長江南京以下 12. 5 m 深水航道整治工程是“十二五”全國內河水運投資規模最大、技術最復雜的重大工程，也是繼長江口深水航道治理工程之后的又一重大水運工程，在全國水運 “十二五”發展中具有舉足輕重的示范作用，其中通州沙和白茆沙整治工程為其一期工程。為穩定河勢，兼顧地方經濟的發展，張家港市正分期實施通州沙西水道綜合整治工程，該工程緊鄰深水航道整治一期工程通州沙河段，工程主要包括邊灘圍墾、通州沙頭部潛堤工程和西水道開挖工程，擬分三期實施，其中一期工程已實施，二期工程正準備實施。為研究通州沙西水道整治工程對 12. 5 m深水航道整治一期工程的影響，需進行動床模型試驗研究，為工程設計以及整治工程的順利實施提供技術支撐。

1 概況

1.1 河段

通州沙河段屬澄通河段，上起十三圩，下至徐六涇，全長約 39 km \\( 圖 1\\) ，進出口河寬相對較窄，分別約 5. 7 km、4. 9 km，中間放寬，最大河寬約 10 km，為暗沙型多分汊河道，有通州沙、狼山沙、新開沙和鐵黃沙等沙體。進口段長江被通州沙分為東、西水道，東水道是以落潮流為主的長江主流通道，目前分流比為 90% 左右，出口段被自左而右的新開沙、狼山沙和鐵黃沙分為新開沙夾槽、狼山沙東、西水道和福山水道，目前，主汊狼山沙東水道分流比為 65%左右。徐六涇河段上承澄通河段，下接長江南支白茆沙分汊河段，自滸浦至白茆河口，全長 15 km。

蘇通大橋下游附近最窄處縮窄到 4. 5 km 左右，其后有所展寬，至白茆河口—海太汽渡處江面寬為 6. 7 km?！緢D1略】

白茆河口以下為展寬分汊型河道，長江在此被崇明島分南北兩支，北支為支汊，南支為主汊。

南支河段的白茆河口至吳淞口，全長約 60 km，與南、北港相連。長江主流自徐六涇人工縮窄段進入白茆沙南水道，分流比 65% ～70%。

1.2 水文泥沙

1.2.1 潮汐及潮流

長江口為中等強度潮汐河口，屬非正規半日潮。據徐六涇站 1985—2006 年潮位資料統計，最大潮差 4. 01 m，最小潮差 0 m，平均高、低潮位2. 07 m、0. 03 m \\( 85 國家高程基準，下同\\) 。在徑流與河床邊界條件阻滯下，潮波變形明顯，漲落潮歷時不對稱，漲潮歷時約 4 h，落潮歷時約8 h。長江口潮流界隨徑流強弱和潮差大小等因素的變化而變動，枯季潮流界可上溯到鎮江附近，洪季潮流界下移至通州沙河段進口附近。通州沙河段處于長江河口段，潮流作用相對較強，潮流運動總體呈現往復流特性，落潮流為塑造河床的主要動力，流速最大可達 2. 5 m\ue4d4s 以上。

1.2.2 泥沙

工程河段泥沙主要是流域來沙，根據上游大通站 1951—2011 年資料統計分析，歷年含沙量最大為 3. 24 kg\ue4d4m3，最小為 0. 016 kg\ue4d4m3，多年平均為 0. 428 kg\ue4d4m3，長江水體含沙量與流量有關，洪、枯季多年平均含沙量分別約為 0. 530 kg\ue4d4m3和0. 182 kg\ue4d4m3。汛期水量、沙量比較集中，其中沙量占 87. 7%，表明沙量集中程度大于水量。三峽水庫蓄水前的 1986—2002 年，大通年均輸沙量為 3. 43 億 t，蓄水后至 2010 年年均輸沙量約 1. 52 億 t，輸沙量明顯下降。徐六涇站蓄水前后含沙量減少約 50%。河床底沙為粉細沙，中值粒徑 0. 10 ～ 0. 25 mm，深槽較粗，灘面較細; 懸沙中值粒徑約為 0. 01 mm。

1.3 深水航道整治一期工程

長江南京以下深水航道整治工程分為兩期，其中通州沙和白茆沙整治工程為一期工程，包括通州沙整治工程、白茆沙整治工程、航道疏浚工程及新建閘護岸工程等 \\( 表 1，圖 2\\)。工程已于 2012 年 8 月開工，預計 2015 年竣工?！颈?】


1.4 通州沙西水道整治工程

通州沙西水道整治工程主要包括邊灘圍墾、通州沙頭部潛堤工程和西水道開挖工程，擬分三期實施，其中一期工程已實施，二期工程正在實施中 \\( 表 2、圖 3\\) 。為試驗西水道工程對航道影響的極端情況，對挖槽深度為 －14. 7 m 也進行了試驗。西水道沿程開挖深度見圖 4?！颈?.圖3-4】


2 試驗方案及試驗條件

模型試驗在已有的長江河口段模型中進行，模型上起江陰水道天生港，下至長江南支吳淞口，北支青龍港下約 8 km。模型水平比尺為 655，垂直比尺100，長約270 m，建于2006 年，經過多次驗證，本次研究前，根據最新實測的地形及水文資料對模型進行了更新和驗證。本研究方案及水文條件見表 3?！颈?】


3 工程影響試驗研究

3.1 對主槽的沖淤影響

方案 A1、A2 實施后，洪季東水道分流比增加3% ～ 5%，龍爪巖以上 12. 5 m 槽總體變化不大，左側 12. 5 m 線基本不變，右側除任港至姚港之間12. 5 m 槽寬度在800 m 左右，其它12. 5 m 槽寬度都在 1 km 以上。龍爪巖以下至營船港段深槽左側淤積且年淤厚 0. 2 m \\( 方案 A1\\) 和 0. 2 ～0. 3 m \\( 方案 A2\\) ，12. 5 m 槽寬度總體略有縮窄，幅度一般在 50 m 內。新開港以下包括南農閘以下航道淺區的 12. 5 m 槽基本不變 \\( 圖 5a\\) \\) ?？梢?，方案 A1、A2 實施對通州沙水道航道影響較小。

與方案 A 相比，方案 B、C1 實施后的變化主要在龍爪巖以下。工程后洪季東水道分流比減小1% ～ 1. 5% ，變化略大于方案 A; 龍爪巖以下至新開港間主槽淤積 0. 2 ～0. 4 m，淤厚及范圍略大于方案 A，12. 5 m 槽寬度總體有縮窄的趨勢。由于該段航道水深一般 20 m 以上，暫時不會對深水航道造成明顯不利影響 \\( 圖 5b\\) \\) ，新開港以下包括南農閘附近航道淺區 12. 5 m 槽寬度縮窄不明顯，可見方案 B、C1 實施后，對新開港以上12. 5 m槽略有影響，新開港以下12. 5 m 槽影響不明顯。方案 C3 實施后，西水道疏浚至 －14. 7 m，對深水航道影響相對較大，東水道分流比減小 2% ～4. 5% ，龍爪巖以下航道內流速有所減小，主槽姚港至南農閘間淤積 0. 2 ～0. 6 m，其中南農閘附近淤積0. 2 m 左右 \\( 圖 5c\\) \\) ，12. 5 m 槽有所縮窄，變化一般在 50 m 左右。南農閘以下，有淤積的趨勢，但幅度一般在0. 2 m 內?？梢?，該方案實施后，對航槽的影響自上而下逐漸減小，主要在龍爪巖至南農閘間，對南農閘以下的航道淺區影響較小?！緢D5略】

2 個平常水沙年條件下，工程實施后對深水航道影響較 1 個豐水年條件下的影響略大。

3.2 對灘地的影響

通州沙河段為暗沙型多分汊河道，江中有通州沙、狼山沙、新開沙以及鐵黃沙等沙體，而通州沙沙體上有五干河對開斜向竄溝和左緣姚港對開竄溝發育，通州沙及狼山沙沙體間有萎縮的狼山沙中水道，工程河段水流復雜。

西水道整治工程實施后，通州沙沙體有沖有淤，總體以淤積為主，這對沙體的穩定有利。但由于通州沙潛堤左側堤的導流作用，潛堤下游姚港對開南北向竄溝的沖淤變化幅度較大。

方案 A1 實施后 \\( 西水道不挖槽\\) ，由于東水道分流比增加 3% ～ 5%，通州沙頭部潛堤左側堤的沿堤流增強，東水道水流也有增強的趨勢，姚港對開竄溝出現沖刷，方案 A2 實施后 \\( 西水道疏浚至 －8 m\\) ，東水道分流比變化不大，沿堤流較方案 A1 有所減弱，竄溝有沖有淤; 方案 B、C1實施后 \\( 西水道疏浚至 －10. 5 m、 －12 m\\) ，東水道分流比有所減小，沿堤流減弱，該竄溝有沖有淤，以淤積為主; 方案 C3 實施后 \\( 西水道疏浚至－ 14. 7 m\\) ，該竄溝總體表現為淤積。西水道五干河對開的竄溝，由于西水道整治潛堤工程對竄溝具有一定的封堵作用，各工程方案實施后，該竄溝均有不同的淤積。竄溝淤積，對通州沙沙體的穩定有利。

由于灘地水沙交換復雜，水沙交換模擬較難，本研究主要從定性上分析工程后灘地沖淤變化趨勢及發展趨勢。

3.3 航道沿程地形變化

研究表明，隨西水道挖槽底高程降低，西水道分流逐漸增加———不挖槽是影響最小，挖至－ 14. 7 m 時影響最大。由圖 6 工程實施后航道沿程地形變化可見，最大影響可達南農閘附近。方案 A、B 實施后，工程后航道淤淺的區域，水深一般在18 m以上，暫時不會對 12. 5 m 深水產生明顯影響。方案 C1 和 C3 實施后，南農閘附近航槽淤淺 0. 2 m 左右，南農閘以下 12. 5 m 深水航道淺區有淤積的趨勢，對深水航道的維護可能會有不利影響?！緢D6】


3.4 模型試驗與實測結果對比分析

通州沙西水道整治一期工程于 2012 年底基本完成，其中西水道五干河以上未進行疏浚，其工況相當于本研究中方案 A1。

1\\) 水動力結果。

模型試驗水文條件與工程實施后實測徑流、潮汐條件存在一定程度的差異，潮位和流速變化難以直接進行精確的對比分析，利用汊道之間的潮量分配相對較易體現工程前后的效果。選用2011 年 10 月和 2012 年 7 月兩次實測資料進行對比分析，分別對應于西水道一期工程開始施工和完成大部分工程量 2 個時期。兩次實測，通州沙東水道落潮分流比分別為 90% 和 92. 7%，表明工程實施后東水道實測分流比增加約 2. 7%。而試驗研究表明，方案 A1 實施后東水道分流比增加3% ～ 5% ，與實測資料基本一致。

2\\) 沖淤變化。

2011 年 11 月—2012 年 10 月原型實測沖淤變化表明，龍爪巖—營船港間深槽淤積一般在 0. 5 m左右，局部區域淤積超過 1 m; 深槽左側營船港—新開港間沖刷，沖深一般在 0. 5 ～ 1. 0 m; 新開港—南農閘間主槽有沖有淤; 南農閘—徐六涇河段間主槽淤積，10 m 槽容積減小，航槽局部區域水深小于 12. 5 m; 通州沙姚港對開南北向竄溝總體呈沖刷態勢，整體來說，通州沙灘面處于相對平衡狀態。

試驗表明，方案 A1 實施后，龍爪巖至營船港間深槽淤積 0. 2 ～0. 5 m，而原型主槽淤積 0. 5 m，基本一致; 通州沙姚港對開南北向竄溝沖刷，與原型實測的沖淤變化相比，沖淤部位基本一致，幅度略有差別; 通州沙灘面有沖有淤，以淤積為主，與原型的變化一致。有差別的地方在于營船港以下深槽，方案 A1 實施后引起的該區域沖淤變化不明顯。分析其原因，一是由于動床模型的局限性，僅研究工程引起的沖淤變化，營船港以下離過程區較遠，試驗中，工程難以影響到; 二是工程河段的沖淤變化較為復雜，自然條件下，不實施工程，同樣會出現較大的沖淤變化。

總的來說，在工程附近區域，模型預測的水動力變化和河床沖淤變化，其趨勢和幅度與工程實施后基本吻合。

4 綜合分析

通州沙西水道整治各工程中，隨著西水道疏浚深度增加，對深水航道的影響逐漸增加。西水道不疏?；騼H疏浚至 －10. 5 m 以淺時，對深水航道影響相對較小，南農閘以上 18 m 以深區域出現淤積，暫時對航道影響較小; 而西水道疏浚至－ 12 m、 － 14. 7 m 時影響相對較大: 東水道分流比減小，南農閘以上 18 m 以深區域淤積增加; 龍爪巖—南農閘段 12. 5 m 槽寬縮窄，且南農閘以下航道淺區有淤積的趨勢，對深水航道水深維護不利。各工程方案綜合影響見表 4?！颈?】


5 結語

1\\) 鑒于西水道疏浚至 － 12 m、14. 7 m 時對深水航道有一定的影響，建議通州沙西水道整治工程中，西水道的疏浚底高不宜低于 －10. 5 m。

2\\) 在通州沙沙體左側、龍爪巖對開，深水航道整治一期工程與西水道整治工程間尚有近 10 km的區域未實施工程，而西水道開挖較淺的方案會造成通州沙姚港對開竄溝的沖刷，建議盡快實施通州沙頭部護灘潛堤下延工程。

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