长江口南汇东滩水土资源开发布局研究及河势影响预测＊

2011-09-05刘新成卢永金

水利规划与设计 2011年6期

刘新成卢永金崔冬

（上海市水利工程设计研究院上海 200061）

南汇东滩位于长江口南槽南侧边滩，是长江口拦门沙河段高含沙量区域之一，也是上海陆域不断淤涨的岸段，其独特的区位优势和土地开发利用价值，一直是长江口滩涂资源研究［1－5］和开发利用的重点区域，自上世纪九十年代浦东国际机场的圈围至海港新城的开发，至今已累计圈围123.3km2，新建海堤56km，如图1及表1所示。

图1 南汇东滩已圈围工程位置示意图

表1 近15年南汇东滩圈围造地一览表

在南汇东滩上一轮开发建设后，本区域新一轮的开发利用面临着新的形势和要求。

本文旨在需求分析的基础上，提出既能兼顾水土资源等多功能需求，又能尽快推进整体开发进程的总体布局及实施方式，在此基础上进一步对总体布局的河势影响进行预测研究，以供统筹考虑本区域水土资源综合开发利用与保护作参考。

本研究范围自浦东国际机场外侧自南汇汇角，总面积约200km2，如图2。

1 需求分析

土地资源是上海最紧缺的自然资源，《上海市滩涂资源开发利用与保护“十一五”规划》［6］明确，“十一五”期间规划促淤278km2和圈围142km2，以作为土地占补的重要基础。但至2009年底，上海在长江口中央沙、青草沙、横沙东滩、崇明北沿和杭州湾奉贤南滩等区域共实施促淤180km2，圈围113km2（其中圈围成陆53km2），离规划目标仍有一定差距，因此为基本形成与上海经济社会相协调的滩涂资源开发利用与保护框架，仍需在有关区域加大促淤圈围的力度，加快项目的实施进程。而南汇东滩是自然淤涨、可发利用条件最好的区域，因此在此区域进行促淤圈围造地非常必要。本区的促淤圈围在近期可满足浦东国际机场东扩的建设用地之需，还可作为临港新城远期的备用地。

另外，初步研究［7］表明位于本区域中部的没冒沙水域有淡水资源开发利用的条件，但该水域水质和盐度的连续实测资料系列还较短，区域附近有关污水排放口对水源地的影响还需深入评估。在没有最终定论前，仍需将没冒沙水域作为上海市备用水源地进行控制，同时为同步观测创造条件。

因此，新一轮南汇东滩水土资源开发总体布局与以往本区域开发利用布局在功能需求上的不同点在于，本次规划既要兼顾土地资源的利用，又要考虑淡水资源开发；既要尽快推动促淤造地的实施进程，又要兼顾后期水源地建设的可能。

2 总体布局

本次总体布局的难点在于位于研究区域中部的没冒沙水域的功能定位，如何将其作为可能的水源地加以规划控制，同时又不影响上下游促淤圈围工程的实施。分析现有条件可知，没冒沙水域最终目标现阶段难以明确，能否成水库及其合理成库规模都受研究周期等多种因素制约，但为了不影响整个区域项目的推进实施进程，可兼顾后期成陆或成库的双重可能性，在不产生废弃工程的前提下，考虑到其他区域造地对泥沙的大量需求，没冒沙水域区可先促淤进行拦蓄泥沙，待后期研究结论明确时，若围区最终可全部或部分变为水库库区，则可疏浚库区的淤积土方，用于缓解大规模圈围成陆土源短缺的矛盾；若围区最终成为圈围成陆区，先期进行的促淤工程又可大大降低后期的圈围成陆成本，具有显著的经济性。即按“挖淤成库、填土成陆”的方式，则“进可成库、退则成陆”。按上述实施方式，没冒沙水域可定位为圈水区，在后期可根据需要实现其功能转换；同时围区初步成形，还可利用自然实体进行1∶1原型试验研究，满足水源地观测深化研究的需要。

没冒沙水域以北区域，是浦东国际机场外侧滩地。为了适应上海航空快速发展的需求，浦东国际机场总体规划进行了修编，对原规划四条跑道进行了功能分类和分组，重新调整了跑道长度，同时新增加第五条跑道，第五条跑道的建设需要建设用地，因此北部圈围区宜作为机场备用地。

没冒沙水域以南区域，是临港新城外侧滩地。考虑到临港新城近期无进一步外扩用地的需要和临水景观及生态与湿地需求，此区域近期可定位为促淤圈围和湿地培育保护区。

图2 南汇东滩功能分区图

因此，本区域按功能从北向南可分为三个功能区：一为浦东国际机场扩展用地圈围区，位于浦东机场外侧，江镇河出口以南，薛家泓港以北；二为没冒沙圈水区，位于薛家泓港以南、大治河出口以北区域；三为促淤圈围和湿地培育保护区，位于大治河出口以南，南汇汇角以北区域。如图2所示。

按此布局，既考虑了水源地保护与研究的需要，又不影响相关促淤圈围工程的尽快实施；同时在不产生较大废弃工程的前提下，将大治河延伸段以北的区域都作为圈水区，既有利于不同功能区的分隔，又减少协调和衔接的矛盾，也给后期水库库容的调整留有余地。

3 平面方案河势影响论证

在功能分区的基础上，在进一步研究区域地形地貌、潮流波浪泥沙特性、工程地质等建设条件基础上，总体堤线平面布置基本沿－2～－3m线布置，在东南堤角局近－3.5m处与南侧堤以小圆弧连接，同时在规划北横河口和现状大治河口预留排水口门，如图3所示。这样主顺堤与南槽水道主流向基本平行，同时也符合长江口南侧岸线向外推展、杭州湾北岸岸线向北推进的演变趋势。

图3 南汇东滩圈围总体堤线布置

在平面方案基础上，本文通过潮流数学模型研究平面方案对周边重要水域流场流态的改变，并结合河相关系的估算，综合预测总体布局对河势的影响。

3.1 水动力模拟分析

采用 MIKE21Flow Model模型［8］建立如图4范围定床条件下考虑径流和潮流作用的水动力模型，经实测资料率定［9］后进行方案模拟计算。限于篇幅，本文仅列出模型范围及工程周边区域率定的部分成果，如图4～图6所示。

在率定后的流场基础上，主要从南北槽分流比、临近重要要涉水区流速流态的变化进行了研究，主要为：

图4 模拟范围及测流点位图

图5 部分站位水位过程对比图

图6 部分站位的流速流向过程对比图

（1）南北槽分流比。为研究总体方案对南北槽的影响，表2列出了工程实施后南北槽落潮分流比的变化情况。从中可知，在不考虑其它因素造成河床调整的条件下，方案实施后南槽落潮分流比略有0.2%的降低，北槽落潮分流比相应略有增加。因此总体方案的实施对南北槽的落潮分流比影响较小，略增加了北槽的落潮分流比。

表2 总体方案实施前后南北槽落潮分流比变化

（2）南槽和北槽主泓流速。南槽航道（NC1～NC11测点）与北槽深水航道（BC1～BC9测点）采样分析的计算结果如表3（工程前后流速采样测点位置如图7所示，下同）。总体方案实施后，南槽航道涨落急流速有所变化，变化幅度一般在0～0.2m／s之间。受南槽纳潮量有所降低影响，南槽进口段及上游流速有所降低，但工程岸线外侧的南槽受断面束窄影响，主泓流速都有所增加，有利于南槽航道发展。

对于北槽深水航道，总体方案实施后落急流速变化较小，变幅一般不超过1%；涨急流速有增有减，变率一般在0～6%之间，变幅一般在0～0.05m／s之间。可见，工程的实施对北槽深水航道无明显不利影响。

表3 南槽、北槽及九段沙区域采样测点工程前后极值流速变化率表

（3）九段沙南沿流速。九段沙（JDS1～JDS5测点）采样分析的计算结果如表3。总体方案实施后九段沙南沿涨急流速有增有减，最大变率约15%；落急流速略有增加，最大增幅为4%，有可能会给九段沙南沿带来一定程度的冲刷。但总体而言，工程后涨落急流速变化幅度一般不超过0.1m／s。

（4）杭州湾北沿流速。杭州湾北沿（HZW1～HZW4测点）采样分析的计算结果如表4。总体方案实施后，杭州湾北岸东侧近工程段局部涨落急流速有所增加，最大增幅为6%左右，流速最大增加了0.09m／s，但增加幅度由东向西逐渐减弱，这主要是工程后长江口杭州湾在汇角的涨潮分流点及落潮汇流点东移，引起杭州湾北岸东侧近工程段局部涨落急流速有所增加。

表4 杭州湾北沿、东海大桥及洋山附近工程前后极值流速变化率

（5）东海大桥沿线及洋山附近。东海大桥沿线（DHDQ1～DHDQ4测点）与洋山附近（YSG1～YSG3）采样分析的计算结果如表4。可以看出，总体方案实施后东海大桥沿线涨落急流速变化规律与杭州湾北岸类似，涨落急流速均略有增加，增幅在0.01～0.08m／s之间，变率一般在5%以内。可见工程对东海大桥沿线水流影响不大，不会对东海大桥桥墩冲淤产生明显影响。

洋山港附近水域流速略有降低，但降幅不大，仅为0～0.03m／s，变率为1%～2%，不会对洋山港区的流场流态带来不利影响。

3.2 河相关系预测

表5 南槽断面在本规划布局实施前后的宽深比统计表

拦门沙河段河槽形态一个显著特征是宽深比过大，治理措施之一就是通过工程措施束狭河槽，调整宽深比，增加水深，长江口北槽深水航道工程即是一例。李九发等［10］通过收集南、北槽自1980－2004期间在深水航道治理工程前后的资料研究表明，北槽中段断面（位置见图3中B－B＇断面）治理工程前以表示的宽深比在19～27之间，而在治理工程后其值在17～21之间，有所减小，稳定性有所增强。而南槽中段断面的比值基本在41～57，拦门沙水道的河相关系很明显。因此长期以来南槽航道一直未进行有效治理，水深也相对较浅。

而本规划布局的实施，将有力束狭南槽南侧边界，将广阔的水下浅滩固定，河槽本身河相关系也将改变，宽深比进一步减小。如表5中所示，在南槽取两断面（断面位置见图3），以现状地形和规划布局（暂不考虑工程后断面进一步的刷深）统计其在圈围前后的宽深比可知，圈围前南槽中下段宽深比在25～36之间，圈围工程实施后宽深比可降至17～23之间，因此本圈围布局的实施有利于南槽向成形河槽转化，提升河槽的稳定性。