李 伯 昌，施 慧 燕

(長江水利委員會(huì)水文局 長江口水文水資源勘測局，上海 200136)

1 工程概況

擬建的張靖過江通道工程位于長江澄通河段福姜沙汊道段中部，南起江蘇省張家港市境內(nèi)的疏港高速公路，越過長江，北接靖江市境內(nèi)的滬陜高速公路[1-2]。工程的建設(shè)是推動(dòng)長江經(jīng)濟(jì)帶國家戰(zhàn)略的實(shí)施和江蘇揚(yáng)子江城市群融合發(fā)展的重要舉措[3-4]。經(jīng)多方考慮，初步擬定張靖過江通道線位,南岸在十字港附近,北岸在新六助港-夏仕港之間，橫跨福姜沙及福左、福右汊道(見圖1)。工程過福右汊道(A線位)擬采用隧道工程；過福左汊道有兩個(gè)方案，其中A1線位擬采用橋梁工程，A2線位擬采用隧道工程。

針對新水沙條件下福姜沙汊道的演變，相關(guān)學(xué)者開展了深入研究，結(jié)果表明：該汊道水流泥沙運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，河床沖淤變化頻繁，雙澗沙的穩(wěn)定是河段河勢穩(wěn)定的關(guān)鍵因素等[5-6]。本文采用實(shí)測資料，就近期張靖過江通道擬選線位上下游附近河勢變化、河床的穩(wěn)定性等進(jìn)行研究，以分析線位布設(shè)的合理性，并為今后工程設(shè)計(jì)和建設(shè)提供技術(shù)支持。

2 自然條件

2.1 河道概況

長江主流自鵝鼻嘴至肖山傍南岸，過肖山后主流脫離南岸向福姜沙左汊過渡[7-8]。擬建工程所在的福姜沙右汊為支汊(也稱福南水道)，長16 km，河床窄深，外形向南彎曲，分流比約為20%。福姜沙左汊為主汊，長約11 km，分流比約為80%，河床寬淺，外形順直，其下段有雙澗沙自下向上伸入，形成W型復(fù)式河槽，并將左汊下段分為福北水道和福中水道，福中水道和福南水道在福姜沙尾匯合與如皋沙群右汊即瀏海沙水道相連[1]。

2.2 水文泥沙條件

2.2.1徑 流

據(jù)1950～2016年實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，擬建工程上游約460 km的長江大通水文站歷年最大流量為92 600 m3/s，最小流量為4 620 m3/s，多年平均流量為28 300 m3/s。每年5～10月為汛期，6個(gè)月的來水量占全年的比例歷年平均為70.5%。

圖1 工程所在河段近期河勢

2.2.2潮汐和潮流

長江口為中等強(qiáng)度潮汐河口，潮型為非正規(guī)半日淺海潮，在徑流與河床邊界條件阻滯下,潮波變形明顯，漲潮歷時(shí)短，落潮歷時(shí)長，潮差沿程遞減。根據(jù)工程上游附近江陰潮水位站資料，最大、最小潮差分別為3.39 m和0 m，平均高低潮位分別為2.10 m和0.50 m。據(jù)實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)分析：當(dāng)大通站流量在10 000 m3/s左右時(shí)，潮流界在江陰以上；當(dāng)大通站流量在40 000 m3/s左右時(shí)，潮流界在如皋沙群一帶；當(dāng)大通站流量在60 000 m3/s左右時(shí)，潮流界會(huì)下移到蘆涇港-西界港一線附近。潮流運(yùn)動(dòng)總體呈往復(fù)流特性，且落潮流為塑造河床的主要?jiǎng)恿9]。

2.2.3泥 沙

工程河段泥沙主要為流域來沙，根據(jù)上游大通水文站1951～2016年資料統(tǒng)計(jì)，平均輸沙量為3.65億t，其中，三峽水庫蓄水前(1951～2002年)平均輸沙量為4.27億t，蓄水后(2003～2016年)平均輸沙量為1.40億t，蓄水后平均輸沙量較歷年平均下降了61.6%，顯著減小。工程河段懸移質(zhì)中值粒徑范圍為0.001～0.025 mm；河床質(zhì)粒徑分布不均勻，主槽比灘面略粗，主槽的河床質(zhì)中值粒徑多在0.10～0.25 mm 之間。

3 河勢演變分析

3.1 河床邊界條件變化

工程河段位于長江三角洲新構(gòu)造沉降區(qū)內(nèi)，河床及岸坡多為第四系疏松沉積物，上游進(jìn)口部位有江陰鵝鼻嘴天然節(jié)點(diǎn)和炮臺圩節(jié)點(diǎn)鎖江卡口，南岸有肖山、長山將大江主流導(dǎo)向福姜沙左汊(見圖1)，控制著福姜沙汊道[1]。中華人民共和國成立以來，工程河段兩岸進(jìn)行了系列的節(jié)點(diǎn)整治、堤防整修、護(hù)岸加固和碼頭群等工程建設(shè)；2010～2017年，福姜沙河段實(shí)施完成了12.5 m深水航道工程，主要包括：雙澗沙頭部潛堤、雙澗沙南北側(cè)丁壩、福姜沙左緣丁壩，福北水道左岸、福姜沙沙尾護(hù)岸工程和福中、福北水道疏浚工程等。上述河道和航道整治工程的建設(shè)穩(wěn)定了河道邊界，對控制過江通道位置主流的擺動(dòng)起到了約束作用[10]。

3.2 河槽穩(wěn)定性分析

擬選過江通道線位附近水域近期-5,-10,-15,-20 m等高線演變情況見圖2(a)～(d)。總體而言，與福左水道相比，福右水道各特征等高線變化較小，河床較為穩(wěn)定。福左水道河道寬淺順直，河道中心灘、邊灘等成形淤積體活動(dòng)頻繁。

在A1、A2線位所在的福左水道，2009年以前雙澗沙頭部不斷往上游淤漲和南偏(-5 m等高線)，之后在采砂及航道疏浚等外界因素作用下，福中水道-10 m槽與福北貫通。在雙澗沙守護(hù)等整治工程實(shí)施后，護(hù)灘位置的雙澗沙沙體已基本穩(wěn)定下來，而原雙澗沙頭部的切割體呈不斷萎縮之勢。

福姜沙河段進(jìn)口-福姜沙頭部河道逐漸展寬，至靖江旺橋港段河道展寬約3.2倍，水流動(dòng)力減弱且過鵝鼻嘴的長江主流偏南岸，導(dǎo)致向下輸移的泥沙易于在江陰大橋-靖江旺橋港一線河道凸岸邊灘內(nèi)落淤，形成水下-10 m低邊灘。該邊灘極不穩(wěn)定，不斷被水流切割后與上游輸送至此的底沙一起沿福左水道靖江側(cè)緩慢下移，易造成河槽淤積[6]。2009年以來，福中水道-10 m等高線與福左貫通后，福姜沙左緣水下-10 m低邊灘不斷被侵蝕；雙澗沙左緣水下-10 m低邊灘以青龍港對開為界，呈上淤、下沖態(tài)勢。

對于-15 m等高線而言，總體上，A1、A2線位所在的福左水道變化強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于A線位所在的福右水道。近年來，福右水道-15 m槽以緩慢淤積萎縮為主，1983年的-15 m等高線基本為外包絡(luò)線。福左水道-15 m等高線的變化基本可以2009年福北與福中-10 m等高線貫通為標(biāo)志分為兩個(gè)階段：第一階段為2009年以前，基本在1998年的位置附近上下、左右變動(dòng)；第二階段為2009年以后，隨著雙澗沙護(hù)灘和福姜沙河段12.5 m深水航道整治工程的不斷實(shí)施，福中、福北水道-15m等高線出現(xiàn)了大范圍和大幅度的變動(dòng)，上游過肖山的-15 m槽原來基本偏北經(jīng)靖江港區(qū)前沿過往如皋中汊，2018年4月測圖顯示，目前靖江港區(qū)前沿-15 m槽上、下已大幅度中斷，上游過肖山的-15 m槽已改道經(jīng)福中水道與下游瀏海沙水道貫通。

圖2 工程區(qū)附近水域近期等高線變化

從-20 m等高線變化看，A線位基本位于福右汊道中下段-20 m槽上端，1983年以來，A線位附近-20 m等高線變化較小。2009年以前，A1線位所在的福左水道中上段不存在-20 m槽(坑)，A2線位所在的下段靖江港區(qū)前沿存在少數(shù)零星的-20 m沖刷坑。自2006年起，福中水道下段也開始形成了與瀏海沙水道連通并平行于福姜沙左緣岸線的-20 m槽，當(dāng)時(shí)該槽上端距離上游的A2線位約540 m，隨著福姜沙河段12.5 m深水航道整治工程的實(shí)施，自2016年起，該槽快速發(fā)育并大幅度北移和上潛。

3.3 深泓線變化分析

擬建工程上下游附近近期深泓線演變見圖3。隨著福姜沙河段護(hù)岸及河勢控制工程的實(shí)施，福姜沙河段二級分汊、三汊并存的總體河勢基本形成，并趨于穩(wěn)定。

該河段整體河勢相對穩(wěn)定，雙澗沙變化卻比較大，主要表現(xiàn)為沙頭往上游淤漲。2006年左右沙體規(guī)模達(dá)到最大，該階段左汊深泓線北移。左汊福北、福中水道深泓線的變化與雙澗沙的演變密不可分，當(dāng)雙澗沙下移時(shí)，福北、福中相通；當(dāng)雙澗沙上潛時(shí)，福北、福中分開。2006后，雙澗沙沙體減小，灘面串溝沖刷發(fā)育，至2009年4月其頭部灘面被斜向-10 m深槽切穿，頭部沙體被切離主沙體，基本成為獨(dú)立的江心沙，至此左汊福北、福中深泓線逐漸貫通。2018年4月測圖顯示，目前福中水道深泓位置最深點(diǎn)正好位于A2線位附近，達(dá)到了-39.3 m，比2016年11月刷深了約14.4 m。

2010～2017年實(shí)施完成的福姜沙河段12.5 m深水航道整治工程對左汊福北及福中水道水沙運(yùn)動(dòng)影響較大，周邊河勢正處于劇烈的調(diào)整之中，整個(gè)左汊主流擺動(dòng)頻繁，河道深泓線變化大。本次擬選的A1、A2線位就位于福姜沙深水航道整治工程范圍內(nèi)。

福南水道呈鵝頭型彎道。經(jīng)過多年的河道整治，彎道發(fā)展得到控制，近年來深泓線基本穩(wěn)定。本次擬選的A線位位于福南水道中部，基本為彎頂位置，主流相對穩(wěn)定少變。

圖3 工程河段深泓線變化

3.4 過江通道附近斷面變化分析

擬選各過江通道線位斷面各時(shí)期特征值統(tǒng)計(jì)見表1，斷面變化見圖4。A線位位于福南水道彎頂附近。由圖4(a)可知，2001年以來該斷面由偏“V”形逐漸向偏“W”形演變。近期斷面左側(cè)河床總體表現(xiàn)為緩慢刷深，中間河床緩慢淤積抬高，深槽逐漸逼近右岸。

A1線位位于靖江市和尚港上游約620 m。由圖4(b)可知，該斷面所說的福北水道2006年以前總體上有所沖刷。2006年以后，斷面形態(tài)出現(xiàn)大幅調(diào)整變化，主要是由于斷面所在位置雙澗沙沙體受沖刷形成串溝，之后串溝擴(kuò)大致沙體切割分離。同時(shí)，靖江邊灘切割體沖刷消失，近岸深槽淤積抬高。2018年4月測圖顯示，12.5 m深水航道整治工程中的福姜沙左緣挑流丁壩實(shí)施后，壩田間淤積明顯，福姜沙近岸側(cè)次深槽消失。總體看來，該斷面0 m以下過水面積呈波動(dòng)中增大之勢，目前最深點(diǎn)基本位于斷面中央。

A2線位左起靖江市夏仕港上游約720 m處至右岸福姜沙尾。由圖4(c)可知，斷面形式為復(fù)式斷面，受江中雙澗沙沙體變化及有關(guān)航道整治工程的影響，斷面演變表現(xiàn)為大沖和大淤。2009年以來斷面呈左淤、右沖態(tài)勢。2018年4月測圖顯示，斷面上福中水道最深點(diǎn)高程達(dá)到了-38.1 m，為歷年最深點(diǎn)，與2001年相比刷深了約34 m。

圖4 擬選過江通道線位斷面變化

表1 各線位斷面特征值統(tǒng)計(jì)

3.5 過江通道附近河床沖淤變化分析

根據(jù)1983～2018年有關(guān)河道觀測資料，計(jì)算了近35 a各線位上、下游各約1 500 m水域范圍內(nèi)河床的沖淤變化情況，計(jì)算結(jié)果見圖5(a)～(b)。

圖5 各線位附近河床沖淤情況統(tǒng)計(jì)

(1)A線位附近。除0～-5 m高程間有少量沖刷外，福姜沙右汊A線位上、下游附近河床總體表現(xiàn)為普遍的緩慢淤積態(tài)勢，0 m高程以下河床總計(jì)淤積了約482萬m3，平均淤厚了約1.45 m，淤積速度為0.041 m/a。

(2)A1線位附近。福姜沙左汊A1線位上、下游附近河床雖沖、淤互現(xiàn)(淤積時(shí)段約占51%)，但沖刷量遠(yuǎn)大于淤積量，河床總體表現(xiàn)為普遍的刷深態(tài)勢，0 m高程以下河床總計(jì)沖刷了約1 477萬m3，平均刷深了約1.66 m，刷深速度為0.047 m/a。

(3)A2線位附近。福姜沙左汊A2線位上、下游附近河床雖沖、淤互現(xiàn)(淤積時(shí)段約占34%)，但沖刷量大于淤積量，河床總體以刷深為主，0 m高程以下河床總計(jì)沖刷了約1 689萬 m3，平均刷深了約1.71 m，刷深速度為0.049 m/a。

3.6 河道演變發(fā)展趨勢

近年來，以護(hù)岸工程和碼頭建設(shè)為主的岸線整治與開發(fā)利用工程以及長江南京以下12.5 m深水航道整治工程使擬建工程上、下游河段邊界大部分保持穩(wěn)定，較大程度上限制了河道橫向演變的空間，各汊道現(xiàn)有主、支汊格局基本不會(huì)改變，河段將長期保持基本穩(wěn)定的格局。

4 過江通道線位比選

(1)從工程局部河段近期-5 m洲灘變化情況看，總體上，A線位所在的福姜沙右汊變化較小；A1、A2線位所在的福姜沙左汊左、右岸邊灘變化較小，江中雙澗沙演變劇烈。

(2)從工程局部河段-10,-15,-20 m深槽變化情況看，自然條件下，A線位所在的福姜沙右汊變化較小，但總體呈緩慢淤積萎縮之勢；A1、A2線位所在的福姜沙左汊受水下低邊灘和心灘沖淤變化的影響，各深槽演變頻繁。雙澗沙護(hù)灘和福姜沙河段12.5 m深水航道整治工程的實(shí)施后，總體上，工程位置各深槽呈發(fā)展之勢，特別是福中水道發(fā)展尤為迅速。

(3)從各線位河床斷面特征值看，A線位斷面0 m高程以下斷面面積波動(dòng)中有所減小，平均水深變幅約0.8 m，河相系數(shù)變幅約0.6，最深點(diǎn)高程變幅約3.4 m，最深點(diǎn)位置變幅在61 m左右。A1線位斷面0 m高程以下斷面面積波動(dòng)中緩慢增加，平均水深變幅約2.9 m，河相系數(shù)變幅約1.3，最深點(diǎn)高程變幅約3.5 m，最深點(diǎn)位置變幅在1 847 m左右。A2線位斷面0 m高程以下斷面面積波動(dòng)中緩慢增加，平均水深變幅約2.8 m，河相系數(shù)變幅約1.1，最深點(diǎn)高程變幅約22.3 m，最深點(diǎn)位置變幅在3 027 m左右。

(4)A線位位于福姜沙右汊彎頂附近，近年來該汊道深泓線貼南岸，且穩(wěn)定少變；A1、A2線位位于福姜沙左汊，該汊道順直、寬闊，河道中心灘、邊灘活動(dòng)頻繁，河道深泓擺動(dòng)范圍大，且幅值上A2遠(yuǎn)大于A1。

(5)總體而言，從河勢上看，張靖過江通道A線位附近河床較為穩(wěn)定，建設(shè)過江通道的條件較好；而A1、A2線位附近河床活動(dòng)性大，河道主流擺動(dòng)頻繁，特別是A2線位所在的福中水道近年來快速發(fā)展，河床下切顯著，在A2線位建設(shè)隧道工程應(yīng)充分考慮福中水道可能存在的沖刷風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié) 論

綜合考慮河勢變化因素，推薦張靖過江通道采用河床較為穩(wěn)定的“A+A1”線位方案。

福姜沙河段多汊并存，受上游徑流和下游潮流雙重作用，水動(dòng)力條件和河床演變復(fù)雜。河段內(nèi)12.5 m深水航道整治工程實(shí)施完畢不久，周邊灘勢、河勢等正處于調(diào)整之中，要充分重視其不利的變化。為了準(zhǔn)確把握河段水沙條件和河勢變化，建議加強(qiáng)河道觀測和分析研究工作。