长江口深水航道的选择及其治理原则-2005.6

� 第 2期 2005年 6月 水 利 水 运 工 程 学 报 HYDRO�SCIENCE AND ENGINEERING No. 2 Jun. 2005 � � 收稿日期: 2005- 01- 24 � � 作者简介: 乐嘉钻 ( 1938- ), 男,浙江宁波人, 高级工程师,主要从事港口及航道工程的规划、设计和研究工作. 长江口深水航道的选择及其治理原则 乐嘉钻 1, 陈志昌 2, 阮 � 伟3 ( 1. 上海航道局, 上海 � 200032; 2. 南京水利科学研究院, 江苏 南京 � 210029; 3. 上海航道勘察设计研究 院, 上海 � 200120) 摘要: 在长期系统研究的基础上, 分析对比了长江口的水流动力、泥沙运动和河床演变等各种条件,选择了北 槽作为长江口深水航道先予治理,确立了符合长江口实际情况的治理原则. 长江口深水航道一、二期治理工程 的实施, 已取得了良好的治理效果和巨大的经济效益. 关 � 键 � 词: 航道; 选槽; 治理原则; 北槽; 长江口 中图分类号: U612. 15�U617. 5� � 文献标识码: A � � 文章编号: 1009- 640X( 2005) 02- 0001- 08 Selection and training principle of the deep channel in the Yangtze Estuary LE Jia�zuan1, CHEN Zhi�chang2, RUAN W ei3 ( 1. ShanghaiBureau of Waterw ay s, Shanghai� 200032, China; 2. Nanjing H ydraulic R esearch Institute, N anjing � 210029, Ch ina; 3. Shanghai Survey and D esign R esearch Institute of Waterw ays, Shanghai� 200120, China ) Abstract: Based on long�term systematic researches, the hydrodynam ic conditions, sedim ent transport and riverbed evo lvement of the Yang tze Estuary are compared and analyzed. A ccording to the analyses, the North Channe l is selution as them ain deep�water nav igation channel to the sea and is to be pre�tra ined, and the tra in ing princ iple o f the Yang tze E stuary is determ ined. The first�and second�stoge tra in ing works for the deep�water channel in the Y ang tze E stuary have produced good tra in ing effects and econom ic bene fits. Key words: channe;l channel selection; training princ iple; theN orth Channe;l the Yangtze Estuary 由上海航道局会同南京水利科学研究院、华东师范大学等单位于 1958年就开始了长江口深水航道治理 开发的研究工作,并进行了大规模同步水文测验及地形测量,取得了丰富的现场资料, 在认识长江口黄金水 道的自然规律方面迈出了第一步.此后的 40余年来,从河口及海岸动力学、河口地貌学、水文学、环境生态学 等不同学科及专业的角度出发开展了一系列的研究,并采用了现场测验、数值模拟、遥感卫星图片分析、室内 物理模型和现场试验等手段,经长期的联合研究,取得了丰硕的成果. 特别是 1992年 �长江口拦门沙航道演 变规律和整治技术研究 列入国家 �八五 科技攻关项目后,通过各方的共同努力, 完成了攻关任务,初步摸 清了长江口的发育模式、河床演变规律、水流动力场、泥沙场、风浪场、拦门沙形成机理等, 并提出了长江口深 水航道 12. 5m (航深 )的整治方案及技术经济论证. 之后,又经工程可靠性研究和初步设计,于 1997年实施 实验性工程, 1998年全面开展长江口深水航道治理的一期工程. 2000年一期工程竣工,航道水深由 7. 0m增 至 8. 5m; 2002年长江口深水航道治理的二期工程开工,至 2005年夏航道水深将达 10. 0m;紧接着正计划进 水 利 水 运 工 程 学 报 2005年 6月 行三期治理工程,预期通过 3~ 4年的时间达到水深 12. 5 m的目标, 并且,还计划将深水航道向长江口上游 延伸, 以充分发挥长江水道的航运功能. 1� 长江口深水航道的选择 长江径流挟带着大量泥沙涌入长江口.由于受强大的径流和强劲的潮流共同作用,以及逐步形成的河势 边界条件的影响,在河口段塑造了三级分汊、四口入海的相对稳定的河床形态.长江口河势格局示意图见图 1. 长江口自徐六泾以下在平面上呈喇叭形,至口门全长约 160 km,徐六泾处江面宽约 5. 8 km,口门的苏北启 东咀至上海市南汇咀江面宽约 90 km.长江口北支、北港、北槽和南槽 4条入海通道均存在拦门沙碍航浅滩. 除北支外,长江口的拦门沙航道均处于口内河槽的 10. 0m等深线之间,河床纵剖面呈局部隆起的地貌单元, 滩顶处的相对稳定水深仅为 6. 0m左右,是长江口水下三角洲前缘斜坡的组成部分, 以口外 0. 0m等深线为 界,向内缓缓升高,向外水下地形坡降明显增大,且水深迅速增加. 宜根据对长江口水流动力、泥沙运动、河床 演变规律的研究,分析对比各汊道的航行条件,以选择长江口的最佳入海深水航道. 鉴于长江口北支自崇头 至连兴港全长约 78 km水运通道的水深只有 3. 0m (理论最低潮面, 下同 ), 水流含沙量又高,河槽还在继续 淤浅, 同时, 为要发挥上海国际航运中心和开发浦东的作用, 必须由该水运通道绕行到南支上段后再下行,这 是极不适宜的,故北支不作为深水航道的选槽对象. 图 1� 长江口河势格局示意图 F ig. 1� Ske tch of the Yang tze E stuary 1. 1� 长江口河势稳定性 由于长江口上游通洲沙河段治理工程的作用和徐六泾节点的形成,南支上段的河势变化得到了一定的 控制. 但南支的下段河槽宽浅、涨落潮流分异、底沙较细易于起动, 长期以来,南、北港分流口通道呈现周期性 变化, 分流口上提或下挫, 给北港和南港以及南槽和北槽带来不稳定因素.特别是在南支及南、北港河床控制 工程尚未完成之前,若发生大洪水将会对各条拦门沙航道带来怎样的影响, 将是选择长江口深水航道的一个 重要条件. 1958年以来,南支北港拦门沙河段的河势变化较大,曾在单一与复式河槽形态之间发生过多次的交替, 故河势很不稳定.受北港上口通道变化的影响,进入北港的主流轴线发生变化及底沙下移,在北港北侧主槽 堆积形成新的江心暗沙,落潮主流脱离凹岸南移,随之凹岸涨潮流增强,北港由单一河槽演变为复式河槽;当 2 � 第 2期 乐嘉钻, 等: 长江口深水航道的选择及其治理原则 上口变动出现主流顶冲北岸时,江心暗沙逐步靠北,涨落潮主流在主槽内逐渐合一, 北港又由复式河槽演变 成单一河槽.而北港的拦门沙河段,既受北港上段主槽主流摆动的影响,又受崇明东滩向南加速淤涨的影响, 故深泓南移.可见,当南支下段河势发生变化, 对北港的影响不仅是周期性淤积, 而且会造成深槽的移位, 形 成河势较剧烈的变动,并使拦门沙河段也发生较大变化.此外,北港除了主槽平面摆动外, 底沙过境期间的滩 顶水深变化也较大, 1978年水深仅有 4. 8m. 自 20世纪 50年代南港下段形成北槽后,落潮分流比持续增加,由 60年代的 30%递增并稳定至 80年代 后的 50% .由南港下泄的底沙主要进入南槽, 1958~ 1973年南港底沙大淤积及下移过境期间, 北槽未见明显 淤积, 南港的泥沙淤积主体从东南向的新宝山水道进入南港南侧, 集中沿南岸深槽向下输移经南槽出口门. 而下移底沙进入北槽较少的另一原因,是北槽上口床面高程高于南港深槽,尤如一个门坎,限制了底沙过坎 进入北槽.但由于南、北槽没有固定的分流口, 北槽上口周期性交替兴衰的局部变化, 仍会导致部分底沙进入 北槽. 同时, 北槽南、北边界的敞开,当北港主槽发生摆动,过滩水流导致横沙东滩的切滩会给北槽下段带来 不稳定因素. 1958年以来,南港的南槽河势变化最为剧烈,并成为南港底沙的排沙通道, 因南支下段河势变 化而下泄底沙的绝大部分经南港至南槽, 导致南槽上口段河势恶化,先形成江亚边滩, 随后又切割江亚边滩 逐步形成江亚心滩,在其北侧形成江亚北槽,南侧形成新的南槽深槽,南槽上口由单汊变为双汊;南槽下段由 于九段沙持续南压, 河槽宽度缩窄, 过水容积不断减少, 但在底沙过境后深泓及滩顶的水深仍能恢复到 6. 0m左右. 1958年以来长江口河势的演变结果表明,南支下段由于主流摆动导致的南、北港分流比会随着 河势变化产生的横比降变化而得到调整, 在原分流口通道萎缩后, 通过漫滩流的增强, 使进入南塔的分流量 变化不明显,这从根本上说明了长江口南支的 4个汊道 (南、北港, 南、北槽 )在本质上是长期相对稳定的. 但 从各汊道的河势稳定状况看,南港北槽最佳,北港次之, 南槽最次; 再从上游河段河势变化对下游汊道航道的 影响看,南港北槽是最为理想可开辟的深水航道河槽. 1. 2� 径、潮流动力条件 整治长江口深水航道的目的是要增加航道水深,还要让底沙能输移入海,即在整个河道内, 落潮流必须 大于涨潮流.在拦门沙河段涨、落潮历时相差不大的情况下, 要保证泥沙输移入海,上游径流量的大小起着重 要作用.从自然条件下的径流分流来看, 3个汊道均已达到相对稳定, 均属落潮流优势河槽, 只有南槽相对较 差,有时会出现涨潮期潮量向北槽倒灌的现象.北港和北槽均存在因东南向漫滩流而使落潮流沿程减小的情 况.因此,若能通过兴建导堤堵截漫滩流归槽 (北港可堵截横沙东滩、东滩窜沟和横沙浅滩;北槽可堵截江亚 南沙、江亚北槽和九段沙 ) ,可使全槽沿程落潮流均能明显大于涨潮流, 而不需要依靠整治河段来增加径流 的分配量.为此, 从发挥整治自身河段就能满足增加目标水深的可能性角度看,北槽与北港均属优越. 1. 3� 泥 沙 条 件 对于长江口深水航道而言,由于南支及南、北港河床的变化,发生底沙输移入槽而产生的淤积程度是一 个重要的比选条件.上游河段发生向北切滩时,上游输移来的底沙将全部由北港拦门沙航道段排出,这显然 是北港的劣势;南槽是一条输移底沙的主要通道,而进入北槽的底沙却较少,所以北槽的泥沙条件最佳. 悬沙的含沙量以北港最小,北槽次之,南槽最大,这是长江的来沙到口门后, 由西北向东南输移这一基本 特征所决定的;同时, 悬沙絮凝沉降的条件以南槽为最好,北槽次之,北港最差;从风浪掀沙对航道造成的淤 积程度来看,南槽航道最易发生骤淤,北槽次之,北港最小.所以,悬沙淤积以南槽最为不利. 1. 4� 长江口外条件 长江口外底沙输移方向和口外人工挖槽航道的轴线必然存有很大的交角,故口外航道淤积的主要来源 就是底沙;口外地区的悬沙含沙量较口内要小 (口内、外多年平均含沙量分别为 0. 5和 0. 1 kg /m3左右 ), 由 于口外底沙是由北向南净输沙,而北支是净进沙,无底沙向口外输移,所以, 底沙的回淤将由北支向南逐个汊 口增加.同时,旋转流的椭圆率以北槽和北港的口外为最大 (超过 0. 7) ,有利于下泄泥沙向外扩散, 减少口外 航道淤积.因此, 南槽口外航道可能产生的回淤强度将最大. 从气象卫星图片上也可以明显看出,南槽口是高 含沙量区域. 1. 5� 入海航道的浅段长度 长江口北港、北槽和南槽这 3条入海航道 10 m等深线浅段长度分别为 60, 69和 74 km ; 12. 5 m等深线 3 水 利 水 运 工 程 学 报 2005年 6月 浅段长度分别为 69, 80和 90 km. 浅段长度越长, 整治的工程量相对也就越大, 反之则小. 从浅段长度条件 看,北港最佳,北槽次之,南槽最差. 1. 6� 地 理 位 置 从实现以上海浦东开发为龙头、带动长江三角洲及沿江地区经济新飞跃战略、尽快形成上海国际航运中 心和科学合理的长江航运体系的需要,充分利用上海市沿长江口南岸的深水岸线建港,则势在必行,而与其 相配套的深水航道必须尽快实施.就地理位置而言,南槽和北槽是合适的,北港则相对较差.但对于发挥长江 黄金水道的作用而言,北港同样具有一定的合理性. 综上所述,南槽在河势变化、动力条件、泥沙条件、口外条件以及浅段长度上均处于劣势,故难以开辟成 深水航道,而北港和北槽均具备开辟深水航道的基本条件.北港拦门沙航道的浅段较短,含沙量又低,口外条 件较好,但它的河势不稳定,并且,由于北港落潮主流南、北摆动引起的拦门沙航道整治段内流势的变动, 难 以用自身河段的工程措施来加以解决,而必须从整治南支的下段, 稳定南、北港分流口着手. 因此, 北港上口 通道的稳定和河段沿程水深不足则有赖于南支下段整治工程的实施,即先整治南支下段, 再整治拦门沙航 道,致使整治工程的涉及的面大为增加,且完成整治工程的时间也将大大拖长,而北槽则不存在这个问题,在 整治南支的下段之前,先实施北槽拦门沙航道治理工程,这在技术上完全可行、经济上也是合理的,在完成整 治工程的时间上也可满足要求.综合各种因素,推荐北槽作为长江口深水航道先予以治理. 2� 长江口深水航道的治理原则 治理工程通过对长江口河床演变分析、数值模拟、物理模型试验、卫星图片分析等手段,并吸取了国内外 河口治理的经验,确立了长江口深水航道的 7项治理原则, 在此基础上制订了治理方案及主体工程.整治工 程的平面布置示意图见图 2. 图 2� 长江口深水航道整治工程平面布置示意图 F ig. 2� Layout of the training wo rks for the deep�w ater channel o f theYang tze Estuary 长江口深水航道治理工程的主要组成及其作用: ( 1)分流口工程 � 由 3. 2 km的分流口潜堤和与之相连的 1. 6 km南线堤组成. 分流口工程可稳定南、北 槽分流口河势,防止江亚南沙继续后退,保持目前现有的、对北槽较有利的分流、分沙比,并确保北槽进口航 道有较好的水深. 4 � 第 2期 乐嘉钻, 等: 长江口深水航道的选择及其治理原则 ( 2)导 堤 工 程 � 由总长分别为 48. 1和 49. 2 km的南、北导堤组成.南、北导堤可起到归集北槽下段涨 潮流及北槽上段落潮流的作用;并可防止横沙浅滩和九段沙浅滩的切滩; 减少滩槽泥沙交换,减轻航道泥沙 淤积. ( 3)丁 坝 工 程 � 由总计长为 30. 1 km的南、北导堤间的 19座束水丁坝组成. 丁坝工程可起到调整河 床断面形态,归顺水流,增大航槽流速、冲深航槽和减少航槽泥沙落淤的作用. ( 4)疏 浚 工 程 � 开挖航槽,分阶段达到目标水深 8. 5 m (约开挖 52 km )、10. 0 m (约开挖 74 km )和 12. 5m (约开挖 92 km ),并可引流入槽, 增加槽内单宽流量. 2. 1� 先治理北槽航道有利于长江口的综合治理 �长江口整治必须坚持以航运、航道整治为重点,结合围垦、防洪 (潮 )、沿江建设、供水、环保、生态、旅游 等进行综合治理,实现有重点的多目标开发 [ 1] .长江口北槽深水航道位于长江口最下端的出海段,北槽两 侧均为开阔水域,治理工程所涉及的影响面甚小.目前, 正在实施的北槽深水航道工程,对长江口多目标开发 的正面效应已十分显著: ( 1)北槽深水航道的治理,不仅为上海浦东地区吴淞口以下的深水岸线的建港创造了必要的条件,同时 也为开发长兴岛南岸和横沙岛的深水岸线创造了条件, 还可进一步利用吴淞口以上长江深水岸线,充分发挥 长江黄金水道的作用. ( 2)治理工程的本身以及将来滩地逐步淤高、围滩成陆等,可减弱风浪对附近江堤的威胁, 有益于防洪、 防汛. 经分析计算,治理工程引起高潮位的抬高对南港南岸、崇明南岸和长兴、横沙岛沿岸的潮位增幅最大不 会超过 10 cm,对现有防洪设施的标准不会有影响. ( 3)治理工程引起低潮位的抬高, 仅对局部地区稍有影响,即崇明岛南岸下段 (六效和团结沙 )、长兴岛 下段 (马家港以东 )和横沙岛南岸的低潮位会有所抬高 (约 10 cm左右 ), 并对相关地区的排涝基本无影响. ( 4)五好沟至川扬河的南槽南岸边滩吹填成陆后,可充分发挥该段岸线的作用, 其效果的体现是基于北 槽航道治理工程对南槽口上段也可增深. 此外,北导堤以北吹填淤高逐步围垦成陆的横沙东滩, 随着上海 ~ 崇明越江通道的建成,将成为具有较大经济价值的土地.崇明、长兴和横沙 3个岛将成为上海经济发展的又 一亮点. ( 5)北槽深水航道水深增至 12. 5m后, 南港 1!等盐度线上侵约 5 km, 但对吴淞口以上南支河段的含氯 度无明显影响,也不会恶化上海市宝钢水库和陈行水库的取水条件.如若再能促进南、北港分流口工程的兴 建,该分流口工程有可能与青草沙淡水库工程相结合,为上海市的供水开辟一条新的途径. ( 6)整治工程对凤鲚、河蟹、白虾、银鱼和刀鲚等的渔场环境危害程度不明显.由于疏浚工程不涉及到新 开辟航道及改变大范围的流场变化, 因此,也不会对大范围的环境和生态产生影响; 而促淤围垦工程将使植 被 (芦苇、鹿草和海三棱草 )的面积有所增加,不仅具有消浪、促淤, 同时还有较高的经济效益; 由于植被分布 范围的扩大,潮间带软体动物的数量也将增加,为水禽、涉禽提供食源和栖息地. 所以, 北槽航道治理工程还 为合理地发展湿地和保护生态创造了有利的条件. 2. 2� 维持分汊河型,保持邻汊的自然功能 长江口径流量丰沛, 大通站 (距河口 646 km )多年平均流量为 29 500 m3 / s, 多年平均洪峰流量为 56 200 m 3 / s,最大洪峰流量为 92 600 m3 / s,最小枯水流量也有 4 620m3 / s.径流的洪、枯季年内变化及平水、 少水、多水年的年际变化均会对长江河口治理工程的实施产生重要的影响. 同时,长江口的潮流亦大,口门进 潮量洪季大潮 53亿 m3、小潮 16亿 m3,枯季大潮 39亿 m3、小潮 13亿 m3 [ 2] , 潮量与潮差之间存在着良好的 正相关关系.不同的潮型与不同的径流组合,导致河口各河汊涨、落潮动力对比会随时发生变化,加之泥沙、 盐水异重流、波浪等众多因素的影响,充分展示了长江河口段形成的河口特殊型态和演变规律. 因此,治理工 程的实施必须特别慎重. 长江口的分汊河型,是长江口的动力和泥沙、边界条件等多种因素长期以来共同塑造的与之相适应的稳 定河型,除已逐渐消退的北支外,南支三汊入海的格局为排泄长江径流之所需.江亚南沙和九段沙上由北往 南强大的漫滩落潮流量及江亚北槽的落潮流量是整治北槽航道可予以充分利用的落潮动力.只有继续发挥 南槽和北港原有的自然功能,保持三汊并存,才能成为适应众多因素长期共同塑造的稳定河型. 此外,从发挥 5 水 利 水 运 工 程 学 报 2005年 6月 和满足各条航道的功能和国防的要求考虑,以及促进其它综合功能的开发, 三汊并存也是适宜的. 2. 3� 整治与疏浚相结合 长江口深水航道全线治理工程要达到 90多 km的水深为 12. 5 m的航槽,其工程量和投资均巨大.特别 是口外水深已达 8. 0m以上的深水区,整治工程的投资相当昂贵. 由于口外水域含沙量和风浪掀沙的影响均 较小, 开挖航道的回淤量会明显降低,故宜采用疏浚较为经济.所以,将长约 50 km整治工程设置在拦门沙浅 滩段, 口外段则采用疏浚 [ 3] . 50 km整治段工程的冲刷平衡整治效果的显现, 单靠整治工程的作用需时会很长,而且, 航道水深要由 7. 0m达到全线 12. 5m也难以实现.从文献 [ 4]可知,河槽主槽大部分达到 10. 0m水深需 6个水文年.在整 治工程中部的 6 km转弯过渡段仅有 9. 0 m水深,加之冲刷平衡从上游向下游发展, 部分冲刷泥沙带入现有 航道, 会造成船舶航行困难.所以,深水航道要全线达到目标水深必须结合疏浚加以解决, 并要加快成槽和开 挖转弯过渡的浅段以及清除部分冲刷平衡带入航槽的淤积. 实施北槽航道整治工程时,在尚未达到冲刷平衡之前, 由于北槽的水流阻力增加, 将会导致邻汊 ∀ ∀ ∀ 南 槽的水量增加,同时又会在一定程度上壅高上游河段水位.所以,若及时配合疏浚,开槽引流,增加过水面积, 以减弱向邻汊分流和减少上游河段的水位壅高.长江口深水航道治理一期工程实施的结果表明,北槽丁坝断 面冲刷调整在 1年内已基本完成,对南槽和上游的影响时间较短, 范围也不大.故可认为,离北槽上口更远的 长江口深水航道治理二期工程所产生的影响也不会大. 疏浚与丁坝工程的实施,必须围绕以最经济的投入、取得最有利于航槽目标水深这一根本目的来制订施 工进度及组合的优化方案.一期治理工程的实践表明,疏浚可滞后于丁坝工程的施工, 先让丁坝发挥一定束 水归槽攻沙的功效,然后因势利导疏浚开挖.在丁坝所调整的河床断面形态已基本成形、主槽的趋势已显现 的情况下,再采用可能达到的、最强的疏浚开挖力度,以达到目标水深. 这样,在充分发挥丁坝功效的前提下, 可减少疏浚工期,以取得最佳的经济效益. 2. 4� 疏浚与围垦造地相结合 上海地处长江三角洲冲积平原. 由于长江每年夹带着大量泥沙并向河口输送,致使河口水下三角洲缓慢 地向外海延伸,历史上曾采用围滩造地、固定沙洲和修筑江堤使河槽逐步成形陆域并向外扩展. 作为经济和 社会发展载体的土地资源,虽经历年围垦滩涂而增加了土地面积, 但仍难以满足建设发展的需要, 使土地资 源已成为制约上海未来城市建设发展的一个不可忽视的因素. 根据上海市政府加快滩涂的围垦、开发,促进 本市土地资源的总量平衡的指示精神,上海未来 10年需要圈围成陆土地达 40 000 hm2,促淤 73 000 hm2, 以 便为上海市城乡建设提供后备土地资源. 上海现有土地面积的 70%是在近 2 000年来由长江带来的泥沙堆 积圈围而成,自 20世纪 50年代以来, 上海就围滩造地 60 000 hm2. 目前, 高滩部分已不多,圈围成陆的围堤 高度增高,会加大工程造价.同时,吹填泥沙需求增多,在沙源的供应上也存有困难. 围垦成本的日渐提高和 难度变大,在某种程度上也影响了围垦促淤的进度.长江口深水航道治理工程中的南、北各为 50 km左右的 导堤, 将给横沙东滩和九段沙浅滩的促淤、围垦创造了减少围堤投资的条件.同时, 由于有 2. 5亿 m3的基建 土方量和2 000万 m3左右的年维护土方量可供吹填之用,这就给上海市在横沙东滩和九段沙浅滩促淤、围垦 创造了极为有利的基础条件.此外,大量疏浚土上滩还有利于环境保护和湿地开发,实为一举多得. 2. 5� 因势利导,稳定河势 在治理北槽所需的落潮动力条件得到满足的情况下,采取相关的工程措施, 以不改变上游及邻汊拦门沙 河段的河势,关键是正确判断对上口各进口通道的影响.进口段要求不改变南、北槽现有合适的分水比,稳定 目前北槽上口分流通道的有利河势, 并尽可能增加其水深,保留长兴岛涨潮槽,保证北槽的进、出潮量大致不 变;要尽可能减少北槽底沙的进沙量,南槽继续成为南港排沙的主通道.因此,选择分流口工程的位置及设置 相应的工程措施就显得至关重要.根据当时江亚南沙与瑞丰沙咀间的相对位置和圆圆沙的水深状况,宜尽早 固定江亚南沙沙头,形成有利的分流口位置;在不影响北槽分流的情况下延伸分流口潜堤,确保大部分南港 底沙仍继续从南槽输移. 长江口深水航道治理工程的分流口工程抢在 1998年大洪水之前实施,为取得整个工程的实施效果打下 了重要基础.长江口北槽于 1954年形成, 1983年之前处于持续发展状态, 分流比由 32%逐步增加至 50%, 6 � 第 2期 乐嘉钻, 等: 长江口深水航道的选择及其治理原则 1983年后便稳定在 46% ~ 53% .长江口深水航道治理一期工程实施期间,当江亚北槽、九段沙窜沟封堵后, 经江亚北槽、九段沙窜沟进入南槽的落潮大部分归入北槽, 使北槽落潮的分流比增加到 60%左右.此后, 由 于丁坝壅水造成北槽分流比有所减小,丁坝只是初期壅水,在南、北槽河床断面各自冲淤调整后,分流比仍会 稳定在 50%左右.根据文献 [ 4]和 [ 5] ,一期工程后的北槽分流比为 48% ~ 50%. 与此同时, 长江口治理一期 工程实施期间,南港的河床容积呈缓慢增加的趋势,虽然经历了 1998和 1999年的两次大洪水, 但南港容积 仅在 2 000~ 3 000万 m3之间小幅度变化,长江口上游洪水输移来的泥沙只是局部淤积在南港主槽及南侧, 并较快下排,未造成南港河床大范围和长时间的淤浅.北槽的河床容积变化也不大, 而与此相应的南槽河床 容积, 从时间上看经历了一个从淤积到冲刷的过程,说明南港下泄的泥沙是经由南槽输移入海. 南港和南、北 槽的河床容积变化表明,分流口的河床形态和水流动力均较为稳定, 既能满足排泄大洪水及合理的分流需 要,也能较快地将南港底沙由南槽输移入海.可见, 长江口分流口工程的位置选定以及所采取的工程措施是 正确的,达到了因势利导, 不仅不影响而且有利于长江口上游及邻汊河段的河势稳定. 2. 6� 以 �动态分析 观念制订治理方案 在强大的径流和潮流作用下,长江口河口段处在不断的动态冲淤变化之中. 河口段三级分汊、四口入海 相对稳定的河床形态以及各汊的河槽尺度,是径潮流动力、泥沙和边界条件综合作用的结果.长江口深水航 道治理工程采用导堤、丁坝、疏浚等改变了边界条件,水流动力和泥沙运动条件也随之发生变化,河床地形也 相应地动态调整,这种调整还要求与新的边界、水流动力及泥沙运动条件相适应.即长江口深水航道的治理 效果要在整治建筑物及疏浚的作用下,通过河床冲淤调整来实现. 长江口深水航道治理工程的工程量大、工 期较长,同时又是分期实施,因此,在工程进行中河床处于动态调整过程, 必须随时观察并研究河床的变化, 以便对治理工程方案和实施步骤作必要的调整或修正. 一期治理工程的北导堤长度定为 16. 5 km, 因二期治 理工程不是紧接着实施,所以没有将横沙东滩窜沟实施封堵.一期治理工程北导堤建成后,沿堤水流和绕堤 水流将大量泥沙经由横沙东滩窜沟淤积到主航槽内,一度影响了工程效果,给局部航道的维护疏浚造成困 难,后经及时观察、分析、研究, 确定加长北导堤并封堵横沙东滩窜沟, 缓解了治理工程实施中出现的局部严 重淤积.此外,由于一期治理工程的导堤终止处在全导堤的转弯段,又无丁坝来调整水流, 所以涨落潮流路在 该处出现分离,导致该段回淤严重.当出现这种现象时,又及时作了分析研究,确定了继一期治理工程的 3# 南、北丁坝完成后,立即兴建 4#、5#南、北丁坝,并适当改变丁坝长度, 减小放宽率, 使河道主轴线曲率变缓, 调整涨落潮流路.经过对治理工程的上述调整和完善,调顺了水流和泥沙输移,突显了工程的效果,既减少了 疏浚维护量,又使目标水深得以保证. 治理工程的总体设计和总体施工方案必须确保工程所在河段的稳定.整治建筑物的结构型式和施工工 艺、施工组织应有效地控制建筑物实施过程中其周边河床的局部冲刷和淤积,使之不影响建筑物自身稳定以 及通航要求.鉴于治理工程是在细粉砂的河床床面上逐步推进施工,故保护底床措施至关重要. 设计中采用 的沙肋软体排和混凝土软体排护底, 确保了建筑物的安全. 然而,为防止沿堤水流冲刷所要求的软体排余排 宽度, 以及为防止绕堤水流冲刷所要求的超前护底长度,宜在工程实践中逐步确定. 由于做好了施工前和施 工中的河床以及建筑物周边地形监测和分析, 并根据实际发生的冲淤情况及时调整治理工程的设计和施工 方案, 这种工程管理的动态意识也是确保工程安全的极为重要环节.同样,为满足通航要求,根据治理工程引 起河道断面调整的情况,对疏浚维护也应及时监测、分析,适当调整挖槽位置,以保证目标水深的实现. 总之,以 �动态分析 观念进行治理工程的设计和施工,同时又以 �动态分析 观念进行工程管理, 对处在 自然条件复杂多变、工程浩大、工期较长、技术难度高的长江口深水航道治理工程有着重要的作用. 2. 7� 分期实施治理方案,分期取得经济效益 长江口深水航道治理工程的工程量大、工期较长、投资较大,必须分期实施. 一期治理工程的投资必须尽 快产生经济效益,这才能使后期的治理工程继续实施.对此, 根据可能获得一期治理工程的投资额,以及对航 运量增加速率的估计和船舶尺度增大趋势的程度, 将原来治理目标水深分 10. 0和 12. 5m二期实施的计划, 改为目标水深分 8. 5, 10. 0和 12. 5m三期实施. 2000年一期治理工程完工后,业已取得如下显著经济效益: ( 1)航道水深由 7. 0 m增至 8. 5 m、航道宽度由 250m增至 300m,实行双向航行, 船舶航速由 8kn提高 到 10~ 12 kn, 船舶通过能力大大提高. 以吃水 9. 5 m的船舶为例, 水深为 7. 0 m时, 每天仅通过 15艘次, 水 7 水 利 水 运 工 程 学 报 2005年 6月 深为8. 5m时,通过 66艘次,通过能力提高了 4倍.若以累积频率为 70%、乘潮历时 3 h、吃水 10. 7m计,船舶 全年可进 5 700余艘, 平均每天可达 16艘. ( 2)大型集装箱船比水深为 7. 0m时的装载量提高了约 30% ;大型散货船装载量提高约 20% (浅吃水 肥大型船提高 13% ); 3万吨级以上油轮的装载量提高约 20% ( 2. 4万吨级油轮提高 6% ). ( 3)上海港的集装箱年吞吐量逐年递升,由 1999年的 420万 TEU (世界排名第 7位 )增加至 2003年的 1 128万 TEU, 超过了釜山、鹿特丹和高雄港,跃居世界第 3位, 2004年又达到了 1 450万 TEU. 上海港以外高 桥集装箱作业区为主的吞吐量迅猛发展, 其中不乏长江口深水航道的贡献. 随着二期治理工程的完工和三期 工程的实施,长江口深水航道为上海港参与国际竞争所起的作用将更为明显, 经济效益也将得到更大的 体现. ( 4)长江口深水航道治理工程的实施, 引起世界上各大集装箱运输公司纷纷为抢滩上海开辟航线. 而 一、二期治理工程的完成, 可使上海港甩箱成为历史,从根本上缓解了集装箱快速增长与运力不适应的矛盾. 长江口深水航道治理工程的二期工程实施至 2005年的航道水深可达到了 10. 0 m, 预计再用 3年时间 完成三期治理工程后航道水深可达 12. 5m.根据对航道治理后的国民经济效益分析,由于航道增深, 减少了 候潮时间,可相应减少船舶候潮费用及货物中转量;由于船型增大,可节约运输费用及在同样的运量和装卸 效率下船舶的在港费用;由于缩短货物停滞时间,也可产生巨大的经济效益.实践证明,分期实施治理工程可 以分期取得相应的经济效益,长江口治理工程的总目标和总效益就完全可以达到. 3� 结 � 语 从河势的稳定性、河口上游河段河势发生变化后对长江口各汊道航道的影响程度、各汊道河势的预测和 水流动力条件与泥沙运动特性的分析、拦门沙浅段长度、河口口外水流条件, 以及长江口深水航道治理工程 的涉及面、对工程实施的时间要求和主要服务对象的区位等综合条件分析, 选择北槽先予开发为入海深水航 道最为合适. 在长期、系统研究的基础上,提出先治理拦门沙航道的方案有利于今后长江口的综合开发, 并可继续维 持分汊河型,保持邻汊的自然功能; 采用整治与疏浚围垦相结合、�动态分析 观念制订和管理治理工程, 以 及分期实施治理工程方案,分期取得经济效益的治理原则, 已为实践证明是正确的. 这些治理原则在长江口 南支下段和南支上段的航道开发中将有一定的借鉴作用. 参 � 考 � 文 � 献: [ 1] � 严 � 恺. 发刊词 [ A ]. 长江口航道治理工程领导小组科研技术组. 长江口航道治理研究 (第一集 ) [ C]. 上海: 上海航道 局设计研究所 , 1981. 1. [ 2] � 陈吉余, 沈焕庭, 恽才兴. 绪论 [ A ] . 陈吉余, 等. 长江河口动力过程和地貌演变 [ C ]. 上海: 上海科技出版社, 1988. 1- 3. [ 3] � 乐嘉钻, 周 � 海. 长江口深水航道治理工程二、三期工程可行性研究 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 [ R ] . 上海: 上海航道勘察设计研究院, 2002. [ 4] � 乐嘉钻, 陈志昌, 魏日征, 等. 长江口拦门沙航道演变规律研究与整治技术研究 [ R ]. 上海: 上海航道勘察设计研究 院, 1994. [ 5] � 陈志昌, 乐嘉钻, 黄仁元. 长江口二期工程总平面调整试验研究 [ R ] . 上海: 交通部科学研究院河口海岸研究中心, 2001. 8