章宏偉，黃 日方，康 瑛(浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002)

1 問題的提出

我國海岸線漫長，入海河流眾多，其中已經修建擋潮閘的河口有300多個。由于閘下淤積問題是關系到建閘工程成敗的關鍵因素之一，故大多數研究都集中在擋潮閘閘下泥沙運動及沖淤的問題上［1-5］，而對閘上江道的沖淤演變研究卻很少［6-7］。潮汐河口建閘后，閘上江道的來沙來水條件發(fā)生了很大變化，必將改變閘上江道的沖淤變化規(guī)律，進而可能對沿江兩岸地區(qū)的防洪排澇、堤防和沿江涉水工程 (如跨江大橋)的安全造成影響，需值得關注。

曹娥江大閘是我國已建的潮汐河口最大擋潮閘，工程位于錢塘江南岸堤防規(guī)劃線的曹娥江河口 (見圖1)，已于2008年12日18日正式下閘蓄水。本文以曹娥江口門建閘為例，采用下閘蓄水前的2008年5月，大閘建成后的2010年7月、2011年7月、2013年10月，共4次實測水下地形資料，對比分析曹娥江口門建閘后運行至今閘上江道的沖淤變化情況。本研究結果有助于加深對潮汐河口建閘后閘上江道沖淤變化規(guī)律的認識，掌握類似工程建設可能帶來的影響，并對大閘的運行管理具有指導意義。

圖1 曹娥江大閘位置示意圖

2 曹娥江河口及大閘樞紐工程概況

2.1 建閘前水沙及河床演變特性

曹娥江是錢塘江第二大支流，流域面積6080km2。為攔引曹娥江徑流補給姚江平原灌溉用水，1979年在感潮河段的上段修建了攔河節(jié)制閘上浦閘。上浦閘以上以徑流作用為主;上浦閘以下至口門受徑流和潮流共同作用。

根據曹娥江東沙埠水文站 (1983年后上移至花山)統(tǒng)計，曹娥江多年平均徑流量為77.3m3/s，具有山溪性河流洪枯懸殊的特點。

曹娥江河口潮汐為非正規(guī)半日潮，潮波傳入錢塘江至曹娥江河口時已顯著變形，漲潮歷時一般為3.00～4.00h，不及落潮歷時 (約9.00h)的1/2。潮波進入曹娥江河道后進一步變形，桑盆殿潮位站資料表明，多年平均高潮位3.88m、低潮位2.76m，平均潮差1.12m，最大潮差5.40m;漲潮歷時1.83h，落潮歷時10.50h。

曹娥江為少沙河流，花山站多年平均年懸移質輸沙35.91萬t，推移質輸沙量按懸移質的20%計，該站年總輸沙量為43.08萬t。建閘前，曹娥江河口為感潮河段，泥沙主要來自于外海，泥沙中值粒徑為0.02～0.04mm，易沖易淤，含沙量變化幅度較大。潮流泥沙實測資料表明，小潮含沙量較低，垂線平均含沙量一般在1.0kg/m3以下;大潮含沙量較高，垂線平均含沙量一般在3.0kg/m3左右，最大可達10.0～20.0kg/m3。

由于河床由易沖易淤的細粉沙組成，加之建閘前受徑流和潮流共同作用，曹娥江河口段河床具有洪沖潮淤的特點［8］。非汛期時，河道受潮流控制，因潮波的不對稱性，漲潮流速大于落潮流速，從而漲潮含沙量及輸沙量遠大于落潮，漲、落潮輸沙量的比值一般達3～4倍，河道以淤積為主。反之，當曹娥江上游徑流量較大時，落潮流速增大，河道就會產生沖刷。因此，曹娥江河床年際變化特征表現為豐水年沖、枯水年淤;而年內變化特征是洪水期沖、枯水期淤。

2.2 曹娥江大閘樞紐工程及調度運行情況

曹娥江大閘樞紐工程由擋潮泄洪閘、堵壩、魚道、上、下游導流堤組成。擋潮泄洪閘總寬697m，總凈寬560m，共28孔，單孔凈寬為20m。5個分隔墩將28孔閘分6廂，中間2廂每廂4個閘孔，兩邊4廂每廂5個閘孔。曹娥江大閘于2008年6月建成，并于同年12月開始試運行。

由于曹娥江流域水雨情復雜，為確保閘上兩岸平原的防洪排澇安全，大閘針對干流為主洪水、平原為主洪水及流域暴雨洪水3種不同情況，以花山站實測流量和紹興水文站水位為判斷指標，分別設置了相應的調度規(guī)則，開閘孔數由4～28孔不等。2009—2012年的大閘調度運行情況見表1。

表1 曹娥江大閘調度運行情況表

(1)大閘開啟頻繁且運行天數與流域降雨量關系密切。流域降雨量大，閘門需要開閘排水的天數就多，如2012年的降雨量比往年多30%，閘門運行天數達到了169d，接近全年總天數的1/2。

(2)大閘開啟24孔及以上的次數較少，運行4a來，總計才26次。曹娥江大閘閘前河道寬淺，最寬處河道寬度達1500m。大孔數開閘次數少，意味著閘前河道水動力條件不強。

3 沖淤演變分析

曹娥江大閘建成后，平時關閘擋潮，阻擋外海泥沙入江;洪水期開閘放水，將建閘前淤積在河道中的泥沙逐步帶出，江道河床在洪水作用下不斷得以沖刷發(fā)育，直至形成建閘后新的河床平衡剖面。

圖2和圖3分別為2008年5月至2013年10月曹娥江河口段 (上浦閘—曹娥江大閘)河床平均高程變化圖、深泓高程變化圖。分析可見:

(1)2008年5月時大閘尚未完全建成，河口段仍有潮水進出，在徑流和潮流的相互作用以及由于河床易沖易淤的特性，使得曹娥江河床高程沿縱剖面呈“中間高，兩頭低”分布，沙坎頂點位于花宮渡附近 (匯聯(lián)閘一帶)，河床平均高程達到了5.50m。

(2)大閘建成后，阻擋了外江泥沙，新三江閘以上江道由于缺少泥沙補給，加之河床土質主要為粉沙質，黏性很小，極易沖刷，在持續(xù)單向水流作用下呈現較明顯沖刷，河道束窄段和拐彎段尤其明顯，如上浦閘下游約5.5km的南穴、百官和花宮渡。南穴2008年5月的深泓高程1.11m，2010年7月時深泓高程已降至-6.54m，2011年7月進一步降至-7.67m，至2013年10月深泓高程已達-8.15m，5a時間深泓高程總計降低了9.26m，河床平均高程也刷深了4.13m。百官斷面深泓高程由2008年的1.58m降至2013年的-8.55m，沖深了10.13m;河床平均高程由2008年的4.08m降至2013年的-0.53m，刷深了4.61m?；▽m渡附近5a來深泓高程總計降低了9.50m，河床平均高程刷深了4.94m。

(3)新三江閘以下至曹娥江大閘閘前段江道開闊，大閘開閘排水時隨水流由上游搬運下來的泥沙除部分被帶出曹娥江外，其余則留在該河段中，該河段表現為緩慢沖刷，局部斷面有沖有淤。統(tǒng)計2008年5月、2010年7月、2011年7月、2013年10月新三江閘至曹娥江大閘閘前河段的河床平均高程，分別為0.52，1.55，1.08，0.81m。與2008年5月地形相比，該河段目前仍呈淤積態(tài)勢，但這主要是由于當時大閘尚未下閘運行、閘前河段仍有潮流進出，因而使得河床高程較低;從建閘后的情況來看，2011年較2010年平均高程降低了0.47m，2013年又較2011年降低了0.27m，呈現緩慢沖刷。

(4)閘上江道以新三江閘為界，以上呈較明顯沖刷、以下呈緩慢沖刷的原因主要有2點:一是山區(qū)性入海河流上窄下寬的河寬特點。為保證江道有足夠河寬和過水斷面積，滿足泄洪納潮的需要，山區(qū)性入海河流河寬一般自上而下沿程增大;曹娥江河口段上游河道寬度僅300m，而到了閘前，河道寬度達到了1500m，相同水位條件下下游段的過水面積遠大于上游河段，因而受到的水流沖刷影響要明顯小于上游。二是大閘大流量排水的時間不多。從大閘建成后運行至今的情況來看，大閘開啟24孔及以上的次數極少且持續(xù)時間也短，加上閘前河道開闊，閘前河段的水動力條件不強，對河床的沖刷作用也較為有限，因而河床的沖刷幅度不大。

圖2 閘上江道河床平均高程縱剖面變化圖

圖3 閘上江道深泓高程變化圖

4 結語

曹娥江河口建閘后閘上江道的來水來沙條件發(fā)生了很大變化，由洪沖潮淤變?yōu)閱蜗驔_刷。采用大閘蓄水前地形和大閘下閘運行后的3次地形，從深泓高程和河床平均高程對比分析了建閘后閘上江道沖淤變化情況。建閘后曹娥江河口段以新三江閘為界，以上河段呈現較明顯沖刷，深泓最大沖深已超過10.0m，河床平均高程最大沖深也接近5.0m;新三江閘以下河段江道開闊，加之大孔數開閘次數較少，水動力條件相對較弱，河段表現為緩慢沖刷。建議對新三江閘以上河段的沿江堤防、跨江橋梁等涉水工程進行必要的防護，及早做好防沖加固工程措施。

［1］潘存鴻，盧祥興，韓海騫，等.潮汐河口支流建閘閘下淤積研究 ［J］.海洋工程，2006(2):38-44.

［2］楊元平，唐子文，史英標.曹娥江大閘閘下淤積現狀分析及減淤對策初探［J］.浙江水利科技，2013(2):35-39.

［3］金元歡，沈煥庭.我國建閘河口沖淤特性 ［J］.泥沙研究，1991(4):59-68.

［4］王宏江，泥質河口閘下沖淤特性及沖淤量的分析預報 ［J］.海洋工程，2002(4):78-84.

［5］徐雪松，竇希萍，陳星，等.建閘河口閘下淤積問題研究綜述［J］.水運工程，2012(2):116-121.

［6］吳修鋒，吳時強，周杰.曹娥江大閘閘上江道水流泥沙沖刷數值模擬計算［J］.水動力學研究與進展，2008(1):96-100.

［7］王柏明，史英標，楊元平.潮汐河口閘上河床演變對建閘的響應 ［J］.水電能源科學，2011(5):99-102.

［8］潘存鴻，蔡軍，施祖蓉，等.曹娥江徑流特性及其對河口沖淤的影響［J］.浙江大學學報:理學版，2000(6):671-676.