基于實測資料的錢塘江河口江道近10年演變研究

陳文江，王巨峰，趙廣乾，段文義

（1.浙江省錢塘江流域中心，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設計研究院），浙江 杭州 310017）

1 問題的提出

錢塘江被稱為浙江人民的母親河，因其“天下第一”的涌潮景觀而備受世界矚目，同時涌潮的巨大破壞力時常給沿線人民帶來不小的災難。受徑流和潮流的雙重作用，錢塘江河口江道變化莫測，從古至今，人類經過歷代的努力，一直不斷地研究并改造它，開發(fā)它的價值，造福人類。20世紀60年代后期以來，按照“治江結合圍涂，圍涂服從治江”的原則，進行大規(guī)模治理，經過約40 a的治江圍涂，縮窄了江道，穩(wěn)定了主槽，使得寬淺游蕩的錢塘江河口從杭州閘口至海鹽澉浦100余公里的江道基本達到規(guī)劃治導線，共計圍涂面積約8萬hm2（120萬畝）。通過治理，提高了沿江兩岸海塘的防洪御潮能力，改善了排澇和航運條件，創(chuàng)造了巨大的社會經濟效益。同時，大規(guī)模治江圍涂后，對河口的潮汐和河床產生了較大的影響[1]。2007年，潘存鴻等[2]經過實測資料分析和二維涌潮數(shù)模計算得出：治江圍涂后涌潮增大，最大涌潮點位置下移。

自2010年以后，錢塘江南岸上虞至慈溪段進行了幾期治江圍涂工程，下游江道進一步縮窄，對河口河床和涌潮勢必造成一定的影響。2019年錢塘江下沙段出現(xiàn)罕見的江底露灘、人能步行過江的現(xiàn)象。2020—2021年錢塘江涌潮研究協(xié)會經過實地考察，發(fā)現(xiàn)錢塘江起潮點下移了5 km。近些年由于社交媒體的推廣和宣傳，錢塘江越來越受到世人矚目，它關系到浙江省的民生、政治、經濟和文化建設。因此，對于錢塘江河口的研究和治理更加迫切。數(shù)字模擬結論與科學考察結果都證明了涌潮點下移，這與錢塘江河口江道變遷有直接關系，可以從江道測量結果得到更直觀的表達。為此，收集了錢塘江河口10年來的系統(tǒng)性地形測量資料，其中每年4月、11月采集的從閘口至金山斷面的全河段斷面地形測量資料，對江道岸線、沙坎縱剖面高程、河床地形等方面的變化進行分析研究，以期能探尋近10年間錢塘江涌潮河段的河床變化特征，從表象到數(shù)據本質深入研究錢塘江河口江道10年來的變化。

2 岸線變化

2020年11月與2010年4月對比的測次測量資料，可以發(fā)現(xiàn)錢塘江杭州灣南岸人工岸線進一步北推，江道進一步縮窄，岸線內的江道面積進一步縮?。ㄒ妶D1）。

圖1 2010年和2020年岸線變化圖

表1統(tǒng)計了錢塘江河口從上游閘口至下游金山段的岸線長度和江道面積。

表1 錢塘江河口岸線變化整體情況表

由表1可知，10年來整體上兩岸岸線長度變化不大，縮短約2.94 km，但岸線內江道面積減小147.84 km2，約占2010年江道面積的7.36%。主要原因是10年間岸線變化部分主要集中在錢塘江河口南岸圍涂區(qū)塊1~3，（見圖1），地處錢塘江下游，岸線外推幅度大，圍涂面積較可觀（見表2）。

表2 錢塘江河口南岸圍涂圍墾變化表

錢塘江河口沙坎是指存在于河口段聞家堰至乍浦，長達130 km，最高點高于其上、下游桐廬至乍浦河底連線近10 m的龐大泥沙堆積體。前期研究沙坎時一般選取各斷面最深點高程連線，稱之為“深泓沙坎”。曹穎[3]研究時選取各斷面月平均低水位以下的平均高程連線，稱之為“平均沙坎”。本文選取各斷面江道中心所處位置實測高程連線作為研究對象，姑且稱之為“江心沙坎”。研究表明，每年4月測次錢塘江上游段淤積最為嚴重，即錢塘江河口沙坎高程最高，因此選擇歷年4月測次的“江心沙坎”進行分析，研究沙坎10年來的變遷，見圖2。

圖2 歷年4月測次錢塘江河口沙坎中心線高程沿程變化圖

2.1 縱剖面高程沿程變化

由圖2可以看出，10年間，錢塘江河口沙坎沿程變化基本呈現(xiàn)相同的規(guī)律，即錢塘江江道河床在乍浦距閘口約127 km附近開始出現(xiàn)“爬坡”現(xiàn)象，坡腳高程在-12.00 m左右；乍浦至澉浦段河床迅速抬升，至澉浦附近出現(xiàn)第一次“爬坡坡頂”；澉浦至曹娥江口段坡度變緩，曹娥江口往上開始第2次“爬坡”至大缺口附近出現(xiàn)第2次“爬坡坡頂”；鹽官段整體較平緩，鹽官往上游又逐漸爬坡，但坡度進一步變平緩，至江東大橋附近抬升至最高出現(xiàn)第3次“爬坡坡頂”，即沙坎最高位置，10 a間平均高程在2.60 m左右；江東大橋往上游開始“下坡”。錢塘江沙坎沿程不斷地變坡、爬坡造成外海潮波在向錢塘江推進過程中水深多次突變，潮波多次變形破碎，錢塘江涌潮的形成、壯大、持續(xù)、衰減、消退與沙坎高程的不斷變化不無關系。

2.2 縱剖面高程變化的時間分布

10年間錢塘江上游閘口至曹娥江段沙坎中線高程基本以2010年最低，10年間沙坎波動抬升，整體上2018年江心沙坎高程最高，局部2019年江心沙坎高程最高，最高點高程約4.20 m；錢塘江下游澉浦至乍浦段江心沙坎高程的變化比較“零亂”，其中2010—2013年間澉浦附近江心沙坎有“脊背隆起狀”現(xiàn)象，俗稱“中沙”，2014年以后沙坎被沖刷，高程降低，與此同時，沙坎體外邊線呈現(xiàn)“東移”，表現(xiàn)在沙坎體外邊線高程抬升、沙坎“斜坡”外推約5 km（見圖3）。沙坎變坡位置和坎體高程與起潮點有何關系，還需進一步的研究。

圖3 沙坎變化過程圖

3 河床地形的變化

為較為直觀地分析錢塘江河口江道河床地形近10年來的變化，繪制2010—2020年每年4月、11月測次的全河段江道河床地形渲染圖，從中比較分析，可以發(fā)現(xiàn)較為明顯的變化情況。以下摘選特征年份的江道河床地形渲染圖進行分析，見圖4~8。

圖4 2010年4月測次全河段地形渲染圖

圖5 2010年11月測次全河段地形渲染圖

圖6 2016年11月測次全河段地形渲染圖

圖7 2020年4月測次全河段地形渲染圖

圖8 2020年11月測次全河段地形渲染圖

3.1 南股槽的變化

歷史上南股槽位于錢塘江河口的頭部至尖山河段，受徑流和潮流雙重作用，于1986年形成，起于乍浦斷面的南支，漸沒于上虞和余姚交界處，曾經頂沖余姚一帶海塘，造成南岸局部險工地段堤塘搶險的被動局面。2015年魯海燕等[4]曾進行專門細致的研究，至今南股槽的最終狀態(tài)還無人進行系統(tǒng)研究。本文從近10年的演變結果進行分析，拋磚引玉，以期更多的專家學者進行演變機理研究和預報分析，為錢塘江杭州灣南岸的開發(fā)治理提供科學依據。

由圖4~8可以看出，2010年4月測次，南股槽的形態(tài)還較為明顯，表現(xiàn)在圖中，高程低于-8.00 m的河床即-8.00 m地形等高線頭部可“舌狀”延伸至高陽山斷面，-10.00 m地形等高線頭部可延伸至澉浦斷面；2010年11月測次，深槽萎縮后退，-8.00 m地形等高線線頭部退至澉浦，-10.00 m地形等高線頭部退至秦山斷面；至2020年，-8.00 m地形等高線退至秦山下游，-10.00 m等高線退至杭州灣跨海大橋上游，最近至大橋，最遠至大橋上游約4.5 km處。

3.2 沙坎體橫向外邊線的變化

錢塘江河口沙坎和深槽在河床演變的動態(tài)平衡過程中此消彼長、此進彼退，河床深槽的內邊線演變過程同樣是沙坎體外邊線的演變過程。從圖4~8中可以看出，河床低于-10.00 m的范圍線覆蓋江道口門大部分，姑且將“-10.00 m”線位置定義為“攔門大壩”壩根位置。比較2010、2020年的地形渲染圖可以發(fā)現(xiàn)，北部壩根位置變化幅度不大，南部壩根位置同南股槽的變化一致：2010年-10.00 m線可舌狀延伸至秦山斷面，2020年退縮至杭州灣跨海大橋上游，最近至大橋，最遠至大橋上游約4.5 km處。通過比較分析10 a間20個測次的地形渲染圖，發(fā)現(xiàn)“攔門大壩”壩根位置近10 a內的演變：從2014年11月測次開始-10.00 m地形等高線迅速往外縮退，2016年11月測次開始基本穩(wěn)定，至2020年4年間縱向波動范圍不大。2014年以前，沙坎外邊線整體方向從北往南與江道夾角約45°，斜攔河口；2016年以后整體方向基本垂直江道，橫在江道口門，成為名副其實的“攔門大壩”。

由以上南股槽和沙坎外邊線的演變結果可知，2016年以后南股槽未從乍浦往上游延伸。由此亦可推斷，從金塘進入杭州灣的潮流由于受南岸圍墾新岸線的導流作用，強勢流北偏與金山、蘆潮港進入杭州灣的潮流在錢塘江河口匯流后，強勢流作用于江道中間，而南岸潮流變弱，致使泥沙逐步沉積，南股槽萎縮、淤高，沙坎橫向邊線外移。

3.3 河床沖淤變化

錢塘江河口的河床受徑流和潮流的共同作用，年內呈現(xiàn)比較明顯的季節(jié)性變化，而年際間徑流和潮流的變化受大環(huán)境影響，其造成的河床沖淤變化更能為趨勢性的演變分析提供研判依據。因此，選擇2010年11月和2020年11月相同季節(jié)的地形測量資料進行河床沖淤變化分析。為便于分析，計算邊界選擇2020年最新岸線（見圖9）。

圖9 2010年11月測次與2020年11月測次全河段沖淤變化圖

由圖9可以看出，10年間，錢塘江杭州灣整體呈現(xiàn)淤積，河床大部分呈現(xiàn)0~2 m的淤積，南股槽所處河床淤積更加明顯，呈現(xiàn)2~4 m的淤積，局部淤積6 m以上，與上述分析結論一致；與整體江道淤積狀態(tài)不同的是，南部江道在曹娥江口下游至澉浦斷面，北部江道從尖山至曹娥江口斷面、澉浦至乍浦的北岸深槽，皆有大面積0~2 m的沖刷。經計算，全河段10年間淤積量約在20.4 億m3。

4 結 論

2010年以后，錢塘江河口段南岸灘涂進行了幾期圍墾，新增圍墾面積約145 km2，圍墾后江道岸線的變化勢必影響河床演變?；?010—2020年積累的實測地形資料，對閘口至金山全河段沙坎中心線縱剖面高程、河床地形的變化進行分析，得出如下結論：

（1）閘口至乍浦全河段“江心沙坎”在乍浦距閘口斷面約127 km處開始“爬坡”，經過3次較大規(guī)模的“爬坡”后在江東大橋附近至最高“坡頂”，“坡頂”位置基本穩(wěn)定在江東大橋附近；10年間錢塘江上游閘口至曹娥江段沙坎中線高程基本以2010年最低，沙坎波動抬升，整體上2018年江心沙坎高程最高，局部2019年江心沙坎高程最高，最高點高程約4.20 m；“江心沙坎”澉浦至乍浦段河床抬升引起“斜坡”外推約5 km。

（2）從2014年11月測次開始，-10.00 m地形等高線迅速往外海方向縮退， 2016年11月測次開始至2020年11月間基本處于相對平衡的狀態(tài)，-10.00 m線在杭州灣跨海大橋上游附近擺幅很小，南股槽萎縮、淤高；南股槽萎縮、外退的同時，沙坎邊線外移，2014年以前，沙坎橫向外邊線整體方向為東北—西南向，2016年以后整體方向基本垂直江道，為南至北向，河口沙坎成為名副其實的“攔門大壩”。

（3）10年間，錢塘江杭州灣整體呈現(xiàn)淤積，河床大部分呈現(xiàn)0~2 m的淤積，局部淤積6 m以上，全河段10年間淤積量約在20.4億m3。

錢塘江河口的演變還在繼續(xù)，后續(xù)需持續(xù)跟蹤監(jiān)測、研究分析其變化情況，更好地為河口治理開發(fā)提供科學的決策依據。