逐漸萎縮，在下扁擔沙的下段(新新橋通道附近)新的串溝又不斷生成，汊道方向也在不斷的改變，尤其是新橋通道與新橋水道之間汊道變化復雜。在下扁擔沙南側，由于水流的沖蝕，10 m等深線向沙體方向移動并趨于穩(wěn)定，見圖6a)；與扁擔沙沙體相連的暗沙體從12.5 m頭部移動可以看出，沙體逐漸沖刷后移并趨于穩(wěn)定，見圖6b)；深水航道中心線北側79#燈浮上游方向，15 m等深線因水流沖刷逐漸向新瀏河沙頭部方向下移，速度逐漸減慢。寶山北航道上段靠近瀏河口警戒區(qū)15 m等深線由于淤積逐漸下移，2015—2017年下移1.7 km，2017—2019年下移2.2 km。另外從10、12.5 m等深線來看，新橋通道河槽寬度逐漸收窄。

圖6 不同年度10和12.5 m等深線

從新瀏河沙頭部的等深線來看，5 m等深線變化不大，10 m等深線在2010—2017年間變化不大，但在2017—2019年間，2017—2018年10 m等深線橫向移動最大距離約200 m；2018—2019年，10 m等深線移動橫向移動最大距離約300 m，而且所包圍的面積逐漸擴大，見圖7a)。2019年10 m等深線已經越過寶山北航道北邊線最大達256 m，寶山北航道北邊線最淺水深為8.4 m。12.5 m等深線在新瀏河沙頭部南側在2010—2015年間變化不大，但在2015—2019年等深線逐漸向航道方向偏移，2015—2017年橫向移動最大達680 m，2017—2019年橫向移動最大達280 m，已經越過12.5 m深水航道北邊線約200 m，見圖7b)，這兩年來一直通過疏浚維持12.5 m深水航道水深。在順航道方向，79#燈浮上游方向的12.5、15 m等深線逐漸向下游新瀏河沙方向擠壓。在新瀏河沙頭部附近15 m等深線南側逐漸向航道方向橫向移動，并趨于穩(wěn)定。

圖7 新瀏河沙頭部10和12.5 m等深線

從新瀏河沙包的10 m等深線(圖8)來看，順航道方向，2012年沙包上段10 m等深線將沙包分開，上段沙包逐漸收縮變小，下段沙包在2010—2015年向上游方向收縮且移動速度快，之后逐漸趨緩，下段沙包下端10、12.5 m等深線上提；在橫向上，沙包南側變化不大，在沙包的下段北側10、12.5 m等深線逐漸向南方向移動并趨于穩(wěn)定，上提和橫向移動距離見表2。下段沙包上部分12.5 m等深線變化不大，且趨向穩(wěn)定。

表2 10、12.5 m等深線上提距離和橫向移動距離

圖8 新瀏河沙包10 m等深線

在寶山南航道上游至瀏河口警戒區(qū)，有一個淺于10 m、狹窄的活動沙包，2015年開始發(fā)育到現在，圍成的10 m等深線沙包長4.7 km、寬0.34 km、最淺水深8.0 m，新沙包逐漸淤淺且范圍不斷擴大，如果繼續(xù)向下游發(fā)展將對羅涇港區(qū)碼頭前沿及航道產生不利影響。在寶山北航道上游瀏河口警戒區(qū)的水域里，從2017年開始發(fā)育逐漸形成了一個淺于12.5 m的沙包，沙包長2.67 km、平均寬250 m、最淺水深11.6 m，沙包發(fā)展速度快，如果持續(xù)發(fā)展，將對寶山北航道內深水航道產生影響。

3 寶山北航道格局調整研究

根據該河段沖刷淤淺平面分布和發(fā)展情況、新瀏河沙頭部淤淺發(fā)展趨勢以及新瀏河沙包收縮，在保持航道尺度不變的情況下，可以采取調整主航道寶山北航道格局，改善寶山北航道的通航環(huán)境。

短期內有3種應對的方案：1)方案1：保持航道不變，通過疏浚維護，保障通航水深。79#燈浮附近水深變化快，進口大型船舶經過該河段時在沒有最新的海圖情況下盡量在深水航道里航行，同時加大監(jiān)管力度；2)方案2：微調寶山北航道，不進行維護疏浚，將靠近新瀏河沙頭部的寶山北航道向南調整，保持深水航道水深在12.5 m以上，同時微調相關的配套設施，如錨地、燈浮等；3)方案3：將寶山北航道調整到北側現有的深水航槽里，適當考慮航槽發(fā)展趨勢，盡量保持航道順直。但需要大幅度調整相關的配套設施。長遠應對的方案是進一步對該水域的河床演變進行分析、研究，提出對下扁擔沙以及新瀏河沙頭部淤淺整治建議，通過數模論證，確定經濟的合理的設計施工方案，為未來充分利用南北港航道進行交通運輸打下基礎。

3.1 方案1

目前的航道從2011年使用至今已近10年，船務公司、商船、航道維護管理和安全監(jiān)管部門都非常熟悉，可以在進一步研究分析該水域的河床演變、評估船舶航行安全以及在航道維護費用得到保障的情況下，繼續(xù)維持現有的航道不變。但需要不斷地對航道監(jiān)測、及時更新海圖、加強對該河段的監(jiān)管或對79#燈浮附近深水航道北側的航道進行維護，保障船舶航行安全。

3.2 方案2

按照航道選線原則，在不進行疏浚的情況下，微調寶山北航道。根據2019年第3季度測量水深及前面的分析，可以有兩種模式：

1)將79#燈浮附近原深水航道中心線上拐點D沿中心線向上游移動到4 km處的C點，原中心線上首尾A、B兩點不變，使線AC遠離新瀏河沙頭部(圖9)，其中C點選在水下地形比較穩(wěn)定、對船舶轉向有安全保障的水域，經分析，C點選在79#燈浮上游4 km附近水域比較合理，該水域近10年水深變化不大且開闊。調整后深水航道北邊線離新瀏河沙頭部南側12.5 m等深線最近290 m，南邊線離新瀏河沙包12.5 m等深線最近280 m。調整后深水航道平均水深16.1 m(原平均水深15.5 m)，最淺點為12.7 m(原最淺水深11.4 m),寶山北航道平均水深15.9 m(原平均水深15.8 m)，最淺點為10.4 m(原最淺水深8.4 m)。在C和A點處航道中心線轉向角約8°(原16°)。調整后的79#燈浮附近橫剖面見圖10。

圖9 寶山北航道調整方案2的模式1分布

圖10 調整后79#燈浮附近橫剖面(2019年7月測量)

2)直接連接原深水航道中心線上A、B兩點(圖11)。調整后寶山北航道出口航道將經過新瀏河沙包，船舶在A和B點航行時有較小的轉角，在瀏河口警戒區(qū)B點處航道中心線轉向角減小4°，A點處航道中心線轉向角約為12°。深水航道南邊線離新瀏河沙包12.5 m等深線最近70 m，深水航道北邊線離新瀏河沙頭部南側12.5 m等深線最近580 m。寶山北航道內平均水深15.6 m，最淺水深為9.2 m，最淺水深位置在新瀏河沙包上，深水航道內平均水深16.3 m，最淺水深12.6 m。

圖11 方案2的模式2分布

3.3 方案3

將B點沿方位26°方向移動1.6 km至北側的深槽E點，連接AE(圖12)。調整后深水航道北邊線離新瀏河沙包12.5 m等深線最近距離180 m，離瀏河警戒區(qū)里的新發(fā)育的沙體12.5 m等深線250 m。寶山北航道平均水深17.6 m，最淺水深11.2 m,最淺點位置靠近新瀏河沙79#燈浮附近。深水航道平均水深17.6 m，最淺水深13.9 m。規(guī)劃后的寶山北航道除了寶山北錨地需要調整外，上游瀏河口—六文錦涇的部分航道和錨地需要進行調整，涉及面較廣，但上游通航環(huán)境得到改善，航道將更為順暢。A點處航道中心線轉向角大約為6°，E點處可以不設拐點。船舶航行不利的地方是主流軸線與航道軸線有一定的夾角，給船舶航行帶來一定的影響。

圖12 方案3分布

3.4 方案比選

將3個方案進行對比分析，建議采用方案2的模式1。方案1如果有維護費用保障，可以采用。方案2的模式2及方案3還需要請相關專業(yè)人員從河勢未來發(fā)展趨勢、船舶航行安全、技術、經濟等統(tǒng)籌考慮，進一步分析評估論證，從中選擇最優(yōu)方案，使航道在一定的時段內保持不變。

4 結語

1)新瀏河沙頭部、兩個新沙包以及寶山北航道上段逐漸淤積，水深逐漸變淺。其原因是由于上游河勢變化，落潮主流動力在河槽北側強勁，南側較弱，底沙又疏松易沖，主流動力軸線方向發(fā)生了改變，使得主深泓線發(fā)生偏轉，泥沙向下游推移并在主深泓線兩側以及下游淤積。

2)新瀏河沙頭部淤積向寶山北航道方向發(fā)展，使現有的航道通航環(huán)境變差。由于新瀏河沙頭部南北兩側主流動力軸線橫向上向南偏轉，主深泓線向南移動，同時新橋通道北港漲潮主流動力作用，這些都有利于新瀏河沙頭部淤積并向航道方向發(fā)展。

3)兩個新沙包仍在發(fā)展擴大，需要加強監(jiān)測。兩個沙包都在主航道里，如果持續(xù)發(fā)展，對深水航道和羅涇港區(qū)泊位前沿、航道產生影響。

4)短期內可采用寶山北航道格局調整方案2的模式1。由于新瀏河沙包下段向上游南向萎縮以及新瀏河沙淤積向南發(fā)展方向，為調整寶山北航道提供了思路。微調寶山北航道，將航道中心線ADB調整為ACB，同時維持寶山北航道和深水航道的尺度不變，調整后的航道與原航道尺度和環(huán)境比較，寶山北航道和深水航道水深條件、航行環(huán)境得到明顯改善。

5)從長遠考慮，建議相關管理部門組織專業(yè)人員對航道格局調整進一步論證，組織相關單位對該水域以及上游的河勢進行分析研究，制定技術上、經濟上合理的航道整治方案。