長江口南港河勢變化及吳淞口錨地維護方案

丁越峰

摘 要：吳淞口錨地是上海港最主要的錨地之一，位于長江口南港河段。本文收集南港河段測圖資料，分析了南港河床演變及錨地水深資源變化，提出了局部錨區(qū)維護疏浚方案，以改善吳淞口錨地的錨泊條件，提升安全保障。

關鍵詞：長江口南港；吳淞口錨地；瑞豐沙上沙體；瑞豐沙竄溝；錨地維護疏浚

0 引 言

吳淞口錨地位于長江口南港河段，南北兩岸是上海重要的深水岸線，分別為外高橋港區(qū)和長興島造船基地。吳淞口錨地主要服務進出黃浦江的候潮船舶、等待外高橋碼頭泊位計劃的集裝箱待泊船舶，還包括部分進出長江的過境船舶。過去，南港河段河槽形態(tài)[1-2]、瑞豐沙中部竄溝發(fā)育與南港河勢變化特征[2-3]，以及治理對策[4-6]長期以來受到廣大學者和工程界的關注。隨著長江流域來沙量減少，南港河段含沙量降低[7-8]，河床整體轉變?yōu)闆_刷態(tài)勢，南港河段的河勢條件出現(xiàn)了新的情況。近年，吳淞口錨地淤積嚴重，水深條件變差，影響錨泊安全。本文重點分析近10年南港河段河床演變和錨地水深資源變化，提出了錨地北擴及局部錨區(qū)疏浚方案。

1 南港河床演變特征

1.1 南港河勢現(xiàn)狀

南港河段由南至北為主槽、新瀏河沙—瑞豐沙、南沙頭通道—中央沙南小泓—長興水道的灘槽格局，如圖1所示。南港主槽水深條件良好，深槽水深可達到15 m以深。新瀏河沙灘面在護灘堤實施后淤高至0 m以淺，瑞豐沙上沙體水深5 m以淺，局部在0 m以上；瑞豐沙上沙體竄溝位于新瀏河沙南側、吳淞口錨地北側，水深在10～15 m；瑞豐沙下沙體為水深在8～10 m的水下陰沙；中央沙南小泓水深7～8m；長興水道水深普遍在10 m以深。

1.2 1997-2010年變化

1997年，南港瑞豐沙為長約20 km、平均寬約1 km的長條形水下沙體，整個南港呈現(xiàn)W型復式河槽。其中，南港主槽10 m深槽緊貼南岸，深槽寬2～3 km，上與寶山南水道10 m深槽貫通，向下止于瑞豐沙尾對開；北側長興水道區(qū)域5 m深槽寬0.7～1 km，10 m深槽呈間斷分布。

2000年后，由于南港中段落潮主流部分北偏，加之無序人工活動的影響，瑞豐沙中部竄溝發(fā)育并持續(xù)擴大，直接造成瑞豐沙腰部斷開。瑞豐沙被分裂為上下兩大沙體，上沙體仍保持了沙咀形態(tài)，但尾部不斷被沖蝕，下沙體日益縮小，2006年底5 m以淺區(qū)域基本沖刷殆盡，如圖2所示。下沙體的這一變化使得南港下段復式河槽的性質(zhì)逐步減弱。受其影響，南港主槽和南岸淤積，主槽深泓北偏，如圖3所示；長興水道上游區(qū)段淤淺，下段受落潮流增強沖深。南港中下段由復式河槽逐漸向單一河槽轉變。

瑞豐沙下沙體的快速沖蝕，除影響南港河段的河勢條件，對下游河段也帶來影響。在2004—2005年瑞豐沙下沙體沖蝕速度最快的時段，瑞豐沙沖刷為北槽進口段提供了淤積的泥沙來源，如圖4所示，北槽進口段整體淤積，局部淤積厚度達到2～3 m；此后北槽經(jīng)歷了一輪自上而下的輸沙過程。

1.3 2010年以來近期變化

（1）受長江流域來沙量減少的影響，南港河段逐步轉變?yōu)榭傮w沖刷特征，主槽沖刷明顯。

2010年以來，受長江上游下泄沙量持續(xù)減少影響，南港河段逐步轉變?yōu)榭傮w沖刷特征，主槽、長興水道沖刷，瑞豐沙沙體沖刷下泄。2010—2013年，南港河段總體呈沖刷態(tài)勢，瑞豐沙下沙體沖蝕后，河槽過水斷面增大，河槽中部錨地水域有所淤積；其中，南港上段瑞豐沙灘面沖淤變化幅度相對較大，南港下段河床沖淤幅度相對較小，基本在1 m左右。2013—2022年，南港主槽中段及長興水道下段沖刷明顯，瑞豐沙下沙體北沖南淤，如圖5、圖6所示。

2010～2022年，南港河槽總容積累計增加了2.9億m3，年均速率為0.23億m3/a，如圖7所示。其中，南港主槽河槽容積增加了1.8億m3，年均沖刷速率為0.15億m3/a，占南港總沖刷量的60%以上。主槽沖刷過程中，深泓線總體保持在深水航道附近，如圖7所示。

（2） 2012年，瑞豐沙上沙體出現(xiàn)竄溝后快速發(fā)展，瑞豐沙上沙體上沖下淤；2016年后，沙體沖刷下移、體積減小。

2010～2012年，受漲潮流作用，瑞豐沙上沙體灘面形成漲潮沖刷槽；2012年，瑞豐沙上沙體竄溝位置出現(xiàn)從主槽指向灘面5 m竄溝雛形，10 m竄溝開始發(fā)育。2013年，落潮竄溝和漲潮5 m竄溝基本貫通，此后瑞豐沙上沙體竄溝迅速發(fā)展，竄溝通道沖深、下延、拓寬明顯；2014年，竄溝右側切割出一孤立的5 m沙體（瑞豐沙沙包），此后瑞豐沙竄溝發(fā)育以落潮動力為主；2015—2017年，竄溝快速向北側拓寬并沖深，如圖8所示。

瑞豐沙上沙體10 m竄溝2012-2022年累計下延約10 km，年均下延約1 km。竄溝寬度2012年至2017年明顯擴寬，2017年以后基本穩(wěn)定。目前，竄溝水深大于5 m的面積為16.2 km2，水深大于10 m面積達7.1 km2，10 m竄溝總容積為9 090萬m3，最大沖刷厚度達到17 m，最大水深為16.7 m，如圖9所示。

（3）瑞豐沙上沙體和竄溝沖刷下泄的部分泥沙在下游南港中下段中部水域淤積，錨地水深淤淺，影響船舶錨泊安全。

隨著竄溝發(fā)展，瑞豐沙上沙體上沖下淤；2015年前，瑞豐沙上沙體主體位置相對穩(wěn)定；2016年后，上沙體南部沙體受竄溝落潮動力影響快速向東南沖刷發(fā)展下移，后轉偏沿南側尾部下延。2015年以來，瑞豐沙沙體體積減小，其中2 m沙體體積減小46%，5 m沙體體積減小23%，5 m沙體形心下移約2.1 km。瑞豐沙上沙體于2020年成為5 m獨立沙體。

瑞豐沙上沙體和竄溝沖刷下泄的部分泥沙在南港中下段中部河床淤積，即吳淞口錨地水域。瑞豐沙上沙體以淤積體形式向下推移，輸移過程中集中淤積區(qū)自上游錨區(qū)逐步向下游錨區(qū)傳導，經(jīng)過的床面最大淤積厚度達到7 m。集中淤積范圍由2013—2016年的吳淞口7#—11#錨區(qū)逐漸下移至2019—2022年的5#—8#錨區(qū)，2019—2022年最大淤積區(qū)發(fā)生在5#和6#錨區(qū)。

（4）2010年以來，長興水道總體保持著沖刷的態(tài)勢，10 m深槽逐年拓寬上溯，范圍已覆蓋至創(chuàng)建港附近，馬家港以下展寬。

2010—2013年間，長興水道整體呈沖刷態(tài)勢，其中在深槽頭部（創(chuàng)建港以上）沖刷幅度局部可達3 m左右，創(chuàng)建港—馬家港段深槽沖刷幅度在1.2 m左右，馬家港以下沖刷幅度在2 m左右。2013—2016年，瑞豐沙沙體右緣沖刷明顯，漫灘水流進入長興水道后，水道深槽整體仍有沖刷。2016—2020年，瑞豐沙上沙體竄溝進一步發(fā)展，長興水道也處于持續(xù)沖刷狀態(tài)，深槽上段（創(chuàng)建港—馬家港）沖刷幅度在1.5 m左右，馬家港以下沖刷有所增強，局部沖刷幅度可達5 m。

2 吳淞口錨地水深資源和使用情況

2.1 錨地水深變化

2010—2013年吳淞口錨地沖刷范圍主要集中在5#—10#錨區(qū)，上下游其他錨區(qū)10 m沙體淤積南擴；2013—2016年沖刷范圍主要集中在2#—6#錨地，上游錨地、下游1#錨地及現(xiàn)0#錨地位置均存在不同程度的淤積。

2010—2016年主槽北側的10 m等深線上段（6#—11#錨區(qū)）北移，下段（1#—5#錨區(qū)）南移，錨地總體深水區(qū)條件基本維持；此后上段（6#—11#錨區(qū)）10 m等深線持續(xù)南移，下段（1#—5#錨區(qū)）保持穩(wěn)定，尾部（0#錨區(qū)）下延向深水航道逼近。

吳淞口錨地9 m以深和10 m以深較優(yōu)水深范圍在2013年之后發(fā)生快速和顯著的下降，見表1。錨地范圍內(nèi)水深淺于5 m的占比由2013年的1.6%增加至12.8%，5～8m水深占比由5.0%增加至21.4%，增幅最顯著；8～9 m水深占比由10.0%增加至16.8%；9m以深占比均有減少，9～10 m水深占比由27.2%下降至12.3%，大于10 m水深的占比由56.2%下降至36.7%。

從近年各錨區(qū)的淤積過程看，呈現(xiàn)以下特征，如圖10、圖11所示。

（1）各錨區(qū)淤積區(qū)的平均淤積厚度在0.15～2.34 m/a范圍，集中淤積區(qū)高回淤強度發(fā)生在瑞豐沙上沙體淤積影響錨區(qū)，淤積厚度大于1.0 m/a的錨區(qū)約為4個左右；其他錨區(qū)淤積厚度一般在0.5 m/a以下；

（2）在集中淤積區(qū)逐步下移、最大回淤強度來臨前，回淤強度存在逐年增大的過程，5#錨區(qū)尤為明顯，2019—2021年淤積強度分別為0.31 m/a、0.95 m/a和1.47 m/a；

（3）在經(jīng)歷集中淤積過程后，該錨區(qū)的淤強會有所減小，例如：9#錨區(qū)在2019年后淤積逐年降低，8#錨位在2020年淤強出現(xiàn)峰值后，2021年淤積強度下降。

從0#—3#錨區(qū)淤積厚度的季節(jié)變化分析，11月—翌年5月淤積厚度小于同年5—11月，其中5—8月淤積強度更加明顯。2020年5—11月，長江徑流量大，上游河段泥沙補給多，造成0#—3#錨區(qū)回淤強度整體高于其他年份。

2.2 錨地使用情況

根據(jù)2021年AIS數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，吳淞口錨地所處的南港航道通航2萬噸級船舶1.93萬艘次，較2019年1.67萬艘次增加2 600艘次，增幅達16%。另外，根據(jù)《長江口航道“十四五”發(fā)展規(guī)劃》[9]中的預測成果，未來長江口通航船舶的大型化將持續(xù)發(fā)展，2萬噸級船舶至2035年將達到近3.5萬艘次。

吳淞口錨地錨位數(shù)量主要由待泊錨位和候潮錨位二者共同確定，經(jīng)計算，錨位總需求量138個。根據(jù)錨地水深分布情況，考慮將5 000噸級及以下船舶安排在4#—11#錨區(qū)錨泊；1萬噸級及以上船舶安排在0#—3#錨區(qū)錨泊。現(xiàn)狀水深條件無法滿足船舶錨泊需求，需開展維護疏浚增加錨位供給，見表2。

3 吳淞口錨地維護疏浚方案

3.1 錨地維護范圍

（1）9#—11#錨區(qū)

9#—11#錨區(qū)潛在的淤積問題主要來自于瑞豐沙竄溝南側的孤立沙包，其近年相對穩(wěn)定。該孤立沙體是未來開展南港上段河勢控制工程的基礎，建議9#—11#錨區(qū)不維護，保持現(xiàn)狀淺水淺用。

（2）4#—8#錨區(qū)

4#—8#錨區(qū)淺區(qū)位于瑞豐沙上沙體竄溝下游，有淤積體侵入，并逐步向下游推移。從維護角度來看，該區(qū)域不宜維護，若竄溝在人工作用下迅速貫通，可能對河勢、航道、兩岸港區(qū)帶來不利影響。

（3）0#—3#錨區(qū)

0#—3#錨區(qū)附近河勢相對穩(wěn)定，主要承接上游沖刷下泄泥沙，大部分水域淤淺后水深不足10 m。從維護角度來看，該區(qū)域可實施維護疏浚，對周邊河勢及深水航道的影響小。

綜上分析，現(xiàn)階段疏浚主要針對河勢相對穩(wěn)定的0#—3#錨區(qū)，增加吳淞口錨地對1萬噸級及以上船舶的服務能力。另外，通過對比需求和現(xiàn)狀錨位供給，5 000噸級及以下、3萬噸級及以上錨位仍存在一定缺口，后續(xù)應密切關注河勢發(fā)展情況。

3.2 錨地維護水深

根據(jù)錨位需求分析，結合河勢穩(wěn)定及維護成本控制要求，綜合確定0#—3#錨區(qū)維護規(guī)模為滿足1萬～2萬噸級船舶錨泊，設計船型見表3。

根據(jù)錨地地理位置和可能產(chǎn)生的風浪條件，吳淞口錨地按照港內(nèi)錨地設計。根據(jù)《海港總體設計規(guī)范》（JTS165-2013），港內(nèi)錨地設計水深應根據(jù)錨地區(qū)域的波浪、水流以及船舶吃水綜合確定，通常情況下不宜小于碼頭前沿設計水深。經(jīng)統(tǒng)計，2019—2021年0#—3#錨區(qū)實測年回淤強度約0.2～0.4m（見表4），故備淤深度取0.4 m。根據(jù)碼頭前沿水深公式計算（見表5），1萬噸級船舶錨泊設計水深取9.0 m；2萬噸級散貨船錨泊設計水深取10.5 m，2萬噸級集裝箱船錨泊設計水深取10.0 m。

考慮河勢條件及海事現(xiàn)有調(diào)度習慣一致（南側錨泊大船、北側錨泊小船），0#—3#錨區(qū)南側按2萬噸級船舶錨泊設計，維護水深10.0 m；0#—3#錨區(qū)按1萬噸級船舶錨泊設計，維護水深9.0 m。

3.3 錨地維護平面布置

吳淞口錨地位于長江口，水域較為開闊，宜采用單錨錨泊方式。根據(jù)《海港錨地設計規(guī)范》（JTS/T 177-2021）單錨錨泊半徑公式計算，不同錨泊設計船型對應錨泊半徑見表6。其中，1萬噸級船舶錨泊半徑取250 m，2萬噸級船舶錨泊半徑取300 m。

錨位間設置縱向通航水域，按《海港錨地設計規(guī)范》寬度按2倍船寬設計，滿足錨區(qū)內(nèi)船舶通航要求，如圖12所示。

0#—3#錨區(qū)北側面積7.3 km2，維護水深9.0 m，可提供26個1萬噸級船舶錨位；0#—3#錨區(qū)南側面積7.2 km2，維護水深10.0m，可提供16個2萬噸級船舶錨位，其中1個錨位水深可滿足3萬噸級船舶錨泊，見表7。另外，0#錨區(qū)南側水深較淺，為滿足2萬噸級船舶進出錨區(qū)需求，需在0#錨區(qū)南邊線與圓圓沙警戒區(qū)北邊線之間設置連接水域，并按10 m水深進行維護，連接水域面積約0.47 km2，見表8。

4 結 語

1） 由于長江流域來沙量減少，南港整體轉變?yōu)闆_刷環(huán)境，瑞豐沙下沙體沖蝕后，河槽橫斷面形態(tài)改變，南港下段主槽和長興水道深槽仍在沖刷發(fā)展。

2） 瑞豐沙上沙體頭部竄溝2012年出現(xiàn)后快速發(fā)育，目前10 m槽長度約10 km，最大水深16.7 m；瑞豐沙上沙體2016年后沙體沖刷下移、體積減小，將脫離新瀏河沙成為獨立沙體。

3）瑞豐沙竄溝及上沙體沖刷下泄的部分泥沙在下游南港中下段中部水域淤積，錨地水深淤淺，水深大于9 m范圍減小，影響船舶錨泊安全。

4）現(xiàn)階段針對河勢相對穩(wěn)定的0#—3#錨區(qū)進行維護疏浚，增加吳淞口錨地對1萬噸級及以上船舶的服務能力。0#—3#錨區(qū)南側按2萬噸級船舶錨泊設計，維護水深10.0 m；0#—3#錨區(qū)北側按1萬噸級船舶錨泊設計，維護水深9.0 m。維護后，錨區(qū)可提供26個1萬噸級船舶錨位和16個2萬噸級船舶錨位。

參考文獻

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