长江口深水航道一、二期工程回淤变化

泥沙研究2009年4月Journal of Sediment Research第2期长江口深水航道(一、二期工程)回淤变化刘 杰,徐志杨,赵德招,程海峰(上海河口海岸科学研究中心,上海 201201)摘要:利用长江口深水航道回淤资料,研究了北槽航道回淤的时空变化特征及其对流域来水来沙、河槽地形的关系。

长江口深水航道治理一、二期工程实施后,北槽航道年淤积强度明显下降,工程治理效果得以显现。

从空间上看,一、二期工程航道回淤的峰值位置和重心位置经历了下移和上提的过程。

从时间上看,一、二期工程后北槽航道回淤年内呈现洪季多淤、枯季少淤;洪季淤积位置下移,枯季淤积位置上提的变化特点,季节性上、下移动约7~11km。

深水航道淤积的泥沙来源有多种,仅流域悬沙输沙量减小并不能明显降低深水航道的回淤量。

关键词:长江口;北槽;深水航道;回淤中图分类号:TV148 1 文献标识码:A 文章编号:0468-155X(2009)02-0022-07航道疏浚开挖后,破坏了原有的输沙平衡,航道将产生回淤。

河口航道的回淤主要取决于动力条件、泥沙条件和边界条件(如挖槽深度、航道走向等)。

过去100多年,世界各主要河口的航道均进行了整治,如美国的密西西比河口、法国的塞纳河口、德国的易北河口等。

整治工程为航道的疏浚与维护获得了较好的动力、泥沙和边界条件,达到增加航道水深,减小航道回淤的目的。

通过航道回淤的时空变化分析,可进一步探寻航道回淤的机理,为进一步的减淤提供技术参考。

长江口深水航道治理是我国水运交通行业关注的热点,也是世界河口航道治理的难点。

一、二期工程取得了良好效果,突出表现在淤强水深比明显下降。

但2005年二期工程完工后,10m航道呈现回淤量集中的现象,局部航道单元疏浚较为困难。

尽管工程前对长江口拦门沙航道的回淤特征和机理开展过不少研究工作,对年内洪枯季(顾伟浩,1996)、大小潮(钟修成,任苹,1988)和台风、寒潮(顾伟浩,高煜铭,1988;关许为,顾伟浩,1992)等不同时间尺度下的航道回淤特征进行了定量评价,但对长江口深水航道治理工程实施后航道回淤特征的定量研究还没开展过。

长江口深水航道一、二期工程航道回淤特征的定量分析,不仅可丰富巨型多沙河口拦门沙航道回淤规律的认识,检验与评估一、二期工程的实施效果,而且对长江口深水航道治理三期工程的建设、长江口北港和南槽拦门沙航道的开发治理有直接参考价值。

1 研究区域长江口平面呈 三级分汊、四口入海 的形势,深水航道治理工程选择在南港-北槽(图1),自1998年开始实施,主要采用整治和疏浚相结合的治理方案,分三期分别使北槽航道水深增深至8 5m(一期)、10 0m(二期)和12 5m(三期)。

2002年和2005年分别完成了一、二期工程的建设,包括累计建造了长约48km和49km的南、北两条双导堤和总长约30km的19座丁坝,主要整治建筑物施工规模见表1。

三期工程主要为疏浚,自2006年9月开始,计划工期3年。

北槽是长江口四条入海水道中最为年轻的河道,约形成于1954年,其拦门沙滩顶自然水深多年稳收稿日期:2008-10-21作者简介:刘杰(1975-),男,安徽亳州人,工程师,博士,主要从事河口海岸演变研究。

E-mail:ecs rc@163 com定在6m左右。

1984年开辟北槽航道作为进出长江口的主航道,以年疏浚维护量约1200万m3,维护水深7m、底宽250m的航道。

北槽河槽表层沉积物主要由粘土和粉土构成,潮汐为半日潮,横沙站多年平均潮差约2 61m。

长江大通站(1950-2006)多年平均径流量8996亿m3,输沙量为4 08亿t,流域来水来沙年内具有明显的季节性变化特征,5-10月为洪水期,其径流量约占年径流总量的71 7%,输沙量约占年输沙总量的85%。

由于长江径流的下泄,北槽落潮流速大于涨潮流速,落潮历时略长于涨潮历时。

洪季大潮时,表层最大落急流速可达2 5~3 0m s。

北槽盐淡水混合为缓混合型,但在洪季小潮和枯季大潮时分别存在弱混合和强混合现象。

北槽内的波浪以风浪为主,平均波高1 0m左右。

大浪主要出现在冬季北方寒潮来袭和夏季东南台风入侵时,最大波高可达6m左右。

图1 长江口和深水航道整治工程布置Fig.1 Schematic diagram of regulation project for the Yangtze Estuary deep-water channel表1 一、二期工程主要整治建筑物建设规模Table1 Project scale at the1st and2nd regulati on phases分项工程名称一期工程(1998 1-2000 3)一期工程完善段(2000 11-2001 6)二期工程(2002 5-2004 11)分流口南线堤 km1 60潜堤 km3 20南导堤 km20 0010 0018 08北导堤 km16 5011 4121 29丁坝 座 km-16 5 974 5 2314 18 92 资料与方法从交通部长江口航道管理局收集了长江口深水航道治理一、二期工程2000-2005年北槽航道各疏浚单元的回淤量资料。

由于一期工程和二期工程阶段北槽航道疏浚维护的尺度不同(表2),为了在统一的标准下进行对比,文中计算了各阶段航道的年淤积强度(或厚度),即年淤积强度等于年回淤量除航道疏浚维护面积(航道长度 航道宽度)。

表2 不同阶段北槽航道疏浚维护尺度Table2 Scale of the navigation channel in the North channel at different stages年份航道尺度长度 km宽度 m水深 m工程前15 72507 0一期工程51 83008 5二期工程74 535010 0长江口深水航道治理工程采用分疏浚单元进行回淤计量的方式,沿北槽航道纵向划分多个疏浚单元,每疏浚单元的长度约2km,其中一期工程约划分26个疏浚单元,自上而下编号为A~Z(图1);二期工程在一期工程的基础上对疏浚单元进行了上、下的延伸,共设置疏浚单元36个。

为便于一、二期工程航道回淤的时、空对比,文中计算了各疏浚单元的回淤强度,即单位面积一天内的泥沙淤积厚度。

3 航道回淤变化3 1 时间变化3 1 1 年际变化长江口深水航道治理一、二期工程实施后,航道年淤积强度在0 61~2 03m 之间,最大值发生在2000年,最小值发生在2004年(表3)。

总体来看,由于整治工程作用的发挥,尽管二期工程航道维护水深较一期工程有所增加,但航道年淤积强度却呈明显的下降趋势。

表3 大通径流量、输沙量与航道回淤强度的年际变化(2000-2005)Table 3 Annual runoff,sediment load and channel deposition in tensity from 2000to 2005at Datong年份200020012002200320042005平均径流量 亿m 39266825099269248788490118931输沙量 亿t3 372 762 752 061 472 162 43年淤积强度 m2 031 161 371 280 611 401 31航道维护水深 m 8 59 5~10注:a.2000年回淤量为4-12月的统计值。

3 1 2 年内变化长江口深水航道回淤呈明显的季节性变化特征,年内回淤分布向洪季集中。

一、二期工程洪季(5-10月)北槽航道回淤量占全年回淤量的比重在72 6%~95 8%之间,平均值达82 5%(表4)。

7-9月通常为一年中航道回淤量最大的月份(图2),2月为一年中航道回淤量最小的月份,部分年份2月航道还表现为冲刷。

表4 洪季回淤量占全年回淤量的比重(2001-2005)T able 4 Ratio of the re -siltation quantity during flood season to that in the whole year年份200020012002200320042005平均比例72 6%90 1%78 3%95 8%75 8%82 5%月回淤量最大值出现的月份8378987图2 北槽航道月回淤量变化注:正值表示淤积,负值表示冲刷Fig.2 Change of the monthly re -sil tation quantity 3 2 空间变化3 2 1 年际变化长江口深水航道治理工程实施前,北槽人工疏浚航道位于北槽上段。

一、二期工程航道回淤的峰值位置和重心位置经历了下移和上提的过程,回淤强度的峰值有增大的趋势(图3)。

由图3可知,一、二期工程北槽航道年回淤强度沿程分布呈多峰(双峰或三峰)变化的特点。

一期工程期间(2000-2002年),北槽航道回淤强度的主峰位于北槽下段的O~P 单元,回淤强度峰值约为9 2~13 4mm m -2 d -1;次峰或次次峰位于北槽上段的I ~J 单元,峰值约为4 6~11 3mm m -2 d -1。

二期工程航道维护期间(2005年),北槽航道的回淤分布向北槽上段集中,回淤强度的主峰位于北槽上段的J 单元,峰值却达15 7mm m -2 d -1。

根据回淤强度纵向分布(图3),统计了各年回淤的重心位置(图4)。

可见,北槽航道回淤强度的重心位置明显上移的趋势。

一期工程期间(2000-2002年),北槽航道回淤重心均位于北槽下段,距横沙水文站在29~33km 之间(N~P 单元)。

二期工程后的2005年,北槽航道回淤重心距横沙水文站在17 8~20 3km 之间(F~G 单元),较一期工程上移11 2~12 7km 。

3 2 2 年内变化2000年以来洪、枯季北槽航道回淤强度的纵向分布见图5。

图6为航道回淤重心位置的年内变化。

图3 北槽航道年回淤强度分布Fi g.3 Longitudinal change of the yearlyre -siltationintensity 图4 航道回淤重心位置的年际变化Fi g.4 Yearly change of the location of the max i mum re -siltationintensity图5 洪枯季北槽航道回淤强度的纵向分布Fig.5 Longitudinal distribution of the re -sil tation intensi ty during the flood and dry seasnon,respectively图6 航道回淤重心位置的年内变化Fig.6 Seasonal change of the location ofthe maximum re -siltation intensity 由于图5、8可知,北槽航道回淤的重心位置总体呈向上移动的特点,但年内展现出季节性变化的特点,洪季航道回淤重心下移,枯季则上提。