嘉兴港运行与北岸深槽维护对策初探

2013-08-14唐子文

浙江水利科技 2013年2期

曹颖,唐子文

(浙江省水利河口研究院,浙江杭州 310020)

北岸深槽蓝田庙—浙沪交界处金丝娘桥所在的全公亭深槽为东方大港—嘉兴港的所在地。1917年孙中山在他撰写的《建国方略》中曾提出在乍浦一带开辟 “东方大港”,但由于诸多原因未能实现。1986年嘉兴港开始启动建设,自20世纪90年代以来步入了快速发展期,相继建成了一批杂货、煤炭、石油、多用途的万吨级以上深水泊位,货物吞吐量不断增长。“十一五”期间,嘉兴市大力发展现代物流业,重点建设以嘉兴港和内河集装箱港为主的海河联运物流基地、以沪杭高速和乍嘉苏高速为主的物流走廊,形成了长三角重要的现代物流枢纽。2009年嘉兴港实现吞吐量3 485万t,其中集装箱吞吐量约20万标箱。《嘉兴港总体规划》从嘉兴港的区域定位、性质功能、岸线利用、水陆域布局等各个方面进行了规划。

1 嘉兴港概况

嘉兴港由独山、乍浦、海盐3大港区组成,至2010年3大港区拥有生产性码头泊位近40个。对于港口码头,其生存的根本就是码头前沿与航道的水深条件。嘉兴港的发展得益于良好的水深条件,但嘉兴港的进一步发展也受到了水深条件的制约。嘉兴港码头前沿水深条件虽然较好,但由于北岸深槽上段碍航段的存在,低潮位时水深严重不足,且近10 a来有着明显的淤积趋势,其中海盐港区仅能靠泊3000～5 000 t船舶,且需乘潮通过碍航段,这一水深条件远不能满足规划建设1万～2万t泊位的需求。此外,从乍浦、独山两港区的实际运营调研,港区前沿在一些不利年份出现淤积情况,所幸在发现港区前沿的淤积后,及时开展了疏浚作业,未对码头运营造成大的影响。在冲淤变化幅度较大的钱塘江河口,持续关注北岸深槽水深条件的变化,及早开展港区及航道减淤对策的研究确已十分必要。

2 北岸深槽冲淤变化

嘉兴港前沿为北岸深槽,自上而下分别为海盐深槽、乍浦深潭和全公亭深槽。近岸深槽范围大致离岸0.5～1.0 km,由于沿程深潭的存在,水深变化较大,最深处在乍浦深潭高程可达-50.0 m以上,航道浅点有3处,一处在白沙湾,高程约-15.0～-17.0 m;一处在独山,高程约-13.0～-15.0 m;另外一处在场前,高程在-10.0 m以上。深槽剖面形态,近岸坡度较陡,最陡可达1%～2%,离岸坡较缓。全公亭深槽外侧有独山浅滩存在,其最高点高程可达-3.0 m以上,-5.0 m以上浅滩宽度在1.5 km左右。浅滩外侧有乍浦—金山潮汐通道,其最深点高程低于全公亭深槽,但宽度与全公亭深槽接近。

2.1 深槽容积变化

在分析北岸深槽的冲淤变化时,为了区别人类活动以及河势、径流变化造成的影响,对离岸3 000 m,高程-2.0 m以下河槽进行了统计,统计分为3个时段:即1972—1977年为治江初期尖山走北河势,1991—1998年为治江后期走北河势,1999—2006年为近期 (期间:1978—1985年治江中期的走南河势因测图很少未参与统计,1986—1990年为过渡时期,河势变幅较大也未参与统计)。

根据统计资料分析,20世纪70年代至本世纪初北岸深槽澉浦—金山段容积总体淤积了0.45亿m3,其中上游澉浦—乍浦段是淤积的,下游乍浦—金山段是冲刷的。进入21世纪初后,乍浦以上仍为淤积,但淤积幅度已小于20世纪70—90年代;乍浦下游以独山—全公亭为界,上段开始出现淤积,下段仍为冲刷,但幅度略小于 20世纪 70—90年代。

20世纪70年代至21世纪初上段的海盐深槽总计淤积了1.25亿m3,其中20世纪 70—90年代淤积了0.76亿m3,20世纪90年代至21世纪初海盐深槽淤积了0.49亿m3。20世纪70年代至21世纪初下段全公亭深槽冲刷了0.81亿m3,其中20世纪70—90年代冲刷了0.77亿m3,20世纪90年代至21世纪初仅冲刷了0.04亿m3。

目前钱塘江河口已基本围垦到位,今后围垦区域多数在杭州湾内,预计全公亭深槽仍将有淤积发生。

2.2 深槽最深点变化

根据杭州湾固定测量大断面及针对北岸深槽加测断面的资料,分析北岸深槽的深泓变化。图1是以乍浦深潭为界的深泓高程平均值变化过程图,即以1～20断面为乍浦深潭以上求取深泓高程平均值,以21～30断面为乍浦深潭以下求取平均值,可以看出上下游变化差异非常明显。

乍浦深潭以下最深点平均值始终维持在-18.0～-20.0 m,变幅较小,较为稳定。而乍浦深潭上游侧,最深点平均值呈现阶梯状抬升的变化,1998年以前,均值为-14.0 m左右,1999—2005年维持在-12.0 m以下,2006年后抬升至-10.0 m左右维持至今。2次淤积分别发生在1998—1999年以及2005—2006年。

图1 北岸深槽乍浦深潭上下游深泓1995年以来平均高程变化图

图2是嘉兴港沿岸深槽最深点高程的沿程变化图。图2中,以乍浦深潭为界,上游侧高程较高且发生了明显的淤积,2010年较之1995年碍航的场前段淤高2.00 m左右,南台头段淤积1.00 m左右,乍浦深潭以下高程较低,且未见明显的趋势性变化。

2.3 滩槽地貌变化

根据多年对杭州湾北岸地貌的研究,北槽在北岸突出的矶头和顶冲岸边界的涨潮流作用下,形成类似于海湾的韵律岸线。上下游有矶头作为节点,在矶头前沿形成深潭,两矶头之间则形成弧形的韵律岸线,其前沿为北岸深槽,深槽外侧则有浅滩堆积。例如在海盐段矶头韵律地貌表现为 “秦山深潭—北岸深槽乍浦—秦山段—白塔沙—乍浦深潭”的组合,在全公亭段则表现为“乍浦深潭—北岸深槽金山—乍浦段—独山浅滩—金山深潭”的组合(见图3)[1]。

图3 全公亭矶头韵律地貌图

这一地貌组合的河床演变是各单元向动态平衡发展的结果,各地貌单元的变化存在相互作用,因此当研究北岸深槽嘉兴港的变化时,必须关注上下游深潭及独山浅滩的变化。同时从周边地貌入手也是治理维护嘉兴港的一条重要思路。根据初步研究,全公亭矶头韵律地貌中,全公亭深槽最深点平均值维持在-18.0～-20.0 m,变幅较小,目前没有明显的趋势性变化,较为稳定。

乍浦深潭以深潭中心为界,上游侧-20.0 m等高线范围相当稳定,-20.0 m上溯距离的差异不足1.0 km;深潭下游侧则变化相对较大,尤其是外浦山以下,深潭向下游延伸的距离和向南侧的扩张范围变化均较大,对下游嘉兴港的影响相对也较大。

金山深潭由于测图次数较少,仅有1959年、2003年和2010年3次,从这3次测图来看,金山深潭是向上游扩张冲刷的,其-15.0 m等高线1959年在金丝娘桥下游;2003年上溯至全公亭以上,上下游变动近15.0 km,宽度达1.0 km左右;2010年更与上游乍浦深潭串通,宽度达3.0 km以上。

独山浅滩的西端受制于乍浦深潭,北侧受控于北岸深槽,均较为稳定,而南侧和尾部东端则变幅较大,尤其是东端,从2002年浅滩下伸至8.5 km长,到2004年缩至5.0 km左右,之后再度下行,至2008年恢复了2002年的长度,但在浅滩宽度方面却有所缩减,至2011年长度又回缩至5.0 km。

3 嘉兴港维护对策初探

3.1 澉浦潜顺坝方案[2]

从维持整个北岸深槽的水深稳定考虑,引导更多的涨、落潮流进入北岸深槽,应可达到改善北岸深槽水深、防止秦山核电群取水口及航道淤积的目的。为此大致在目前澉浦浅滩位置,自海盐狮子山至五团段布置长24.0 km左右,顶高程为0.25 m(约中潮位)的澉浦潜顺坝 (见图4)。

图4 澉浦潜顺坝和白塔沙潜顺坝方案图

经计算分析,这一方案可使上游侧至乍浦段顺坝北部水域涨落潮流速增大,相应地,顺坝南部水域涨潮流速减小,而顺坝南部落潮流速上游段略有增大,下游段减小。仅从流速变化来看该方案有利于澉浦—乍浦北岸深槽(包括秦山核电取水口、乍浦港)以及南岸上虞岸段河床的冲刷。该方案地形反馈后对潮汐、潮量和涌潮的影响要大于地形反馈前,顺坝北部因地形反馈后该水域河床刷深,涨、落潮流速减小,而顺坝的南部因地形反馈后该水域河床有所淤积,北岸深槽涨、落潮流速进一步增加。

3.2 白塔沙潜顺坝方案

白塔沙潜顺坝方案见图4。近年来白塔山冲刷槽发育,北岸深槽秦山—乍浦最深点均发生明显抬高,北岸深槽分流比有所减少,如果白塔山冲刷槽继续发育,对北岸深槽维护更为不利。另一方面北岸深槽乍浦至秦山段纵剖上存在2个沙脊,一个在南台头附近,高程为-6.6±0.5 m,另一个在场前附近,高程为-9.2±0.5 m,近年由于总涨落潮量的减少(自然演变和人类活动综合影响),沙脊分别有1.0～1.5m的抬升。因此,考虑在南台头至五团外侧白塔山冲刷槽下游侧和场前至瓦山间布设2道潜顺坝,一方面阻断白塔山冲刷槽的继续发育,另一方面增大南台头和场前附近北槽涨潮流,适当降低南台头附近碍航床面高程。本次方案先考虑南台头附近布设1条长3.0 km,顶高程为0.25m(约中潮位),走向北偏东77°的潜顺坝。

根据计算分析,该方案对大范围的潮汐、流场和净输水场影响较小,其影响主要在澉浦—乍浦北岸深槽的局部范围内。方案实施后削弱了进入白塔沙深槽的涨、落潮流,增强了坝西端(上游侧)及上游靠近北岸侧的涨、落潮流,但同时也减弱了秦山核电取水口及澉浦—乍浦北岸深槽其余岸段的涨、落潮流,可能引起秦山核电取水口和乍浦港附近水域的淤积,淤积厚度为0.5～2.0 m。该方案还表明,类似潜顺坝方案可以整治北岸深槽的局部浅点,使浅点刷深,但为了整治大范围的秦山—乍浦北岸深槽,需采用更大规模的整治方案。

3.3 独山浅滩潜顺坝方案

独山浅滩的变化与全公亭深槽之间存在一定的相关关系,独山浅滩的存在决定着全公亭深槽占北岸涨潮流的分流比。因此,可考虑在独山浅滩下游侧布设潜顺坝 (见图5),阻截部分进入乍浦—金山潮汐通道的涨潮流使之向全公亭深槽偏转,从而增大全公亭深槽涨潮流分流比,达到维持近岸深槽水深的目的。本方案布设1条长2.0 km,顶高程为0.25 m(约中潮位),走向东偏北8°的潜顺坝。

图5 独山浅滩潜顺坝方案图

经分析,这一方案可增大全公亭至独山一段近岸深槽的分流比,对嘉兴港区及嘉兴电厂码头群的水深条件有利,但对于独山以上乍浦深潭而言,其水动力可能变化不大或者反而有所削减。

3.4 人工矶头方案

本方案设想来自于对矶头韵律地貌的研究,上下游矶头是维持深潭的根本要素,深潭向上下游的扩展是加大近岸深槽水深的关键之一,而深槽中段水深条件相对较差,也是由于距离上下游矶头均较远,上下游深潭的影响均已削弱。为加大这一影响,在矶头韵律地貌的中部设置人工矶头,将其分割为2个甚至更多组的矶头韵律地貌,设想了可能布置人工矶头的位置(见图6)。人工矶头是一种行之有效的维持深槽水深的方案,但这一方案由于对上下游的影响很大,将会有新的深潭、浅滩形成,可能对独山浅滩形态造成较大影响,因此对矶头的个数、设置位置和规模等都需要进行全面的、多手段的细致研究,考虑其上、下游甚至大范围造成的各种影响。