摘 要：近年來，長(zhǎng)江口河段局部河床出現(xiàn)強(qiáng)烈沖刷，太倉河段南支新太海汽渡至七丫口段升級(jí)為新的險(xiǎn)工段，預(yù)警級(jí)別為最高級(jí)。通過對(duì)長(zhǎng)江口太倉險(xiǎn)工段水文資料、多頻次高精度原型實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)的初步探究，發(fā)現(xiàn)新險(xiǎn)工段近岸段河床演變呈現(xiàn)出深槽南逼、陡坡加劇、沖刷強(qiáng)度增大、最大沖刷區(qū)上移等特點(diǎn)，險(xiǎn)工段成因主要包括上游河勢(shì)調(diào)整、上游來沙減少、近岸流速流向變化等。針對(duì)險(xiǎn)工段成因，提出了應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)江口；新險(xiǎn)工段；沖刷成因；太倉河段

中圖分類號(hào)：U617；TV147 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2024.0401

0 引 言

江河崩岸險(xiǎn)工嚴(yán)重威脅到沿江人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全，國內(nèi)很多學(xué)者對(duì)崩岸險(xiǎn)工開展了相關(guān)研究。王延貴[1]對(duì)沖積河流岸灘崩塌特點(diǎn)、崩塌過程和崩塌機(jī)理進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究，提出了崩岸分類及分析模式。余文疇等[2]將長(zhǎng)江中下游河道崩岸形式分為洗崩、條崩和窩崩，明確了崩岸主要類型。余文疇等[3]認(rèn)為造成長(zhǎng)江下游窩崩的主要因素是水流條件。在水深流急、單寬流量大的條件下，水流對(duì)河岸抗沖薄弱的部位淘刷后，形成強(qiáng)大的回流，對(duì)河岸造成沖刷。李寶璋[4]在分析長(zhǎng)江南京河段窩崩成因時(shí)提出形成窩崩的動(dòng)力是大尺度縱軸水流方向螺旋流。岳紅艷等[5-6]、王黨偉等[7]、吳松柏等[8]從力學(xué)機(jī)理、塌岸淤床交互作用的角度出發(fā)研究崩岸特征，探索河岸崩岸機(jī)理。隨著數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，王延貴等[9]、假冬冬等[10-11]、夏軍強(qiáng)等[12-13]進(jìn)一步開展了三維河道崩岸數(shù)值模擬研究，展示多元化的崩岸微觀機(jī)理。

關(guān)于河道崩岸險(xiǎn)工方面的研究，前人主要從微觀方向著手，或基于室內(nèi)水槽試驗(yàn)，或建立數(shù)學(xué)模型，大多從理論上對(duì)河道形態(tài)進(jìn)行概化模擬，多基于理想假設(shè)條件，具有一定的局限性，與自然河道中的崩岸險(xiǎn)工相比，可能相差較遠(yuǎn)。基于現(xiàn)場(chǎng)高精度、高分辨率地形地貌及水動(dòng)力場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的崩岸險(xiǎn)工研究探討較為缺乏。

長(zhǎng)江口險(xiǎn)工一般是指位于北支啟東海門一帶的崩岸，如青龍港至大新河、廟港至新村沙區(qū)段。長(zhǎng)江口太倉河段南岸原灘地寬達(dá)1 km，灘地高程普遍在-3 m以上，為寬廣河漫灘[14]。近年來，隨著流域來水來沙的變化以及長(zhǎng)江口河道、航道整治工程的實(shí)施，長(zhǎng)江口河段局部河勢(shì)相應(yīng)發(fā)生調(diào)整[15-16]，河道崩岸險(xiǎn)情時(shí)有發(fā)生。長(zhǎng)江口太倉河段新太海汽渡至七丫口段屬于太倉港碼頭企業(yè)集中區(qū)，沿線建有近百個(gè)泊位，其中萬噸級(jí)以上泊位37個(gè)，2020年完成貨物吞吐量2.16億t，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)十分活躍。但近年河床沖刷強(qiáng)烈，對(duì)沿岸的企業(yè)碼頭水工結(jié)構(gòu)的安全帶來了嚴(yán)重威脅，太倉河段新太海汽渡至七丫口段升級(jí)為長(zhǎng)江口新險(xiǎn)工段，預(yù)警級(jí)別達(dá)到Ⅰ級(jí)。

長(zhǎng)江口新險(xiǎn)工段中，太倉險(xiǎn)工段長(zhǎng)度最長(zhǎng)、影響范圍最大，對(duì)沿岸威脅最嚴(yán)峻。太倉險(xiǎn)工段與其他江河險(xiǎn)工最大的不同在于該段險(xiǎn)工為水下險(xiǎn)工，河段險(xiǎn)情主要發(fā)生在碼頭前沿，遠(yuǎn)離堤防，通常肉眼無法直觀觀測(cè)到險(xiǎn)工形態(tài)。因此，開展高分辨率河道監(jiān)測(cè)是掌握險(xiǎn)工形態(tài)的直接手段。本文基于近年對(duì)太倉險(xiǎn)工段系統(tǒng)的水動(dòng)力場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果、1∶2 000地形和1∶500斷面監(jiān)測(cè)成果，從宏觀方向入手，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)高精度實(shí)測(cè)地形及斷面數(shù)據(jù)，對(duì)太倉險(xiǎn)工段成因進(jìn)行了初步探析，并提出應(yīng)對(duì)措施。在水下地形測(cè)量GNSS三維定位精度上，船臺(tái)GNSS校核點(diǎn)最大平面較差為0.047 m，高程最大較差0.081 m；99.4%測(cè)深儀較差小于0.05 m區(qū)間，0.6%較差在0.05～0.1 m，滿足規(guī)范要求；不同工組比測(cè)高程統(tǒng)計(jì)中誤差±0.138 m；局部采用多波束測(cè)深儀器與單波速測(cè)深儀器進(jìn)行高程精度互差對(duì)比，發(fā)現(xiàn)45.7%高程互差小于±0.1 m，36.7%高程互差處于±0.1～±0.2 m，16.8%高程互差處于±0.2～±0.5 m，僅有0.8%的高程互差大于±0.5 m。項(xiàng)目所采用的數(shù)據(jù)可靠，精度高，可以直觀真實(shí)反映險(xiǎn)工段地形變化特征。太倉險(xiǎn)工段斷面布置見圖1，其中CS1、CS2斷面為自左岸江堤至右岸江堤的全江斷面，DM1—DM7為強(qiáng)沖刷區(qū)的加密斷面。

1 險(xiǎn)工段近岸河床演變特點(diǎn)

1.1 深槽逼近南岸

2011年以來，長(zhǎng)江口河段白茆沙南水道深槽持續(xù)向太倉側(cè)逼近。美錦碼頭外側(cè)-30 m等高線2011—2016年向美錦碼頭方向逼近了約75 m，2016—2020年繼續(xù)向美錦碼頭方向逼近約42 m；潤(rùn)禾碼頭外側(cè)-30 m等高線2011—2016年向潤(rùn)禾碼頭方向逼近約108 m，2016—2020年繼續(xù)逼近了約100 m（見圖2（a））。美錦碼頭外側(cè)-40 m等高線2011—2016年向碼頭方向逼近約122 m，2016—2020年繼續(xù)向碼頭方向逼近約68 m，2020—2023年再次逼近約13 m；潤(rùn)禾碼頭外側(cè)-40 m等高線2011—2016年向碼頭方向逼近了約180 m，2016—2020年繼續(xù)逼近了約136 m（見圖2（b））。

2012年以來，白茆沙南水道深槽表現(xiàn)出持續(xù)向太倉岸側(cè)明顯的擺動(dòng)，而白茆沙南側(cè)低灘則向太倉側(cè)淤出，河道過水?dāng)嗝鏈p小。如CS1斷面太倉側(cè)-45 m高程位置2012—2023年向太倉側(cè)擺動(dòng)了約150 m（見圖3）；CS2斷面太倉側(cè)-31 m高程位置向太倉側(cè)擺動(dòng)了約70 m（見圖4）。深槽的擺動(dòng)對(duì)太倉港沿線碼頭基樁的結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成明顯威脅。

1.2 陡峭段坡比變陡

由美錦碼頭和萬方碼頭斷面變化（見圖5）可知，深槽斜坡逐漸向碼頭側(cè)沖刷，坡度變陡。表1為各斷面陡峭段坡比情況統(tǒng)計(jì)?？芍?018—2020年揚(yáng)子江海洋油氣裝備碼頭（DM1）、鑫海碼頭（DM2）、美錦碼頭（DM3）、萬方碼頭（DM4）陡峭段均在變陡。由于華能港務(wù)碼頭2017年對(duì)碼頭前沿實(shí)施了緊急拋石守護(hù)，雖然十分陡峭，但目前斷面較為穩(wěn)定。武港碼頭分別于2018年8—10月和2019年3—9月對(duì)碼頭前沿實(shí)施了兩期拋石守護(hù)工程，2019年10月后碼頭所在斷面坡比緩慢減小。潤(rùn)禾碼頭2019年底—2020年初對(duì)碼頭前沿實(shí)施了拋石守護(hù)工程，2020年后潤(rùn)禾碼頭所在斷面陡峭段坡比開始減小。以上3個(gè)斷面陡峭段坡比的變化反映了拋石守護(hù)工程對(duì)碼頭前沿河床沖刷的抵御作用明顯。總體來看，深槽陡峭段坡比變陡是太倉險(xiǎn)工段近岸河床演變的一個(gè)明顯特征。

1.3 近岸河床沖刷強(qiáng)度增大

通過Surfer軟件構(gòu)建DEM地形網(wǎng)格，計(jì)算不同時(shí)段沖淤變化。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，武港碼頭與華能港務(wù)碼頭之間的區(qū)域沖淤變化代表性明顯（見圖6）。2018年5—11月該區(qū)域沖刷范圍較小，且沖刷強(qiáng)度不大；2018年11月—2019年10月該區(qū)域最大沖深達(dá)12 m，沖刷范圍明顯擴(kuò)大；2019年10月—2020年10月該區(qū)段最大沖深達(dá)16 m，沖刷中心向兩個(gè)碼頭中間位置轉(zhuǎn)移。2020—2023年雖然沖刷強(qiáng)度沒有再大幅增強(qiáng)，但依然以較為明顯的速度向華能港務(wù)碼頭發(fā)展。由此可見，太倉險(xiǎn)工段河床沖刷速度在增大，且局部沖刷范圍有擴(kuò)大之勢(shì)。

1.4 沖刷區(qū)位轉(zhuǎn)移

太倉險(xiǎn)工段碼頭中，華能港務(wù)碼頭于2017年9月對(duì)碼頭前沿采取拋石守護(hù)措施。2018年8月—10月華能港務(wù)碼頭上游的武港碼頭前沿出現(xiàn)沖刷險(xiǎn)情，緊急對(duì)其采取拋石守護(hù)。經(jīng)過2018年8月—10月和2019年3月—9月兩期工程守護(hù)，武港碼頭前沿河床快速?zèng)_刷的險(xiǎn)情暫時(shí)穩(wěn)定下來。2019年11月緊鄰武港碼頭上游的潤(rùn)禾碼頭因深槽逼近碼頭前沿，影響碼頭樁基安全，緊急采取拋石護(hù)坡守護(hù)。2021年后位于潤(rùn)禾碼頭上游的萬方碼頭外側(cè)水下陡坡出現(xiàn)明顯向岸沖刷。

根據(jù)碼頭已采取守護(hù)措施的時(shí)間先后，結(jié)合不同時(shí)段河床沖淤分布，發(fā)現(xiàn)太倉險(xiǎn)工段河床沖刷最嚴(yán)重的區(qū)域不是固定在某處，而是在沖刷嚴(yán)重位置河槽發(fā)展的同時(shí)，沖刷最快區(qū)域還在向上游發(fā)生移動(dòng)，目前沖刷最快區(qū)域已上移至萬方碼頭外側(cè)主槽附近。

2 險(xiǎn)工段成因

2.1 上游河勢(shì)調(diào)整

近年長(zhǎng)江口河勢(shì)發(fā)生調(diào)整，白茆小沙下沙體被沖消失后，出徐六涇的長(zhǎng)江主流更為順暢地進(jìn)入下游白茆沙南水道，促進(jìn)了白茆沙南水道的發(fā)展。

太倉河段白茆沙北水道自2002年以來落潮分流比逐漸減小，白茆沙南水道分流比波動(dòng)增大。2002年9月白茆沙南水道凈泄量分流比為57.2%。2020年12月白茆沙南水道凈泄量分流比增加為78.8%，北水道凈泄量分流比為21.2%。近期白茆沙水道落潮分流比變化見圖7。白茆沙南水道分流比持續(xù)增大，加劇了太倉河段白茆沙南水道河床的沖刷程度。

2.2 上游來沙減少

2003年三峽水庫蓄水運(yùn)行以來，長(zhǎng)江入海泥沙明顯下降。以大通站為例，1950—2002年，該站年均流量為28 700 m3/s，年均輸沙量為4.27億t。2003—2022年，該站年均流量為27 700 m3/s，年均輸沙量為1.29億t?？梢钥闯?，大通站年均徑流量多年來并無趨勢(shì)性變化，而輸沙量則發(fā)生了階梯狀減少。三峽水庫蓄水運(yùn)行以來（2003—2022年）大通站年平均含沙量較1950—2002年年平均含沙量減少了約68%（見圖8）。徐六涇站自2011年開始有整編含沙量資料，對(duì)比可知近年來徐六涇站懸沙含沙量均低于大通站懸沙含沙量（見圖9），即大通至徐六涇區(qū)間內(nèi)并沒有得到足夠底沙補(bǔ)充。長(zhǎng)江口河段含沙量的降低，導(dǎo)致水流挾沙力的嚴(yán)重不飽和，水流必然會(huì)從河床獲得底沙補(bǔ)給，加劇河床沖刷。

三峽水庫蓄水運(yùn)行前，1992—2001年白茆沙南水道（白茆口至七丫口）0 m以下河槽的總沖刷量約為8 815萬m3，年均沖刷量約為979萬m3。2001—2021年，白茆沙南水道0 m以下河槽的沖刷量約為26 440萬m3，年均沖刷量約為1 322萬m3。由于長(zhǎng)江入海泥沙量的大幅度減少，2001—2021年白茆沙南水道的年均沖刷總量較1992—2001年增大了35%，由此可見，入海泥沙量的大幅度減少，加劇了長(zhǎng)江口新險(xiǎn)工段近岸沖刷。

2.3 近岸流速流向變化

白茆沙南水道多年巡測(cè)斷面最靠近太倉側(cè)垂線流速流向統(tǒng)計(jì)成果見表2、表3。2014—2018年漲潮平均流速較2011—2012年漲潮平均流速微減，而落潮平均流速卻明顯增大，且落潮平均流向增大5°。近岸側(cè)落潮流速與流向的增大，與白茆沙南水道太倉段河床的沖刷有關(guān)聯(lián)作用。

2.4 工程綜合影響

近年來，長(zhǎng)江口河段實(shí)施了一系列河道、航道及岸線整治工程，如長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道一期工程（包括通州沙頭部潛堤、通州沙齒壩、狼山沙尾部潛堤、白茆沙整治工程等）、長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道二期工程、新通海沙岸線整治工程、鐵黃沙整治工程、通州沙西水道綜合整治工程、太倉一期—七期圍灘岸線調(diào)整工程等。這些大型河道及航道整治工程的實(shí)施，改變了天然河道邊界，影響了水流結(jié)構(gòu)，從而影響到太倉河段河床的沖淤變化。江陰—長(zhǎng)江口二維潮流數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果顯示，白茆沙整治工程和新通海沙岸線整治工程的實(shí)施以及白茆小沙的沖失，將增大白茆沙南水道美錦碼頭至潤(rùn)禾碼頭一帶近岸水流流速，最大幅增加度約為0.2 m/s。

3 應(yīng)對(duì)策略探討

3.1 岸坡守護(hù)

由于太倉險(xiǎn)工段碼頭前沿持續(xù)沖刷的險(xiǎn)情已威脅到太倉港部分碼頭水工結(jié)構(gòu)的安全，需首先對(duì)受沖強(qiáng)烈的河床岸坡進(jìn)行守護(hù)，保證險(xiǎn)工段內(nèi)太倉港碼頭企業(yè)的安全。此前已實(shí)施拋石守護(hù)工程的華能港務(wù)碼頭、武港碼頭、潤(rùn)禾碼頭施工后碼頭前沿地形監(jiān)測(cè)情況表明，拋石守護(hù)效果明顯，達(dá)到了對(duì)碼頭前沿的守護(hù)作用。太倉險(xiǎn)工段碼頭大多為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，根據(jù)已有工程施工經(jīng)驗(yàn)，在碼頭前沿一定區(qū)域先鋪排軟體排保護(hù)河床，再在軟體上拋塊石進(jìn)行壓載，可以有效保護(hù)近岸受沖河床。

3.2 白茆沙整治工程調(diào)整

白茆沙整治工程南導(dǎo)堤的齒壩具有挑流作用，一定程度上增大了太倉側(cè)近岸流場(chǎng)的水動(dòng)力。白茆沙南水道深槽南擺、白茆沙南側(cè)低灘淤出，減小了白茆沙南水道過水?dāng)嗝妫葋硭壳闆r下白茆沙南水道的流速必然會(huì)增加，可考慮削減白茆沙整治工程南導(dǎo)堤三根齒壩的長(zhǎng)度，既增加南水道過水?dāng)嗝婷娣e，也可降低挑流對(duì)太倉近岸流場(chǎng)的影響。

3.3 白茆小沙整治

白茆小沙整治工程對(duì)下游白茆沙南北水道分流比格局的影響較大，已被列入《長(zhǎng)江口綜合整治開發(fā)規(guī)劃》。建議相關(guān)部門擇機(jī)開展白茆小沙固灘護(hù)灘工程的設(shè)計(jì)與施工，減少上游來水進(jìn)入白茆沙南水道的流量，從而遏制白茆沙南水道繼續(xù)沖刷的態(tài)勢(shì)，改善白茆沙北水道分流比，實(shí)現(xiàn)白茆沙南北水道河勢(shì)穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

通過對(duì)近年長(zhǎng)江口新增太倉險(xiǎn)工段實(shí)測(cè)高精度水文地形數(shù)據(jù)資料的分析研究，發(fā)現(xiàn)太倉險(xiǎn)工段的險(xiǎn)情表現(xiàn)出深槽逼近南岸、典型斷面過水面積減小、陡峭段坡比變陡、局部河床沖刷速度逐漸增大、沖刷最快區(qū)域發(fā)生上移的特點(diǎn)。太倉險(xiǎn)工段河床發(fā)生沖刷變化的成因主要有：長(zhǎng)江口河勢(shì)調(diào)整、流域來水來沙減少、近岸流速增大、流向南偏以及長(zhǎng)江口地區(qū)河道航道整治工程、岸線邊灘整治工程等的實(shí)施。

根據(jù)長(zhǎng)江口新險(xiǎn)工段的特點(diǎn)，目前宜首先對(duì)局部沖刷強(qiáng)烈險(xiǎn)工段進(jìn)行應(yīng)急岸坡守護(hù)，解除對(duì)碼頭安全的威脅。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，建議調(diào)整白茆沙整治工程局部挑流丁壩的長(zhǎng)度，對(duì)白茆小沙進(jìn)行固沙護(hù)灘，以穩(wěn)定白茆沙南、北水道分流情況，進(jìn)而改善白茆沙南水道太倉沿岸水下河床沖刷險(xiǎn)情。

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收稿日期：2022-09-20

作者簡(jiǎn)介：劉傳杰，男，正高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向?yàn)闇y(cè)繪工程。E-mail：109986695@qq.com

通信作者：張朝陽，男，高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向?yàn)楹０秳?dòng)力學(xué)。E-mail：zyzhangwhu@163.com

2024，8（4）：1-7

Cause Analysis and Preliminary Countermeasures for New Vulnerable Section in Taicang Reach of Changjiang Estuary

LIU Chuanjie，ZHANG Chaoyang

（Changjiang River Estuary Bureau of Hydrological and Water Resources Survey，Changjiang Water Resources Commission，Shanghai 200136，China）

Abstract：Local parts of riverbeds in the Changjiang Estuary have seen intense scouring in recent years，resulting in additional vulnerable section reaching the highest warning level extending from Xintaihai ferry dock to Qiyakou in the south branch of Taicang reach. Based on high-precision field measured hydro-topographic data，this paper reveals several critical changes in the riverbed near bank in this newly identified vulnerable section. Such changes include the southward advance of deep channel，the aggravation of steep bank slope，the increasing of erosion rates，and the upward migration of erosion area. The study also identifies several primary causes for this vulnerable section，including the adjustment of upstream river regime，the decrease of sediment discharge from Changjiang River Basin，and changes in the velocity and direction of flow near riverbank. Based on these findings，the paper proposes targeted countermeasures to address these issues.

Key words：Changjiang Estuary；new vulnerable section；cause of erosion；Taicang reach