長(zhǎng)江口南北港分汊口附近水域河勢(shì)變化及航道格局調(diào)整

張祥文

(交通運(yùn)輸部東海航海保障中心上海海事測(cè)繪中心，上海 200090)

1 長(zhǎng)江口南北港分汊口附近水域環(huán)境

長(zhǎng)江口南北港分汊口河段歷來(lái)是長(zhǎng)江口河勢(shì)變化較復(fù)雜的水域，也是長(zhǎng)江口主航道上下貫通的瓶頸段。許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行分析研究，取得了不少有價(jià)值的成果，為長(zhǎng)江口航道整治提供了科學(xué)依據(jù)[1-2]。在長(zhǎng)江口深水航道治理工程前，長(zhǎng)江口航道管理局和上海海事局，針對(duì)該河段的航道變化多次采取了局部疏浚、調(diào)整航標(biāo)、加強(qiáng)航行安全管理及組織在新瀏河沙包東側(cè)采砂等措施，保證航道的安全通航[3-4]。為了穩(wěn)定南北港分汊口河勢(shì)，改善主航道的通航及維護(hù)條件，自2007年實(shí)施長(zhǎng)江口深水航道南北港分汊口河段新瀏河沙護(hù)灘及南沙頭通道潛堤工程后，南北港分汊口河勢(shì)得到了初步控制[5-7]，主航道的通航環(huán)境得到明顯改善。從2011年1月長(zhǎng)江口深水航道開(kāi)通以來(lái)，該河段的主航道沒(méi)有調(diào)整過(guò)。

現(xiàn)階段汊道主要有寶山南水道、寶山北水道、新橋通道、新橋水道、新新橋通道。航路有主航道寶山南航道、寶山北航道，長(zhǎng)江口12.5 m深水航道延伸段(簡(jiǎn)稱“深水航道”)在寶山北航道內(nèi)[8]。附近有寶山北錨地、寶山南錨地、寶山警戒區(qū)、瀏河口警戒區(qū)，新瀏河沙包在寶山南錨地里。南岸有羅涇散雜貨港區(qū)碼頭、寶鋼主副原料碼頭等。寶山北航道寬1 km，自79#燈浮附近深水航道中心線拐點(diǎn)往上游段深水航道底寬為350 m，拐點(diǎn)下游至寶山警戒區(qū)深水航道底寬為350～460 m,航道維護(hù)水深為12.5 m(理論最低潮面，下同),深水航道中心線將寶山北航道分隔成進(jìn)出口通航分道，航道中心線拐點(diǎn)處轉(zhuǎn)向彎曲半徑2 km，轉(zhuǎn)向偏角16°。長(zhǎng)江口南北港分汊口附近水域環(huán)境如圖1所示。

圖1 長(zhǎng)江口南北港分汊口附近水域環(huán)境

2015年12月隨著長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道的開(kāi)通，寶山北航道水上交通愈加繁忙，一旦受阻，它將直接影響船舶通航，對(duì)上游經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響較大。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)寶山北航道進(jìn)口航段79#燈浮附近(靠近新瀏河沙頭部)淤積嚴(yán)重，航道水深變淺，已經(jīng)威脅到寶山北航道的船舶航行安全。深水航道由長(zhǎng)江口航道管理局負(fù)責(zé)維護(hù)，可以及時(shí)安排疏浚保障航道水深，而寶山北航道內(nèi)深水航道外側(cè)的水域?qū)儆谧匀缓降溃蛟?9#燈浮附近水深變化快，經(jīng)過(guò)該水域的航行船舶及監(jiān)管部門如不及時(shí)更新電子海圖或紙海圖，不掌握通過(guò)該航段時(shí)的水位，船舶擱淺事故仍會(huì)發(fā)生。因此有必要找到有效辦法，為航道管理、通航監(jiān)管部門提供技術(shù)支持。

2 長(zhǎng)江口分汊口河段附近水域近期河勢(shì)變化

為了分析長(zhǎng)江口分汊口河段附近水域河勢(shì)近期變化，現(xiàn)根據(jù)近10年的海圖資料利用地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)從河槽容積、深泓線平面、等深線3個(gè)方面分析河勢(shì)變化。

2.1 河槽容積變化

由于南支落潮主流作用，南岸至下扁擔(dān)沙南側(cè)的河槽總體以沖刷為主。根據(jù)2010—2019年測(cè)量的多年成果比較分析，南岸至下扁擔(dān)沙南側(cè)的河槽容積逐年在擴(kuò)大，但近兩年沖刷量與淤積量趨于平衡，見(jiàn)表1。

表1 河槽容積和沖刷淤面積變化

利用2010和2019年的測(cè)量成果建立水深差值數(shù)字化模型，整體來(lái)看下扁擔(dān)沙南側(cè)的河槽寶山北航道北邊線以北容積變大，南側(cè)容積變小，個(gè)別區(qū)域淤積與沖刷變化幅度較大，見(jiàn)圖2。2010—2019年，寶山北航道內(nèi)河槽容積增加94萬(wàn)m3,水深平均變深0.07 m。但是2017—2019年間寶山北航道水深平均變淺0.36 m,容積減少了446.1萬(wàn)m3,74%的面積處于淤積狀態(tài)。

注：< 0為沖刷；> 0為淤積。

淤積主要集中在寶山北航道北邊線以南、寶山南航道上段、新新橋通道與新橋通道之間、新瀏河沙頭部，淤積最大的地方發(fā)生在寶山北航道進(jìn)口上段，最大淤積厚度達(dá)16 m，淤積超過(guò)10 m厚度的區(qū)域面積約0.07 km2。在79#燈浮附近寶山北航道最大淤積厚度3.6 m，在深水航道北邊線最大淤積厚度達(dá)3 m。沖刷主要集中在寶山北航道以北、新瀏河沙包下段、新橋通道以及新瀏河沙兩側(cè)護(hù)堤附近，沖刷超過(guò)10 m厚度的區(qū)域在寶山北錨地，面積約0.55 km2,沖刷最大的地方發(fā)生在新瀏河沙南側(cè)靠近護(hù)堤地方，最大沖刷厚度達(dá)24.3 m。

2.2 深泓線平面變化

河槽內(nèi)有多條深泓線，靠近南岸主深泓線平面變化不大，靠近下扁擔(dān)沙南岸的主深泓線平面變化非常明顯，尤其在瀏河口警戒區(qū)及新瀏河沙兩側(cè)的主深泓線平面變化復(fù)雜。根據(jù)2010、2015、2019年3年深泓線平面變化(圖3)，經(jīng)過(guò)寶山南航道的主深泓線平面變化不大，在瀏河口警戒區(qū)2010年的兩股主深泓線至2012年已匯成一股偏北的主深泓線(圖4)，2015年后逐漸趨于穩(wěn)定。靠近寶山北航道南側(cè)的主深泓線逐漸向南偏移并趨于穩(wěn)定。

圖3 不同年度深泓線平面分布

圖4 85#燈浮靠近瀏河警戒區(qū)附近橫向剖面

新瀏河沙頭部北側(cè)主深泓線先是淤積消失再?zèng)_刷形成，由北向南逐漸偏移，見(jiàn)圖5。南側(cè)靠近79#燈浮的主深泓線逐漸向南偏離了深水航道中心線，并趨于穩(wěn)定，2010—2017年間12.5 m等深線河槽寬度變化不大，但2017—2019年間開(kāi)始收縮，等深線12.5 m河槽最窄處1.1 km，同時(shí)主深泓線偏離深水航道中心線越來(lái)越遠(yuǎn)并趨于穩(wěn)定。

圖5 79#燈浮附近橫向剖面

2.3 等深線變化

根據(jù)2010—2019年所測(cè)成果數(shù)據(jù)得出5、10、12.5、15 m等深線，進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)變化較大的區(qū)域主要有5處，分別是下扁擔(dān)沙南側(cè)及與其相連的暗沙體、新瀏河沙頭部、新瀏河沙包、在寶山南航道上游以及瀏河警戒區(qū)形成的兩個(gè)新沙包。

由于落水水流動(dòng)力作用，下扁擔(dān)沙及與其相連的暗沙體，逐漸被沖蝕、沖刷，尤其在2010—2015年間變化特別快。從5 m等深線可以看出老串溝(西扁擔(dān)沙與下扁擔(dān)沙之間)逐漸萎縮，在下扁擔(dān)沙的下段(新新橋通道附近)新的串溝又不斷生成，汊道方向也在不斷的改變，尤其是新橋通道與新橋水道之間汊道變化復(fù)雜。在下扁擔(dān)沙南側(cè)，由于水流的沖蝕，10 m等深線向沙體方向移動(dòng)并趨于穩(wěn)定，見(jiàn)圖6a)；與扁擔(dān)沙沙體相連的暗沙體從12.5 m頭部移動(dòng)可以看出，沙體逐漸沖刷后移并趨于穩(wěn)定，見(jiàn)圖6b)；深水航道中心線北側(cè)79#燈浮上游方向，15 m等深線因水流沖刷逐漸向新瀏河沙頭部方向下移，速度逐漸減慢。寶山北航道上段靠近瀏河口警戒區(qū)15 m等深線由于淤積逐漸下移，2015—2017年下移1.7 km，2017—2019年下移2.2 km。另外從10、12.5 m等深線來(lái)看，新橋通道河槽寬度逐漸收窄。

圖6 不同年度10和12.5 m等深線

從新瀏河沙頭部的等深線來(lái)看，5 m等深線變化不大，10 m等深線在2010—2017年間變化不大，但在2017—2019年間，2017—2018年10 m等深線橫向移動(dòng)最大距離約200 m；2018—2019年，10 m等深線移動(dòng)橫向移動(dòng)最大距離約300 m，而且所包圍的面積逐漸擴(kuò)大，見(jiàn)圖7a)。2019年10 m等深線已經(jīng)越過(guò)寶山北航道北邊線最大達(dá)256 m，寶山北航道北邊線最淺水深為8.4 m。12.5 m等深線在新瀏河沙頭部南側(cè)在2010—2015年間變化不大，但在2015—2019年等深線逐漸向航道方向偏移，2015—2017年橫向移動(dòng)最大達(dá)680 m，2017—2019年橫向移動(dòng)最大達(dá)280 m，已經(jīng)越過(guò)12.5 m深水航道北邊線約200 m，見(jiàn)圖7b)，這兩年來(lái)一直通過(guò)疏浚維持12.5 m深水航道水深。在順航道方向，79#燈浮上游方向的12.5、15 m等深線逐漸向下游新瀏河沙方向擠壓。在新瀏河沙頭部附近15 m等深線南側(cè)逐漸向航道方向橫向移動(dòng)，并趨于穩(wěn)定。

圖7 新瀏河沙頭部10和12.5 m等深線

從新瀏河沙包的10 m等深線(圖8)來(lái)看，順航道方向，2012年沙包上段10 m等深線將沙包分開(kāi)，上段沙包逐漸收縮變小，下段沙包在2010—2015年向上游方向收縮且移動(dòng)速度快，之后逐漸趨緩，下段沙包下端10、12.5 m等深線上提；在橫向上，沙包南側(cè)變化不大，在沙包的下段北側(cè)10、12.5 m等深線逐漸向南方向移動(dòng)并趨于穩(wěn)定，上提和橫向移動(dòng)距離見(jiàn)表2。下段沙包上部分12.5 m等深線變化不大，且趨向穩(wěn)定。

表2 10、12.5 m等深線上提距離和橫向移動(dòng)距離

圖8 新瀏河沙包10 m等深線

在寶山南航道上游至瀏河口警戒區(qū)，有一個(gè)淺于10 m、狹窄的活動(dòng)沙包，2015年開(kāi)始發(fā)育到現(xiàn)在，圍成的10 m等深線沙包長(zhǎng)4.7 km、寬0.34 km、最淺水深8.0 m，新沙包逐漸淤淺且范圍不斷擴(kuò)大，如果繼續(xù)向下游發(fā)展將對(duì)羅涇港區(qū)碼頭前沿及航道產(chǎn)生不利影響。在寶山北航道上游瀏河口警戒區(qū)的水域里，從2017年開(kāi)始發(fā)育逐漸形成了一個(gè)淺于12.5 m的沙包，沙包長(zhǎng)2.67 km、平均寬250 m、最淺水深11.6 m，沙包發(fā)展速度快，如果持續(xù)發(fā)展，將對(duì)寶山北航道內(nèi)深水航道產(chǎn)生影響。

3 寶山北航道格局調(diào)整研究

根據(jù)該河段沖刷淤淺平面分布和發(fā)展情況、新瀏河沙頭部淤淺發(fā)展趨勢(shì)以及新瀏河沙包收縮，在保持航道尺度不變的情況下，可以采取調(diào)整主航道寶山北航道格局，改善寶山北航道的通航環(huán)境。

短期內(nèi)有3種應(yīng)對(duì)的方案：1)方案1：保持航道不變，通過(guò)疏浚維護(hù)，保障通航水深。79#燈浮附近水深變化快，進(jìn)口大型船舶經(jīng)過(guò)該河段時(shí)在沒(méi)有最新的海圖情況下盡量在深水航道里航行，同時(shí)加大監(jiān)管力度；2)方案2：微調(diào)寶山北航道，不進(jìn)行維護(hù)疏浚，將靠近新瀏河沙頭部的寶山北航道向南調(diào)整，保持深水航道水深在12.5 m以上，同時(shí)微調(diào)相關(guān)的配套設(shè)施，如錨地、燈浮等；3)方案3：將寶山北航道調(diào)整到北側(cè)現(xiàn)有的深水航槽里，適當(dāng)考慮航槽發(fā)展趨勢(shì)，盡量保持航道順直。但需要大幅度調(diào)整相關(guān)的配套設(shè)施。長(zhǎng)遠(yuǎn)應(yīng)對(duì)的方案是進(jìn)一步對(duì)該水域的河床演變進(jìn)行分析、研究，提出對(duì)下扁擔(dān)沙以及新瀏河沙頭部淤淺整治建議，通過(guò)數(shù)模論證，確定經(jīng)濟(jì)的合理的設(shè)計(jì)施工方案，為未來(lái)充分利用南北港航道進(jìn)行交通運(yùn)輸打下基礎(chǔ)。

3.1 方案1

目前的航道從2011年使用至今已近10年，船務(wù)公司、商船、航道維護(hù)管理和安全監(jiān)管部門都非常熟悉，可以在進(jìn)一步研究分析該水域的河床演變、評(píng)估船舶航行安全以及在航道維護(hù)費(fèi)用得到保障的情況下，繼續(xù)維持現(xiàn)有的航道不變。但需要不斷地對(duì)航道監(jiān)測(cè)、及時(shí)更新海圖、加強(qiáng)對(duì)該河段的監(jiān)管或?qū)?9#燈浮附近深水航道北側(cè)的航道進(jìn)行維護(hù)，保障船舶航行安全。

3.2 方案2

按照航道選線原則，在不進(jìn)行疏浚的情況下，微調(diào)寶山北航道。根據(jù)2019年第3季度測(cè)量水深及前面的分析，可以有兩種模式：

1)將79#燈浮附近原深水航道中心線上拐點(diǎn)D沿中心線向上游移動(dòng)到4 km處的C點(diǎn)，原中心線上首尾A、B兩點(diǎn)不變，使線AC遠(yuǎn)離新瀏河沙頭部(圖9)，其中C點(diǎn)選在水下地形比較穩(wěn)定、對(duì)船舶轉(zhuǎn)向有安全保障的水域，經(jīng)分析，C點(diǎn)選在79#燈浮上游4 km附近水域比較合理，該水域近10年水深變化不大且開(kāi)闊。調(diào)整后深水航道北邊線離新瀏河沙頭部南側(cè)12.5 m等深線最近290 m，南邊線離新瀏河沙包12.5 m等深線最近280 m。調(diào)整后深水航道平均水深16.1 m(原平均水深15.5 m)，最淺點(diǎn)為12.7 m(原最淺水深11.4 m),寶山北航道平均水深15.9 m(原平均水深15.8 m)，最淺點(diǎn)為10.4 m(原最淺水深8.4 m)。在C和A點(diǎn)處航道中心線轉(zhuǎn)向角約8°(原16°)。調(diào)整后的79#燈浮附近橫剖面見(jiàn)圖10。

圖9 寶山北航道調(diào)整方案2的模式1分布

圖10 調(diào)整后79#燈浮附近橫剖面(2019年7月測(cè)量)

2)直接連接原深水航道中心線上A、B兩點(diǎn)(圖11)。調(diào)整后寶山北航道出口航道將經(jīng)過(guò)新瀏河沙包，船舶在A和B點(diǎn)航行時(shí)有較小的轉(zhuǎn)角，在瀏河口警戒區(qū)B點(diǎn)處航道中心線轉(zhuǎn)向角減小4°，A點(diǎn)處航道中心線轉(zhuǎn)向角約為12°。深水航道南邊線離新瀏河沙包12.5 m等深線最近70 m，深水航道北邊線離新瀏河沙頭部南側(cè)12.5 m等深線最近580 m。寶山北航道內(nèi)平均水深15.6 m，最淺水深為9.2 m，最淺水深位置在新瀏河沙包上，深水航道內(nèi)平均水深16.3 m，最淺水深12.6 m。

圖11 方案2的模式2分布

3.3 方案3

將B點(diǎn)沿方位26°方向移動(dòng)1.6 km至北側(cè)的深槽E點(diǎn)，連接AE(圖12)。調(diào)整后深水航道北邊線離新瀏河沙包12.5 m等深線最近距離180 m，離瀏河警戒區(qū)里的新發(fā)育的沙體12.5 m等深線250 m。寶山北航道平均水深17.6 m，最淺水深11.2 m,最淺點(diǎn)位置靠近新瀏河沙79#燈浮附近。深水航道平均水深17.6 m，最淺水深13.9 m。規(guī)劃后的寶山北航道除了寶山北錨地需要調(diào)整外，上游瀏河口—六文錦涇的部分航道和錨地需要進(jìn)行調(diào)整，涉及面較廣，但上游通航環(huán)境得到改善，航道將更為順暢。A點(diǎn)處航道中心線轉(zhuǎn)向角大約為6°，E點(diǎn)處可以不設(shè)拐點(diǎn)。船舶航行不利的地方是主流軸線與航道軸線有一定的夾角，給船舶航行帶來(lái)一定的影響。

圖12 方案3分布

3.4 方案比選

將3個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比分析，建議采用方案2的模式1。方案1如果有維護(hù)費(fèi)用保障，可以采用。方案2的模式2及方案3還需要請(qǐng)相關(guān)專業(yè)人員從河勢(shì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)、船舶航行安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等統(tǒng)籌考慮，進(jìn)一步分析評(píng)估論證，從中選擇最優(yōu)方案，使航道在一定的時(shí)段內(nèi)保持不變。

4 結(jié)語(yǔ)

1)新瀏河沙頭部、兩個(gè)新沙包以及寶山北航道上段逐漸淤積，水深逐漸變淺。其原因是由于上游河勢(shì)變化，落潮主流動(dòng)力在河槽北側(cè)強(qiáng)勁，南側(cè)較弱，底沙又疏松易沖，主流動(dòng)力軸線方向發(fā)生了改變，使得主深泓線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，泥沙向下游推移并在主深泓線兩側(cè)以及下游淤積。

2)新瀏河沙頭部淤積向?qū)毶奖焙降婪较虬l(fā)展，使現(xiàn)有的航道通航環(huán)境變差。由于新瀏河沙頭部南北兩側(cè)主流動(dòng)力軸線橫向上向南偏轉(zhuǎn)，主深泓線向南移動(dòng)，同時(shí)新橋通道北港漲潮主流動(dòng)力作用，這些都有利于新瀏河沙頭部淤積并向航道方向發(fā)展。

3)兩個(gè)新沙包仍在發(fā)展擴(kuò)大，需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。兩個(gè)沙包都在主航道里，如果持續(xù)發(fā)展，對(duì)深水航道和羅涇港區(qū)泊位前沿、航道產(chǎn)生影響。

4)短期內(nèi)可采用寶山北航道格局調(diào)整方案2的模式1。由于新瀏河沙包下段向上游南向萎縮以及新瀏河沙淤積向南發(fā)展方向，為調(diào)整寶山北航道提供了思路。微調(diào)寶山北航道，將航道中心線ADB調(diào)整為ACB，同時(shí)維持寶山北航道和深水航道的尺度不變，調(diào)整后的航道與原航道尺度和環(huán)境比較，寶山北航道和深水航道水深條件、航行環(huán)境得到明顯改善。

5)從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，建議相關(guān)管理部門組織專業(yè)人員對(duì)航道格局調(diào)整進(jìn)一步論證，組織相關(guān)單位對(duì)該水域以及上游的河勢(shì)進(jìn)行分析研究，制定技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上合理的航道整治方案。