王義剛,陳 橙,黃惠明

(河海大學海岸災(zāi)害及防護教育部重點實驗室,江蘇 南京 210098)

1 問題的提出

江蘇省位于我國沿海中部,大陸標準岸線長954 km,是我國沿海灘涂資源最為豐富的省份之一。其北起蘇魯交界的繡針河口,南至長江北口,其中砂質(zhì)海岸30 km,基巖海岸40 km,粉砂淤泥質(zhì)海岸884 km。在淤泥質(zhì)海岸中,666 km海岸均為淤漲型岸段,全省平均每年淤漲面積130 hm2以上,為江蘇沿海灘涂圍墾提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。

近年來,隨著城市化進程的加快和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,江蘇省需占用耕地資源2萬hm2/a(每年30萬畝)左右。2003年《江蘇省農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》 表明,自1996—2002年,江蘇省耕地面積平均減少2.4萬hm2/a(每年36萬畝),人均耕地占有率僅0.066 hm2(0.99畝),土地資源緊缺空前嚴峻,尋求新的土地資源日益迫切。2009年6月,國務(wù)院批準了 《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》,使之上升為國家規(guī)劃,成為具有全局意義的國家戰(zhàn)略,為江蘇省儲備土地資源、促進沿海地區(qū)高速發(fā)展提供了千載難逢的機遇。藉此良機,《江蘇沿海灘涂圍墾開發(fā)規(guī)劃(2009—2020)》亦雄心勃勃地提出了江蘇沿海規(guī)劃灘涂匡圍18萬hm2(270萬畝)的目標。為確保江蘇沿海開發(fā)的順利實施,將先期啟動在輻射沙洲頂部的條子泥進行2.67萬hm2(40萬畝)的沙洲匡圍工程。

此外,江蘇沿海屬粉砂淤泥質(zhì)海岸,且具有獨特的離岸輻射沙脊群地貌,大規(guī)模的沿海灘涂圍墾開發(fā)和利用在國內(nèi)外還沒有可供借鑒的先例,亦無相關(guān)的標準可資利用。因此,現(xiàn)階段重點以先期啟動的條子泥匡圍開發(fā)與利用為典型示范工程,探討灘涂圍墾與保護工程中可能面對的關(guān)鍵問題,充分發(fā)揮灘涂資源的潛在經(jīng)濟、社會效益,對于下一階段江蘇沿海大規(guī)模開發(fā)利用具有重要的科技支撐和示范效應(yīng)。同時,以條子泥匡圍工程的典型示范效應(yīng)為契機,就江蘇沿海灘涂圍墾現(xiàn)狀進行全面科學、理性的思考,在對江蘇沿海灘涂圍墾的潛力和發(fā)展趨勢進行科學、客觀預測的同時,亦為科學合理地規(guī)劃、利用和管理海岸帶資源提供指導,為江蘇沿海經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供科學的服務(wù)。

2 條子泥匡圍工程概述

圖1 輻射沙洲示意圖

在如此復雜的水沙動力環(huán)境下,進行大規(guī)模的匡圍,難度不言而喻,同時,匡圍工程實施之后,匡圍區(qū)域的科學、合理開發(fā)與保護涉及農(nóng)業(yè)、工業(yè)等眾多領(lǐng)域,面臨的問題紛繁復雜。因此,條子泥匡圍工程(見圖2)一經(jīng)提出便受到了極大的關(guān)注。條子泥框圍工程位于東臺市梁垛河閘至方塘河閘之間的貼岸地帶,匡圍外大堤44.33 km,促淤導堤12.73 km,建筑堤防131.05 km,新建水閘4座,初步設(shè)計按7個作業(yè)區(qū)進行匡圍,面積達2.31萬hm2(34.61萬畝),工程總投資超過40億元[5-7],是江蘇海洋輻射沙洲綜合開發(fā)試驗工程,也是依據(jù)國家規(guī)劃實施的百萬畝灘涂圍墾項目的一期工程。

圖2 條子泥匡圍工程示意圖

3 灘涂圍墾開發(fā)相關(guān)問題探討

3.1 潮灘—沙洲系統(tǒng)穩(wěn)定性

江蘇沿海條子泥沙洲形成歷史悠久,內(nèi)緣區(qū)潮灘并陸時間較長,岸灘形成已有近100 a歷史,條子泥及其潮溝系統(tǒng)也形成了近50 a,1988年4月9日的衛(wèi)星圖片表明,條子泥已取代東沙成為輻射沙洲的第一大洲。隨著1958年沿海海堤和20世紀70年代漁舍墾區(qū)的建設(shè),加速了條子泥沙洲內(nèi)緣區(qū)的并陸過程,經(jīng)過近40 a的淤漲,條子泥內(nèi)緣區(qū)港灣中部的中心港潮盆也已淤高到大潮高潮位以上而成為陸地。而據(jù)江蘇省“908”專項調(diào)查資料與1979年海圖資料對比可知,2006年0 m線以上的沙洲面積約為528.82 km2,1979年0 m線以上的沙洲面積則為504.9 km2,條子泥面積呈增大趨勢。事實上,隨著條子泥近岸沙洲的淤漲,也加速了條子泥近岸潮灘匡圍的進程,1977年以來條子泥內(nèi)緣區(qū)岸段陸續(xù)進行了近1.79萬hm2(26.9萬畝)的匡圍(見表1)。

表1 1977年以來條子泥岸段圍墾概況表

另外,據(jù)20世紀70年代至2000年的遙感衛(wèi)星圖片資料分析,近年來隨著條子泥內(nèi)緣區(qū)沙洲的不斷匡圍,南北向潮波系統(tǒng)的匯流區(qū)范圍大幅度減小,但梁垛河閘與方塘河閘之間的岸灘與沙洲結(jié)合部高程仍較高、灘脊穩(wěn)定,高泥與條子泥沙洲橫港東部沙洲灘脊亦逐年淤高且表現(xiàn)穩(wěn)定。近年來,條子泥岸段仍然保持穩(wěn)定的淤積趨勢。依據(jù)灘涂剖面資料,各剖面上部潮溝的位置相對穩(wěn)定;二分水水道逐漸淤平,灘面年變幅在20 cm上下;平均高潮位附近或向下,潮溝間灘面高程變化幅度增大,可達0.6 m以上。近10 a來,條子泥沙洲總的沖淤演變趨勢為條子泥北部受沖刷后退、條子泥東部向海淤漲且與之相連的竹根沙根部在低潮位出露面積逐漸增大、條子泥南部條魚港及其附近灘面較穩(wěn)定、條子泥東南部高泥及其附近灘面向南擴張。正是由于條子泥整體呈現(xiàn)淤漲的趨勢,為條子泥整體匡圍創(chuàng)造了良好的外部條件。

3.2 合理設(shè)置匡圍布局

條子泥沙洲面積受控于外緣潮汐水道的水動力強弱,其中位于條子泥沙洲北部的西洋水道起關(guān)鍵性作用。當西洋水動力較強時,洋底、東沙西部及條子泥北緣出現(xiàn)沖刷,導致條子泥北部地形演變劇烈,表現(xiàn)為北尖子的新生與消亡,西大港的分支與合并、束狹與拓寬等。

此外,隨著海岸匡圍的進行及高泥的逐年淤高擴大,岸灘與高泥之間的西大港及其分支潮溝體系表現(xiàn)活躍,新生、消亡、擺動頻繁。同時,位于條子泥沙洲南部的條魚港較為穩(wěn)定,而條子泥東部的東大港近年來則有逐漸加寬、加大的趨勢。事實上,通過對2001年和2002年條子泥的衛(wèi)星遙感影像的比較可知(圖3、4),在條子泥潮灘—沙洲系統(tǒng)總體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,實際呈現(xiàn)局部潮溝頻繁擺動、灘面破碎散亂的動態(tài)演變特性。因此,潮灘—沙洲系統(tǒng)中潮溝的頻繁擺動已成為沙洲沖淤演變的主要因素。

圖3 2001年4月條子泥地形圖

圖4 2002年10月 9日條子泥地形圖

歷史表明,隨著條子泥近岸內(nèi)緣區(qū)人類活動的增強,潮溝擺動實際上已成為條子泥灘涂匡圍的最大威脅。如1977年以來,條子泥岸段共匡圍灘涂約1.8萬hm2(27萬畝),新建圍堤約94 km,然而由于與堤線近平行分布的潮溝擺動,決堤事件也有發(fā)生,如1979年漁舍墾區(qū)破堤、1998年三倉片墾區(qū)東南角破堤以及2008年方塘河閘北側(cè)小圍區(qū)破堤。因此,堤線的布置很大程度上將決定潮溝活動對海堤的威脅程度,合理、順應(yīng)潮溝走勢的堤線布置方案對于減少潮溝擺動對圍堤安全的威脅至關(guān)重要。

為此,依據(jù)條子泥的動力地貌特性、灘面的沖淤變化特點、匡圍工程與水利交通工程的關(guān)系以及工程實施的可行性,并結(jié)合沿?？飮鷼v史經(jīng)驗,有針對性地設(shè)計了相應(yīng)的條子泥匡圍布局。一為基于以往匡圍經(jīng)驗的 “以促淤導堤為中軸,拓展兩翼,魚鱗式推進”的布局方式,強調(diào)堤線走向與灘面等高線走向基本一致,保證匡圍作業(yè)在近岸及高灘上進行,降低匡圍工程的施工難度,同時,堤線的布設(shè)橫切潮溝,有利于降低由于潮溝的橫向擺動帶來的潰堤風險 (見圖5A);二為根據(jù)江蘇省圍墾規(guī)劃,綜合考慮河口治導線,優(yōu)先開展大匡圍內(nèi)分割堤,并針對實際情況就匡圍的布局適當進行彈性調(diào)整,以便于陸、海雙向物流輸送、施工,易于控制條子泥現(xiàn)狀灘槽情勢(見圖5B);三為以促淤導堤為中軸,港邊灘為基地,兩翼匡圍結(jié)合向海推進循序并進,并充分考慮東大港的東擺,綜合入海河口治導線,切實保護河口地區(qū)的生態(tài)環(huán)境(見圖5C)。

圖5 條子泥匡圍布局圖

3.3 水資源綜合利用

通常,根據(jù)圍墾區(qū)內(nèi)水資源用途的不同可將需水分為生活用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)公共用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、水產(chǎn)養(yǎng)殖用水等。研究表明,條子泥墾區(qū)可利用的外來淡水資源主要為:①當?shù)亟涤辍樵黾訉Ξ數(shù)亟涤甑臄r蓄,可采用臺田技術(shù),將地勢低洼的部分開挖成魚塘,或形成灘涂平原水庫,并將開挖出的土方堆積在高處形成臺田,使蓄水與造地相結(jié)合,提高灘涂墾區(qū)的蓄水能力,同時有利于土壤脫鹽;②南水北調(diào)的長江水。切實依靠臨海引水南干渠從長江調(diào)水或提水北送,充分利用干渠攔截干渠以西的地面徑流,為工程區(qū)提供穩(wěn)定可靠的水源。

在對淡水資源合理分化的基礎(chǔ)上,考慮條子泥位于梁垛河的下游,距方塘河、梁垛河較近,由于梁垛河入海口位于條子泥北側(cè),若直接在入?？谝M入工程區(qū),引水距離最短,工程量較小,因此,可考慮利用臨近河道向條子泥墾區(qū)供水。但是,由于該處地勢相對低洼,水位較低,河道開闊,控制工程和提水成本較高,且不利于條子泥西側(cè)部分已圍墾地區(qū)的供水,因此擬在梁垛河在向東北拐彎處修建引水閘,引水進入條子泥,并通過內(nèi)部的灌排系統(tǒng)向區(qū)內(nèi)供水,滿足圍墾初期的洗鹽要求以及正常運行期間的灌溉和工業(yè)、生活用水。

此外,在確保合理開發(fā)和保護條子泥工程區(qū)淡水資源供應(yīng)的同時,亦需重視水資源的合理調(diào)配和利用?，F(xiàn)階段,生活用水、城鎮(zhèn)公共用水可按照生活、綠化等指標確定相應(yīng)用水量,水廠采用為區(qū)內(nèi)地面水作為水源;而工業(yè)用水則考慮各圍墾區(qū)的工業(yè)用水特點及水源條件等情況,由公共自來水廠供給或圍墾區(qū)河道取水為主;同時,土壤脫鹽、淡水養(yǎng)殖以及后繼的灌溉用水等農(nóng)業(yè)用水則通過耕地面積、作物種類、養(yǎng)殖面積等加以確定;此外,生態(tài)耗水是本項目耗水的重要組成部分,主要用于生態(tài)維護,這需要根據(jù)污染物排放量、生態(tài)環(huán)境要求加以確定,而水產(chǎn)海水養(yǎng)殖用水則可考慮直接取用海水。

3.4 環(huán)境影響評估

條子泥的整體匡圍面積巨大,且其南部有中國沿海中部唯一的30萬噸級天然深水良港—洋口港,北部有江蘇省唯一開放的國家一類水運口岸—大豐港,因此條子泥的匡圍是否會對這2大港口產(chǎn)生不利影響是決定條子泥匡圍科學建設(shè)實施的關(guān)鍵。此外,條子泥匡圍實施之后,可能促進輻射沙脊群的進一步演變,固有大型潮灘—高沙和東沙能否保持固有的演化趨勢,也是關(guān)系江蘇沿海灘涂資源可持續(xù)開發(fā)利用的關(guān)鍵。

為此,綜合江蘇沿海黃海旋轉(zhuǎn)潮波及東海前進潮波幅聚的特點和輻射沙脊群二分水南北兩側(cè)漲落潮存在明顯差異的特征,表明輻射沙洲水域漲落潮由于受輻射沙脊群之間潮汐通道的限制,漲落潮以港為頂點,呈現(xiàn)較為明顯的往復流型態(tài),而輻射沙脊群外部水域的潮流場則呈現(xiàn)較為明顯的旋轉(zhuǎn)流形態(tài)。同時,隨著條子泥的大面積匡圍,工程區(qū)附近漲落潮流場不可避免地發(fā)生相應(yīng)變化。由于受條子泥圍堤的影響,漲潮流通過西洋、爛沙洋及苦水洋等潮汐通道進入條子泥潮灘—沙洲系統(tǒng)之后,主要沿圍堤向東南和東北方向運動,南北兩股漲潮流在條子泥圍堤東側(cè)附近水域匯合;而落潮時,由于圍堤靠近輻射沙脊群的主要潮汐通道,隨著水位的降低,潮汐通道的限制作用加強,落潮流主要由條子泥附近水域沿潮汐通道分別向偏南及偏北方向運動。同時,隨著水動力場的變遷,條子泥周邊海域泥沙場也不可避免地發(fā)生相應(yīng)變化,但條子泥的匡圍并未實質(zhì)性的改變以港為中心的輻射沙脊群內(nèi)緣近岸至離岸及由南至北水體含沙量逐漸降低的變化趨勢。

此外,隨著條子泥的匡圍,周邊水域出現(xiàn)明顯淤積,最大回淤強度達0.7 m/a以上,僅部分區(qū)域出現(xiàn)不淤的情況,其中不淤較為明顯的區(qū)域主要位于條子泥墾區(qū)圍堤堤頭的東北部附近水域,但隨著海域水沙運動逐漸向新的平衡點發(fā)展,海域海床的年淤積強度呈現(xiàn)逐年降低的趨勢,并隨著時間的增長,海域海床將逐漸趨于新的沖淤平衡狀態(tài)。根據(jù)現(xiàn)有的研究成果認為輻射沙脊群的輻射狀潮流場從全新世最大海侵至今一直存在,比較穩(wěn)定,并未因江蘇海岸及長江河口灣的變遷而發(fā)生根本變化,也不受局部海底地形控制,與港灣的形態(tài)也無關(guān)[8-9]。

另外,由于條子泥匡圍包括圍堤、水閘、促淤壩、施工道路的建設(shè)及吹填等作業(yè),施工亦可能對近岸海域的水環(huán)境、空氣環(huán)境、聲環(huán)境和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。但這種影響會隨著匡圍工程的結(jié)束而自行消失,圍墾將自然灘涂變成人工用地,會造成底棲生物的損失,影響鳥類和魚類的活動,不過灘涂的不斷淤漲會減輕這種影響。并且,通過采取針對性的管理措施,做好生態(tài)和環(huán)境補償,加強環(huán)保部門的監(jiān)管能力并充分調(diào)動群眾參與環(huán)保的積極性,會使匡圍工程實施產(chǎn)生的影響減小到最低程度。

3.5 社會效益評估

條子泥灘涂圍墾不僅增加了江蘇耕地面積,而且拓展了江蘇經(jīng)濟發(fā)展的空間,在為沿海地區(qū)發(fā)展創(chuàng)造良好外部條件的同時,可有力地推動各地產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,提升農(nóng)業(yè)效益并發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟,進而促進江蘇省沿海西部及南部經(jīng)濟的均衡發(fā)展。

同時,江蘇沿海地區(qū)主要的自然災(zāi)害是臺風及風暴潮,直接關(guān)系到沿海人民生產(chǎn)、生活和安全。通過灘涂圍墾,不僅新增養(yǎng)殖面積,而且在原有的海堤外面新筑了高標準海堤,又增加了一道安全屏障,提高了抵御臺風、風暴潮等災(zāi)害的能力,可有效地保障沿海人民的生命財產(chǎn)安全。

規(guī)劃區(qū)營運期主要用于海水、淡水無公害生態(tài)養(yǎng)殖,符合國家產(chǎn)業(yè)政策,有利于帶動區(qū)域水產(chǎn)養(yǎng)殖的結(jié)構(gòu)調(diào)整,推動產(chǎn)業(yè)升級。匡圍區(qū)開發(fā)后不僅可實現(xiàn)漁業(yè)增效、漁民增收、地方政府財政收入的增加,還可以大力實施減船轉(zhuǎn)產(chǎn)政策,調(diào)整優(yōu)化海洋漁業(yè)結(jié)構(gòu),推進海水養(yǎng)殖工廠化、規(guī)?；?、集約化、高效化,并以資源為載體,招商引資,增強區(qū)域經(jīng)濟活力。通常,灘涂圍墾養(yǎng)殖區(qū)單位面積的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益高于敞開型的自然海區(qū)。養(yǎng)殖區(qū)的產(chǎn)品不僅可滿足區(qū)域內(nèi)大部分水產(chǎn)品的需求,而且還可以外銷到其它縣市,對提高居民生活水平和東臺市經(jīng)濟收入都具有良好的作用。

此外,在墾區(qū)積極推進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營,采取 “公司+基地+農(nóng)戶”產(chǎn)供銷一條龍的經(jīng)營模式,致力于進一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),開發(fā)水產(chǎn)品深加工出口項目,并且墾區(qū)還可按照建設(shè)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的要求,堅持以市場為導向,以科技為支撐,以產(chǎn)業(yè)化為依托,向水產(chǎn)養(yǎng)殖、水產(chǎn)品深加工、進出口一體化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化基地轉(zhuǎn)型。

然而,條子泥匡圍占用了海域及周邊海域的大量灘涂養(yǎng)殖活動區(qū),固有海域灘涂養(yǎng)殖將無法繼續(xù)進行,并且,施工亦可能對工程附近的灘涂養(yǎng)殖區(qū)產(chǎn)生局部的、臨時性的不利影響。如施工期間入海泥沙均會增加海水中泥沙含量,對養(yǎng)殖區(qū)的紫菜、貝類等將會產(chǎn)生一定的影響,但研究表明,由于海域水動力強,入海泥沙擴散遷移快,因此影響相當有限,且具有臨時性。同時,施工期間由于修建海堤作業(yè),海堤周圍的部分貝類等底棲生物將被破壞;但是這種損害屬于一次性的短期行為,當施工作業(yè)結(jié)束后,底棲生物將逐漸得到恢復。

灘涂圍墾區(qū)蓄水養(yǎng)殖,圍墾養(yǎng)殖區(qū)形成一個封閉性水域,使物質(zhì)擴散和能量交換能力受到阻礙。隨著圍墾養(yǎng)殖區(qū)放養(yǎng)年限的增加,營養(yǎng)鹽容易累積,導致圍墾養(yǎng)殖區(qū)水體富營養(yǎng)化,水環(huán)境質(zhì)量下降。此外,這些積累的營養(yǎng)鹽通過養(yǎng)殖池的換水排入海中,使一些有害藻類大量繁殖,水質(zhì)變壞,危害潮灘動物,有時還可能形成赤潮,造成更大的危害。

另外,目前灘涂圍墾主要實行集約化養(yǎng)殖,隨著時間的積累,眾多肥料、殘餌、排泄物和一些動植物死體等將沉淀在養(yǎng)殖池池底,導致池底有機物含量遠遠高于水中溶解的有機物,進而對底質(zhì)產(chǎn)生嚴重污染。而且,由于東臺市不少灘涂屬于重要經(jīng)濟魚類的產(chǎn)卵場、索餌場,條子泥匡圍后,底棲生物的生存環(huán)境遭到迫害,底棲生物種類不可避免地將有所減少。

4 結(jié) 語

江蘇沿海歷史上大多數(shù)的匡圍主要屬于邊灘小規(guī)模匡圍,施工難度相對較小,而遠期規(guī)劃的沿海各市共18萬hm2(270萬畝)的圍墾范圍巨大,且墾區(qū)涉及輻射沙洲區(qū)域內(nèi)眾多離岸大型沙脊群,周邊水下地形復雜多變,潮汐、波浪等水動力條件比條子泥附近海域更加惡劣。因此,現(xiàn)階段,以條子泥灘涂匡圍工程作為典型示范工程,深入開展圍墾工程對沙洲穩(wěn)定性、匡圍布局、水資源綜合利用、環(huán)境影響評估等的影響研究,不僅可為江蘇更大規(guī)模的沿海灘涂匡圍和利用提供前瞻性研究的實體,同時,也可為探索江蘇沿海灘涂資源可持續(xù)開發(fā)利用的研究拓展相應(yīng)的思路。此外,多年來江蘇沿海地區(qū)大范圍的科學研究與調(diào)查活動相對較少,自20世紀80年代初在江蘇沿海地區(qū)開展大規(guī)模海岸帶與海涂資源的調(diào)查后,由于江蘇沿海海洋環(huán)境條件特殊,地質(zhì)地貌復雜多變,調(diào)查難度和獲得實時有效資料的難度較大,基本再無系統(tǒng)的科研與調(diào)查。直至2006年江蘇省“908”專項進行了新一輪的江蘇近海海岸綜合調(diào)查和評價,才獲得了新的歷史時期沿?；A(chǔ)資料,然而依然無法彌補近30 a江蘇海岸帶調(diào)查的斷層。因此,通過開展條子泥匡圍工程相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究,不斷積累區(qū)域基礎(chǔ)資料,并圍繞江蘇海岸動力特征及沿海圍墾布局等關(guān)鍵技術(shù)問題展開深入研究,對于未來江蘇沿海的全面、合理、科學地圍墾開發(fā)具有極大的促進意義和示范作用。

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