橫沙通道近期河床演變及趨勢分析

程海峰，劉 杰，趙德招

（上海河口海岸科學研究中心河口海岸交通行業(yè)重點實驗室，上海201201）

橫沙通道介于橫沙島與長興島間，連接長江口北港和南港北槽，長約8 km（圖1）。受橫沙島掩護，其岸線港口是天然的避風良港，在建設(shè)上海國際航運中心的背景下，開發(fā)利用橫沙通道兩側(cè)岸線變得更加重要。因此，橫沙通道的沖淤演變情況和未來的發(fā)展趨勢備受關(guān)注。

隨著長江口深水航道治理工程、橫沙東灘促淤圈圍工程的實施（圖1），橫沙通道沖淤演變的邊界條件發(fā)生了變化，其近期沖淤變化和演變機制有待進一步研究。本文擬利用1997年以來的水下地形資料（除特別注明外，高程基準面均為理論最低潮面）和多次現(xiàn)場水文觀測資料，重點分析近期橫沙通道的沖淤演變特點、機制及其發(fā)展趨勢，研究結(jié)果可為橫沙通道岸線利用和港口建設(shè)等提供技術(shù)參考。

圖1 橫沙通道地理位置圖（含地形監(jiān)測斷面、周邊工程）Fig.1 Location of Hengsha Passage

1 近期演變特點

1.1 河床沖淤變化

由2000年5月～2009年11月橫沙通道的河床沖淤變化圖（圖2）可知，近10年來橫沙通道兩側(cè)岸線附近普遍沖刷，西側(cè)沖刷幅度在3 m左右，而東側(cè)貼岸區(qū)域沖深達5 m以上。同期，橫沙通道的深槽位置略有淤積，淤積幅度大多在1 m左右。總的來說，近期橫沙通道呈沖刷發(fā)展之勢。

由2000年以來橫沙通道5 m以下河槽容積變化（圖3）來看，橫沙通道的近期演變明顯存在2個階段：（1）2004年5月之前為沖刷發(fā)展期。2000～2004年，橫沙通道5 m以下河槽容積基本呈持續(xù)增大的變化趨勢，4 a間增加近50%；（2）2004年5月至今為穩(wěn)定期。2004年5月～2009年11月，橫沙通道5 m以下河槽容積基本穩(wěn)定在0.39～0.44億m3，但年內(nèi)呈現(xiàn)“洪季大、枯季小”的變化特點。

圖2 橫沙通道沖淤變化（2000～2009年）Fig.2 Erosion and deposition evolution of Hengsha Passage（2000～2009）

圖3 橫沙通道河槽容積變化（2000～2009年）Fig.3 Channel-fill volume variation of Hengsha Passage（2000～2009）

1.2 等深線變化

從2 m及5 m等深線變化看（圖4-a、圖4-b），1997年12月～2004年8月，橫沙通道2 m和5 m河槽拓寬發(fā)展，其中近長興島一側(cè)2 m線、5 m線分別西移約200 m、300 m；近橫沙島一側(cè)2 m線和5 m線東偏100 m左右。2004年8月～2009年11月，2 m線、5 m線基本穩(wěn)定，僅新民港以下2 m河槽有所展寬。

從10 m等深線變化看（圖4-c），1997年12月，通道北深南淺，10 m河槽南北未貫通，下沿位于紅星港斷面；隨著主槽的沖刷、容積的擴大，至2004年8月，10 m河槽貫通。2004年8月～2009年11月間，橫沙通道10 m河槽基本穩(wěn)定，僅下段略有縮窄。

從15 m等深線變化看（圖4-d），橫沙通道15 m深槽基本位于通道上段近橫沙島一側(cè)。2004年8月～2009年11月，15 m深槽有所發(fā)展，分別向上、下游延伸約1 000 m、290 m。

1.3 典型斷面變化

1997年以來，橫沙通道典型斷面變化見圖5（斷面位置見圖1）。由圖5可知，與河槽容積和等深線變化相對應(yīng)，1997年以來，橫沙通道整體呈明顯的沖刷發(fā)展態(tài)勢。1997年12月～2004年8月基本為沖刷發(fā)展期，橫沙通道上段（T14～T10）河槽刷深，深泓向橫沙島側(cè)移動，最大水深維持在15～22 m；而通道下段（T2～T4）河槽呈整體下切態(tài)勢，斷面的對稱性較好，形態(tài)基本穩(wěn)定，深泓總體穩(wěn)定在主槽中央。2004～2009年，橫沙通道上段（T14～T10）主槽有所刷深；通道下段（T2～T4）中部略有淤積，兩側(cè)水深基本穩(wěn)定。

圖4 橫沙通道等深線變化Fig.4 Depth contour variation of Hengsha Passage

2 演變機制分析

2.1 動力條件

橫沙通道形成、發(fā)展及維持的動力條件是長江口汊道潮波變形引起的相位差，表現(xiàn)為橫向汊道兩側(cè)存在一定的橫比降。橫沙通道北口位于北港南岸，南口為南港北岸長興島漲潮槽的下口，長江徑流與潮汐的不同組合，使橫沙通道南北兩端出現(xiàn)不同的水位差。

圖5 橫沙通道典型斷面變化Fig.5 Typical section variation of Hengsha Passage

橫沙通道南北兩端的水位差與水面橫比降可通過橫沙水文站及共青圩水文站（橫沙島南北兩側(cè)）潮位實測資料求得，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，1998年2月，共青圩水文站的月平均水位為2.12 m，橫沙水文站月平均水位為2.04 m，兩者相差0.08 m，如按逐日整點潮位同步觀測比較，南北相位差明顯增大，落急時的水位差最大可達0.29 m［1］。2004年以來的多次水文測驗結(jié)果（表1）表明，一個潮周期內(nèi)，橫沙通道漲落潮量可達0.94～3.33億m3，大潮期的水量交換大于小潮期，洪水期大于枯水期。可見橫沙通道南北水位差造成北港與北槽之間巨大的水量交換，是橫沙通道得以發(fā)展并長期維持的動力所在。

表1 橫沙通道的漲、落潮量變化Tab.1 Tidal prism variation of Hengsha Passage億m3

2.2 邊界條件

橫沙通道是連接北港與北槽的主要通道，其演變主要受來水、來沙條件和自身河床邊界條件控制［2］。近期周邊實施的北槽深水航道治理工程、橫沙東灘促淤圈圍工程和橫沙通道內(nèi)側(cè)的岸線圈圍工程，在一定程度上改變了橫沙通道的水沙條件和河床邊界條件，是近期沖淤演變的主要影響因素。

1998～2004年，長江口深水航道治理（一、二期）工程相繼開工建設(shè)（圖1），尤其2000～2001年，北導堤（堤頂高程為吳淞基面+2 m）和N23護灘潛堤的修建，封堵了連接北港下段與北槽中段的橫沙東灘竄溝，使得該處北槽與北港之間的水量交換受到抑制，部分水量由此轉(zhuǎn)向橫沙通道進行交換。因此，1998～2004年，尤其是2000～2004年橫沙通道的沖刷發(fā)展，應(yīng)與長江口深水航道整治工程有關(guān)。

2004年以來，橫沙東灘促淤圈圍（一至四期）工程相繼實施（圖1），進一步阻礙了北港下段與北槽的水量交換，在一定程度上擴大了橫沙通道的漲落潮量［3］。數(shù)學模型計算表明，隨著橫沙東灘圈圍成陸范圍的進一步擴大，橫沙通道的漲落潮量將進一步增加［4］。

另外，隨著近期長興島、橫沙島岸線的不斷開發(fā)利用，橫沙通道兩側(cè)岸線進行了一系列的圍墾（圖6），在一定程度上減少了橫沙通道的高灘過水斷面，促使主槽進一步刷深。

圖6 橫沙通道岸線圍墾概況Fig.6 General situation of Hengsha Passage shoreline reclamation

3 穩(wěn)定性及趨勢分析

由1997年以來橫沙通道5 m、8 m河槽的最窄寬度變化圖（圖7）可知，1997年，橫沙通道8 m河槽未貫通，此后經(jīng)歷了1998年、1999年長江大洪水，以及2000～2004年長江口深水航道整治工程的實施，橫沙通道8 m河槽不斷展寬，至2004年5月，8 m河槽最窄寬度已達669 m。2004年以來，橫沙通道8 m河槽基本保持穩(wěn)定，最窄寬度維持在600～720 m。同樣，橫沙通道5 m河槽也經(jīng)歷了1998～2004年的拓寬期和2004～2009年的穩(wěn)定期。綜上可知，2004年至今，橫沙通道河槽的穩(wěn)定性較好。

圖7 橫沙通道5 m、8 m河槽最窄寬度變化Fig.7 The narrowest width variation of Hengsha Passage

演變機制分析表明，近期橫沙通道的演變與周邊工程的興建密切相關(guān)。未來，隨著橫沙東灘促淤圈圍（五期）工程的實施，橫沙東灘成陸范圍將進一步擴大，加上橫沙通道兩側(cè)高灘圈圍，橫沙通道水動力條件有望得到改善，可以維持良好的水深條件［5-6］。

4 結(jié)語

（1）近10年，橫沙通道經(jīng)歷了1998～2004年的沖刷發(fā)展期和2004～2009年的穩(wěn)定期。

（2）橫沙通道南北水位差導致北港與北槽之間巨大的水量交換，是橫沙通道得以發(fā)展并長期維持的動力條件；近期橫沙通道周邊實施的各項工程，在一定程度上改變了橫沙通道的水沙條件和河床邊界條件，是近期沖淤演變的主要影響因素。

（3）未來隨著橫沙東灘促淤圈圍成陸范圍的擴大，橫沙通道的水動力條件有望得到進一步改善，良好的水深條件也有望得以維持。

［1］許衛(wèi)東，惲才興.橫沙通道演變分析與開發(fā)利用建議［J］.上海水利，2000（2）：9-14.XU W D，YUN C X.Analysis of river bed evolution and suggestions of exploitation for Hengsha Passage［J］.Shanghai Water，2000（2）：9-14.

［2］惲才興.長江河口近期演變基本規(guī)律［M］.北京：海洋出版社，2004.

［3］劉高峰，胡志鋒，樂嘉海，等.橫沙東灘促淤圈圍配套工程物理模型試驗研究［R］.上海：上海河口海岸科學研究中心，2008.

［4］劉高峰，戚定滿，郭文華，等.橫沙東灘圍墾（三、四、五期）工程對深水航道的影響數(shù)學模型研究［R］.上海：上海河口海岸科學研究中心，2005.

［5］劉杰，程海峰，王巍，等.上海橫沙一級漁港項目碼頭工程河勢分析研究［R］.上海：上海河口海岸科學研究中心，2009.

［6］劉杰，程海峰，趙德昭，等.橫沙通道河床演變分析報告［R］.上海：上海河口海岸科學研究中心，2009.