长江口北槽航道回淤原因分析

长江口北槽航道回淤原因分析谈泽炜，范期锦，郑文燕，朱剑飞【摘要】摘要：针对2005年以来北槽深水航道回淤量增大且主要集中于中段的特征，系统分析泥沙条件和水动力条件等各类因素变化的影响，指出导致中段回淤量增大的主要原因，提出制定减淤措施方案的思路。

【期刊名称】水运工程【年(卷),期】2009(000)006【总页数】12【关键词】长江口；北槽；回淤；原因·航道及船闸·1 北槽航道回淤的特征长江口深水航道疏浚单元划分见图1。

近年来北槽航道的年回淤量及各疏浚单元年回淤量的分布见表1和图2。

北槽航道回淤的主要特征：1 )二期工程后淤积量明显增大，已大大超过二期初设阶段预测的年维护量2 500万m3；2 )分布集中，H—N单元16 km长航道（占二期航道总长73.45 km的22%）内的回淤量占总回淤量的60%～70%；3 )2005年后，回淤量逐年增大；4 )洪枯季的淤积规律不变（表2）。

规律不变有二层含义：一是从一期工程后至今，洪季（5—10月）淤积量占全年80%左右的比重一直未变；二是北槽中段（H—N单元）与全槽其它各段并无不同：洪、枯季淤积量之比均约为8:2。

2 北槽航道回淤原因分析泥沙在航槽中淤积，主要有两种形态：一是河床表层的泥沙（底沙）在水流的搬运下自上游向下游的运移，表现为一种缓慢的床面高程的过程性抬升，在长江口运移速度一般数公里/年；二是河床面以上的水体中的悬沙因水流的输沙动力不足落淤至床面，导致航槽淤浅。

长江口水体含沙量洪季平均约1.0 kg/m3，枯季约0.5 kg/m3，悬沙淤积量的大小取决于水体含沙量（含沙量高则淤强大）、滩槽高差（淤强大致与槽滩水深比的二次方成正比）、流速（流速越大，挟沙力越大，淤强小）和细颗粒泥沙的絮凝条件（絮凝泥沙团的沉降速度可达0.5～0.8 mm/s，比离散泥沙沉速大十几倍）等。

因此，对于北槽航道严重回淤的原因，应当从上述泥沙条件（包含底沙和悬沙）和动力条件（对淤强有明显影响的地形条件——滩槽差、流场条件——流速及其纵横向分布、絮凝条件等）两方面入手，针对前述回淤特征，从空间上重点关注中段，时间上重点关注2005年前后这些淤积条件的变化[1]。

2.1 泥沙条件的变化2.1.1 上游来沙。

1 )悬沙。

大通站多年悬沙输沙量约4.86亿t，但近年已锐减到1亿t左右（图3）。

因此，通过北槽进口带入北槽的悬沙含量的变化不是北槽回淤量增大的原因。

2 )底沙。

自2001年起，上游南港河段主流北偏，冲刷瑞丰沙腰部，加之人工大量采砂，瑞丰沙下沙体不断减小（图4）。

2003年8月至2005年11月是下沙体冲蚀最快的时段。

2000年2月至2007年2月10 m等深线以上的沙体体积累计减少了约1.4亿m3，其中，因周边工程陆域形成的需要从瑞丰沙采走的沙量估计应超过6 000万m3，其余泥沙尚有一部分进了南槽。

因此，估算有数千万m3的泥沙随落潮流逐渐输入北槽。

进入北槽的泥沙主要以底沙形态向下输移，引起北槽出现了较长周期的过程性淤积（图5）。

由于航槽一直在以疏浚手段维护一定的通航水深，图中以滩地的冲淤来表示此变化。

由图5可见，进入北槽的泥沙，首先于2004年在进口段导致滩面淤积。

2004年2月至2005年 2月的冲淤图（图6）清楚地反映了这一变化。

由图5可知，这部分底沙约在2005年至2006年开始使中段的边滩淤高，正是困难段回淤量渐增的时期。

到2007年，这部分底沙对边滩的淤涨作用已下移到W3以下，而W3以上边滩则开始了恢复性冲刷（图7）。

前列表1中，2004年全槽回淤量仅1 705万m3，比2001—2003年均少，上段8.5 m航道水深的维护并未出现困难；而2007年中段边滩已明显进入恢复性冲刷，但2008年H-N段的回淤量仍高达4 103万m3。

这说明瑞丰沙下泄的泥沙并非中段严重回淤的主体物质来源。

但是，2005年起北槽边滩（特别是南边滩）的淤涨，显著增大了中段的滩槽高差，使得悬沙落淤强度增大。

总之，由于近年南港河势的变化，相当数量的底沙在北槽过境，不仅造成了滩地自上游而下游的过程性淤高，也加剧了2005年以来中段的回淤，但并不是中段淤积的主要泥沙来源。

2.1.2 涨潮流输沙北槽水体含沙量与潮汐的关系可概括为：大潮（潮差大）含沙量高，且大潮期涨潮含沙量明显大于落潮。

1991年2—3月测得大潮落潮平均含沙量为0.623 kg/m3，而涨潮平均含沙量却达0.912 kg/m3；图8给出的2008年8月水文测验的成果也反映出北槽大潮涨潮平均含沙量在1.0 kg/m3左右，而落潮平均在0.7 kg/m3左右，W3附近的CSW垂线平均含沙量则更高些，涨潮为1.83 kg/m3，落潮为1.13 kg/m3。

多年的观测资料证明，尽管1985年以后上游来沙锐减，但横沙以下长江口水域的悬沙含沙量及其季节性变化和随潮汐而变的规律均未改变，说明北槽的水体含沙量主要受潮汐动力控制。

口外浅滩的泥沙取之不尽，潮汐动力生生不息，北槽水体中0.5～1.0 kg/m3的泥沙将永远是航道回淤的泥沙来源。

但是，既然主要受潮汐动力控制的口外来沙并未在2004年以后有明显的增减变化，也就不能认为它是造成2005年后主要在H-N局部区段回淤量骤增的主要原因。

2.1.3 槽内滩面泥沙的补给深水航道治理工程以来，北槽19座丁坝间的坝田区累计淤积泥沙已超过3.0亿m3，大部分坝田区滩面高程已达±0 m左右。

遇风浪作用时，水深变浅了的坝田区易使波高1～2 m的波浪即产生破碎，从而使滩面泥沙掀扬，并在潮流作用下分选，细颗粒泥沙被带出坝田，增大附近水域水体中的含沙量。

2008年8月，“凤凰”台风后发现北槽内，特别是偏下段的坝田区明显冲刷，高程降低（图9），说明坝田区在风浪天的掀沙会增大北槽的水体含沙量。

由于近年来南导堤外侧九段沙滩面的持续淤高，S3-S4丁坝及其上/下游的南导堤内外泥面已超过+2.0 m（图10）。

近期在附近做的多点OBS断面含沙量观测也发现，大风天存在九段沙滩面掀沙，较高浓度（6 kg/m3）的含沙水体在涨潮时会越过南导堤向北输移进坝田区。

坝田区和九段沙的淤高近年均呈缓慢发展之势，从时间上与北槽中段回淤量的增大是较协调的；而且，九段沙淤涨较高的部位及同样淤涨较高的邻近的S3—S5丁坝间的坝田区均距北槽中段航道最近。

因此，坝田区泥沙的掀扬运移，应当对中段航道回淤起到重要的沙源补给作用。

图11是典型的北槽涨落潮流场图。

由图中可知，北槽航道及其两侧的水流，无论涨落潮，水流方向基本平行于航道轴线，夹角一般不大于10°。

大量研究表明，北槽内滩面泥沙特别是航道南侧的泥沙基本在南侧向下游输移，而且槽外至丁坝坝头之间滩面坡度一般缓于1/100，很难认为，滩面泥沙能直接由水流输运入槽。

根据2006—2008年河床质采样的资料，在W3断面，槽中采样点的中值粒径平均值约为0.022 5 mm，而南侧滩地采样点的中值粒径平均值约为0.040 3 mm，显然滩粗槽细。

这些分析说明，北槽内的滩槽泥沙交换或滩面泥沙对航槽的补给，是以滩面泥沙在风浪作用下掀扬分选，从而增大水体含沙量，在航槽范围内以悬沙落淤的形式为航槽回淤做出贡献的。

除台风骤淤会出现短期、局部的大量淤积外，2005年后北槽中段的大量淤积，主要是一种持续的常态淤积。

滩面泥沙的补给，显然还不是最主要的原因。

2.1.4 近底高浓度含沙水体的影响长江口水体含沙量具有表层较低，向下逐渐增大的垂线分布特征。

近底层高浓度含沙水体的生成及运移规律一直是考虑航道淤积问题时的关注点。

但是，限于目前的观测及实验手段和影响因素的复杂性，现场实测资料还十分缺乏。

在北槽回淤原因分析及对策措施研究过程中，有3次现场测验测到了近底较高的水体含沙量。

一次是2007年8月，长江口水文水资源勘测局在现场水文测验时，在CSW垂线上，测到距滩面30 cm处43 kg/m3的极高含沙量。

该垂线位于W3附近航道北侧的滩面处，局部涨潮流速高于北槽内所有其它垂线，且测验期（8月14—17日）正值一“出海低压”影响长江口（风力7—8级），又在“0709圣帕”台风（19日开始影响长江口）来袭之前。

又，经查，2005年8月该垂线测得的底层最大含沙量为6.6 kg/m3；2008年8月该垂线测得的底层最大含沙量为9.41 kg/m3。

由此推测，该含沙量数据可能有一定的偶然性。

另一次是2007年8月13日—17日，华东师范大学在W3以上（相当于疏浚I单元）航道南侧200 m外用座底式观测架OBS仪器测得距底30 cm处含沙量25 kg/m3。

第三次是2008年1月上海河口海岸科学研究中心在W3上下游、航道南北侧布置了4个座底式观测架（平面位置见图12）。

其中TR4与第二次测验所使用的仪器、布设位置和测得的最大含沙量均相同，采用ADCP测流，OBS测泥沙浓度。

该处测得的最大含沙量也是第三次测验的4个位置中观测到的最大值，以下作为重点分析。

TR4距底30 cm处最大含沙量的历时变化见图13；第27个涨潮过程的近底流速与含沙量过程见图14。

图13中第26～28个潮周期对应于农历12月初九至初十（小潮），涨潮期含沙量显著高于落潮期，最高达（第27个潮周期）26.21 kg/m3。

从图14可知，在1个潮周期过程中，最高含沙量出现在涨急后期流速减小的过程中，说明增大的含沙量不是当地起动的泥沙，而是随涨潮流从W3以下段输送来的泥沙。

涨潮时，W3以下段动力是由下向上渐增的，具备把泥沙运入W3以上的动力条件，而W3以上流速则明显减小，悬沙落淤，近底浓度升高，这是可以理解的。

又，在潮周期数19以后的时段，＃10抛泥区日抛泥强度高达11万～14万m3（2008年1月后已严格控制），显然也增加了涨潮时段TR4处的含沙浓度。

但是，TR1站距＃10抛泥区更近，而同期测得的最大含沙量仅7.5 kg/m3（图15）。

考虑到TR1位于W3下游处，涨潮动力仍较强劲，结合前面的分析，可以认为，近底高浓度含沙量更容易出现在动力减弱的时段和区段。

值得注意的是，这次观测期（2008年1月3日—18日）内经历了一次寒潮过程，时间从1月12日—17日（潮周期数为16～26），TR3处测得的最大平均波高达1.36 m，联系到前述2007年8月TR4处及CSW处均是在恶劣气象条件下测到近底部高含沙量，应当说2处3次测到的特殊大值均与风浪作用有关。

从图13和图15可以看出，在1～20潮周期范围内，10余天中，甚至经过了9～15（相当于农历初一至初四）的大潮期，只要没有较大的风浪，近底含沙量最高不过8 kg/m3，仍在长江口区内近滩面处的正常含沙量范围中。

因此，可以认为，北槽中段近底部高浓度含沙水体的出现，最主要的原因还是风浪天使北槽口外及滩地掀沙随涨潮流大量进入W3以上的中段，而中、下段涨潮动力的差异（参见图17）导致中段落淤增强，近底含沙量显著增大。