长江口横沙浅滩挖入式港池与入海航道区域海床稳定性分析
长江口横沙浅滩及邻近海域含沙量与沉积物特征分析
长江口横沙浅滩及邻近海域含沙量与沉积物特征分析徐海根;虞志英;钮建定;李身铎;郑建朝【摘要】长江口在河流动力和海洋动力相互作用和相互制约下,在河口口门形成了庞大的河口拦门沙系,在河口口外形成了巨大的水下三角洲.横沙浅滩是河口拦门沙系的重要组成部分.横沙浅滩含沙量不仅受到流域来水来沙条件的影响,更主要的是受到台风暴潮和寒潮大风的影响,除了大潮含沙量大于小潮含沙量的特征外,冬季含沙量大大大于夏季含沙量.横沙浅滩5 m水深含沙量的总体水平约为0.459 kg/m3.横沙浅滩邻近海域含沙量在向海方向上迅速降低.除潮汐大小含沙量呈现大小变化之外,冬季含沙量大于夏季含沙量是其主要特征.长江流域来沙近年来呈现减少趋势,邻近海域含沙量有所减少,局部海床出现冲刷现象.横沙浅滩沉积以细粉砂为主,水下三角洲沉积物以粘土质粉砂为主,横沙浅滩及邻近海域沉积物的平面分布和垂向分布均反映了横沙浅滩沉积物和水下三角洲沉积物的组合结构.拟建横沙浅滩挖入式港池和外航道沉积地层均为第四纪疏松沉积层,特别是水下三角洲地层,可挖性好,容易成槽,对工程建设有利.【期刊名称】《华东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】13页(P42-54)【关键词】长江口;横沙浅滩;水下三角洲;含沙量;沉积物【作者】徐海根;虞志英;钮建定;李身铎;郑建朝【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062;中交第三航务工程勘察有限公司,上海200032;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062;中交第三航务工程勘察有限公司,上海 200032【正文语种】中文【中图分类】P7510 引言拟选横沙浅滩挖入式港池及外航道位于长江口横沙浅滩及邻近海域.长江全长6 300 km，流域面积180万km2，流域来水来沙丰富.长江口潮汐强度属于中等.口门多年平均潮差2.66 m，最大潮差4.62 m.长江口潮量巨大.在多年平均流量和平均潮差的情况下，洪季大潮进潮量有53亿m3，枯季小潮进潮量也达13亿m3.长江河口河流作用显著，海洋作用强劲，两者相互作用和相互制约，导致在河口口门泥沙集聚和沉积，形成河口拦门沙系，包括拦门沙航道和拦门沙浅滩，两者相间分布.拦门沙浅滩有崇明东滩、横沙东滩和横沙浅滩、九段沙等.横沙东滩和横沙浅滩以N23丁坝分界，以西与横沙岛相接，称横沙东滩，以东为横沙浅滩.长江口拦门沙向海方向为巨大的长江水下三角洲.面积达1万km2以上，下界水深30～50 m，北面与苏北浅滩相接，南面连接杭州湾海底平原.它是长江入海泥沙扩散沉积形成的一个巨大地貌单元.1 含沙量横沙浅滩含沙量具有长江口拦门沙浅滩含沙量的共同特征.含沙量不仅受上游来水来沙的影响，更加受到台风、寒潮、波浪和潮汐潮流的巨大影响.我们在邻近的佘山水文站从1998年到2001年连续三年观测含沙量资料（见表1），得到多年平均含沙量为0.459 kg／m3.佘山水文站在崇明东滩5 m水深处，可以代表横沙浅滩5m水深处的含沙量总体水平.20世纪80年代，上海市海岸带和海涂资源综合调查时，横沙浅滩5 m水深处含沙量为0.5 kg／m3，与上述数据相当［1，2］.横沙浅滩含沙量季节性变化明显（见图1）.7月最小，11月最大，月均值前者为0.21 kg／m3，后者为0.74 kg／m3.11月最大含沙量曾出现过17.29 kg／m3.含沙量的季节性变化，显然不是上游来水来沙变化为主因，而是台风暴潮和寒潮大风影响的结果.表1 1998—2001年佘山站含沙量统计表Tab.1 Statistic table of concentration of Sheshan Station from1998 to 2001 kg·m－31 0.46 1.76 8 0.384.20 2 0.44 1.39 9 0.40 3.02 3 0.53 3.86 10 0.47 4.34 4 0.42 2.75 11 0.74 17.29 5 0.26 1.48 12 0.44 1.76 6 0.24 1.10 年平均0.42 17.29 7 0.21 1.81横沙浅滩邻近海域含沙量降低.如表2所示，北港口门含沙量比口外大.含沙量向海方向急剧降低，在洪季北港口门平均含沙量为0.786 kg／m3，口外20 m等深线附近仅为0.153 kg／m3.图1 佘山全年含沙量Fig.1 Monthly suspended sediment concentration at Sheshan Station表2 1982年含沙量同步观测结果Tab.2 Observed suspended sediment concentration in 1982 kg·m－32301（北港口门） 0.728 0.844 0.7860.803 0.746 0.774 2302（北港口外） 0.167 0.139 0.153 2401（北槽口门）0.329 0.587 0.458 1.130 1.068 1.091 2402（北槽口外） 0.242 0.238 0.2401982年洪季平均含沙量分布如图2所示.大潮含沙量大，小潮含沙量小；含沙量等值线大潮外推，小潮内移；含沙量分布向海方向急剧降低.图2 洪季大小潮平均含沙量分布图（kg·m－3）Fig.2 Distribution of average concentration of flood season（kg·m－3）1982年枯季平均含沙量分布如图3所示.大潮含沙量大，小潮含沙量小；含沙量等值线大潮外推，小潮内移；含沙量平面分布，向海方向急剧降低.图3 枯季大小潮平均含沙量分布图（kg·m－3）Fig.3 Distribution of average concentration of dry season（kg·m－3）根据图2和图3分析，含沙量季节性变化明显.冬季含沙量比夏季大.0.2 kg／m3含沙量等值线，洪季大潮分布在20 m等深线以西，枯季大潮可东移到40 m等深线附近.1998年北槽深水航道建设工程开始，横沙东滩促淤圈围工程跟着开工建设，到2004年横沙浅滩及邻近海域的含沙量有如下的分布特征.如表3所示，横沙浅滩5 m水深以浅地区，平均含沙量均在0.5 kg／m3至1.0kg／m3；在横沙浅滩东侧前沿水深5～10 m的鸡骨礁附近含沙量明显降低，平均含沙量降至0.5 kg／m3以下.实测最大含沙量分布在底层，可达1.0kg／m3 以上［5］.表3 2004年含沙量同步观测结果Tab.3 Observed suspended sediment concentration in 2004 kg·m－312 N2（北导堤外） 0.40 0.60 0.43 0.89 N4（横沙鸡骨礁－10 m） 0.19 0.35 0.22 0.54 CS5D（－10 m航道侧）0.53 0.86 1.07 1.CS4D（口内） 0.42 0.59 0.74 1.512004年北槽口及附近海域含沙量平面分布如图4所示.从中可以看出，北槽口含沙量大，向海方向急剧降低.0.1 kg／m3含沙量等值线介于10 m和20 m等深线之间，含沙量等值线走向与地形等深线走向相似.长江流域来沙近年发生了显著变化，对河口含沙量已经产生了影响.长江多年平均径流总量约9 000亿m3，年内分布具有季节性（见图5）.流域来沙，在各种因素的影响下近年呈现减少趋势.以安徽大通站为例，年均输沙量1951—1989年为4.71亿t，1990—2000年为3.46亿吨，2000—2009年为1.92亿t，2006年为0.848亿t，2011年仅为0.77亿t（见表4和图6）.流域来沙减少已致长江口口内含沙量降低，邻近海域也有所降低［4］.长江口邻近海域海底地形出现冲刷带，可能与流域来沙减少有关.不过，这方面还得进行进一步的现场测量和研究工作.图4 2004年长江口全潮平均含沙量分布图Fig.4 Distribution of average tidal concentration of Changjiang Estuary in 2004表4 长江大通站输沙量Tab.4 Sediment discharge of Changjiang Datong Stationmm 1950—2000 4.33 0.486 0.年份年输沙量／亿t 年均含沙量／（kg·m－3） D50／017 2003 2.06 0.223 0.010 2011 0.77图5 大通站年径流量变化过程Fig.5 Annual runoff of the Changjiang River in Datong Station图6 大通站年输沙量变化过程Fig.6 Annual sediment discharges of the Changjiang River in Datong Station2 沉积物横沙浅滩及邻近海域动力条件和泥沙运动十分复杂，沉积环境也有多样，因此沉积物类型较多.沉积物类型，粗至细砂，细至粘土，各种类型都有.如细砂、粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂、粘土质粉砂、粉砂质粘土和粘土［2，3，5，7］.但是，它们分布有序，很有规律.横沙浅滩基本上由粉细砂物质组成.图7为取样站，表5为颗粒分析成果表.有细砂、粉砂质砂、砂质粉砂组成.个别滩地也有粘土质粉砂等细物质沉积，但不是主要的. 图7 横沙浅滩沉积物取样站位图Fig.7 Sediment sampling stations around Hengsha Shoal1982年横沙浅滩及邻近海域沉积物平面分布如图8所示.横沙浅滩由粉砂质砂组成.拦门沙航道由粘土质粉砂组成.邻近海域水下三角洲由粉砂和粘土质粉砂等细颗粒物质组成.2004年横沙浅滩及邻近海域沉积物平面分布如图9所示.横沙浅滩由粉砂质砂组成.拦门沙航道由粘土质粉砂组成.邻近海域5～10 m等深线之间沉积物由粉砂组成，10 m等深线以深的水下三角洲由粘土质粉砂组成.表5 沉积物粒度分析成果统计Tab.5 Statistics of sediment grain sizeQ179 65.8 20.4 13.8 0.126 0.116 TS 2001.5 Q180 50.4 34.9 14.3 0.063 0.067 TS 2001.5 Q181 44 40.5 15 0.051 0.054 TS 2001.5 Q182 75.3 14.75 9.95 0.136 0.125 S 2001.5 Q188 60.52 39.44 27.34 0.122 0.111 Y－TS 2001.5 Q189 76.7 15.58 7.54 0.140 0.129 S 2001.5 Q190 12.5 61.78 25 0.012 0.028 YT 2001.5 Q191 70.9 18.85 10 0.132 0.128 S 2001.5 Q199 20.3 60.56 18.6 0.0200.048 ST 2001.5 Q200 20.2 60.15 19.1 0.019 0.047 ST 2001.5 Q201 73.1 15.29 11.3 0.139 0.120 S 2001.5 Q208 57.7 29.03 12.90.096 0.093 TS 2001.5 Q209 50.9 31.87 16.7 0.067 0.076 TS 2001.5图8 1982年长江口底砂D50（mm）分布图Fig.8 Distributions of Changjiang Estuary sediment（D50）in 1982图9 2004年长江口底砂D50（mm）分布图Fig.9 Distributions of Changjiang Estuary sediment（D50）in 2004长江口表层沉积物中泥的百分含量平面分布图（见图10）和砂的百分含量平面分布图（见图11），是20世纪80年代上海市海岸带和海涂资源综合调查沉积调查的资料.从中可以看出，横沙浅滩表层沉积物泥的百分含量不足10%或20%，砂的百分含量在50%～80%以上.横沙浅滩邻近海域水下三角洲表层沉积物中泥的百分含量在50%以上，砂的百分含量不足20%.应予指出，长江口东北部分，东经122°30′以东和北纬31°20′以北一大片海域，泥的百分含量不足10%，砂的百分含量大于80%，是一个粗颗粒沉积物的存在区.横沙浅滩拟建挖入式港池建议提出以后［6］，中交第三航务工程勘察设计院有限公司在横沙浅滩及邻近海域布置和进行了4个工程地质钻孔（见表6，图12和图13），为研究工程区域沉积物垂向分布提供了资料［7］.地质历史上，长江口经过复杂的变化.冰后期海侵，长江口成为溺谷.河流入海泥沙堆积，溺谷变成河口湾，再变成三角洲河口.三角洲河口发育阶段，河口拦门沙发育（包括拦门沙航道和拦门沙浅滩），水下三角洲发育.C3孔可以代表河口拦门沙沉积剖面.表层为河口拦门沙航道沉积，物质细，粉质粘土，第二层为河口拦门沙浅滩沉积，物质粗，粉细砂.根据历史海图分析，1842年北港口航道在佘山附近入海，现在北港口航道已在佘山以南，已经移到以前的横沙浅滩位置.根据目前横沙浅滩表层沉积物对比分析，实际上第二层粗物质粉细砂与目前滩面表层沉积物相似.所以C3孔可以代表横沙浅滩沉积物的沉积剖面.横沙浅滩粉细砂沉积层的底板高程约在鸡骨礁（122°22.9′E、31°10.4′N）理论最低潮面下13.20 m 左右.第三层、第四层、第五层，物质变细，粉质粘土、淤泥粘土到粘土，为全新世水下三角洲沉积.底板高程约在鸡骨礁理论最低潮面下48.50 m左右.第六层，物质有所粗化，粉质粘土夹粉砂，属晚更新世沉积地层.图10 长江口沉积物泥百分含量分布图Fig.10 Distributions of Changjiang Estuary mud percentage concentration图11 长江口沉积物砂百分比含量分布图Fig.11 Distributions of Changjiang Estuary sand percentage concentration表6 勘探点位置表Tab.6 Locations of drilling coresC1 31°14.9997′122°25.0110′ 长江口锚地，鸡骨礁外C2 31°15.0029′ 122°20.2960′ 横沙浅滩东侧，鸡骨礁北约8 km C3 31°20.3153′ 122°07.9836′ 横沙浅滩北侧，长江口北港水道C4 31°7.4900′ 122°19.9900′ 横沙浅滩南侧，鸡骨礁南约5 km，长江口南港水道C1孔位于横沙浅滩以东邻近海域，在10 m等深线以外的水下三角洲上.第一层，淤泥；第二层，淤泥质粉质粘土；第三层，淤泥质粘土；第四层，粘土.都是细颗粒沉积物，都属第四纪全新世水下三角洲沉积.与C3孔水下三角洲沉积剖面相似.底板高程在鸡骨礁理论最低潮面下58 m左右.第四层向下的地层为晚更新世沉积地层.C2孔介于C1孔和C3孔之间，在横沙浅滩东侧5 m等深线附近.第一层为粉细砂，属于河口拦门沙浅滩沉积.第二层，淤泥质粘土；第三层，粘土，属于水下三角洲沉积.这与C3、C1的水下三角洲沉积剖面相似.底板高程在鸡骨礁理论最低潮面下46.80 m左右.该层以下为晚更新世沉积地层.实际上，C3、C2、C1三个钻孔可以构成从横沙浅滩到水下三角洲的一个沉积纵剖面.剖面上部河口拦门沙浅滩沉积，以灰色粉细沙为主，局部为灰黄色，饱和，松散～稍密，砂质不纯，颗粒较均匀，含云母和贝壳碎片，夹粘性泥层.剖面下部呈现灰黄色淤泥质粉质粘土，饱和，流塑，土质均匀，切面较光滑，夹少量粉砂层，含少量有机质，偶见粉砂小团块，摇振见反应，韧性中等，再现灰色淤泥质粘土，饱和，流塑，土质均匀，切面光滑，有光泽，夹少量粉砂或粉土微粒层，含少量贝壳碎片，无摇振反应，韧性高，标准贯入击数＜1；最后为灰色粘土，饱和，软塑，土质均匀，切面光滑，有光泽，夹粉砂微粒层，含少量贝壳碎片，无摇振反应，韧性高，标准贯入击数2～5击.构成的沉积纵剖面，从横沙浅滩到水下三角洲，沉积物有两大类型，上部为河口拦门沙浅滩沉积，物质粗，向海方向尖灭；下部为水下三角洲沉积，物质细，遍及横沙浅滩和水下三角洲.晚更新世地层在全新世地层之下，标准贯入击数高.这种沉积物沉积剖面结构对横沙浅滩挖入式港池和外航道建设十分有利.C4孔位于横沙浅滩南侧10 m等深线附近，依然显示河口浅滩沉积和水下三角洲沉积的二元结构特征.但是，在鸡骨礁理论最低潮面下48.00m以下的晚更新世地层确为粉细砂，并不是其余3个钻孔所显示的粉质粘土夹粉砂，说明晚更新世沉积地层平面变化比较复杂.在现有资料情况下，C3、C2、C1沉积物垂向分布特征，已经包涵了横沙浅滩及邻近海域，而且沉积物分布有序、规律，可以作为拟选工程横沙浅滩挖入式港池和外航道建设的沉积物分布的特征资料.疏松沉积层，可控性好，对拟建工程建设有利.3 小结综合以上讨论分析，可得：① 长江口在河流和海洋相互作用与相互制约下，形成了庞大的河口拦门沙系和水下三角洲两大地貌单元.拟选横沙浅滩挖入式港池和外航道就在河口拦门沙浅滩和水下三角洲上.② 横沙浅滩5 m水深处含沙量在0.459 kg／m3左右.大潮含沙量大于小潮，冬季含沙量大于夏季，台风暴潮、寒潮大风对浅滩地区泥沙运动作用明显.邻近海域含沙量低，向海方向急剧减小.含沙量大潮大于小潮，冬季大于夏季.近年来长江流域来沙呈现减小趋势，邻近海域含沙量也因此有所降低，局部海床有所冲刷.③ 横沙浅滩表层沉积物粗，以粉细砂为主，水下三角洲表层沉积物细，以粘土质粉砂为主.根据地质钻孔资料分析，C3孔、C2孔、C1孔显示的沉积物垂向分布，全新世地层可以分为两层，上层由粉细砂组成，属于河口拦门沙浅滩沉积，下层由淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、粘土组成，属于水下三角洲沉积.都是疏松沉积层，可挖性好，对横沙浅滩挖入式港池和外航道建设有利.上述意见仅根据现有资料所做的初步分析.实际上，含沙量和沉积物特征及其分布十分复杂，随着研究工作进展，还应做更多、更广泛的调查研究工作.［参考文献］［1］陈吉余.中国河口海岸研究与实践［M］.北京：高等教育出版社，2007.［2］陈吉余.上海市海岸带和海涂资源综合调查报告［M］.上海：上海科学技术出版社，1988.［3］郭蓄民，许世远，王靖泰，等.长江河口地区全新统的分层与分区［G］／／严钦尚，许世远.长江三角洲现代沉积研究.上海：华东师范大学出版社，1987. ［4］何青.河口泥沙［M］／／陈吉余.21世纪的长江河口初探.北京：海洋出版社，2009.［5］虞志英.长江口北槽口外水下地形［G］／／沉积环境变化和对三期外航道的影响.上海：华东师范大学河口海岸国家重点实验室，2004.［6］中交第三航务工程勘察设计院有限公司，华东师范大学河口海岸国家重点实验室.上海国际航运中心横沙浅滩挖入式港池规划方案研究报告［R］.上海：华东师范大学，2012.［7］中交第三航务工程勘察设计院有限公司.上海新港区选址（横沙）项目研究前期工作报告［R］.上海：中交第三航务工程勘察设计院有限公司，2012.。
长江口横沙东滩外侧建设人工岛的自然条件分析
长江口横沙东滩外侧建设人工岛的自然条件分析薛靖波;蒋雪中;买佳阳【摘要】利用2001-2008年的海图资料和2011-2012年枯季现场水文调查数据，分析长江口横沙东滩外侧海域的河势、水动力条件及泥沙含量的潮周期过程，讨论在此建设人工岛的自然条件。
结果表明，横沙东滩外侧海域，2001-2008年间冲淤有变化，由滩向海的断面显示上部淤积，下部侵蚀，冲淤转换面在-7～-10 m之间，-10～-20 m 海域整体呈现微冲趋势，但侵蚀速率减缓，河势趋于稳定。
横沙东滩受北槽深水航道北导堤影响，向东南方向淤进。
定点船测潮流表现出旋转流性质，枯季大潮最大流速不超过188 cm/s，小潮最大流速小于134 cm/s；北港口外的定点余流显示向口内输运，北槽口外则是向海输运。
两测站数据显示枯季大小潮垂线平均含沙量处于0．061～0．116 kg/m3之间，水体泥沙含量整体处在较低水平。
从自然条件上来说，不考虑风浪影响情况，研究区域内河势渐趋稳定，水深条件良好，水动力条件适宜，水体含沙量较低，在该区域内建设人工岛具有可行性。
%Shanghai harbor is to be built to an international shipping center,and needs deep-water harbor to meet the continuous increasing cargo transportation demands and larger vessels.Based on nautical charts during 2001 to 2008 and in-situ survey data obtained during 2011 to 2012,this paper discussed the feasibility of natural condition to build an artificial island outside the Changjiang Estuary.The results showed that the sea bed of the study area was stable,and its topography changed littlefrom 2001 to 2008.Seven cross-section profiles showed that there was slight deposition in the upper part but erosion in the lower part,and the transforming depth from deposition to ero-sion was about -7 m to -10m.The Hengsha East Shoal expands southeastwards due to the construction of north leading dike of the Changjiang Estuary deep-water navigation channel.The in-situ survey data showed that there was a rotary tidal current during the entire tide phase in winter,and the maximum current velocity was less than 188 cm/s during the flood of spring tide and no more than 134 cm/s during the ebb of neap.The residual cur-rent of the observation points showed some differences,e.g.,it was transported into the estuary outside of North Channel,and it was transported toward the sea outside of Northern Passage.The in-situ average suspended sedi-ment concentration was 0.061 kg/m3 to 0.116 kg/m3 ,corresponding to neap tide and spring tide,respectively. Based on analytical data provided above,we suggested that the hydrodynamic condition and the suspended concen-tration outside the Changjiang Estuary were suitable to build an artificial island,and weak local siltation could be expected due to rotary tidal current at the east edge of the Hengsha east shoal in the Changjiang Estuary.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】10页(P163-172)【关键词】河势变化;动力条件;横沙东滩;人工岛;长江口【作者】薛靖波;蒋雪中;买佳阳【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062【正文语种】中文【中图分类】P751人工岛的建设已成为世界沿海各国和地区开发海洋的一种新形式和新途径。
长江口不同河段近期河床演变特点及碍航特性分析
长 江 口航 道是 长 江黄 金 水道 的咽 喉 ， 关 系 国 民经 济发 展 和 国 防建 设 全 局 的水 上 运输 通 道 ， 是 战略 地 位 非 常 重 要 。 江 口深 水 航 道 治 理 三 期 工 程 已于 ２ １ 长 ００年 ３月 １ 日通 过 交 通 运 输 部 组织 的 交 工验 收 ， 达 ４ 长
表 １ 长 江 口主 要 航 道 现 状
Ｔ ｂ １ ｕ ｒ ｎ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｅ Ｙａ ｇ ｚ ｓｕ ｒ ｔｒ ａ ａ． Ｃ ｒｅ ｔ ｔ ｔ ｆ ｈ ｎ ｔｅ Ｅ ｔａ ｙ ｗａｅ ｗ ｙ ｓｕ ｏ ｔ
注： 主航道徐六 泾一南港段宽度为设标宽度 ， 南港北 槽段为航道底 宽； 北支暂 以灵甸 港 、 红阳港 、 五仓
势， 并结合航道发展规 划 目标 ， 从航 道水 深、 宽度 、 向及稳定性等指标 ， 走 分析 了长江 口不同河段 的碍航特 性。 结果表明 ， 长江 口多数河段 尚未得 到有效 的人工控制 ， 局部河段航槽稳定性较差 ， 部分航段水深较浅 ， 制约了航道资源的开发利用。 为合理 开发利用 和有 效保 护长江 口航道资源 ， 迫切需要 根据近期 河势变化 特点和碍航特性 ， 进一步 明确航道治理基本 原则 与思路 ， 提出科学合理 的工程布置方案 。 关键词 ： 航道 ； 河床演变 ； 碍航特性 ； 长江 口
１ 河 势及 航道 现 状 概 况
长 江 口是丰 水 多沙 、 中等 强度 潮 汐 的三 角洲 分 汊河 口 ， 起徐 六 泾 ， 讫 人海 口。 过 两 千 多年 的 自然 上 下 经 演 变和 区域 人类 活动 的影 响 ， 江 口河 道 已演 变为 三级 分 汉 、 口人海 的 喇叭状 平 面形 态 。 长 四 徐六 泾 节点 形成
长江口横沙浅滩及邻近海域水动力特征分析
长江口横沙浅滩及邻近海域水动力特征分析李身铎;朱巧云;虞志英【摘要】主控本海域泥沙运动和海床冲淤演变的水动力是水体中具有强周期性的潮汐运动和弱周期性的长江径流之耦合.潮汐运动主要由源潮波即半日潮波和日潮波叠加而成,因浅海非线性效应而衍生的浅水潮波也有相当贡献,从而形成具有以半日潮周期为主,且伴有日不等现象的水体流动.基本沿陆岸呈南北向传播的潮波,经长江口门在本海域顺势折向,入横沙浅滩南北的北槽和北港水槽,基本转成东西向的流动.本海域滩槽相间,且处在口门和滨坡交接段,复杂地势制约着潮流运动形式:顺河槽和沿横沙浅滩东侧分别为东西和南北主流向的往复流；而其间的海域基本呈南向流强于北向流的旋转流.正由于这种形式的旋转流存在,造成口外滨坡海床的冲刷以及挖入式港池的深水航道段会有较强的横流出现.长江径流顺河槽下泄东流,出口门后浮置于海外盐水之上,随不同季节,或东南或东北向汇入大海,由此往往造成上下水层流向不一致的垂向结构.【期刊名称】《华东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】17页(P25-41)【关键词】潮流运动;水动力;径流;往复流;旋转流;潮流椭圆;地形特征;风浪;季风【作者】李身铎;朱巧云;虞志英【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062;长江水利委员会长江口水资源勘测局,上海 200213;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062【正文语种】中文【中图分类】P7510 引言研究海域处于长江口门段至口外海滨的过渡段，由长江水沙汇集的拦门沙区逐渐过渡到径流和泥沙的扩散沉积区，水动力主要由潮汐运动和长江下泄的径流耦合而成的.其中潮汐运动源于西北太平洋的潮波，其横穿琉球群岛传入中国东海后，其中半日潮波以自由潮波的形式输向西北，沿江浙岸线北上，途径杭州湾和长江口折向西而传入；而部分日潮波北上进入黄海中部形成旋转潮波系统，然后自北向西传到长江口外海域.长江丰沛的径流随季节而变，源源不断顺南北支水槽下泄至外海滨，一般在洪季浮置于口外盐水之上，转向东北扩散，而在枯季则向东偏南方向流散.海域中其他定常性的沿岸流和风海流相对比较弱.因此表现在水流运动中凸显潮汐周期性特征：每太阴日内随月相两涨两落，并日不等明显，一般落潮流强于涨潮流.波浪运动主要以风浪为主，且明显受季风影响，冬季浪向偏东北，夏季浪向偏东南.除台风季节或冬季寒潮大风时偶现6级以上的大浪，一般风浪较小.1 潮汐1.1 潮汐性质根据验潮站的水位资料和潮波数学模拟的分析，选得长江口主要分潮的调和常数振幅分布列于表1.据表可知，在潮汐中以太阴半日分潮M2占绝对优势，且自东向西递增，越近口的越强；日分潮亦有此变化趋势，但变化较缓.（HK1＋HO1）／HM2比值大部分为0.35左右，属半日潮性质.浅水分潮在长江口门附近明显增大，（HM4＋HMS4）／HM2达到0.20左右，而在水深10 m处的鸡骨礁附近和南槽口外较小，仅仅是0.05～0.07.据此长江口门海域潮汐属非正规半日浅海潮类型.1.2 潮汐特征潮差和涨落潮时是表述潮汐特征的重要指标.沿河槽纵向上，潮差由河口外经河口至河口内先增后减；如表2所示，平均潮差在南槽口外的绿华山为2.53 m，向西至北槽的鸡骨礁为2.57 m，入北槽口内的九段东达2.84 m，再沿河道西至横沙东减为2.60 m；在横向上长江南支多槽口门自北向南潮差渐增：佘山2.12 m，横沙东2.60 m，下浚2.91 m，芦潮港达3.33 m［1，2］.潮汐越向南越强.潮差随时间也有一定的变化.长江口门处的横沙，九段沙洪季潮差大而枯季小，口外如大戢山，鸡骨礁潮差则具天文周期，一般3月和9月最大，1月和6月最小.本海域涨潮历时短于落潮历时，在口门内的横沙和南端的芦潮港，落潮历时一般有7 h，长于涨潮历时2 h，向口外涨落潮历时差渐减，口门处佘山、下浚和九段东等落潮历时长1 h，至口外海域鸡骨礁、大戢山，涨潮历时仅短0.75 h，至绿华山，涨落潮历时几乎相等.表1 长江口主要分潮的调和常数振幅分布Tab.1 Harmonic constants of major tide constituents around the Changjiang Estuary北支外庙港 138 28 19 1517 0.34 0.23北港外横沙 132 29 17 16 10 0.35 0.2北槽外中浚 138 3018 16 13 0.35 0.2南槽外芦潮港 150 32 20 11 10 0.35 0.14水深5～15m范围测站调和常数振幅（H）HM2HK1HO1HM4HMS HK1＋HO1）／HM2 （HM4＋HMS4）／HM2 4北支外 1＃ 118 27 16 4 4 0.36 0.07北港外佘山 118 24 15 7 6 0.33 0.11北槽外鸡骨礁 117 28 15 4 2 0.37 0.05南槽外大戢山 122 30 16 5 3 0.38 0.07水深20～30 m范围测站调和常数振幅（H）HM2HK1HO1HM4HMS HK1＋HO1）／HM2 （HM4＋HMS4）／HM2 4北支外 114 25 14 6 5 0.34 0.1北港外 3＃ 111 23 13 7 7 0.32 0.12北槽外 4＃ 109 21 12 7 7 0.3 0.12南槽外绿华山 119 28 16 4 30.37 0.06表2 长江口海域潮差和涨落潮历时Tab.2 Tidal ranges and durations around the Changjiang Estuary58最大潮差／m 4.49 5.05 5.98 4.96 4.52 5.45 4.89涨潮历时／（h：min） 5：45 5：10 5：27 5：26 5：42 6：30 5：50 6：03落潮历时／（h：min） 6：39 7：15 6：58 7：00 6：44 5：56 6：35 6：测站佘山横沙下浚芦潮港九段东鸡骨礁大戢山绿华山平均潮差／m 2.45 2.60 2.91 3.33 2.84 2.57 2.89 2.242 潮流2.1 潮流特征根据本海域众多测流站资料准调和分析后算得的潮流椭圆要素的长轴分析［3］，（WK1＋WO1）／WM2在各槽较小，约0.16～0.39，显示半日分潮流占绝对优势，在口外渐大，约0.35～0.55，显示日分潮流的作用增强，故而潮流运动的日不等现象明显.浅水分潮流在口门附近相对较大（见表3），（WM4＋WMS4）／WM2比值约为0.12～0.21，口外海域相对较小，约在0.03～0.12左右，因此本海域潮流属于非正规浅海半日潮流类型.潮汐和潮流虽属同一类型，但潮流中的日分潮流相对较大，因而在潮流运动中一周日前后两潮的潮流不等现象较更明显. 表3 长江口海域潮流类型分布Tab.3 The distribution of tide current type around the Changjiang Estuary41（WM4＋WMS4）／WM2 0.24 0.23 0.24 0.19～0.18 0.18～0.（WK1＋WO1）／WM2 0.42 0.34 0.24 0.23～0.34 0.34～0.142.2 潮流运动形式研究海域主要以太阴半日分潮流M2主控着潮流运动.根据大量M2分潮流椭圆要素的统计分析（见表4），在北港、北槽和南槽附近，表层椭圆长轴约100～130 cm／s，方向约90°～110°，椭率－0.30～0.45左右，表明潮流较强，基本是沿各槽的走向往复流动，其中港池工程区北侧的北港相对较弱，而工程区横沙南侧的北槽口，特别在深水航道工程后流速较大.自口门至岸滨10 m水深附近为长江口地形过渡段，由沿河槽东西走向的水深线转为沿陆岸南北走向的水深线，水域变得宽阔，从而随之流动的形式也有所改变，流速相应减小，长轴约为80～110 cm／s，潮流旋转性增强，椭率大都在－0.60以上，已具逐时流矢呈顺时针方向旋转的旋转潮流性质，特别在挖入式港池外的深水航道段，椭率大致为－0.70～－0.90，且主轴方向为350°左右的强南北向流动，其流矢常会横穿航道.按流动垂向变化，一般底层往复性质较强，而表层旋转性相对明显（见图1）.图1 1982年M2分潮流椭圆长短轴、椭率（表层）Fig.1 Ecllipse axis and ellipticity of the M2tidal current at 1982表4 长江口海域半日分潮流M2表层椭圆要素分布Tab.4 Ecllipse axis and ellipticity of the M2tidal current around the Changjiang Estuary?2.3 流态和流势本海域的潮流主要由东海沿大陆等深线从东海自东南向西北传播的半日分潮流和由黄海形成的旋转潮波自北向南传播的日分潮流合成而成.传播中不断受到地形制约，当达到长江口附近海床等深线呈横T形分布海域，潮流由南北转折向东西方向，从而该海域在空间上流态相当复杂.在横T形外的岸滨斜坡海域，南北向潮流历时较长，基本呈旋转流状态，而也正是因为这强劲的南北向水流定向冲刷，在海床形成沿等深线走向的冲刷带；在横T形内侧，潮流进入各河槽，受地形约束，即呈现出主轴东西向、流速迅增的往复流，而沿河槽两旁的浅滩东侧，如横沙浅滩东沿，潮流呈现沿滩的往复流.据大量同步测流资料分析，长江口外整体流场呈有与潮位同步的潮周期，如以本海域鸡骨礁设为主港，在其低平潮时前1至2 h，潮流为落潮时段，全海域呈向东偏南外泄的强流（图2－a）；在该港高平潮时前1至1.5 h，产生涨急流（图2－b），全海域呈向西偏北入长江各河槽的强流；而该港低平潮时后的1.5 h，潮流为落憩时段（图2－c），槽口附近呈流向混乱的弱流，10 m水深外为南向潮流；该港高潮时后的1.5 h，潮流为涨憩时段（图2－d），各槽附近为流向不定的弱流，外海则为向北偏西的潮流.一周日内潮流随潮汐两涨两落，但在河口内日不等现象明显，在约10 m以浅的滩槽内，东西向的往复流速基本相当，但通常涨潮流历时长于落潮流时段；而在10 m水深的外海域，特别在北港和北槽口外的10～20 m之间，潮流旋转性较强，但其中沿斜坡等深线的南向流延续时间较长，流速相对较大，这会对海床造成相当的冲刷作用.2.4 流场特征值2.4.1 特征值概况长江口海域西濒诸槽口，槽底较平缓，滩槽交替，等深线大体呈东西走向.向东渐深，约在水深8 m外，底坡变陡，等深线基本呈南北走向，水下地形相对较多变.加之源潮波中的半日和全日两潮波系统在传播过程中的差异以及长江径流外泄的影响，造成流场特征值分布和变化较为复杂.按水深自西向东渐深，即自口门向外海为序，统计测流资料如下.在口门（5～8 m）水深处：最大流速150～240 cm／s（涨潮流）＜180～240 cm／s（落潮流）；平均流速90～240 cm／s（涨潮流）＜210～230 cm／s（落潮流）.在口门外（10～15 m）水深附近：最大流速150～200 cm／s（涨潮流）＜210～230 cm／s（落潮流）；平均流速100～120 cm／s（涨潮流）＞90～100 cm／s（落潮流）.在口门外（20 m）水深附近：图2－a 长江口落潮流矢量场（落转涨）Fig.2－a Distribution of surface current during transient from ebb to flood tide图2－b 长江口涨潮流矢量场（涨急）Fig.2－b Distribution of surface currentat flood maximum图2－c 长江口涨潮流矢场（涨转落）Fig.2－c Distribution of surface currentat transient from flood to ebb tide图2－d 长江口落潮流矢场（落急）Fig.2－d Distribution of surface current at ebb maximum最大流速100～120 cm／s（涨潮流）＜110～130 cm／s（落潮流）；平均流速80～100 cm／s（涨潮流）＜90～120 cm／s（落潮流）.据流向分布统计，与M2分潮流和日分潮流合成流矢方向一致.在水深5～8 m的水域的槽内，落潮流方向为东略偏南，涨潮流方向为西略偏北，潮流流矢为顺时针向旋转的往复流动；在浅滩处则沿边滩线作往复流动；向东至深水区，水流主轴不断缩短，方向不断右转，落潮流向渐由东南转成南向，而涨潮流渐由西北向转为近北向，潮流转变为流矢作顺时针向旋转的旋转流动.据潮流垂向分布统计分析，由于长江径流流出口门后浮置于外海盐水上向外输送扩散，在口门外往往造成水流流向上下不一致，也造成上下水层涨、落潮流大小和历时的差异，这种上下层水流运动不一致的现象，特别在各槽口外海域的洪季表现更为明显，经常出现表底层水流方向几乎相反的现象.2.4.2 工程区水域流场特征值（1）挖入式港池横沙浅滩水域在横沙浅滩区南北侧潮流强度主要受北港、北槽潮流的影响，涨潮流时以浸滩流为主，落潮流则沿滩面地形，流向深水区呈归槽性质，在横沙北沿近北港，涨落潮流特征值列于下表（见表5）.表5 横沙北域潮流特征值Tab.5 Characteristics of tide current around the north region of Hengsha Shoal前潮 0.54 1.16（275°） 0.86 1.22（105°）后潮 0.57 1.03（267°） 0.78 1.39（97°）由于受北港下泄径流的影响，落潮流明显大于涨潮流，涨落潮流流向差为170°，潮流主要呈往复性质.横沙南沿为北槽主汊道，受其影响与北港略有不同（见表6）.表6 横沙南沿水域潮流特征值Tab.6 Characteristics of tide current around the south region of Hengsha ShoalN2 站前潮 0.86 1.31（315°） 1.09 1.75（118°）后潮 0.86 1.58（327°） 0.85 1.26（125°）N3 站前潮 0.781.24（299°） 1.05 1.43（118°）后潮 0.76 1.15（299°） 0.72 1.21（117°）南沿潮流日不等现象比较明显，一周日两涨两落的潮周期中，前潮的落潮流明显大于涨潮流，而后潮涨、落潮流的大小几乎相等，而且南沿的涨潮流向更偏北，而落潮流更偏南.此外，由于北港、北槽间存在着明显的水位差，由此产生横比降，大潮落急时，北港高于北槽0.29 m，水面横比降达万分之0.03.在1998年8月长江洪水洪峰过境，横沙南侧的水文站和北侧的共青圩站月均水位明显高于枯季，月均水位分别达2.30 m和2.40 m，南北两侧水位差落急时均高出枯季0.06～0.08 m，反映了北港部分潮量可通过横沙浅滩滩面补给进入北槽，这种现象，当北导堤建成后，受北导堤影响，得到拦截，加大北导堤外侧的沿堤流强度，加强了沿堤串沟的发育. （2）外航道海域由表7可知，在北港和北槽口门横沙浅滩前端的2301、2401站，涨落潮平均流速表层为1.30～1.40 m／s左右，最大1.5～2.0m／s，底层平均为0.50～0.80m／s，平均落涨潮流方向分别约为100°和285°，为往复流，落潮大于涨潮；向海方向水深10～15 m间的2302、2402站，表层涨落平均流速为0.8～0.9 m／s，底层为0.5 m／s左右；该段水域潮流日不等现象明显，一周日内前后两潮流速相差甚大，且落潮流向差30°～50°.水深15～25 m间的2108、2109站，平均流速表层涨潮流为0.6～0.85 m／s左右，落潮流为0.74～0.79 m／s，底层涨落潮流0.4～0.5 m／s，涨落潮流速相近，日不等现象不明显，受长江径流影响甚小，经推算该水深范围最大流速一般不超过1.0m／s.据测流资料绘出的逐时流矢图（见图3）明确显示，在横沙浅滩东侧10～15 m水深的外航道区，有较强的横穿航道的南向流矢.表7 外航道海域洪季大潮潮流特征值Tab.7 Characteristics of tide current around the outer shipping channel测站层次流速／（cm·s－1）流向／（°）流速／（cm·s－1）流向／（°）落潮流历时／h涨潮流历时／h 2301表 128 107 105 290 7.0 5.8口门2401底 34 96 52 280 6.9 6.9表 140 119 126 280 5.2 6.8底 78 126 63 312 6.1 5.1 2302表 95 137 83 247 6.7 4.0水深10～15 m 2402底 44 119 44 274 6.1 5.9表75 103 122 239 5.3 7.1底 39 111 59 259 6.2 7.0 2108表 76 116 72 18 4.1 6.2水深15～25 m 2109底 44 188 39 334 7.3 5.1表 56 136 101 298 9.8 5.8底 65 107 64 278 8.1 5.1测站层次流速／（cm·s－1）流向／（°）流速／（cm·s－1）流向／（°）落潮流历时／h涨潮流历时／h 2301表 165 90 82 336 7.4 4.8口门2401底 60 107 43 299 6.5 4.7表 160 109 110 311 6.9 6.0底 90 109 50 296 7.3 6.5 2302表 116 95 48 245 8.9 5.3水深10～15 m 2402底 4385 42 289 5.1 7.9表 120 79 73 257 6.9 5.7底 37 87 40 292 5.7 6.1 2108表 81 87 98 8 7.1 8.1水深15～25 m 2109底 40 131 62 314 6.2 6.1表 92 92 25 15 7.2 2.1底 41 77 54 288 6.0 6.0图3 长江口洪季大潮表层矢量图Fig.3 Surface current’s distribution of a spring－tidal cylce during summertime2.5 北槽深水航道工程后流场变化近年长江口有众多的港口和水利工程，其中最大并离工程区最近的是北槽深水航道工程.为了探明该工程建成后对口门和周边海域流场的影响，分别将北槽口门及口外在工程前后相近的测点的观测结果作一比较.同时为了能较客观的对比，统一取洪季大潮期间，并且根据潮差对流速予以订正.于2004年长江口北槽深水航道南北导堤竣工后，在北导堤前端及横沙浅滩东侧进行了多站点潮流观测，计算所得的M2分潮流椭圆要素及特征值列于下表（见表8和表9）.在特征值表中我们特别分列了前潮和后潮的流速、流向，意在表明该海域潮流在一周日中前后两个涨落潮中存在着值得关注的不等现象，见表10.表8 工程后（2004年）北槽口外M2分潮潮流椭圆要素Tab.8 Ellipse parameters of tidal current of M2 constituent out the North Passage after 2004站位长轴W／（cm·s－1）短轴ω／（cm·s－1）椭率K（－ω／W）长轴向θ／（°）发生时间τ／h CS4D 103 26 －0.26 120 3.76 CS5D 91 44 －0.49 96 2.95 N2 93 61 －0.65 98 3.28 N3 58 47 －0.80 1132.88 N4 59 53 －0.89 175 5.51表9 工程后（2004年）北槽口外海域潮流特征值Tab.9 Characteristics of tide current out the North Passage after 2004 cm·s－1站位层次最大流速（流向）平均流速（流向）最大流速（流向）平均流速（流向）最大流速（流向）平均流速（流向）最大流速（流向）平均流速（流向）CS4D 表 259（116°） 147（108°） 180（313°） 147（308°） 222（120°） 138（168°） 212（108°）170（303°）底 117（113°） 66（113°） 93（291°） 65（287°） 138（114°）73（114°） 148（291°） 91（294°）CS5D 表 218（92°） 149（93°） 145（271°） 94（282°） 196（94°） 157（89°） 178（273°） 273（122°）底98（95°） 69（95°） 116（275°） 71（277°） 97（95°） 61（98°） 121（267°） 76（280°）N2 表 203（149°） 134（120°） 191（229°） 153（241°） 222（114°） 165（86°） 145（262°） 111（253°）底 107（148°）68（115°） 83（280°） 65（264°） 122（96°） 71（81°） 94（276°） 65（279°）N3表 190（168°） 97（134°） 183（185°） 136（218°） 175（80°） 119（88°） 123（188°） 82（234°）底 45（160°） 38（123°） 57（242°） 49（257°） 57（71°） 37（84°） 50（235°） 37（311°）N4 表258（124°） 124（157°） 182（189°） 122（247°） 167（169°） 123（102°） 135（184°） 84（240°）底 168（88°） 61（109°） 74（197°） 53（262°） 61（74°） 44（91°） 68（277°） 53（284°）表10 北槽深水航道工程前后潮流特征值比较Tab.10 Comparison between current characteristics before and after the Deep Waterway Project注：W，θ和K 所表示的意义同表4.为验证深水航道工程后对口门和周边海域流场的影响，分别将南北槽口门及口外在工程前后相近测点的观测结果作一比较.其中如CS4D位于北槽口门，与1982年未建工程前的2401站相比，潮流速仍保持了落潮流强于涨潮流强劲优势，但由于南北导堤工程后，限制了潮流的侧向运动，潮流椭圆趋于扁平，往复流加强，M2分潮椭圆率表层由－0.32减小为－0.26，特别工程后，涨潮流速明显增大，由工程前的平均落潮流速150 cm／s大于涨潮流速118 cm／s，转成落潮流速143 cm／s小于涨潮流速159 cm／s.在口门外横沙浅滩以东的N4和CS5D站与1982年测量的2402站比较，2004年潮流主轴方向，特别表层比1982年明显偏南北，南向潮流更大（见图4）.此外，工程后潮流椭率明显增大，特别底层达－0.93，成为典型的旋转流.这无疑是受到长江口深水航道工程影响，北导堤阻挡了横沙北部北港越滩水流，抬高水位，加大水面比降，从而也加大由北而南的落潮流强度，在洪季其影响可及横沙浅滩以东的鸡骨礁水深10～15 m水域.由此估计也会对横沙浅滩港区工程的外航道海域产生影响.图4 长江口工程前后M2分潮椭圆要素及余流（表层）Fig.4 Residual current and elliptic parameters of M2tide of Yangtze Estuary3 余流本文所述余流特指在近河口海岸的有潮海域中，在实测流中分离出具有潮周期的主要流动后余下的水体流动.由此所得的余流是一种流场中特定地点的欧拉型流.余流包括所有非潮周期性的定常流动.长江口每年有巨量的径流外泄入海，是本海域余流的最主要部分；还有潮波入浅水后变形而生的潮汐余流；此外有多种成因而生的风海流、密度流、倾斜流等影响本海域极为有限.由于余流相对较小，而且在观测中由于气象因素的不规则扰动、海况的差异以及人为的差错，不易测准.但据我们统计了大量资料，得到长江口门外的余流尚有相当的规律性［4］.大约可以横沙浅滩向外一线为界，该线以北洪季表层余流方向为向东偏北，在北港口门内流速极大，至佘山附近流速减为48 cm／s，流向75°，继而延向东偏北方向，流速略减约40 cm／s，浮置于海水表层流向大海，这一条余流流路明示长江夏季最强一股下泄径流入海的途径（见图5）.横沙浅滩以南表层余流出口门后则沿滩槽向东南方流去，流速较小约30 cm／s左右，至鸡骨礁附近，流向在159°～206°之间，流速约45 cm／s，接着便与北槽和南槽外泄的东向偏南的余流相汇而入外海.由于余流的成分较多，因而其垂直结构复杂多变，一般底层余流甚小，约在5 cm／s左右，在河口内表底层流向一般均一致，而在口外底层以西北方向最多，表底层方向不一致居多.图5 长江口表层余流Fig.5 Surface residual current around the Changjiang Estuary4 波浪长江口区的波浪主要取决于风的盛衰，同时也受到海域地理形态的限制.根据本海区仅有的横沙、佘山、引水船、芦潮港、大戢山和嵊山等测站的观测资料分析，获知海浪和台风浪的分布状况及变化规律.4.1 风浪浪向分布本区风浪主要取决于风向，沿海盛行浪向与盛行风向颇为一致.冬季以偏北向浪占优势，西北到东北方向的波浪点频率超过60%，其中佘山为64%，大戢山为63%，嵊山为75%.夏季以东南偏南向浪占优势，东南到南向浪频率之和为40%～50%，其中佘山、引水船以东南偏南向浪为主，频率分别为14%和24%，大戢山以东向浪为主，频率为17%，嵊山以南向浪为主，频率为22%.春季：由于气旋和反气旋交替活动，风向不稳定，浪向比较分散，海区一般以东南浪和东南偏南浪占多数，频率在20%左右.秋季：海域以偏北浪为主，佘山和引水船频率分别为22%和18%，嵊山频率为24%.4.2 风浪波高和周期分布据海区内佘山、引水船、大戢山和嵊山4测站多年风浪资料统计如下表（见表11）.4.3 横沙浅滩区的波浪根据1999年6—11月间在横沙浅滩相邻的崇明东滩东侧5 m水深处的佘山岛东侧进行了为期半年的波浪观测，统计结果列于表12和表13.表11 长江口区风浪分布Tab.11 Distribution of wind－induced wave around the Changjiang Estuary?表12 佘山实测波周期、波高表Tab.12 The measured wave period，wave height at Sheshan?表13 佘山各向波浪频率统计Tab.13 Anisotropic wave frequency statistics at SheshanN NNE NE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW C波向频率波向9 17 7 6 13 6 8 7 7 2 1 0 1 1 4 3风浪频率13 21 6 1 2 7 9 8 8 2 2 1 1 1 4 17涌浪频率－－3 8 18 2－－－－－－－－－70上述观测资料表明的，以风浪为主，风浪出现频率99%，涌浪出现为30%，混合型浪频率为30%，平均周期为3.3 s，最大周期为8 s.风与波浪关系密切，在观测期间≥8级的大风天数为16 d，实测最大风速为25 m／s，出现日期为9月，相应风向为NNE，实测最大波高为3.5 m，出现日期为同样的9月，波向NNE. 4.4 北槽口外近岸海域的波浪位于长江北槽口外九段沙浅滩东侧的引水船站观测的波浪资料，亦可作为横沙浅滩工程区参考应用（见表14、15和图6）.表14 引水船累年各月波要素（1979—1998）Tab.14 The wave elements of Yinshuichuan by month（1979—1998）1 1.0 2.7 3.4 8.1 2 0.9 2.9 3.4 7.9 3 0.9 2.6 3.4 8.3 4 0.9 2.6 3.5 11.2 5 0.9 2.6 3.5 11.7 6 0.9 2.8 3.4 9.4 7 0.9 2.7 3.3 11.7 8 0.9 2.5 3.3 10.7 9 1.02.73.3 10.4 10 0.9 2.6 3.4 14.5 11 0.9 2.7 3.3 8.9 12 0.9 3.03.2 7.5年均 0.9表15 引水船累年各向波要素（1979—1998）Tab.15 The wave parameters at Yinshuichuan（1979—1998）?图6 引水船站全年风向、浪向玫瑰图Fig.6 Rose diagram of wave and wind direction at Yinshuichuan波浪传播进入浅滩区后，发生变形形成破碎波，产生紊动的破波水流直接对浅滩区水流和泥沙运动产生影响，按不同波高频率统计，推算得横沙浅滩不同波高条件下的破波水深如表16.表16 不同波高频率的破波水深Tab.16 Wave－breaking depth at differentwave height and frequency77 0.5～1.0 44.2 1.54 1.0～1.5 21.7 2.31 1.5～2.0 9.4 3.08 2.0～3.0 7.0 4.62 3.0～3.5 0.4 5.0～0.5 19.3 0.38 由此可见，在横沙浅滩大部分滩区内，可置于破波水流作用之下，从而加强了破浪对滩面泥沙的冲刷和粗化，并影响滩面地形冲淤，台风浪对滩面的冲刷作用将更为强烈.同时可引起沿岸堤防的摧毁破坏，如1997年出现的9711号台风所产生的增水和大浪，对横沙东滩堤边高滩陡坎冲刷，直接暴露光滩，引起海塘出险.4.5 长江口外海域的波浪根据嵊山站（1979—1998年）的资料，本海区地处季风区，冬天盛行偏北风，夏季盛行偏南风，波浪明显受季风影响.根据位于工程区南约65 km，水深约26 m，具有开阔海面的嵊山测波资料分析，累年的年平均波高为1.2 m.最大波高为13.0m，出现在9月，其次是11.5 m，出现在8月，波高均为偏东向.全年除4、5、6三个月平均波高略小，在1.0～1.1 m外，其余各月平均波高均为1.3 m，全年平均波高的波级出现频率：0～2级为35.5%；3级浪为34.9%；4级浪为23.0%；5级浪为6.1%，6级和7级以上的大浪极少出现，仅为0.5%和0.3%.该测站5 m以上的大浪几乎都出现在台风季节，浪向NNE－SSE.冬季寒潮大风也能在本海域形成5 m大浪，但很少出现.累年平均周期为5.1 s，最大周期为13.6 s （见表17和表18）.表17 嵊山累年各月波高周期统计（1979－1998）Tab.17 The climatological wave height and period at Shengshan（1979—1998）月份 H／m Hmax／m T／s Tmax／s 1 1.3 3.7 4.7 7.9 2 1.3 3.5 4.9 9.0 3 1.3 3.8 4.7 11.1 4 1.1 3.6 4.2 7.8 5 1.0 4.0 4.2 9.6 6 1.1 5.7 4.4 8.3 7 1.2 5.2 4.6 9.9 8 1.3 10.0 4.8 12.4 9 1.3 13.0 4.9 13.6 10 1.3 6.8 4.7 11.2 11 1.3 4.3 4.8 9.0 12 1.3 4.5 4.7 9.2年1.2 13.0 4.6 13.6表18 嵊山累年各向波高、频率统计（1979－1998）Tab.18 The climatological wave height and frequency at Shengshan（1979—1998）N 1.6 6.3 4.0 S 1.1 3.7 5.6 NNE 1.3 6.3 10.9 SSW 1.2 3.2 2.2 NE 1.3 8.5 17.6 SW 1.2 5.2 0.6 ENE 1.3 11.0 16.2 WSW 0.6 4.0 0.2 E 1.2 13.0 8.3 W 0.7 2.1 0.2 ESE 1.2 10.0 7.9 WNW 0.8 3.5 0.4 SE 1.2 6.8 10.7 NW 1.0 3.8 2.9 SSE 1.2 4.2 9.1 NNW 1.5 4.3 3.9 图7 嵊山站全年风向、浪向玫瑰图Fig.7 Rose diagram of wave and wind direction at Shenshan5 结论挖入式港池工程区地处横沙浅滩及其以东临近水域.潮波运动和入海径流主控着该区水动力.潮波中基本的半日分潮波和日分潮波由不同来向进入本区滩槽交替和滩坡交接的地形环境，形成了该水域相对复杂的水流运动：主轴为东西方向的往复流和南向流较强的旋转流交替的流势.于北港和北槽河槽及其延伸地段一般以明显的往复流为主，最大流速约为220 cm／s左右；槽间的横沙浅滩以东，近滩为以西北向为主的贴滩往复流，以东海域为南北向较强的往复流，其中南向流可达258 cm／s.长江径流外泄入海对流场也有较大的贡献，除了增强落潮流势外，还影响了流场的垂直结构.据本文水动力的分析，建议在挖入式港池的平面设计的外廓界布置中，尽可能沿等深线周围；深水航道及其入池口尽可能向南和向东移以减小横流的影响.由于港池被圈围在河口最大浑浊带，阻隔了滩槽的泥沙交换，常年平均小于1 m的风浪，不会对港池和航道有明显的影响.［参考文献］［1］丁文兰.东海潮汐和潮流特征的研究［J］.海洋科学集刊，1984，21：135－148.［2］李身铎.长江口潮流垂直结构［J］.海洋与湖沼，1980，11（2）：98－108.［3］方国洪.潮汐和潮流的分析和预报［M］.北京：海洋出版社，1986. ［4］李身铎.长江口北槽口外海域流场分析［R］／／长江北槽深水航道三期工程研究报告.上海：华东师范大学，2005.。
无围堰条件下横沙浅滩接纳长江口深水航道维护疏浚土的可能性分析
无围堰条件下横沙浅滩接纳长江口深水航道维护疏浚土的可能性分析金镠;楼飞【摘要】受流域来沙持续减少影响,长江河口拦门沙区域已普遍进入侵蚀状态,滨海湿地资源流失日趋明显.同时,长江口深水航道疏浚维护量也有所减少,疏浚土资源日趋宝贵.近年来疏浚维护量基本稳定在5500万～6000万m3∕a.利用航道疏浚土就近补给受侵蚀浅滩,可成为未来疏浚土资源化利用的重要方向.从培育生态滩涂角度出发,无围堰条件下的吹填上滩是需要研究的工艺选项.以横沙浅滩为例,借鉴淤泥质海床在波浪作用下动力响应的黏弹性模型和连云港外航道疏浚土实测流变特性参数,研究分析了淤泥海床在不同来波波高和不同浮泥密度下的波高衰减率,得到浮泥密度1.20～1.30 g∕cm3时消浪效果最大等结果.该思路和方法可为长江口航道疏浚土无围堰吹填工艺论证提供参考.建议对长江口航道疏浚土的动态流变特性等开展试验研究.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】7页(P75-80,157)【关键词】横沙浅滩;疏浚土上滩;无围堰条件;波高衰减率【作者】金镠;楼飞【作者单位】交通运输部长江口航道管理局, 上海200003;中交上海航道勘察设计研究院有限公司, 上海200120【正文语种】中文【中图分类】U651长江口深水航道位于长江口北槽-南港区段,是长江黄金水道的咽喉所在。
受河口水沙环境影响,该航道回淤量大,常年需实施维护疏浚。
2012年时维护量曾高达9 716万 m3,之后逐年有所下降,近几年基本稳定在6 000万 m3a。
目前,深水航道疏浚土的处置或作为废弃物外抛至海洋倾倒区,或通过吹泥上滩实现疏浚土的资源化利用。
其中,结合横沙东滩工程形成的围堰环境进行疏浚土安置,最终形成+3.0 m高程的陆域区域,是目前深水航道疏浚土主要的资源化利用途径。
但根据工程进度,横沙东滩工程将至2020年全部完工。
届时无论从疏浚土的资源化利用还是从海洋环境保护角度出发,均急需要进行新的纳泥区规划。
南通港吕四港区“挖入式”港池的总体布置
刘铮;杨玉森;杨希宏
【摘 要】Based on oceanographic data,sediment observation data and model testing result, full discussion is made to determine the feasibility of onshore continuous quays built on the radial sandbanks at Nantong Port Lusi Harbor. The general layout plan of large dredged-in basin is put forward, which updates the traditional layout of offshore quays with wide marginal bank and long trestle. The above plan will develop local deep-water shoreline and beach resources effectively, promote harmonious development of port and port industries, and provide references for the port construction of Jiangsu-north-coast radial sandbanks.%根据多年的水文、泥沙观测资料和模型试验研究成果，深入探讨在南通港吕四港区这类古辐射沙洲地区建近岸式连片码头的可能性，提出建设大型“挖入式”港池的工程设想和总体布置方案。该方案突破了传统意义上“宽边滩、长栈桥”的离岸式码头布置型式，有效开发利用当地的深水岸线和滩涂土地资源，促进港口与临港产业的协调发展创造了有利条件，为苏北海岸辐射沙洲地区的港口建设提供了新思路。
长江口横沙浅滩挖入式港池方案泥沙回淤估算
长江口横沙浅滩挖入式港池方案泥沙回淤估算葛建忠;金鏐;丁平兴;邵荣顺;虞志英;郭文云【摘要】针对横沙浅滩挖入式港池建设和维护中核心的泥沙回淤问题,本文采用海港水文规范、底切应力公式和纳潮总量估算等多种不同方法对横沙挖入式港池规划方案中的港池和外航道泥沙回淤问题进行预估,其结果较为一致.若港池出口位于-7m泥沙浓度0.3 kg/m3的区域,港池年回淤量约为2 000万～2 200万m3,平均回淤强度约为0.3～0.4 m/a;外航道平均淤积强度约为0.3～0.4 m/a,年回淤600万～1 200万m3.且回淤分布主要集中在近靠港池口4～6 km的区域.计算表明,港池口若设于泥沙浓度更低的深水区域,泥沙回淤将显著降低.【期刊名称】《华东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】14页(P106-119)【关键词】挖入式港池;横沙浅滩;泥沙回淤【作者】葛建忠;金鏐;丁平兴;邵荣顺;虞志英;郭文云【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062;交通运输部长江口航道管理局,上海 200003;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;中交第三航务工程勘察设计有限公司,上海 200032;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062【正文语种】中文【中图分类】P7510 引言我国大陆海岸线长超过18 000 km，海岸类型众多，是我国发展航运的重大基础.而海岸的物质组成也在一定程度上影响了当地航运条件.根据海岸泥沙运动的性质可将海岸分为基本稳定平衡型、侵蚀型和淤积型.对于没有大量河流泥沙输入的海域主要呈现稳定平衡型；在输沙河口附近多属淤积型海岸［1］.在漫长的海岸线当中，有4 000 km以上的淤泥质海岸，分布在长江、黄河、钱塘江、海河等河流入海口的冲积平原地区.而在此类海域，径流和潮流交汇，流场异常复杂；咸淡水混合，平面和垂向梯度大且变化迅速，引起泥沙复杂的絮凝.复杂的流场、波浪场、泥沙和地形的相互作用塑造了滩槽交错的复杂地貌形态.人工开挖的港池航道往往有泥沙回淤的问题.长江口地处长江冲淡水和东海潮波相互作用的区域，河流泥沙供给充足，潮流作用显著，风浪引起的泥沙冲刷和淤积都较为明显，冲淡水混合引起的泥沙絮凝也加剧了泥沙沉降.因此长江口有非常显著的泥沙淤积情况，在长江口主要港区和航道都受到了泥沙回淤的显著影响，例如外高桥新港区岸段的强烈淤积［3］，长江口深水航道一至三期工程后持续的泥沙回淤［4－6］.对于上海国际航运中心横沙浅滩挖入式港池规划方案的前期研究来说，必须对泥沙回淤进行细致研究，对挖入式港池的进沙量、港内泥沙浓度、回淤强度分布和总回淤量须根据方案布置、水文泥沙条件等进行预测.本文在历次水文泥沙调查资料的基础上，采用我国海港水文规范建议的挟沙能力方法和水流切应力方法等多种方法，对挖入式港池和外航道的泥沙回淤强度、分布及回淤量进行估算.1 回淤公式的选取横沙浅滩挖入式港区主要由挖入式内港池及外侧深水航道组成，由于这两部分动力条件、泥沙供给方式不同，需要分开进行计算.为便于比较，本报告采用多种方法估算回淤量.其中对于挖入式港池，分别采用《JTJ 213－98海港水文规范》附录N－淤泥质海岸港池的淤积计算公式、底切应力计算模式［7］和曹祖德［8］近期提出的计算公式；对于外侧航道，分别按海港水文规范推荐的挟沙能力公式及底切力模式两种方法计算.1.1 海港水文规范港池回淤计算公式（刘家驹公式［2］）按《JTJ 213－98海港水文规范》附录，对基本处于冲淤平衡状态的淤泥质浅滩水域中开挖的港池，其年淤积强度按下式计算：式中，P2为航道底面的年淤积厚度（m）；ω为细颗粒泥沙的絮凝沉降速度（m ／s）；K0为经验系数，在缺少现场资料的情况下，可取0.14－0.17；为相应于口门处平均水深水域的平均含沙量（kg／m3）；为分别代表港口口门外一定范围水域的平均水深和港池开挖后的水深（m）；A为港池内水下浅滩的水域面积（m2）；A0为包括港池和港内的水下浅滩的港池内总水域面积（m2）.对于大型挖入式港池，考虑到进港浑水沿程落淤引起港内含沙量的变化，回淤计算应从口门向里分区块进行.1.2 底切力模式港池回淤计算方法（金鏐－虞志英方法［8］）该方法考虑大型半封闭挖入式港池浑水纳潮进港过程中流速及含沙量的沿程变化，港内外含沙量差引起的斜压效应以及在涨潮、落潮过程中的淤积、冲刷及其综合作用，给出港池区域回淤强度的分布.基本原理与方法如下.如在海湾内的潮波计算中不计摩擦和地转效应，则谐振动波长M2分潮周期，h为平均水深，取h＝8 m，得λM2＝400 km，远超海湾长度，即驻波的振动节线在湾外，潮差Δh沿纵向不变.通过口门内x断面涨潮期间进入的水量为Ax，有该断面处涨潮流断面平均流速uf，有其中，H为平均潮位下水深，Tf为涨潮历时，l为港池纵向长度.（1）浑水密度梯度引起的流动考虑一端封闭，一端与主河相接的支河.主河为浑水，由于主、支河间的密度梯度，将发生从主河向支河的浑水入侵，范家骅［10］给出入侵速度在支河入口处为其中，h′为总水深的1／2，Δρ为主、支河密度差.从口门向里，入侵速度递减：式中，λ≈0.03；vη＝0.02S0，为垂向速度，S0为进口断面含沙量（kg／m3）.潮汐引起的流动和密度梯度引起的流动合成为挖入式港池内的实际流速.后面的计算表明，密度梯度引起的流动在合成流速中的比重随港池纵向尺度增加而减小. （2）水流切应力和动量交换系数在二维性质明显的潮流运动中，大部分时间内流速的垂向分布符合对数分布，窦国仁［11］给出垂线平均流速与摩阻流速u＊的换算关系：当粒径d≤0.5 mm时，床面粗糙度Δ可取1 mm.当平均水深H＝8 m时，有u＊≈为床面水流切应力.水流的动量交换系数ε，许多研究给出为相对水深.所以，在潮周期中，当摩阻流速小于泥沙的淤积临界摩阻流速u＊i时，发生淤积.以性质较为相似的连云港淤泥所得实验值作为参考：u＊i＝0.7 cm／s.取H＝8 m，算得u＊i×8＝19.4 cm2／s.（3）海湾淤积的物理过程挖入式港池内的净淤积是一潮中淤积量和冲刷量的差值.由于一潮中进入港区的泥沙量与纳潮量有关，因此，港区的净淤积量及其在港区内的分布，可以用沉沙率及其分布来表示.〈i〉一潮中的冲淤历时在切应力模式中，当u＊≥u＊c期间，沉积物发生冲刷；在u＊≤u＊i期间发生淤积，在u＊i＜u＊＜u＊c期间不冲不淤.由此得到一全潮中的淤积历时T淤和全潮内冲刷历时T分别为式中，σ≐29°／hr为潮波圆频率；u＊0，滩为开挖水域周边自然滩面的水流摩阻流速峰值；H2和H1分别为挖槽和天然滩面平均水位下水深.〈ii〉涨潮流期间即挖入式港区纳潮期间的淤积过程涨潮流期间，浑水进入港区.由于港区内各断面水力条件不同，各断面的涨潮流平均含沙量也不同.这种不同，可概括为三种过程的综合：一是近底含沙量的沿程变化，它产生于T淤期间，从前一断面到后一断面水流经过的时段ΔT；二是某一计算断面淤积开始时的垂线含沙量分布在经历T淤后的变化；三是u＊＞u＊c即T 冲期间的冲刷.具体分述如下.挖入式港区口门处主流涨潮流阶段平均含沙量分布可表示成其中，Sa为临底含沙量，Z为离底高度，ε、ω如前述.垂线平均含沙量a）从上一断面到下一断面临底含沙量Sa的变化涨潮流水体从x1断面到x2断面，历时ΔT与该区段内平均流速有关，考虑泥沙以同样的沉速下沉，则x2处的临底含沙量Sa2可认为等于x1断面处临底高度Z＝ω·ΔT上的含沙量，即b）港区内各断面的含沙量港区内任一断面涨潮流期间淤积开始时刻的临底含沙量为Sa，t0，其垂线平均含沙量可由式（11）表示.该断面从淤积开始经历T淤后的临底含沙量t1时刻的垂线平均含沙量进而可计算t2→t3期间的平均含沙量，并用类似方法递推之后各时段.由港区内各断面涨潮流期间的平均含沙量和流速，可得断面输沙量，从而得到相邻断面间的淤积量.c）T冲内的冲刷量在Tf内当u＊＞u＊c期间，沉积物将发生冲刷，通常是将在T淤期间暂时落淤尚未明显密实的淤泥重新扬起.单位面积的冲刷量E′为d）落潮流期间的淤积量和全潮沉沙率由于所论港区假定涨、落潮历时相差不大，即Tf≈Te，所以落潮流期间的水流摩阻流速过程与涨潮流相仿，只是提供淤积的水体含沙量少了.因此，近似地采用Tf 期间的沉沙率kf，即k e≈kf.沉沙率k定义为潮内总淤积率（沉沙率）1.3 纳潮进沙沉沙率计算方法（曹祖德经验公式［9］）对于双堤环抱式港池，曹祖德提出考虑纳潮进沙后的悬沙落淤，其淤积公式如下式表示：式中，Q为港内全年淤积量（m3）；n，全年进港的潮个数，半日潮海区，n＝706；A0为港内总水域面积（m2）；hΔ—全年平均潮差；S0—口门处年平均含沙量；γc为港内淤积物干容量（kg／m3）；η为经验沉沙率.1.4 海港水文规范航道回淤计算公式（刘家驹公式［2］）按《JTJ 213－98海港水文规范》附录，在冲淤平衡状态下的淤泥质浅滩水域中开挖的航道，其年回淤强度按下式计算：式中，P1为航道底面的年淤积厚度（m）；ω为细颗粒泥沙的絮凝沉降速度（m ／s）；S1为相应于平均水深d1的浅滩水域的平均含沙量（kg／m3）；t为淤积历时（s）；γ0为淤积物的干密度（kg／m3）；K1，K2为分别为横流和顺流淤积系数，在缺少现场资料的情况下，可取K1为0.35，K2为0.13；d1，d2为分别为浅滩平均水深和航道开挖后的水深（m）；θ为航道走向与水流流向之间的夹角（°）.1.5 底切力模式航道回淤计算方法根据金缪等研究［7］，淤泥质海岸浅滩上开挖港池航道后，其回淤量主要取决挖槽区域的水动力条件、供沙条件及泥沙特性、地形和开挖尺度等因素，回淤计算公式的确定应主要考虑这些因素并根据冲淤物理过程构造半经验半理论经验公式，即在一个全潮过程中，当水流切应力（以底切τb力或者摩阻流速表示）低于泥沙的淤积切应力τi（或淤积临界摩阻流速）时发生落淤，高于沉积物的冲刷临界切应力τc（或冲刷临界摩阻流速）时则发生冲刷和悬扬.在淤泥质海床条件下，冲刷率与沉积物的固结状态有关.挖槽与相邻滩地相比，全潮内水动力降低，淤积历时加长且淤积率增大，冲刷历时缩短，冲刷率减小，从而导致开挖后港池和航槽的回淤.将潮流过程概化为正弦曲线并认为滩、槽单宽流量相等，计算模式为：1／4全潮内淤积历时T槽，1／2全潮内冲刷历时T′槽，1／4全潮挖槽内淤积量Dt，1／2全潮内挖槽冲刷量E，上述各式中，σ—潮波圆频率；h槽、h滩—挖槽及两侧滩地平均潮位下水深；u＊i—悬沙淤积临界摩阻流速；K—挖槽走向及主流向不一致时挖槽流速折减系数，此处k＝1；u＊0—潮周期内挖槽附近滩面水流峰值摩阻流速；u＊c—挖槽内沉积物的起动摩阻流速；S滩—挖槽所在海床或海滩的水体含沙量；εS—水体含沙量垂线分布中的垂向泥沙交换系数；ω—细颗粒泥沙的絮凝沉速；M—沉积物的冲刷系数；u＊0槽—挖槽内水流摩阻流速，与挖槽相对深度和水流夹角有关2 挖入式港池的回淤估算2.1 海港水文规范公式计算港池回淤有关计算参数设置如下：ω为细颗粒泥沙的絮凝沉降速度（m／s），取0.000 4m／s；K0为经验系数，取0.14；S′1为相应于口门处平均水深d′1范围内水域的平均含沙量（kg／m3），取－7 m处年平均含沙量为0.3 kg／m3；d′1、d′2为港口口门外一定范围水域的平均水深和港池开挖后的水深，分别取7 m和23 m；A为港池内水下浅滩的水域面积（m2），考虑港池内全部挖深，没有浅滩，因此该值取0；A0为港池内总水域面积，包括港池和港内的水下浅滩（m2），南线方案60 km2，北线方案68 km2.横沙浅滩挖入式港池为水域面积超大的现代大型港口，可设计多种类型港池，根据初步规划港内具有较深的矿石及原油码头和较浅的散货码头.因此需要分区域进行不同港池的回淤计算.对于港内不同港池的回淤计算，仍采用经验公式（1），但要分区进行，根据分区特点，可写为如下形式：式中，Si＋1为计算第i＋1港池单元的含沙量；h2（i＋1）为第i＋1港池单元的开挖水深；Ai＋1，A0（i＋1）分别代表第i＋1港池单元的浅滩水域面积和该单元总水域面积，ΔH为平均潮差；N为相应淤积历时内的潮数.港池水域划分如图1所示，主要分为主槽及航道区域及边侧的港池区域.图1 横沙浅滩挖入式港池内区域划分Fig.1 Domain decomposition of the planned excavated－in harbor in the Hengsha Shoal经计算横沙浅滩挖入式港池的淤积强度和年淤积量见表1.从计算结果看，邻近港区出口的主槽航道区域（A区）淤积强度较大，约为0.71 m／a，离口门越远，含沙量浓度逐渐降低，回淤强度逐步减小，在港区中部主槽区域的淤积强度在0.3～0.4 m／a，统计港区内所有主槽和旁侧港池的淤积量，总约2 175万m3，港区内的平均年淤积强度约为0.35 m／a.可见在一般情况下，横沙浅滩挖入式港池的泥沙回淤强度和回淤量都较小，港池建成后的运行维护费用较省.表1 横沙挖入式港池年回淤强度预估Tab.1 Estimation of siltation in the excavated－in harbor in the Hengsha Shoal注：年回淤总量为2 175万m3，全港池平均淤积强度为0.35 m／a港内计算区域划分港区面积A／km2东口门外浅滩水深h1／m港内开挖水深h2／m分区计算含沙量S1／（kg·m－3）年回淤量Q／（×104 m3）年回淤强度P／（m·a－1）A（主槽） 8.57 7 23 0.3612 0.13 71 B（主槽） 10.97 7 23 0.25 664 0.61 C（港池） 5.40 7 15 0.19 227 0.42 D（港池） 7.72 7 15 0.19 325 0.42 E（主槽）7.47 7 23 0.16 288 0.38 F（港池） 4.92 7 15 0.11 116 0.23 G （港池） 5.00 7 15 0.11 118 0.23 H（港池） 10.87 7 20 0.06 147 0.2.2 底切力模式（金－虞方法）计算港池回淤根据模式要求及横沙浅滩挖入式港池实际水深、泥沙及动力条件按（式2至式16）递推计算.计算参数设置如下：（1）摩阻流速根据窦国仁［10］的方法进行计算；（2）动水絮凝沉速为ω＝0.04 cm／s；（3）泥沙淤积临界摩阻流速u＊i＝0.7 cm／s；（4）新淤泥沙冲刷临界摩阻流速u＊c＝1.0cm／s；（5）新淤海床冲刷系数取M＝0.69×10－4 kg／（m2·s）；（6）口门处初始垂向年平均含沙量为0.3 kg／m3（－5 m水深处）和0.5 kg／m3（－7 m水深处），其含沙量值参考徐海根等人的观测研究［13］；（7）平均潮差2.6 m；（8）涨潮时间为Tf＝6.2 h；（9）挖入式港池口门设置于－5 m和－7 m水深处.口门放置在－5 m处时，对北线方案，涨潮流期间1 m宽，沿整个内港池23 km 长度的平面空间上的净淤积量（以下简称跨航道方向单宽淤积量）为12 472 kg，一潮涨潮流期间口门的单宽进沙量＝（＋v）×0.5 kg／m3×23 m×6.2 hr＝61 182 kg.所以，涨潮流期间沉沙率，假设落潮期沉沙率ke＝kf，落潮流期单ef宽回淤量＝（61 182 kg－12 472 kg）×20.38%＝9 929 kg.kg×1 000／720 kg／m3×706／10 000 m3＝2 196万 m3.考虑旁侧港池的淤积，全港池淤积约为2 196＋731×2＋239×2＝4 136万m3.由于内航道长度较短，水动力较弱，因此主要的淤积带处于距离港池口3～4 km航道段内，潮动力所造成的淤积和冲刷主要发生在港池内距口门3～4 km段内（如图2所示）.在港池内泥沙逐渐沉降，水体含沙量沿程逐步减低，内航道10～18 km段内含沙量小于0.1 kg／m3（如图3所示）.而其峰值淤积强度达到5.3m／a，呈现两头小中间大的分布特征（如图4所示）.图2 北线方案一个涨潮过程挖入式港池回淤量沿内航道分布Fig.2 Distribution of siltation along the middle channel in the planned excavated－in harbor of the Hengsha Shoal in single flood tide图3 北线方案全潮过程中挖入式港池内平均含沙量沿内航道分布Fig.3 Distribution of siltation along the outer shipping channel of the planned excavated－in harbor图4 北线方案全潮过程中挖入式港池内淤积强度沿内航道分布Fig.4 Distribution of siltation along the inner shipping channel of the planned excavated－in harbor北线方案在其淤积峰值之后都出现一个回淤显著降低的过程，主要是由于泥沙浓度的斜压效应引起的水体入侵速度达到稳定.如果将港池出口东移至含沙量更低的－7 m水深处，根据历史调查该处的年平均含沙量为0.3 kg／m3.在此种情况下，涨潮流期间一潮净单宽淤积量为7 503 kg，一潮涨潮期口门的单宽进沙量＝（＋v）×0.3 kg／m3×23 m×6.2 hr＝41 535 kg. 所以，涨潮流期间沉沙率，假设落潮期间沉沙率k＝k，落潮流期ef单宽回淤量＝（41 535 kg－7 503 kg）×18.07%＝6 148 kg.kg×1 000／720 kg／m3×706／10 000 m3＝1 338万 m3.考虑旁侧港池的淤积，全港池淤积约为1 338＋332×2＋97×2＝2 196万m3.可见当港池口外延至－7 m水深处时，潮周期回淤量及年平均回淤强度都显著降低，如图5和图6所示，回淤峰向港池内侧偏移了约1.5 km，港区内的平均年淤积强度约为0.36 m／a，最大年平均回淤强度小于3 m／a.图5 北线方案一个涨潮过程挖入式港池回淤量沿内航道分布Fig.5 Distribution of siltation along the middle channel in the planned excavated－in harbor of the Hengsha Shoal in single flood tide图6 北线方案全潮过程中挖入式港池内淤积强度沿内航道分布Fig.6 Distribution of siltation along the inner shipping channel of the planned excavated－in harbor2.4 纳潮进沙量沉沙率经验方法（曹祖德方法）计算参数的选取如下：hΔ—港内年平均潮差用中浚站数据取为2.6 m；S0—根据多年实测资料统计，对不同的口门位置设置，－5 m～－7 m水深，可取0.5～0.3 kg／m3；γc—淤积土干容重，本文计算取720 kg／m3；η—纳潮回淤率与港内水域总面积A0、泥沙沉降速度ω及港池平面形式等多种因素有关，根据本海区及平面布置形态情况，经验系数η可取为0.40～0.60，本报告取平均值0.5；A0—港内水域总面积约为南线方案60 km2、北线方案68 km2.根据上述参数代入公式计算，考虑在口门设置在－7 m，平均含沙量为0.3 kg／m3的回淤结果如表2.表2 挖入式港池内水域年淤强和淤积量计算结果Tab.2 The siltation rate and total deposition in the planned excavated－in harbor年平均淤积强度南线方案 0.30 m／a北线方案 0.30 m／a年淤积量南线方案 1 800万m3北线方案2 040万m3从进入港池泥沙总量上估算，整个港池内的泥沙回淤强度大致约为0.3 m／a，年回淤量南北线方案分别为2 040和1 800万m3.3 深水航道回淤估算3.1 海港水文规范（刘家驹公式）计算外航道回淤计算参数选取如下：ω—细颗粒泥沙的絮凝沉降速度（m／s），取0.000 4 m／s；S1—相应于平均水深d1的浅滩水域的平均含沙量（kg／m3），其沿程年平均含沙量分布如表3；t—淤积历时（s）；γ0—淤积物的干密度（kg／m3），取720 kg／m3；K1，K2—分别为横流和顺流淤积系数，在缺少现场资料的情况下，可取K1为0.35，K2为0.13；d1，d2—分别为浅滩平均水深和航道开挖后的水深（m）；θ—航道走向与水流流向之间的夹角（゜）.表3 挖入式港池外航道不同水深处年平均含沙量Tab.3 Climatological SSC at typical bathymetry out of the planned excavated－in harbor长江口横沙浅滩挖入式港池外航道的回淤结果如图7所示.图7 按海港水文规范计算北线方案挖入式港池外航道回淤强度分布图Fig.7 Distribution of siltation rate along the outer shipping channel under the north scheme of the planned excavated－in harbor with the Code of Hydrology for Sea Harbor经计算，北线方案在外航道年回淤量分别为1 110万m3，但是其回淤分布特征差异明显.北线方案在外航道0～8 km段泥沙回淤较显著（如图7），主要由于该段北线方案水深相对较浅，滩槽高差较大，对回淤的影响明显.由于8～18 km段北线方案水深梯度较大，其两侧滩地水深与主航槽水深差异较小，而且水体含沙量低，因此回淤开始显著变小.全航道平均年回淤强度为1.06 m／a.3.2 底切力模式（金鏐－虞志英方法）计算外航道回淤水动力及泥沙参数选定如下：1）摩阻流速根据窦国仁［11］的方法进行计算；2）动水絮凝沉速为ω＝0.04 cm／s；3）泥沙淤积临界摩阻流速u＊i＝0.7 cm／s；4）泥沙冲刷临界摩阻流速u＊c采用区域分布，从港池口1 cm／s逐渐过渡到－20 m水深处2.0cm／s；5）新淤泥沙海床冲刷系数取M＝0.69×10－4 kg／（m2·s）；6）泥沙垂向扩散系数取εs＝40 cm2／s；7）含沙量浓度取值分布如表3；8）外航道底部流速采用第三章中高分辨率三角形FVCOM模型计算的流速经过窦国仁（1999）年算法得到底部的平均摩阻流速.经计算得到沿航道底部摩阻流速分布如图8所示，从港池口至外海－20 m水深处摩阻流速整体呈现逐步增大的特征，在航道前段0～6 km内，摩阻流速小于2 cm／s，而在6 km之外摩阻流速增大并超过2 cm／s.运用底切力模式，综合考虑全潮过程中的淤积、冲刷，从而得到沿航道回淤分布（如图9所示），在航道近港池口及4 km区域段，航道回淤明显，主要是由于港池口区域水体含沙量较大，泥沙供给充足，滩槽水深比较大，从而形成显著泥沙回淤.而在航道4 km段位置，由于受北港水道泥沙下泄影响，横流影响显著，水动力垂向差异明显，造成泥沙在该区域较易沉降.在航道外侧水深较大处，由于海床底部较为密实，且水体含沙量较低，水动力较强，从而呈现一定的冲刷特征.从整体上计算得到航道沿程年回淤总量约607万m3，且主要集中在0～6 km航道段内.由于近港池口航道段呈现淤积状态，而航道8～18 km段呈现冲刷特征，因此全航道平均回淤强度较小，约为0.19 m／a.图8 底切力模式所得近底摩阻流速沿外航道分布Fig.8 Distribution of shear velocity along the outer shipping using bottom－shear－stress model图9 底切力模式所得沿外航道回淤强度分布Fig.9 Distribution of siltation ratae along the outer shipping using bottom－shear－stress model4 大风天气下的回淤估算夏季台风和冬季寒潮大风侵袭期间，波浪显著增强，水体泥沙浓度急剧增大，从而造成短时间较厚的浮泥层和较高的回淤量.因大风及强浪的的直接作用是水体含沙量浓度的显著身高，因此在本文中直接考虑风浪作用之后的含沙量浓度以体现大风强浪的作用，不在模式是另外考虑波浪的计算方程.即直接考虑外航道中在大风大浪情况下的含沙量异常升高，及挖入式港池口门去在大风天气下的含沙量显著增大.在此含沙量情况下采用上述的回淤计算方法进行大风天气下的回淤估算.4.1 外航道大风回淤估算考虑大风天气情况下的水体含沙量为平常天气情况下含沙量的3～10倍，取平均值为5倍.考虑夏季台风和冬季寒潮影响下的大风天气持续影响时间约为5 d.采用上述方法估算，大风天气影响5 d的外航道回淤量如表4所示.表4 大风天气影响下外航道回淤量Tab.4 Total siltation within the outer shipping channel under strong wind weather全航道平均回淤厚度为0.1 m.4.2 挖入式港池大风回淤估算采用底切力模式估算大风天气情况下高浓度含沙量水体引起的泥沙回淤.经估算，北线方案在大风天气作用5 d的情况下港池内回淤总量为183万m3，在此期间的沿内航道的淤积厚度如图10所示，最大淤积厚度约为0.7 m，位于距口门6～7 km位置处，其余淤积厚度较小，一般小于0.3 m.而在口门位置，由于水动力较强，还呈现较弱的冲刷特征.图10 大风天气影响下内港池航道主槽的回淤厚度分布Fig.10 Distribution of siltation thickness along the outer shipping using bottom－shear－stress model采用纳潮进沙沉沙率回淤公式估算，大风持续作用期为5 d，口门处的平均含沙量约为平时的3～10倍，取平均值5倍，为1.5 kg／m3，经估算大风期间挖入式港池内的泥沙回淤为165万m3.采用海港水文规范刘家驹公式计算方法，考虑相同的大风情况下的含沙量和持续时间，经分区递推计算得到大风情况下泥沙回淤量为252万m3.5 结语横沙浅滩挖入式港池方案的关键技术之一是回淤问题.通过采用海港水文规范推荐的公式、底切应力方法和经验公式等多种不同方法估算港池与进港航道回淤，结果较为一致，若港池出口门位于－7 m处，当地年均含沙量降为0.3 kg／m3，北线方案港池内平均淤积强度约为0.3～0.4 m／a，总回淤量约为2 000万～2 200万m3；外航道年平均淤积强度约为0.3～0.4 m／a，总回淤量约为600万～1 200万m3.粗步估算大风天气情况下港池与外航道的回淤，取夏季台风和冬季寒潮影响下的大风天气持续影响时间约为5 d，水体含沙量浓度比平常天气情况下平均高5倍，分别采用海港水文规范计算公式等，对于北线方案，5 d港池总回淤量约为165万～260万m3，外航道约为100万m3.计算得到港池内淤积分布呈现两头小中间大的特征，在港池口门和内侧淤积较小，而在离港池口4～6 km处为显著回淤区域；而在外航道港池口门～4 km区域为显著回淤区域，长约18～20 km的内航道和外航道，整体平均的回淤强度较小.计算表明，如果将港池出口移至含沙浓度更低的深水区域，港池内和外航道的回淤总量和回淤强度都将显著降低.。
长江口横沙地区演化过程及保护利用思考
长江口横沙地区演化过程及保护利用思考
郭兴杰
【期刊名称】《上海国土资源》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】长江口横沙地区的保护和利用一直是近年来的热门话题。
本文对横沙岛、横沙新洲的成陆过程以及浅滩的近期演化特征进行了总结和回顾,基于国家战略和
前人的利用设想,提出了横沙地区目前面临的灾害和未来利用需要论证的制约因素。
横沙岛于1958年定界成陆,横沙新洲(东滩)在历史大洪水切割以及航道工程和促淤圈围等作用下于2021年成陆,横沙浅滩目前“长高不长大”,处于萎缩性演化态势。
文章基于“长江大保护”国家战略,总结了前人提出的一些利用设想,认为需要综合
研判横沙地区的保护利用模式。
目前横沙地区主要面临流域输沙偏低和海平面上升带来的浅滩侵蚀问题,建议结合固沙保滩工程利用周围航道的疏浚土资源,未来利用
也需要深入研究横沙地区生态保护、基底稳定、航道冲淤、盐水入侵以及极端气候等承载力问题。
【总页数】6页(P16-20)
【作者】郭兴杰
【作者单位】上海市地质调查研究院;上海市国土资源调查研究院
【正文语种】中文
【中图分类】P303.5;F301.24
【相关文献】
1.利用长江口航道疏浚土进行横沙成陆实施方案研究
2.长江口横沙东滩滩涂整治利用和展望
3.长江口航道疏浚土综合利用及新横沙生态成陆探索
4.利用疏浚土塑造长江口新横沙生态成陆示范区研究
5.长江口航道疏浚土利用至横沙浅滩数值模拟研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于GIS的长江口南支下段河势演变及稳定性分析
基于GIS的长江口南支下段河势演变及稳定性分析刘杜娟;叶银灿;李冬;陈小玲【摘要】借助GIS技术,对1980年-2005年间的6幅海图进行数字化,建立DEM,并以0,-2,-5,-10 m等深线进行叠加,同时选取4个典型断面,从平面上和断面上对长江口南支下段河势变化及稳定性进行分析.结果表明:1)南支下段1980年-2005年间沙洲迁移、汊道消亡、汊道再生、冲淤交替,具体表现为:分流沙洲冲刷下移,通道淤废;分流口上游沙体新的通道产生,分流口上提.2)典型断面显示出下段河槽为复式河槽,尤其是位于中部的河槽断面变化最为剧烈,其上游和下游断面河槽多年来形态相对较为稳定.3)较大幅度的冲刷和淤积大都发生在滩槽交替变化且河床坡度较陡区段.4)径流输沙、特大洪水、潮流作用与科氏力一起,是影响南支下段河势变迁的主要因素.【期刊名称】《海岸工程》【年(卷),期】2010(029)003【总页数】9页(P19-27)【关键词】长江口;南支下段;GIS;河势演变【作者】刘杜娟;叶银灿;李冬;陈小玲【作者单位】国家海洋局,第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局,第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局,第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局,第二海洋研究所,浙江,杭州,310012【正文语种】中文【中图分类】TV14长江口在径流和潮流的双重作用下,自徐六泾以下形成三级分汊、四口入海的格局[1-3]。
长江口是有规律的分汊河口,在徐六泾以下由崇明岛分隔成南支和北支,南支在吴淞口以下被长兴岛分隔为南港和北港,南港在九段以下又被九段沙分隔成南槽和北槽[1,4]。
目前,对曾经作为上海港通海主航道的北港,学者们关注最多的是其泥沙特征及河势演变分析[3,5-7]。
随着南港成为上海港通海主航道以及长江口深水航道治理工程的实施,对南港泥沙特征、河道冲淤变化及河势演变分析的研究成为学者们关注的焦点[3,4,8-10]。
新形势下长江口横沙浅滩演变分析及趋势预测
第51卷增刊（2）2020年12月人民长江Yangtze Ｒiver Vol．51，Supplement （Ⅱ）Dec．，2020收稿日期：2020－07－14基金项目：上海市科学技术委员会科研计划项目（18DZ1206600）作者简介：李溢汶，男，工程师，硕士，主要从事河口海岸方向的研究工作。
E －mail ：lyw@whu．edu．cn文章编号：1001－4179（2020）S2－0016－04新形势下长江口横沙浅滩演变分析及趋势预测李溢汶，张诗媛（上海勘测设计研究院有限公司，上海200434）摘要：为研究流域来沙减少及人类活动影响下长江河口自然滩涂的冲淤演变趋势，以横沙浅滩为例，基于实测地形资料分析结果，建立了长江河口中长期动力地貌模型，并将其用于对横沙浅滩未来20a 的冲淤演变趋势进行预测。
结果表明：①近年来横沙浅滩逐渐由冲淤相对平衡状态转变为冲刷状态，其南北两侧冲刷显著，滩面串沟发展已成形；②横沙浅滩未来仍将呈持续冲刷的态势，将致使滩体稳定性受到威胁；③有必要对横沙浅滩开展保护与治理研究，并适时启动人工保护措施。
关键词：滩涂演变；动力地貌；演变趋势；长江口中图法分类号：TV147．5文献标志码：ADOI ：10．16232/j．cnki．1001－4179．2020．S2．0041研究背景长江口河段上起徐六泾，下至口外原50号标灯，是较为典型的潮汐型河口，其河床平面呈三级分汊、四口入海的复杂河势格局［1］。
受径流、潮流相对强度不同以及泥沙组成在空间上存在较大差异等因素的影响，自然状态下的长江口河势、滩势极为动荡，各汊道主流频繁移位［2－3］。
其中，横沙浅滩作为长江口宝贵的自然滩涂资源，近年来，受流域来沙量减少［4］及人类活动等因素的影响，滩体呈萎缩态势；而且滩面串沟发展［5］，极可能会影响到区域河势的稳定，从而威胁到航道的安全运行。
因此，研究新形势下横沙浅滩的冲淤演变特点并进行趋势预测，能为横沙浅滩的综合治理工作提供重要支撑。
长江口横沙浅滩挖入式港区的规划思路和关键技术
长江口横沙浅滩挖入式港区的规划思路和关键技术丁平兴;李树国【摘要】为落实中央政府关于“到2020年上海建成国际航运中心”的要求,适应世界航运业的船舶大型化、泊位深水化的发展趋势,上海迫切需要规划开辟新的深水港区.通过反复研究、论证和比较,本文提出:横沙浅滩是目前上海开辟新港区的最佳场所；建设挖入式港区,不但可以规避长江河口拦门沙与最大浑浊带影响,还可形成包括水深20 m以上的大量深水码头岸线,满足上海港今后20～30年的持续发展需求；优化规划方案可以避免对长江口深水航道工程产生不利影响；北槽深水航道的疏浚土可用于横沙浅滩的前期促淤成陆,挖入式港池水域的开挖土可就近提供大规模陆域形成所需的优质土源,从而大大节省陆域回填成本.【期刊名称】《华东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】9页(P1-9)【关键词】横沙浅滩;挖入式港区;规划思路;关键技术【作者】丁平兴;李树国【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062;中交第三航务工程勘察设计院有限公司,上海 200032【正文语种】中文【中图分类】P7510 引言上海港依托长江三角洲和长江流域广阔腹地，是我国最早对外开放的口岸之一.由于黄浦江吴淞导堤等整治工程的成功实施，给合长江口铜沙浅滩（今横沙浅滩）航道的疏浚，在20世纪30年代上海港已确立了亚洲国际航远中心的地位，通行当时国际海运最大等级（吃水9 m）的万吨巨轮.以后，由于战乱和帝国主义封锁等原因，港口运输萎缩.直至20世纪70年代我国改革开放，上海港重新焕发出勃勃生机，港区规模扩大，呑吐量快速上升.但是，由于受到长江口拦门沙的制约，通海航道水深始终在7 m上下徘徊，不仅明显滞后于国内其他沿海重要港口的发展，也与世界海运业持续已久的船舶大型化和散杂货运输集装箱化的潮流脱节.从20世纪90年代起，在浦东开发开放的国家战略推动下，随着长江口北槽12.5 m深水航道治理和洋山深水港建设两项跨世纪伟大工程的建成投运，大大缓解了上海港水深和集装箱泊位能力不足的困境；上海港再次成为东北亚囯际航远中心，并从2005年和2010年起，全港货物吞吐量与集装箱吞吐量分别跃居世界第一.进入21世纪后，随着我国中西部崛起国家战略的加速推进，长江黄金水道（包括12.5 m深水航道）向上延伸到南京规划的实施，上海港务集团在长江沿线对集装箱内陆口岸的布局，以及国际金融危机和航运市场竞争催生的国际集装箱和散货运输船舶的进一步大型化等，这些都要求上海以更高的标准加快国际航运中心和上海港国际航运枢纽港的建设.国务院［2009］19号文对上海提出明确要求：“到2020年，基本建成航运资源高度集聚、航运服务功能健全、航运市场环境优良、现代物流服务高效，具有全球航运资源配置能力的国际航运中心；基本形成以上海为中心、以江浙为两翼，以长江流域为腹地，与国内其它港口合理分工、紧密协作的国际航运枢纽港；基本形成规模化、集约化、快捷高效、结构优化的现代化港口集疏运体系，以及国际航空枢纽港，实现多种运输方式一体化发展；基本形成服务优质、功能完备的现代航运服务体系，营造便捷、高效、安全、法治的口岸环境和现代国际航运服务环境，增强国际航运资源整合能力，提高综合竞争力和服务能力”＊.按照目前国际海洋运输的现状和发展要求，以及上海港的现状，上海要继续保持和强化国际航运中心和国际航运枢纽港的地位，必需拓展港口空间，扩大港口规模，并建成一批水深在20 m以上的集装箱及散货泊位，以及与之配套的20 m以上的深水航道，以适应1.8万TEU的集装箱船和40万t级散货船进出.华东师范大学陈吉余院士和交通部刘济舟院士曾提出在长江口北槽外吹填疏浚土建设人工岛的规划方案［1］，开创了跳出长江口，在外海建立上海新港的先河.受陈吉余—刘济舟的人工岛规划方案和我们过去从事连云港扩建工程、长江口深水航道整治工程、洋山深水港建设工程等海港工程的研究启迪，华东师范大学河口海岸学国家重点实验室与中交第三航务工程勘察设计院有限公司，成立专题研究组，针对长江口及外海沉积、地貌、水沙运动的特点，提出了在横沙浅滩建设大型半封闭海湾，即挖入式港区的上海新港建设方案，并开展了相应的自然条件与工程技术方面的论证研究工作.研究成果得到国内交通、港口、海岸工程等方面的著名专家、院士的充分肯定和高度评价［2］.本文主要介绍在长江口横沙浅滩建设挖入式港区的规划思路和关键技术.有关港区建设的必要性论证、横沙浅滩及邻近海区的自然条件分析、挖入式港区与进港航道回淤分析以及港区建设对周边流场和生态环境的影响等在本专辑中各有专文论述.1 横沙浅滩挖入式港区的规划思路长江河口“三级分汊，四口入海”，航运资源丰富.历经12年的长江口深水航道整治工程极大地提高了南港－北槽航道的通航能力，改善了安全航行条件.长江口航道管理局［3］提出的近期重点发展“一主两辅一支”航道规划得到交通运输部的批复，其中“一主”指长江口南港北槽深水航道，“两辅”指北港航道和南槽航道，“一支”指北支航道（见图1）.与此同时，12.5 m深水航道向上游延伸到南京的工程和畅中游的航道治理工程正在实施.图1 长江口航道规划示意图Fig.1 The navigation channel plan in the Yangtze Estuary但由于受长江河口拦门沙、最大浑浊带以及整治工程后滩槽泥沙交换格局变化等影响，北槽12.5 m深水航道目前回淤严重；北港航道和南槽航道的整治还停留在规划论证阶段，且规划的目标水深均不超过10 m.为适应世界航运业的船舶大型化、泊位深水化发展的要求，在长江河口开辟深水大港，解决目前上海港没有超20 m 深水航道和码头的困境，必需另辟蹊径.为此，我们研究组通过反复研究、论证、比较，形成以下规划思路：（1）选择北槽与北港之间，水文、泥沙、沉积、地貌与工程地质等自然条件较为优越［4－7］，离口外深水海域和国际航线最近（距20 m深水区只有17 km），能够通江达海，具有优越江海联运条件的横沙浅滩建设新港区（见图1和图2）. （2）为避开长江河口拦门沙与最大浑浊带以及破波带掀沙影响、获取深水岸线和泊位以及利用长江口深水资源，采用挖入式港区的港口形态.通过圈围浅滩，将港区口门布置到破波带以外的低含沙浓度区，使港区仅承接纳潮量进沙；通过港区内水陆域合理布置，形成包括水深20 m以上的大量深水码头岸线、长江货运泊位和港区陆域，实现江海联运零距离对接.图2 上海新港址位置Fig.2 The map of new harbor plan in the Yangtze Estuary图3 横沙浅滩大型挖入式港区规划示意图（北线方案）Fig.3 The sketch map of excavated－in harbor basin in the Hengsha Shoal（The North Line Scheme）（3）整体规划，分期建设，分期形成码头能力，实现滚动开发.按此规划理念提出的规划方案如图3和图4所示［8］，港区内可布置150个包括20 m以上水深的深水海轮泊位和100个长江驳船、货船泊位，可满足上海港今后20～30年的持续发展需要，维持、强化上海港作为国际航运中心和国际航运枢纽港的地位.图4 横沙浅滩大型挖入式港区规划示意图（南线方案）Fig.4 The sketch map of excavated－in harbor basin in the Hengsha Shoal（The South Line Scheme）在浅海建设大型挖入式港区的建港模式，在国内外多个淤泥－粉砂质海岸港口中都有成功的应用［9－11］.从技术角度看，在长江口横沙浅滩建设挖入式港池有以下一些优点：（1）港区主要为纳潮量进沙，只要将港区口门布置在波浪破碎带之外的含沙量低值区就可有效减少港区进沙；且港池内泥沙滩槽交换少，只要港区水域布置得当可以有效控制港池内的泥沙回淤强度.在多沙海域环境中，挖入式港区通常优于通道式港区布置.（2）挖入式港区可以有效规避长江口拦门沙和最大浑浊带影响，在港池内可以开挖20 m或更深的深水泊位，解决目前上海港没有超深水航道和码头的困境，适应世界航运业的船舶大型化、泊位深水化发展的要求.（3）挖入式港区的围堤主要顺横沙浅滩－2 m～－3 m等深线布置，南以北槽北导堤、西以N23促淤堤为界，北与北港航道整治规划中的南导堤为界.围堤工程主要在水深较浅的浅滩布置，可避免大量的深水筑堤，工程量小且施工难度低；港区北围堤可以与江海联运码头的驳岸线和北港航道整治的治导线结合考虑，协调布置. （4）挖入式港池的水域开挖可就近提供大规模陆域形成所需的优质土源，大大节省陆域回填成本；同时北槽深水航道的疏浚土也可用于横沙浅滩挖入式港池的前期促淤成陆和后期陆域加高，这对于降低北槽深水航道的维护成本和横沙浅滩挖入式港池建设无疑是互利双赢的好事.（5）由于挖入式港池形成的港区范围大，单位护岸长度所取得的港区面积，即堤长与面积之比比较经济，建港的综合成本较低；港区圈围形成后，可分期建设，分期取得效益，滚动发展.（6）由双堤环抱形成的挖入式港池具有水域平稳，泊稳条件好，年作业天数多的优点，可避免在开敞海域建港例如外海人工岛防浪掩护条件差，深水防波堤造价昂贵的不足.（7）横沙浅滩圈围，消除了该浅滩风浪掀沙对北槽的泥沙供应，有利于北槽深水航道的维护.不足之处是，目前规划港区水体的自净能力可能不及通道式港区.为有利于规划港区内外水体交换和扩大江海联运条件，我们提出在北线方案基础上的优化方案（见文献［8］）.2 横沙浅滩挖入式港区规划的关键技术2.1 挖入式港池与入海航道的回淤强度必需可控横沙浅滩挖入式港池与入海航道规划设计的关键技术之一是回淤问题.由于挖入式港池及入海深水航道各自的动力条件、泥沙供给方式不同，需要分开进行计算.对于挖入式港池，我们［2，12］分别采用《JTJ 213－98海港水文规范》附录N－淤泥质海岸港池的淤积计算公式N.0.3、金鏐等［13］提出的底切应力计算模式和曹祖德［14］提出的计算公式进行初步估算；对于入海航道，分别采用海港水文规范公式及底切力模式两种方法进行初步估算；并就台风和寒潮天气下港池与入海航道的回淤进行估算.若把港池口门放置于－7 m处，该处多年年平均含沙量为0.3 kg／m3，挖入式港池与入海深水航道年回淤强度与总淤积量见表1和表2.表1 挖入式港池年回淤计算结果（北线方案）Tab.1 The computing results of annual deposition amount in the excavated－in harbor basin（The North Line Scheme）计算方法年均回淤强度／（m·a－1）说明海港水文公式 0.35 2 175 回淤重点在口门0～5年总淤积量／万m3 km底切力模式 0.36 2 196 回淤重点在口门内3～6 km纳潮淤积公式 0.30 2 040表2 入海航道年回淤计算结果（北线方案）Tab.2 The computing results of annual deposition amount in the outer navigation channel（The NorthLine Scheme）说明海港水文公式 1.06（0～18 km年均淤强） 1 110 口门外0～8 km计算方法年均回淤强度／（m·a－1）年总淤积量／万m3回淤比较显著底切力模式 1.57（0～8 km年均淤强） 607 口门外0～8 km回淤比较显著，8 km 外呈冲刷特征由于挖入式港池及入海航道所在的横沙浅滩及口外区域易受夏季台风和冬季寒潮大风的影响，我们分别釆用海港水文规范、底切力及纳潮淤积公式估算如大风天气持续影响5 d，－7 m处平均含沙量平均提高5倍，即在1.5 kg／m3情况下的港池回淤量和入海深水航道回淤量.计算结果分别为：港池总回淤约为165～260万m3，入海航道总回淤约100万m3［12］.通过定量比较发现［2］，挖入式港池与入海航道的回淤强度，与港区口门位置关系密切.将口门位置从－5 m移至－7 m，港池回淤强度几乎可减少一半.因此，如何优化横沙浅滩挖入式港池和入海航道的平面布置至关重要，还需开展深入的研究及方案比选.2.2 港区布局应避免对长江口深水航道产生负面影响横沙浅滩挖入式港区规划的一项基本原则是不能对已建成的长江口北槽深水航道有负面影响.显然，横沙浅滩的成陆与挖入式港区的建设，可以基本消除横沙浅滩波浪掀沙进入北槽深水航道，有利于北槽深水航道的维护.但挖入式港区外轮廓线与入海航道的布置还需注意顺应横沙浅滩的发育规律和浅滩前沿的自然条件，避免对北槽深水航道出口段流场过多的干扰以及产生不利影响.为此，我们提出了南线、北线二个规划方案［2，8］，然后采用国际上先进的、适合于河口海岸复杂地形的FVCOM模型［15，16］，分别计算并讨论南线、北线二个规划方案对周边流场，特别是对北槽深水航道的影响.计算结果表明［17］，北线方案堤线主要沿－2 m等深线布置，北槽航道出口段及北槽中、下段涨、落急流场与无横沙浅滩挖入式方案时相比无明显变化；北槽北导堤下段与挖入式港区南堤之间三角区将出现局地环流，涨潮流时环流为顺时针向，对北槽口门段涨潮流有一定的分流抑制作用，而在落潮流期间，环流为逆时针向，对北槽口门段落潮流有一定程度的汇流加强作用，上述流态对北槽航道减少涨潮进沙，强化落潮出沙应属有利.南线方案围堤堤线与－2 m等深线更为贴合，流向归顺，北导堤下段与挖入式港区南堤之间的三角区范围很小.但挖入式港区圈围东南侧堤以及进港航道离北槽出口以及北槽口门外航道较近，对北槽口外深水航道的维护可能有一定程度的影响；同时，出口段两条航道基本共线，也不利于船舶航行安全.此外，南线、北线二个规划方案在入海航道都有较为明显的跨越航道的横流，除易引起回淤加大外，对通航环境和通航安全的影响必需引起注意.2.3 规划方案对周边生态环境的影响可控制并降之最小尽管横沙浅滩挖入式港池与入海深水航道在自然条件、建设和运营条件以及施工技术上有一系列优势，应基本可行，但毋庸置疑，横沙浅滩的圈围及挖入式港池与入海航道建设对于水生生物的栖息、鱼类的索饵与洄游等会有所妨碍，施工和营运对于周边生态与环境也会有一定影响.但其影响程度多大？范围多广？能否可控？如何修复和补偿？均需做专门研究与评估.所以，优化横沙浅滩挖入式港池和入海航道的规划方案，把其对周边生态环境的影响降低到最小程度，也是横沙浅滩挖入式港区规划的关键技术之一.3 结语（1）面对长三角，特别是长江流域社会经济发展对上海港的扩能要求和船舶大型化的新挑战，以及上海港港区及航道水深不足、吞吐能力饱和、深水岸线匮乏、土地资源短缺、市内交通紧张的局面，建设新的大型港区和一批水深达到和超过20 m的超大型集装箱及散货泊位，是上海维持和强化国际航运中心和国际航运枢纽港地位的战略要求，应抓紧谋划.（2）横沙浅滩自然条件较为优越，离口外深水海域和国际航线最近，能够通江达海，实现江海无缝连接，是上海开辟新港区的最佳场所；建设挖入式港区，浅滩圈围成本低、施工方便；港池掩护条件好，泊稳条件容易满足；港池及入海航道可以规避长江河口拦门沙与最大浑浊带影响；若将港区口门布置到破波带以外的低含沙浓度区，港池及入海航道回淤强度较低；通过港区水陆域合理布置，可形成包括水深20 m以上的大量深水码头岸线，满足上海港今后20～30年的持续发展之需，维持、强化上海港作为国际航运中心和国际航运枢纽港的地位.（3）目前，可把北槽深水航道的疏浚土用于横沙浅滩的前期促淤成陆，这对于降低北槽深水航道的维护成本和横沙浅滩挖入式港池建设应是互利双赢；挖入式港池水域的开挖可就近提供大规模陆域形成所需的优质土源，大大节省陆域回填成本；北港航道整治规划中的导堤建设可与横沙浅滩挖入式港区建设结合，其中北港航道南导堤与横沙浅滩挖入式港池北围堤可一并考虑.（4）规划方案是否会对长江口深水航道工程产生不利影响是方案论证的重要内容.初步的工作成果表明，从潮流场来看，对深水航道的维护不会产生明显不利的影响；而且由于横沙浅滩的成陆，减少了横沙浅滩部分泥沙进入北槽航道，有利于北槽深水航道的维护.通过初步论证，我们感到选择在横沙浅滩建设挖入式港区，在海床稳定性条件、围堤建设条件、港区及水域形成条件、泊位及航道等级及港口规模、港口及航道回淤条件、港内泊稳条件、港口集疏运及江海联运条件等方面，都有着显著的优点，是一个大有希望的方案.但是，要达到设计方案的深度，还需要大量研究工作的支撑.就自然条件分析方面，我们初步考虑至少要开展以下几方面的深入研究：一是围绕横沙浅滩挖入式港池方案对现场进行专门的勘察与调查，加深对横沙浅滩周围及邻近海域水文、泥沙运动，沉积、地貌过程和工程地质的认识，包括长江口外，尤其是北港以外海岸地貌的成因、工程后河口拦门沙演变趋势的研究和预测；二是长江口汊道（主要是北港、北支）演变趋势及北港航道整治治导线与挖入式港区北侧驳岸线的研究；三是港区平面布置和入海深水航道建设方案的优化，深挖槽大风天浮泥生成、运动规律的研究；波、流、泥沙综合三维数学模型的研究与完善；四是强化河口及海洋生态环境方面的研究，其中包括：横沙浅滩建港对河口湿地总体效应的研究，不同港区平面的港区内水体交换、环境容量的数值模拟研究，工程所在区域的河口、海岸渔业及生态动力学，以及生态修复技术的研究；全球变化及极端气候事件频发的环境影响等.上述这些方面需要有关部门组织各方面力量进行.我们也将责无旁贷，发挥专业及人才优势，继续积极地参与.致谢此项工作得到同盛集团原副总裁、洋山港指挥部原指挥归墨教授级高工的指导，华东师范大学河口海岸学国家重点实验室和中交第三航务工程勘察设计院领导的支持；专题研究组虞志英教授、邵荣顺教授级高工、金镠教授、李身铎教授、徐海根教授、葛建忠博士等倾注了近二年的努力，金镠教授审阅全文并提出了许多建设性的修改意见，在此一并致以感谢！［参考文献］［1］陈吉余，刘济舟.关于利用长江口深水航道工程疏浚土填筑人工岛的建议［R］.上海：华东师范大学，2005.［2］中交第三航务工程勘察设计院有限公司，华东师范大学河口海岸学国家重点实验室.上海国际航运中心横沙浅滩挖入式港池规划方案研究报告［R］.上海：华东师范大学，2012.［3］交通运输部长江口航道管理局.长江口航道发展规划［R］.上海：交通运输部长江口航道管理局，2010.［4］李身铎，朱巧云，虞志英.长江口横沙浅滩及邻近海域水动力特征分析［J］.华东师范大学学报：自然科学版，2013（4）：25－41.［5］徐海根，虞志英，钮建定，等.长江口横沙浅滩及邻近海域含沙量与沉积物特征分析［J］.华东师范大学学报：自然科学版，2013（4）：42－54.［6］虞志英，张志林，金鏐，等.长江口横沙浅滩挖入式港池与入海航道区域海床稳定性分析［J］.华东师范大学学报：自然科学版，2013（4）：55－71. ［7］中交第三航务工程勘察设计院有限公司.上海新港区选址（横沙）项目研究前期工作报告［R］.上海：中交第三航务工程勘察设计院有限公司，2012. ［8］邵荣顺，程泽坤，丁平兴，等.长江口横沙浅滩挖入式港池方案的研究［J］.华东师范大学学报：自然科学版，2013（4）：17－24.［9］吴今权，董文才.京唐港选址与规划，唐山港京唐港区粉沙质海岸泥沙研究与整治［M］.南京：河海大学出版社，2009：3－18.［10］顾民权.曹妃甸取沙造地和建设挖入式港池［J］.港工技术，2007（6）：12－17.［11］李晓铳，陈有文，郑斌.大型挖入式港池布局要点分析［J］.水运工程，2006（9）：68－70.［12］葛建忠，金鏐，丁平兴，等.长江口横沙浅滩挖入式港池方案泥沙回淤估算［J］.华东师范大学学报：自然科学版，2013（4）：106－119.［13］金镠，虞志英，陈德昌.淤泥质海岸浅滩人工挖槽回淤率计算方法的探讨［J］.泥沙研究，1985（2）：12－19.［14］曹祖德，杨华，张书庄.环抱式与挖入式港池的纳潮淤积计算［J］.水道港口，2008，29（2）：77－81.［15］ CHEN C，LIU H，BEARDSLEY R C.An unstructured grid，finite－volume，three－dimensional，primitive equations ocean model：application to coastal ocean and estuaries［J］.Journal of atmospheric and oceanic technology，2003，20（1）：159－186.［16］ CHEN C，BEARDSLEY R C，COWLES G.An unstructured grid，finite －volume coastal ocean model（FVCOM）system［J］.Oceanography，2006，Special Issue，19（1）：78－89.［17］葛建忠，郭文云，丁平兴，等.长江口横沙浅滩挖入式港池对流场的影响分析Ⅱ：对周边流场影响［J］.华东师范大学学报：自然科学版，2013（4）：91－105.。
长江口横沙浅滩演变及水沙变化特征研究
长江口横沙浅滩演变及水沙变化特征研究
孙鹏;白一冰;刘星璐;丁佩
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2023(54)2
【摘要】近年来,随着长江流域上游来沙的锐减,长江口滩涂面临着侵蚀的风险。
为探讨河口滩涂在人类活动和自然环境影响下的冲淤演变规律及水沙变化特征,以横
沙浅滩为例,采用实测资料与数学模型相结合的方式进行了系统研究。
实测资料分
析表明:1998~2010年,横沙浅滩淤积较为明显,2010~2019年,浅滩呈微冲趋势,其中-5 m以浅沙体体积在2010年达到最大,-2 m以浅沙体体积在2015年达到最大,说明近年来横沙浅滩出现了侵蚀现象。
数学模型模拟结果表明,浅滩内水动力和含
沙量均呈持续减小趋势。
鉴于长江口来沙持续减小,横沙浅滩可能进一步发生侵蚀,
未来需加强对流域来沙变化引起河口滩涂资源变化的关注,并考虑相应的补偿措施。
【总页数】8页(P77-84)
【作者】孙鹏;白一冰;刘星璐;丁佩
【作者单位】中交上海航道勘察设计研究院有限公司;南京水利科学研究院河流海
岸研究所;南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TV14
【相关文献】
1.长江口横沙浅滩及邻近海域含沙量与沉积物特征分析
2.长江口横沙浅滩及邻近海域水动力特征分析
3.新形势下长江口横沙浅滩演变分析及趋势预测
4.长江口横沙通道冲淤变化与地形特征演变
5.长江口航道疏浚土利用至横沙浅滩数值模拟研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
长江口横沙深水港选址及可维护性探讨
长江口横沙深水港选址及可维护性探讨楼飞;季岚;陈中;王大伟【摘要】Hengsha east shoal is a large mouth bar in Yangtze estuary. The main problem of building large excavated-in deepwater harbor basin here is the maintainability of the basin and waterway. In this paper,on the basis of the characteristics of current and sediment,the basin and its entrance sites selection and the maintainability of the basin and waterway are discussed. The results show that the entrance of the basin should be set in the east side of Hengsha east shoal and on the south of Jigu reef,and towards southeast. The entrance and waterway should be built in the area where the depth is greater than 10 m. If do so,the tidal prism is large;the siltation is small,and the maintainability is good.% 横沙东滩位于长江口拦门沙区域，该区域建设大型挖入式深水港的关键问题之一是港池及进港航道的可维护性。
本文从自然水沙特性出发，对港池及其口门选址、港池及进港航道的可维护性等问题作探讨分析。
长江口导堤在波浪荷载作用下的稳定性研究
层土工布 上面是 2 m 高的碎石基床垫层 由于地 基承载力相当低 导堤的沉箱做成中空的半圆形状 以减少基础的重力(见图 1) 而且半圆形结构的另一 个优点是波浪的合力方向总是通过结构物的圆心 这样大大地改善结构物的承载条件[9] 2.3 破坏描述
第 25 卷 增 1 2006 年 2 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.25 Supp.1 Feb. 2006
长江口导堤在波浪荷载作用下的稳定性研究
闫澍旺 1 侯晋芳 1 刘 润 1 范期锦 2 谢世楞 3
表 1 土的工程性质指标 Table 1 Physical properties of soil
W/% γ / (kN m 3) e
IP
IL Es0.1–0.2/MPa
29.3
19.0
0.827 9.2
10.3
57.5
16.4
1.672 21.6 1.57
1.8
51.5
16.8
1.470 16.6 1.50
2mpa293190082792103软黏土575164167221615718粉质黏土51516814701661501922基础结构基础结构基础结构基础结构为防止表层地基土受到冲刷在地表面放置一层土工布上面是2m高的碎石基床垫层由于地基承载力相当低导堤的沉箱做成中空的半圆形状以减少基础的重力见图而且半圆形结构的另一个优点是波浪的合力方向总是通过结构物的圆心这样大大地改善结构物的承载条件23破坏描述破坏描述破坏描述破坏描述2002年12月的一次强风暴期间已经安装好的沉箱发生了很大的沉降和侧移见图调查表明在已经滑移的沉箱中填充的部分砂被波浪掏出大大降低了对侧向荷载的抵抗能力导致侧沉箱发生突然沉降的原因分析沉箱发生突然沉降的原因分析沉箱发生突然沉降的原因分析沉箱发生突然沉降的原因分析为了了解沉箱发生竖向过量沉降的机制hx100振动三轴仪上进行了动三轴试验由于地基土由表层粉土和软黏土组成地基土的破坏机制不同下层的软黏土可能发生强度弱化现象因此试验分为即粉土的液化试验和软黏土的强度弱化试验土样用薄壁取土器从现场取出并且小心运到实验室粉土和软黏土都做不固结不排水的动三轴试验目的是为了了解它们的动态响应特性试验前后检测土的uu强度导堤构造单位mmfig1guidedikestructureunitmm水位单位以m计第25卷长河口破坏的导堤结构fig2failedguidedikestructure31地基土中的应力地基土中的应力地基土中的应力地基土中的应力地基应力是根据设计基本数据例如碎石垫层和沉箱的重力用有限元程序得出见表轴应力以015hz的频率重复1000动三轴试验的静荷载和动荷载tabledynamicloadsdynamictriaxialtests土层深度自重kpa结构物产生的应力kpa141265675软黏土443584360粉质黏土110818332532粉土的液化试验粉土的液化试验粉土的液化试验粉土的液化试验粉土的粒径级配曲线见图强烈的循环荷载作用下有发生液化的可能性因此对未经扰动的粉土试样作动三轴试验来检测在风暴期间粉土层是否会发生液化现象在不排水的情然后将碎石垫层和沉箱自重引起的附加应力加上去最后仍在不排水条件动荷载重复作用1000从试验结果可以看出加上静荷载和动荷载后土样中产生的应变和孔隙水压力水平很低能够抵抗加在其上的静荷载和动荷载的作用并不会发生液化现象33软土强度弱化试验软土强度弱化试验软土强度
地震荷载作用下海底管线周围砂质海床 的稳定性分析
第27卷第6期岩石力学与工程学报V ol.27 No.6 2008年6月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June，2008地震荷载作用下海底管线周围砂质海床的稳定性分析栾茂田1，2，3，张小玲2，张其一2(1. 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116024；2. 大连理工大学土木水利学院岩土工程研究所，辽宁大连 116024；3. 中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北武汉 430071)摘要：地震荷载作用下海床液化是海底管线失稳的主要原因之一。
建立地震荷载作用下海底管线周围砂质海床液化问题的有限元模型，利用先进的土工静力–动力液压三轴–扭剪多功能剪切仪，将在不排水循环扭剪试验条件下得到的孔隙水压力增长模式作为考虑地震循环作用所引起的孔隙水压力源项引入到二维动力固结方程中，基于有限元方法对推广的固结方程进行数值求解，得到地震荷载作用下砂质海床中累积孔隙水压力的发展过程与变化规律。
通过变动参数计算研究砂质海床土性参数和管线几何尺寸对由地震所引起的管线周围海床中累积孔隙水压力分布的影响，进一步对管线周围砂质海床的液化势进行评判。
通过计算分析发现，土的渗透系数对由地震所引起的管线周围砂质海床中的累积孔隙水压力比具有显著影响，而管线半径只影响管线周围海床的累积孔隙水压力比分布，在离开管线一定距离之外，其影响可以忽略。
关键词：土力学；海底管线；地震荷载；累积孔隙水压力；液化中图分类号：TU 441文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)06–1155–07STABILITY ANALYSIS OF SANDY SEABED AROUND SUBMARINEPIPELINES UNDER SEISMIC LOADLUAN Maotian1，2，3，ZHANG Xiaoling2，ZHANG Qiyi2(1. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning116024，China；2. Institute of Geotechnical Engineering，School of Civil and Hydraulic Engineering，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning116024，China；3. Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei430071，China)Abstract：The liquefaction of seabed under seismic load is one of the main reasons that govern the global stability of submarine pipeline. A finite element numerical analysis method for liquefaction around a buried pipeline in sandy seabed under seismic load is presented. The advanced soil static and dynamic universal triaxial and torsional shear apparatus is employed to perform torsional shear tests subjected to cyclic loading. The mode of dynamic increase of pore water pressure under undrained conditions gained from tests is incorporated with two-dimensional dynamic consolidation equation；and a numerical procedure based on FEM is developed to assess the accumulative pore water pressure. By numerical computation，the accumulation process of pore water pressure and liquefaction收稿日期：2007–12–25；修回日期：2008–03–26基金项目：国家自然科学基金重点项目(50439010)；国家自然科学基金资助项目(50579006，50179006)；教育部跨世纪优秀人才培养计划研究项目(教技函[1999]2号)作者简介：栾茂田(1962–)，男，博士，1982年毕业于大工学院水利工程系港口建筑工程专业，现任教授、博士生导师，主要从事岩土力学基本理论、海洋土力学理论与试验技术、非线性土动力学理论与计算等方面的教学与研究工作。
长江口横沙东滩建港水动力泥沙环境三维数值模拟
长江口横沙东滩建港水动力泥沙环境三维数值模拟
曹慧江;王大伟;袁文昊
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2015(000)012
【摘要】横沙东滩是横沙岛东侧的大型水下浅滩,与崇明东滩、九段沙同为长江河口拦门沙地区的3大浅滩之一;长期以来位置和海床均十分稳定,是建设挖入式港池的理想区域.利用三维潮流泥沙数学模型从水动力、泥沙输运角度对长江口横沙浅滩建设挖入式港池方案进行数值模拟研究,分析了工程前后潮流泥沙变化,为横沙东滩建港及影响分析提供科学依据.
【总页数】6页(P74-79)
【作者】曹慧江;王大伟;袁文昊
【作者单位】中交上海航道勘察设计研究院有限公司,上海200120;中交上海航道勘察设计研究院有限公司,上海200120;中交上海航道勘察设计研究院有限公司,上海200120
【正文语种】中文
【中图分类】TV142
【相关文献】
1.基于非结构网格的长江口横沙东滩新陆域数值模拟 [J], 路川藤;罗小峰;徐群;张功瑾
2.横沙成陆和建港对长江口河势的影响 [J], 周敏;徐德麟
3.长江口南北槽及横沙东滩工程流场数值模拟 [J], 黄坚;何青;桑永尧;虞志英;金鏐
4.长江口南支三维水动力及污染物输送数值模拟 [J], 徐祖信;华祖林
5.长江口水域三维水动力数值模拟研究 [J], 陈祖军;韦鹤平;陈美发
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
长江口横沙通道通航功能定位的初步研究
（ｈｎｈ ｉ ｔ ｗ ｙＥ ｇ ｅｒ ｇＤ ｓ ｎａｄＣ ｎｕｔ ｇＣ ．Ｌｄ， ｈ ｎｈｉ ０ １０ Ｃ ｉａ Ｓ ａ ｇａ Ｗａ ｒａ ｎ ｉ ｅｉ ｅｉ ｎ ｏ ｓｌｎ ｏ ｔ．Ｓ ａｇａ ２０ ２ ， ｈ ） ｅ ｎ ｎ ｇ ｉ ， ｎ
的联 络 航 道 。
关 键 词 ：长 江 口 ；航 道 ； 河床 演 变 ；通 航 安 全 ；船 舶 分 流
中图 分 类号 ：Ｕ６ １
文 献标 志码 ：Ａ
文章 编 号 ：１０ — ９ ２ ２ １ ）２ ０ ０ － ５ ０ ２ ４ ７ （０ ０ １— １４ ０
Ｐｒ ｌ ｎ ｒ ｔ ｄ ｎｎ ｖｇ ｔ ｎｆ ｎ ｔ ｎｏ ｉｎ ａｉ ｎｏ ｎ ｓ ａＰ ｓａ ｅａ ｎ ｔｅＥ ｔ ａ ｙ ｅｉ ａ ｙｓｕ ｙｏ ａ ｉａ ｉ ｃｉ ｒｅ ｔｔｏ ｆ ｍｉ ｏ ｕ ｏ Ｈｅ ｇ ｈ ａ ｓ ｇ ｔ Ｙａ ｇ ｚ ｓｕ ｒ
ｐ ｅ ｅ ｔ ｏ ｅ ａ ｉｎ ａ ｄ ｌｎｎ ｎ ｆ ｉ，ａ ｄ ｎａｙ ｅ ｏ ｒ ｈ ｎ ｉ ｅｙ ｔ ｅ ｒ ｓｒｃｉｅ ｃ ｎ ｔｏ ｓ ａ ａ ｕ ｅ ｆ ｒ ｓ ｎ ｐ ｒ ｔ ｎ ｐ ａ ｉ ｇ ｏ ｔ ｎ ａ ｌ ｚ ｓ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ｌ ｈ ｅ ｔｉｔｖ ｏ ｄｉｉｎ ｎｄ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ｏ ｏ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｆ ｒｉ．Ｃｏ ｉｅ ｉ ｇｔ ｅ ｔｃ ｎ ｃ ｌｐ ｓ ｉ ｉｉｙ ａ ｄ ｒ ａ ｅ ｎｄ ，ｔ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ｏ ｅ ｔｔｏ ｓ ｓ ｔａ ：ｔ — ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｏ ｔ ｎｓｄ ｒｎ ｈ ｅ ｈ ｉ ａ ｏ ｓｂ ｌｔ ｎ ｅ ｌｄ ｍａ ｓ ｈ ｕ ｃ ｉ ｒ ｎａ ｉｎ ｉ ｅ ｓ ｗｏ ｏ ｉ
长江口横沙浅滩冲淤演变特征分析
长江口横沙浅滩冲淤演变特征分析
冯祎琳;张行南;徐双全;李万春;方园皓;刘羽婷
【期刊名称】《海洋工程》
【年(卷),期】2024(42)2
【摘要】横沙浅滩作为长江口前沿滩涂湿地的重要组成部分,是“上海市长远发展战略空间”的预留区,掌握其滩涂演变规律对该地区的资源保护及合理开发具有重要的参考价值。
基于2005—2021年长江口实测水下地形数据,定量分析研究了横沙浅滩地形演变过程,及其对周边河口工程建设和水沙条件变化的响应。
研究结果表明:横沙浅滩近年来整体呈现“长高长不大”的演化格局,中、东部区域明显淤高,沙体向海延伸与河口泥沙滞流点的向外海移动关系紧密。
流域输沙量锐减是横沙浅滩滞涨的重要原因,滩面北沿和深水航道北侧冲刷明显,造成N23堤顶冲坑的扩大与滩面潮水沟的贯通。
深水航道工程与横沙东滩促淤圈围工程的建设是潮水沟与
N23堤顶冲坑迅速发育的主要原因。
【总页数】15页(P192-206)
【作者】冯祎琳;张行南;徐双全;李万春;方园皓;刘羽婷
【作者单位】河海大学水文水资源学院;河海大学水安全与水科学协同创新中心;上海市水务局;长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局
【正文语种】中文
【中图分类】TV148
【相关文献】
1.长江口横沙浅滩挖入式港池方案泥沙回淤估算
2.长江口横沙浅滩及邻近海域含沙量与沉积物特征分析
3.长江口横沙浅滩及邻近海域水动力特征分析
4.新形势下长江口横沙浅滩演变分析及趋势预测
5.长江口横沙浅滩演变及水沙变化特征研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
船舶坐滩搁浅后的稳性研究
以上分析可知 ,只有当 Zm > W ·Zg/ Δ 时 ,才能 保证船舶的稳性 。
当潮位下降 ,吃水减小 ,船舶何时从正初稳性变 为负初稳性 ,这一点可从式 (3) 分析出来 。船舶坐滩 后 ,在船舶吃水不断下降的过程中 ,初稳性从正变到 负 ,即船舶由稳定平衡状态变为不稳定平衡状态 。
312 外力脱浅
当船舶确信用自力不能脱浅而请求外援时 ,常
采用拖曳脱浅 。拖曳前搁浅船舶应将相关情况 ,包
括吃水损失 、破损范围 、机器动力能利用的程度 、搁
浅区的水深 、底质 、风浪等条件 ,以及所需的拖力等
向求援拖轮单位报告 ,以便派遣有足够功率的拖船 。
31211 搁浅船舶脱浅所需拖力的估算方法
的方向与横倾方向相反 ,当外界干扰力消失后 ,船舶
能回复到原来的平衡状态 ,称为稳定平衡 ,船舶能保
持正浮状态 。
2 当 Zm < W ·Zg/ Δ 时 , h1 < 0 ,此时当船舶受
外界力作用 ,产生的横倾力矩与稳性力矩方向相同 , 使船舶继续倾斜 ,此时船舶处于不稳定平衡状态而 倾复 。
3 当 Zm = W ·Zg/ Δ 时 ,船舶倾斜后的回复力
收稿日期 :2000 - 08 - 14
设吃水为 d 时稳心距基线高为 Zm ,则此时的初
稳心高 : h1 = Zm - Zg1 = Zm - W ·Zg/ Δ
(3)
113 船舶初稳性分析
由 (3) 式可知 ,船舶搁浅时 ,其初稳性主要取决
于 Zm - W ·Zg/ Δ 值 。
1 当 Zm > W ·Zg/ Δ 时 , h1 > 0 ,此时回复力矩
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
长江口横沙浅滩挖入式港池与入海航道区域海床稳定性分析虞志英;张志林;金鏐;徐海根;李身铎【摘要】提议中的横沙浅滩挖入式港池和入海航道区域位于长江口北港和北槽之间的横沙浅滩以及长江口外的水下三角洲海域.长江河口长期以来承受数亿万吨计流域来沙在河口区的堆积,发育了巨大的陆上和水下三角洲,横沙浅滩则是与崇明东滩、九段沙同为长江河口拦门沙地区的三大浅滩之一,长期以来位置和海床均十分稳定,是建设挖入式港池的理想区域.长江水下三角洲形成历史悠久,地形平坦,以三角洲沉积为主.随着近年来长江来沙量的逐渐减少,使长年来地形变幅甚小,对深水航道建设提供了有利的稳定环境.本文主要从海床稳定性的角度,对海床演变环境及演变趋势作出分析研究,为在长江口建设深水港提供参考.【期刊名称】《华东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】17页(P55-71)【关键词】挖入式港池;横沙浅滩;海床稳定性【作者】虞志英;张志林;金鏐;徐海根;李身铎【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062;长江水利委员会长江口水文水资源勘测局,上海 200213;交通运输部长江口航道管理局,上海200003;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062【正文语种】中文【中图分类】P7510 引言拟议中的横沙浅滩挖入式港池和出口航道，位处长江口北港、北槽两汊道之间的横沙浅滩以及水下三角洲海域.众所周知，长江河口为水丰沙多的中等潮汐河口，数千年来承受长江流域数以亿万吨计泥沙的下泄沉积，发育了巨大的陆上和水下三角洲，随着水下三角洲的不断向海延伸，前缘水深已达－30～－50 m处.长江口历史演变经历了一个河口分汊，沙洲并岸，河口束狭，河槽加深的过程，才形成了目前三级分汊、四口入海的格局［1，2］，在河口口门区则覆盖广为发育的河口拦门沙沉积区，挖入式港池拟选的横沙浅滩则是其中一个组成部分.设想中的上海国际航运中心横沙浅滩挖入式港池和航道的建设规模，是世界级的深水大港，对自然和环境条件具有特殊要求，其中选址所在的横沙浅滩和水下三角洲的海床地形稳定性及所在区域的水动力条件，以及沉积特性，是建港可能性中必需具备的重要基础.对此本文专门就横沙浅滩和水下三角洲海床地形的稳定性作出分析研究.1 横沙浅滩地形稳定性横沙浅滩与横沙东滩相连，原有横沙串沟分隔.横沙浅滩介于长江口北港与北槽两大入海汊道之间，与崇明浅滩和九段沙浅滩同为长江口三大浅滩之一，均位于长江口拦门沙沉积区内（见图1）.19世纪初，当时横沙岛尚未露水（见图2），横沙东滩、横沙浅滩与九段沙统称铜沙浅滩，横贯在长江口门.至19世纪中叶，横沙岛露水（见图3），1880年开始围垦，1908年成陆面积16 km2，成陆后，受东南季风波浪和潮流侵蚀，岛东南部冲刷，沙体向西北方移动，至1958年累计移动了约10 km.1931年前长江口北港成为入海主汊，横沙岛及相近的横沙东滩，与东部横沙浅滩分离，中间由横沙串沟相隔.1931年后，长江主汊由北港改为南港，由洪水形成的落潮槽成为北槽上段.以后又受1949年、1954年两次特大洪水的作用（大通站洪峰流量分别达68 500 m3／s、92 600 m3／s），在横沙东滩与九段沙之间形成上下贯通的北槽，成为长江口又一条新生的入海汊道（见图4）.此后的数次洪水作用（1973年、1983年和1988年），在北港与北槽之间水面横比降作用下，北港水、沙越横沙东滩而入北槽，加大了北槽的进一步发展，同时促使横沙东滩与横沙浅滩间串沟发育扩大，直至北槽最终被选为长江口深水航道［3］.1998年开始修建深水航道南北导堤工程，横沙串沟被堵并淤浅消亡，横沙浅滩与横沙东滩相连.同时，横沙浅滩滩面下泄潮流受北导堤阻挡产生沿堤流，导堤北侧形成水深可达5～7 m以上沿堤冲刷沟槽，成为横沙浅滩滩面重要的向海泄水泄沙通道.2003年在原横沙东滩串沟以东建成长达8 km的N23南北向促淤潜堤，以后又开始对横沙东滩实施促淤圈围工程和北导堤加高工程，整个横沙东滩均置于围堤工程之下被人工稳定.N23潜堤东部的横沙浅滩区，除西、南两边缘分别被N23潜堤和北导堤所固定，北侧仍置于北港水流作用之下，东侧则向大海开敞，在风浪和潮流的作用下对横沙浅滩的冲淤产生影响（见图5）.图1 长江口形势图Fig.1 The map of Yangtze River Estuary图2 1842年长江口图Fig.2 The 1842 map of Yangtze River Estuary图3 1864—1869长江口图Fig.3 The map of Yangtze River Estuary（1864—1869）图4－1 1945年长江口北槽形成前后河势图Fig.4－1 Bathymetry map of the Yangtze River Estuary in 19451.1 横沙浅滩面积的变化横沙浅滩是在历史上早已存在的铜沙浅滩基础上稳定发育的河口浅滩，其位置长年很少变化，尤其是1998年长江口深水航道工程建设以来，横沙浅滩西侧边界受N23促淤潜堤人工固定，南侧则以深水航道北导堤为界成为稳定边界，仅有北侧和东侧边界受江、海水动力影响，从1997年、2002年、2010年三次实测地形资料以－5 m等深线为代表的横沙浅滩边线的变化进行比较，横沙浅滩北侧处于弱淤涨状态，东北侧稍有冲刷，东南侧受下滩流影响，－5 m滩线逐渐向东南方向呈舌状外伸淤涨.其主要原因，与近年来北港主泓变化有关.由于北侧滩边线横沙东滩段北港主泓南靠，形成凹岸冲刷（见图6），主泓向东进入横沙浅滩区.图4－2 1958年长江口北槽形成前后河势图Fig.4－2 Bathymetry map of the Yangtze River Estuary in 1958图5 横沙东滩和横沙浅滩工程分布Fig.5 Eastern Hengsha shoal and Hengsha Shallow shoal因受N23潜堤坝头挑流，主泓偏离横沙浅滩一侧，造成滩边线稳定淤涨外伸，外伸速度年均约0.25 km.东南侧则受到横沙浅滩滩面东南向落潮归槽水流冲刷影响，带动滩面泥沙向东南方向推移，形成了舌状砂咀状淤积体向东南方向延伸，－5 m 等深线年均延伸达0.4 km左右，前端已延伸至北导堤堤头附近.而介于浅滩北侧和东南侧淤涨区之间的横沙浅滩东北侧，处在来自东北东向波浪顶冲以及近岸强潮流作用下，不再淤涨，而是处在冲刷状态.从横沙浅滩－5 m等深线的变化（见图7）得出，－5 m等深线所包络的横沙浅滩面积见表1.图6 北港主泓线变化Fig.6 Change of main channel in the North Channel图7 －5 m等深线变化、面积Fig.7 The changes of－5 m Isobaths change and its enclosed area from1997 to 2010表1 横沙浅滩－5m滩线包络面积变化Tab.1 Changes of Hengsha shoal－5 m isobath enclosed area表1和图7反映了自长江口深水航道工程建设以来，横沙浅滩－5 m等深线所包络面积和范围.由图、表可见2002年以前少有变化，至2010年，局部淤涨，浅滩面积缓慢增加，8年增加了33 km2，年均约4 km2，占浅滩面积约1.3%.由此可以认为：横沙浅滩－5 m滩边线平面位置及其包络的浅滩面积，自长江口深水航道等大型工程实施以来，基本处在稳定状态，这将为未来挖入式港池的平面规划提供了稳定的边界条件.1.2 横沙浅滩滩面地形冲淤横沙浅滩与西侧的横沙东滩，均为介于长江口北港与北槽之间的沙洲浅滩.在长江口深水航道工程以及横沙东滩圈围工程以前，受上游来水来沙影响，北港、北槽间滩槽泥沙横向交换甚为强烈，又受到外海波浪及强潮流作用，横沙浅滩滩面长期受到冲刷，沉积物粗化，滩面地形处在自然冲淤状态下.自1998年后长江口深水航道工程、N23促淤潜堤和横沙东滩圈围工程先后实施，横沙浅滩边界受人工工程的制约，大大改变了浅滩滩面的水、沙条件和滩槽间泥沙交换的途径和强度.由于主要受到来自北港主泓偏离以及N23潜堤阻流影响，在浅滩北沿形成东北西南走向的长形淤积带，在滩面落潮主流作用下，浅滩中、南部发育呈脊、槽相间的波状地形，在浅滩南沿顺北导堤一侧，发育沿堤流沟槽，整个滩面高程北高南低，在横沙浅滩东侧，面向外海，受波浪及强潮流作用，－5 m以深的滩坡变陡. 2006—2010年横沙浅滩实测地形对比显示（见图8），四年间滩面共冲刷泥沙3 325万m3，淤积14 884万m3，净淤积11 559万m3，年均淤2 889.75万m3，平均淤高13.5 cm／年.图8 2006—2010年冲淤图Fig.8 The sedimentation change from2006 to 2010再从2010—2012年两年间测图对比（见图9），其间共冲刷7 193万m3，淤积1 793万m3，净冲刷5 400万m3，年均2 700万m3，平均冲刷厚度12.6 cm／年.从这两个时间段内的冲淤变幅来看，无论是冲刷或是淤积，横沙浅滩年均冲淤厚度均在20 cm／年以内（计算横沙浅滩面积，均按2010年－5 m线以上面积），足以说明横沙浅滩滩面的冲淤强度基本处在相对稳定状态，反映了近年来长江流域来沙量的持续减小状态下，以及在长江口深水航道及横沙东滩圈围工程后横沙浅滩水动力及泥沙运动明显削弱，直接造成滩、槽泥沙交换和冲淤强度不断调整并趋于缓和.图9 2010—2012年冲淤图Fig.9 The sedimentation change from2010 to 2012目前，横沙浅滩滩面基本稳定，为今后挖入式港池的实现提供了较为有利的地形环境.2 水下三角洲海床地形稳定性横沙浅滩挖入式港池的出海外航道，初步考虑拟选在横沙浅滩东侧鸡骨礁以北，暂按正东方向向水下三角洲海床－5 m～－25 m水深区延伸，全长约25～30 km，平均滩坡0.77‰.若以鸡骨礁为起点，自122°20′～122°40′间不同水深间距离和坡度列于表2.表2 拟选外航道长度、坡度统计Tab.2 The parameters of channel length and slope5 800 8 640 5 880 6 120 26 400坡度／‰ 0.85 0.57 0.85 0.82 0.长度／m 77据表2可知，在全长26.4 km距离内，拟选外航道轴线，平均坡度0.77‰，不足千分之一，床面十分平坦.历史上，长江水下三角洲发展过程中的地形变化是随着长江流域来沙的不断下泄淤涨所致，而外涨速度又与年际间入海泥沙量和各汊道间分水分沙相关.19世纪中叶的长江口海图显示，当时长江口主泓由南港入海，北港与南支受浅滩阻隔，北港口门拦门沙在佘山以西约13 km，水深达－8～－9 m，－10 m等深线在南港以外的鸡骨礁外2.8 km处.1860—1880年长江主泓由北港入海，北港分水分沙倍增，北港北侧崇明东滩迅速外涨，此时－5 m等深线已外推至距佘山岛5 km外，推进了8 km，北港口外－10 m线向东南方向呈“舌状”伸出，而南港口外相应发生冲刷，－5 m等深线距牛皮礁10 km，－10 m等深线已内移至鸡骨礁西侧.至20世纪20年代主泓改道南港，1931年海图反映崇明东滩持续淤涨，－5 m等深线已外推至佘山以东3.5 km，－10 m线亦向海推进了11～16 km，南港口外再度冲刷，－10 m等深线又退至鸡骨礁以西4.3 km.进入20世纪50年代，水下三角洲各等深线又发生了进退变化.1958—1997年长江口入海泥沙量年均达4.7亿t，处较高水平.恽才兴对1958—1997年的长江口地形图进行数字化处理，对1958—1985年、1985—1989年、1989—1997年间的水下三角洲等深线进行比较（见图10—12）.图10 1958—1985年长江口外各等深线变化Fig.10 Change of the isobath from1958 to 1985 around the Yangtze River Estuary图10显示，1958—1985年27年间长江入海泥沙量年均4.73亿t，整个水下三角洲呈淤涨趋势，淤涨速度南侧大于北侧，南槽口最大，北槽口—北港口外淤涨速度较小，横沙浅滩东侧最小；－15 m～－20 m等深线间除南部淤涨较为明显外，其余稍有蚀退内移.1985—1989年4年间，长江流域泥沙来源减少，年均为3.7亿t，各等深线变化比较稳定，北部北港—北槽口外处在弱冲刷状态，南半部南槽口外呈弱淤涨状态.1989—1997年间，长江流域泥沙来源进一步减少为年均3.4亿t左右，入海泥沙量减少，造成水下三角洲不同程度冲刷，等深线普遍内移，其中北槽口、南槽口外各等深线后退较为明显，－15 m线基本稳定，－15 m～－20 m线又普遍出现冲刷.1997—2010年的12年期间，长江口开展大规模工程建设，加之长江口下泄泥沙又进一步减少.1998年、1999年两年为连续丰水年，年径流量分别达12.440亿m3、10.370亿m3，洪季最大洪峰流量达81 700 m3／s、84 500 m3／s，相应年输沙量达4.10亿t和3.17亿t，其余年的年输沙量均低于3亿t.2003年6月长江三峡工程关闸蓄水以后，2003—2009年平均大通站下泄流量比关闸前（1950—2002年平均）减少了10.3%.同时，由于三峡水库拦沙作用，其间出现了连续4年的枯水年，2003年、2004年和2005年大通站年均输沙量分别仅为2.06亿t、1.47亿t和2.16亿t，2006年更是出现0.85亿t的低值，2003年以后的（2003—2009年平均）大通站年均输沙量较以前（1950—2002年平均）减少了65.4%.此外在此期间南汇东滩和横沙东滩促淤圈围工程，又大量拦截了长江下泄泥沙，使入海泥沙量进一步减少，直接对长江口水下三角洲地形冲淤造成影响.图11 1985—1989年长江口外各等深线变化Fig.11 Change of the isobath from1985 to 1989 around the Yangtze River Estuary图12 1989—1997年长江口外各等深线变化Fig.12 Change of the isobath from1989 to 1997 around the Yangtze River Estuary1979年、2002年、2010年长江三角洲－5 m、－10 m、－15 m、－20 m等深线变化见图13，各等深线之间的移动距离统计列于表3.图13 1997年、2002年和2010年长江口外等深线变化Fig.13 Isobath at 1997，2002 and 2010 around the Yangtze River Estuary表3 1997年、2002年和2010年间各等深线进退变化距离Tab.3 The distance changs among 1997，2002 and 2010 m注：“＋”淤进“－”蚀退年代等深线北港口～横沙东（断面一～断面二）横沙东～北槽口（断面二～断面三）北槽口～南槽口（断面三～断面四）10 ＋20 －96 －386 1997—2002 15 ＋188 ＋308 －1 163 20 ／／－231 10 ＋250 －390 －2 969 2002—2010 15 －838 －713 －1 147 20 ／／＋1 103 10 ＋270 －486 －3 355 1997—2010 15 －650 －405 －16 20 ＋187 ＋419 ＋871由图13和表3可知，在1997—2002年期间，1998年、1999年为丰水丰沙年，结果造成1997—2000年各等深线出现比较明显的向海淤进（见图14）.而进入2000年以后至2002年间，由于长江下泄泥沙减少，加上多次台风暴潮对三角洲表层的强烈冲刷，各等深线又出现冲刷内移（见图15）.冲刷范围较广，几乎遍布－5 m线范围以内的浅水区以及北槽口动力较强区（见图16），但冲刷幅度不大，基本在0.5 m以内.图14 1997—2000年长江口外各等深线比较Fig.14 Comparion of typical isobath in 1997 and 2000 around the Yangtze River Estuary图15 2000—2002年等深线变化Fig.15 Comparion of typical isobath in 2000 and 2002 around the Yangtze River Estuary总之，在1997—2002年5年间的海床冲淤状况，可以在1997—2002年间冲淤图上得到集中反映（见图17）.图16 2000—2002年冲刷区分布Fig.16 Distribution of erosion from2000 to 2002图17 1997—2002年冲淤图Fig.17 The sedimentation change from1997 to 2002根据图17对各等深线间的平均水深统计，算得冲淤幅度列于表4.表4 1997—2002年不同等深线间冲淤值Tab.4 Sedimentation change of typical contour from1997 to 2002 m北港口（断面Ⅰ）±0 －0.1 －0.3横沙东（断面Ⅱ）＋0.3 ＋0.1 ＋0.1北槽口（断面Ⅲ）＋0.3 ±0 ＋0.1南槽口（断面Ⅳ）＋0.2 ＋0.1 ＋0.1由表4，1997—2002年5年累计冲淤变幅在0.1～0.3 m之间，年均仅0.02～0.06 m，冲淤变幅甚小，表示整个水下三角洲海床床面处在相对稳定状态. 2002—2010年间共8年期间，长江口流域来杀沙减幅最大，其间的2004年、2006年、2007年、2008年均为连续枯水少沙年，此期间大通站年均沙量2亿t，同时此期间受长江口浅滩大规模的促淤圈围工程对入海泥沙拦截影响，入海泥沙更加减少［4］.相应加大了水流对水下三角洲泥沙的冲刷强度.由等深线位置变化（见图18）和统计得出的等深线间距离变化统计（见表5）可知，2002—2010年间除北港口外－10 m等深线和南槽口外－15 m、－20 m等深线出现淤进外，其余各断面各等深线间均出现蚀退，其中－10 m～－15 m等深线出现连片冲刷；图18为2002—2010年冲淤图，图中反映冲刷范围较大，但冲刷幅度不大.从表5可知，8年间累计淤进和蚀退幅度在－0.6～＋0.7 m之间.图18 2002—2010年冲淤图Fig.18 The sedimentation change from2002 to 2010表5 2002—2010年间不同等深线冲淤值Tab.5 The change of typical bathymetry contour from2002 to 2010 m北港口（断面Ⅰ）＋0.5 －0.1 －0.1横沙东（断面Ⅱ）＋0.4 －0.2 ＋0.1北槽口（断面Ⅲ）－0.6 －0.3 －0.1南槽口（断面Ⅳ）－0.2 ＋0.7 －0.1表5显示，－5 m～－10 m之间海床，横沙东及北港口外稍有淤积，年均约为0.06 m.－10 m～－15 m之间南槽口外海床出现淤积，年均0.09 m；其余均为冲刷，冲刷幅度年均0.02 m～0.03 m；－15 m～－20 m之间，冲淤变幅年均在±0.01 m～0.02 m之间，冲淤平衡.因此从－5 m～－20 m间的水下三角洲海床床面看，冲淤变化甚小，仍然基本上处于冲淤平衡状态.再从1997—2010年共12年间冲淤图看，长江口外水下三角洲海床床面冲淤特征（见图19）为，总体上，近岸部分，－10 m～－15 m间出现大面积南北向连续的“冲刷走廊”，－15 m水深以东的外海海床略有淤积.无论冲刷、淤积变幅，年均最大±0.05～0.1 m范围以内，可视为冲淤基本稳定，不存在大冲大淤现象.这与整个水下三角洲海域海床现代沉积环境有关，是近年来长江来水来沙条件、潮流场和泥沙场相互适应调整的结果.这种相对稳定的冲淤环境，为今后深水航道的规划选线提供了广阔的空间条件.图19 1997—2010年冲淤图Fig.19 The sedimentation change from1997 to 20103 海床稳定性建港条件初步评估拟议中的上海新港大型挖入式港池布置在横沙浅滩.历史上横沙浅滩是长江河口铜沙浅滩的一个组成部分，早在170年前的我国第一张英制海图（1842年）上已经稳定存在.当时的铜沙浅滩与九段沙一起成为独立沙洲，存在于长江北槽和北港汊道之间.横沙浅滩与其西侧的横沙东滩间有横沙串沟相隔，直至1998年长江口北槽深水航道整治工程实施，受北导堤导流拦沙、堵汊影响，横沙串沟淤塞，横沙东滩与横沙浅滩相连.2003年在横沙东滩串沟以东修建长达8 km的南北向促淤潜堤分割了横沙东滩和横沙浅滩.横沙浅滩边界线随着深水航道北导堤修建完成，北沿边滩受北港主泓走向控制，滩边线较为稳定.浅滩东部则濒临东海，受外海波浪和潮流作用，对东部浅滩造成冲刷，稳定性较差，－5 m滩边线有冲有淤.自1997年以来，横沙浅滩－5 m等深线包络面积基本稳定保持在300 km2左右，滩面有冲有淤，冲淤变幅小.在北港水流漫滩和归槽落潮流作用下形成西北东南向脊槽相间的波状地形，长期稳定少变，滩面高程差别小，高程普遍在吴淞－1～＋1 m之间，浅滩沉积根据钻孔资料揭示，上层以灰黄色粉砂层为主，厚达9 m左右，以下为灰色泥质粉质粘土和灰色粘土为主，－30 m以下为灰色粉土夹砂，对挖入式港池而言，不仅易于开挖，同时开挖泥土又是良好的陆域回填材料.为挖入式港池工程顺利进行，首先必需在横沙浅滩周边进行筑堤工程以稳定边界，目前浅滩南、西边界已建成长江口深水航道的北导堤和横沙东滩圈围工程的东部边界的N23潜堤已初步得到人工控制；而对尚属开敞的北、东侧自然边界亦应采用圈围工程来固定滩边线，其中北边界以－5 m等深线为基点，可结合长江口北港航道的南导堤修建工程共同规划，这样既保证了北港航道建设的需要，又确保了挖入式港池北部岸线的稳定，起到互利共补、一石二鸟的功效.对横沙浅滩东部边界，由于濒临东海，是挖入式港池的东边界，又是深水航道的起点所在，能否保证此项巨大建设工程建成后的地形长期稳定和足够水深将是此项工程规划能否顺利进行及实施可能的重要关键.从地形演变趋势上分析，横沙浅滩东部是北港与北槽两个汊道之间舌状浅滩的端部，历史上长期处在向外淤涨状态，但20世纪90年代以来，随着长江流域来沙量的持续减少，在外海波浪和潮流对浅滩的冲刷作用下，大大减缓了河口浅滩淤涨过程，横沙浅滩东端0～－5 m等深线外涨速度明显减小，在东南侧受滩面落潮归槽流以及北导堤沿堤流影响下，滩面泥沙顺东南向下泄造成近似砂咀形外伸，前端已接近深水航道北导堤堤端，形成新的局部淤积区.而浅滩东端又处在北港拦门沙区，沉积物以粉砂—细砂为主，在外海潮流和波浪的冲刷下，泥沙运动甚为复杂，尤其台风暴潮期间，易出现较为强烈的泥沙运动，将对挖入式港池出口及入海航道的衔接区造成影响，并有可能在短期内产生集中淤积，不利于水深的维护.对此，对于挖入式港池的出海口和航道位置的选择必须作深入调查研究.从目前研究成果上看，挖入式港池出口，选择在浅滩东部鸡骨礁以北与规划中的外海航道相接尚较合理.规划中的外航道从横沙浅滩鸡骨礁北以正东方向向外海延伸至－25 m水深处，全长26 km，所经海床坡度平均为0.77‰，较为平缓，钻孔揭示海床沉积物深度在－10 m～－15 m以上为粉砂沉积层，－15 m以下为粉质粘土沉积层，均为易于开挖的沉积土层.此外，长江口下泄泥沙持续减少，泥沙在口外旋转潮流场影响下扩散，含沙量沿航道向海方向沿程逐渐降低，－5 m～－10 m近岸处含沙量为0.5 kg／m3或以上，至－10 m～－20 m的远岸处，含沙量逐渐递降为0.1 kg／m3.航道沿线水下三角洲海床冲淤稳定，1997～2010年近12年期间，在－5m～－10 m水深区稍有淤积，年均淤积仅在0.1 m以内，－10 m～－15 m间，处在水下三角洲海床南北向冲刷带内，以冲刷为主，年均冲刷0.02～0.07 m之间，－15 m～－20 m之间及以深海床冲淤变幅更小，大致在±0.02 m上下，不存在大冲大淤，这为航道建设提供了稳定的冲淤环境.由于长江水下三角洲海域潮流特征以旋转流为主，均与航道走向形成一定夹角，尤其在近岸浅水区，主要是－5 m～－10 m间，由于受河口及岸线走向影响，潮流由河口出口的东西向往复流向口外旋转流过渡，落潮优势明显，最大流速可达2.0m／s以上，流向偏南为110°.由于与航道轴向夹角较大，横流将对深水航道回淤以及航行产生影响.由于本区海洋调查资料不足，尚需进一步调查研究，尤其要对外航道沿线长达30 km的水下三角洲海床海域更需开展全面系统的调查.［参考文献］［1］陈吉余.长江口拦门沙及水下三角洲的动力沉积、演变和深水航道治理［J］.华东师范大学学报：自然科学版，长江口深水航道治理与港口建设专辑，1995：1－22.［2］恽才兴.图说长江河口演变［M］.北京：海洋出版社，2010.［3］虞志英，恽才兴.长江口北槽外水下地形、沉积环境和对三期外航道的影响［R］.上海：华东师范大学，2004.［4］虞志英，恽才兴.横沙东滩吹泥上滩促淤造地工程自然条件和促淤效果分析［R］.上海：华东师范大学，2002.。