鄭文燕，趙德招

（1.交通運輸部長江口航道管理局，上海 200003；2.上海河口海岸科學(xué)研究中心，上海 201201）

0 引言

南北港分汊口是長江口的第二級分汊，是南支主航道和南港主航道上下貫通的連接段。該河段存在著5個沙體（新瀏河沙、新瀏河沙包、中央沙、新橋沙、下扁擔(dān)沙）、6個分流汊道（寶山南水道、寶山北水道、南沙頭通道、新橋通道、新新橋通道、新橋水道），是典型的多灘多汊河段，同時也是歷史上穩(wěn)定性較差的河段[1]（圖1）。

2005年，上海市開始研究實施以水、土資源開發(fā)利用為目的的中央沙圈圍和青草沙水庫工程建設(shè)方案，該工程可起到穩(wěn)固中央沙沙頭、穩(wěn)定中央沙和青草沙的作用。新瀏河沙和新瀏河沙包沒有納入該工程考慮范圍，但實際情況是，新瀏河沙及新瀏河沙包持續(xù)沖刷后退，南北港分汊口河段的河勢朝不利的方向發(fā)展，其間的寶山北水道作為10.5 m深水航道向上延伸至南京的主通航行通道，軸線不斷偏轉(zhuǎn)，航道轉(zhuǎn)向角增大，且航道寬度縮窄，通航條件不斷惡化。

圖1 南北港分汊口河段河道形勢圖

為改善南北港分汊口河段局部河勢的不利變化，改善10.5 m深水航道的通航條件，同時為早日實現(xiàn)長江口12.5 m深水航道向上延伸的目標打下基礎(chǔ)，交通運輸部長江口航道管理局從2006年起加緊開展相關(guān)研究，并最終確定了新瀏河沙護灘及南沙頭通道限流潛堤的工程方案[2-3]（見圖2，以下簡稱護灘限流工程）。工程于2007年9月正式開始實施，2009年2月基本完工。護灘限流工程實施以來，遏制了南北港分汊口河段河勢的不利變化，改善了該段的航道通航條件。

圖2 治理工程平面布置

本文主要利用護灘限流工程建設(shè)前后的多次水下地形監(jiān)測資料和相關(guān)水文測驗成果，重點分析工程實施以來，南北港分汊口河段各汊道分流比、河床沖淤、航道條件等因素的變化以及工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性情況，研究工程的整治效果，及時掌握工程實施對周邊河勢帶來的影響，其研究結(jié)果可為工程動態(tài)管理、長江口深水航道向上延伸工程決策以及長江口綜合整治開發(fā)等提供技術(shù)參考。

1 工程概述

1.1 治理前工程河段河勢及航道狀況

河床演變分析表明[1-2]，護灘限流工程實施以前（1997—2007年）該河段河勢已發(fā)生了一些不利的變化，主要表現(xiàn)在以下三方面：1）中央沙、新瀏河沙和新瀏河沙包“三沙”沙頭持續(xù)沖刷后退，南北港分流點有所下移；2）寶山北水道扭曲縮窄且航道條件持續(xù)惡化，同時寶山南水道10 m深槽也時有中斷；3）南沙頭通道下段沖刷發(fā)展，一定程度上減少了寶山南北水道的分流量，不利于寶山南北水道的維護。

自2005年11月長江口10.5 m航道開通至南京以來，南北港分汊口河段河勢的不利變化使航行條件持續(xù)惡化。長江口航道管理局和上海海事局針對該段航道變化，多次采取了局部疏浚、調(diào)標、加強航行安全管理及組織在新瀏河沙包東側(cè)采砂等措施，保證了寶山北水道的安全通航[4-5]。但是，由于寶山北水道近期的這種變化是整個尚未得到人工有效控制的南北港分流口河段自然演變所致，如不及時采取有效的穩(wěn)定和改善措施，該河段河勢及10.5 m航道條件惡化的趨勢將難以遏制。

1.2 治理思路及工程布置

通過對長江口歷史河床演變的分析，認為在上游河段整治之前，先期實施新瀏河沙護灘及南沙頭通道限流的工程措施是可行的[2，4]。同時結(jié)合治理目標，以中央沙圈圍和青草沙水庫工程實施為基礎(chǔ)，研究確定了治理思路是“固灘、限流”?！肮虨笔侵阜€(wěn)定新瀏河沙沙體，遏制其沖刷后退；“限流”是以潛堤削弱南沙頭通道下段的水流動力，增強寶山北、南水道的落潮動力；而新瀏河沙包由于10 m等深線以上沙體沖失殆盡，已喪失了固沙的有利時機?？偟膩砜?，該治理思路與水利部提出的南北港分流口河段河勢控制工程（該規(guī)劃工程是由中央沙及青草沙圈圍工程、扁擔(dān)沙下段潛堤工程、新瀏河沙固定工程、南沙頭通道護底工程和瑞豐沙潛堤工程組成）是一致的，相互銜接的[4，6]。

在綜合考慮整治目標及工程對周邊局部河勢影響的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)模型計算、物理模型試驗研究手段，經(jīng)過多組次的優(yōu)化研究和比選，最終確定了工程推薦方案（圖2）[2-3]。該工程的主要內(nèi)容為新瀏河沙護灘堤（總長約8.1 km，堤頂標高為+2 m，吳淞基面，下同），新瀏河沙沙頭護灘潛堤（總長約537 m，僅為護灘，不分流，堤身全線高度僅2 m），以及南沙頭通道限流潛堤（總長約2.7 km，堤頂標高為-2 m）。整治工程建筑物所采用的主要結(jié)構(gòu)型式為拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)[2-3]（內(nèi)為堤心石，外為混凝土預(yù)制的鉤聯(lián)塊體）。

2 工程治理效果分析

新瀏河沙護灘及南沙頭通道限流潛堤工程進展順利，已于2009年2月底完工，中央沙和青草沙水庫工程的堤線工程也于2008年底合龍完工。從最新地形測圖和寶山北水道的航道維護情況看，工程總體取得了預(yù)期的效果，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 南北港分汊格局總體穩(wěn)定

潮流數(shù)模計算結(jié)果表明，工程實施后，南港分流比將略降0.5%[2]，不會對南北港分流比產(chǎn)生大的影響。圖3是實測南港分流分沙比變化情況[7]，由圖可知，2001年以來，南港分流分沙比基本保持在50%左右，變化幅度均不超過8個百分點，工程實施以來并沒有發(fā)生南港單向減少的趨勢。可見，工程實施以來，南、北港總體分汊格局仍維持穩(wěn)定，與原數(shù)學(xué)模型預(yù)測結(jié)果一致。

圖3 南港分流分沙比

2.2 汊道流量變化情況與預(yù)測趨勢一致

前期潮流數(shù)模的研究結(jié)果表明[2]，護灘堤對周邊流場的影響較小，限流堤高程-5 m以下對流場的調(diào)整作用也甚微，-5 m以上，高程越高，對周邊流場的調(diào)整越明顯（見圖4）。

圖4 南沙頭通道限流潛堤高程與南港入口各汊道落潮量變化關(guān)系

工程實施以來，安排了4次水文監(jiān)測，各次測驗的上游大通流量及潮差均不一樣，因此，無法對潮流進行直接對比，但可以從各汊道的潮量分配的變化情況（見圖5）看出相對變化趨勢[7]。

圖5 南北港分汊口各水道落潮分流比變化

其中，至2008年2月為止，現(xiàn)場主要是鋪排以及新瀏河沙頭部的部分拋石，限流堤還未開始施工；2008年6月，工程完成了新瀏河沙頭部的護灘潛堤及部分護灘堤，限流堤仍未開始施工；2008年8月，新瀏河沙護灘堤大部分堤段到達+2.0 m設(shè)計高程，其余部分達到0 m高程，限流潛堤到達-5 m高程；2009年2月，工程基本完工，限流潛堤高程達到-2.0 m設(shè)計高程。由圖5可知，前三次水文測驗時限流潛堤未施工或者高程很低，各汊道的分流比變化較小，2009年5月，此時整個工程已完工，限流潛堤高程已達到設(shè)計值，南沙頭通道的分流比明顯減少，而寶山北、南水道的分流比均有一定幅度的增加，達到了預(yù)期的效果，且調(diào)整過程與潮流數(shù)模的預(yù)測結(jié)果也是一致的。

2.3 新瀏河沙得到有效守護

在前期的治理方案研究中，充分吸取深水航道治理工程的成功經(jīng)驗，并通過數(shù)、物模進行了細致的比選研究。其中，根據(jù)南北槽分流魚咀的實際整治效果，認為在分流口修建的潛堤，控制分流的效果不明顯，但護灘效果十分顯著，因此在新瀏河沙頭部采用高程僅2 m的護灘潛堤，使得護灘堤位置可往高灘方向后退，有效減少了工程量，工程投資節(jié)約了6 000多萬元，且后續(xù)整治調(diào)整余地大，物理模型試驗中也顯示出對沙頭的守護效果是理想的[2]。

從實際實施效果看，新瀏河沙護灘的效果十分顯著[7]。2007年11月—2009年11月，新瀏河沙頭部及灘頂略有淤積（圖6），新瀏河沙沙頭5 m、10 m等深線分別累計上提約127 m、44 m（見表1），新瀏河沙沙頭沖刷后退態(tài)勢得到了有效遏制，分流口潛堤的護灘效果再次得到驗證。

圖6 工程實施前后（2007年11月—2009年11月）南北港分流口河段河床沖淤變化

2.4 寶山南北水道航道條件明顯改善

由圖7可知，治理工程前，寶山北水道10.5 m水深最窄寬度不斷縮窄，2006年下半年，航道條件惡化，10.5 m水深寬度已經(jīng)小于通航要求的350 m，管理部門多次采取了局部疏浚、調(diào)標、加強航行安全管理及組織在新瀏河沙包東側(cè)采砂等措施，才保障了航道的安全運行。

2009年治理工程完工以來，寶山南、北水道落潮量及流速增大，未采取任何疏浚措施，寶山北水道10.5 m等深線最窄寬度明顯展寬，且較穩(wěn)定。2009年11月，寶山北水道10.5 m深槽最窄處已拓寬至700 m以上、深槽軸線調(diào)順（圖8），而其12.5 m深槽最窄寬度約450 m，已基本滿足12.5 m深水航道上延的要求，同時寶山南水道也略有改善?？傊?，寶山北、南水道通航條件都得到了改善，基本達到了預(yù)期的目標，為長江口12.5 m深水航道向上延伸創(chuàng)造了良好的條件。

表1 新瀏河沙沙頭等深線后退變化情況[7]

圖7 工程實施前后寶山北水道航道條件變化[7]

3 工程結(jié)構(gòu)總體安全穩(wěn)定

由工程河段河勢跟蹤分析結(jié)果可知[7]，工程實施以來，工程附近局部沖刷現(xiàn)象較為明顯，主要區(qū)域分布在：1）新瀏河沙頭部護灘堤北側(cè)；2）新瀏河沙護灘南堤外側(cè)；

圖8 工程前后10.5 m等深線變化圖

3）南沙頭通道潛堤軸線兩側(cè)。2009年4月底，為保障新瀏河沙頭部護灘堤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，交通運輸部長江口航道管理局及時組織開展了該范圍的余排加鋪工作（圖9）。之后，局部沖刷程度便明顯趨于減緩，工程局部沖刷現(xiàn)象總體得到控制，不會對工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定造成較大的威脅，工程結(jié)構(gòu)總體穩(wěn)定安全。

圖9 治理工程現(xiàn)場情況

4 結(jié)語

總的來看，工程實施效果顯著，達到了預(yù)期的治理目標，基本遏制了南北港分流口河段的局部河勢向不利方向發(fā)展，新瀏河沙得到有效守護，寶山北、南航道條件得到明顯改善，有利地保障了10.5 m深水航道穩(wěn)定運行，并為長江口12.5 m深水航道向上延伸創(chuàng)造了良好條件，且工程結(jié)構(gòu)總體安全穩(wěn)定。

工程實踐表明，“固灘、限流”的治理思路是適宜的，整治建筑物發(fā)揮了預(yù)期的功能，工程的實施總體上是成功的，其工程經(jīng)驗可為長江口區(qū)域有關(guān)涉水工程的決策和實施提供參考。

當(dāng)前，南北港分汊口仍存在局部河勢不穩(wěn)情況，近年來下扁擔(dān)沙南沿持續(xù)呈“上沖下淤”態(tài)勢，一定程度上促使南支河段進北港的主流南壓，新瀏河沙包頭部仍在受沖，尾部持續(xù)淤積下移，且部分淤積體已進入寶山北水道下段，今后可能會對寶山北水道的通航及維護條件產(chǎn)生不利影響；進入北港的新橋通道軸線偏轉(zhuǎn)，河寬縮窄，對今后北港航道開發(fā)也產(chǎn)生不利影響。因此，還應(yīng)繼續(xù)加強跟蹤監(jiān)測，進一步開展該河段尤其是扁擔(dān)沙治理工程方案的研究。

[1]華東師范大學(xué)河口海岸國家重點實驗室.長江口南支、南北港分流口河床演變分析[R].上海：華東師范大學(xué)，2006.

[2]中交上海航道勘察設(shè)計研究院有限公司.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方案設(shè)計[R].上海：中交上海航道勘察設(shè)計研究院有限公司，2007.

[3]中交上海航道勘察設(shè)計研究院有限公司，上海河口海岸科學(xué)研究中心.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可行性研究報告[R].上海：中交上海航道勘察設(shè)計研究院有限公司，2007.

[4]范期錦，談澤煒，鄭文燕.新瀏河沙及南沙頭通道整治工程措施的研究[C]//中國海洋工程學(xué)會第十三屆中國海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會論文集.北京：海洋出版社，2007：427-432.

[5]談澤煒，范期錦，高敏，等.長江口航道治理研究新進展[C]//中國海洋工程學(xué)會第十四屆中國海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會論文集.北京：海洋出版社，2009：891-897.

[6]水利部長江水利委員會.長江口綜合整治開發(fā)規(guī)劃要點報告（2004年修訂）[R].武漢：水利部長江水利委員會，2005.

[7]上海河口海岸科學(xué)研究中心.新瀏河沙護灘及南沙頭通道潛堤工程河勢跟蹤分析研究[R].上海：上海河口海岸科學(xué)研究中心，2009.