长江口泥沙资源可持续利用方案探讨

2016-05-14夏雪瑾

中国水运 2016年8期

夏雪瑾

摘要：针对上海市滩涂促淤圈围工程砂源日趋紧张的问题，分析了上海市泥沙资源供需状况，长江口可采优质砂源范围和储量有限，但泥沙需求量不小，建议研究制定相关激励政策，引导各方积极利用长江口航道疏浚土。在此基础上重点针对南汇东滩和横沙东滩等圈围工程，初步估算了工程所需筑堤砂和吹填砂的砂量，探讨提出两个促淤圈围工程泥沙资源合理利用方案，供今后工程设计施工时参考。

关键词：长江口；泥沙资源；需求分析；可持续利用

中图分类号：TV141 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2016）08-0046-03

长江口是我国最大的河口，长江输沙量巨大，由它塑造的三角洲不仅在我国经济发展中占有重要地位，而且具有独特的学术研究价值。泥沙是河口海岸自然调整中的关键问题，众多学者做了大量研究，主要集中在河口泥沙对流域水沙通量变化的响应、泥沙粒度特征对泥沙动力的响应、河口水沙混合特征、悬沙输运模拟以及河床演变等几个方面的内容。

近年来，受上游水利工程拦沙、水土保持等因素综合影响，长江来沙量不断减少，上海市滩涂圈围供需砂矛盾日益突出，研究长江口泥沙资源的可持续利用是一项十分紧迫的任务。为此，本文在分析上海市圈围造地工程用砂需求和长江口可利用砂源的基础上，探讨长江口泥沙资源优化配置和高效利用方案，为上海市滩涂圈围造地工程合理利用泥沙资源提供技术支撑，对支撑河口地区经济社会可持续发展具有实际意义。

1 长江口泥沙资源供需分析

长江口和杭州湾的泥沙主要来自长江流域，近年来由于上游水土保持和水利工程的影响，导致大通站输沙量呈显著递减趋势，平均每年下降约630.3万吨；但是长江流域每年仍然以一定数量向河口地区源源不断地输沙。

1.1 泥沙资源需求分析

根据2008年国务院批准的《长江口综合整治开发规划》：至2020年长江口滩涂开发总规模为81.01万亩，其中近期62.42万亩，远期18.59万亩；湿地保护和滩涂开发利用规划坚持保护与开发并重，多促淤少圈围，先促淤后圈围的原则。随着规划的深入推进，目前尚未完成的工程有崇明北沿、横沙东滩、南汇东滩促淤圈围。

根据《上海市滩涂资源开发利用与保护“十二五”规划》：至2015年，上海市促淤28万亩，圈围成陆19万亩（其中农用地11万亩）；展望至2020年，预计可实现圈围成陆农用地不少于22万亩。截止2013年底，“十二五”规划执行情况良好，共促淤17.78万亩，主要分布在南汇东滩、崇明北沿、杭州湾等区域；圈围11.39万亩，主要分布在横沙东滩、崇明北沿、浦东机场外侧等区域。

长江口泥沙资源主要用于滩涂圈围造地工程。根据《长江口综合整治开发规划》和《上海市滩涂资源开发利用与保护“十二五”规划》执行情况，预计未来上海市可滩涂圈围造地工程将主要分布崇明北沿、横沙东滩、南汇东滩、金山龙泉港东西两侧等区域，可成陆面积用地在42.3万亩以上（图1），需砂量巨大。

根据工程实践，长江口滩涂圈围造地工程一般采用先促淤、后圈围、再吹填的实施方式，对砂量的需求主要在圈围造地阶段，包括筑堤砂和围区吹填砂两部分。根据相关规划、工程区详细地形以及工程区水文、泥沙、地质等基本建设条件，初步拟定可圈围工程总体平面布置方案，结合可圈围成陆区域的土地用途，计算得出上海市未来可滩涂促淤圈围工程总需砂量约8.7亿方，其中筑堤用砂约0.8亿方，吹填用砂7.9亿方，具体计算方法见文献[17]。筑堤用砂需要优质砂源（粒径大于0.075mm的颗粒含量大于50%，粘粒（粒径小于0.005mm）含量小于10%），吹填用砂一般对砂质无特殊要求。崇明北沿、横沙东滩、南汇东滩等圈围土地主要为农用地，围区吹填对砂质无特殊要求，可充分利用细颗粒泥沙。龙泉港两侧等圈围造地主要作为建设用地，需根据具体用地项目要求，考虑围区吹填对砂质的要求。

1.2 泥沙资源供给分析

长江口水域浅层可采的优质砂源经过多年开采开发，资源也已相当有限。收集近十多年来长江口和杭州湾北部500多个砂源勘察钻孔资料[17]（50个钻孔孔深大于50m，235个钻孔孔深20～50m，229个钻孔孔深10～20m），对长江口的可利用砂源进行统计分析。长江口可采优质砂源主要位于江亚南沙沙尾、青草沙水库北侧、崇明东滩-浅滩边部、南汇嘴、横沙浅滩和北港下段主槽等区域，可采砂源范围和储量有限。特别是部分砂源区周边河势复杂、与水源地、自然保护区相距较近，须特别关注采砂影响。此外，结合泥沙资源需求区域分布，优质砂源与需求区域还存在明显的空间分布不均衡（图2）；崇明北沿和横沙东滩等圈围工程附近有优质砂源，但南汇东滩以及龙泉港两侧圈围工程附近明显缺少足够优质砂源。

根据《长江河道采砂管理条例》和《长江河道采砂管理条例实施办法》，“长江采砂实行总量控制制度。实际审批的年度采砂总量不得超过长江采砂规划确定的年度采砂控制总量。每一可采区实际审批的年度采砂量不得超过该可采区的年度采砂控制量。”《长江中下游干流河道采砂规划报告（2008年修订）》确定长江干流河道上海段年度采砂控制总量为2200万吨（年度采砂控制总量不包括河道、航道整治中疏浚的砂石弃料利用量），砂源可供给量有限。今后长江河道必将继续实施许可总量限制制度，进一步加强泥沙资源优化配置和合理利用十分重要。

与此同时，北槽深水航道每年产生疏浚土资源超过6000万方，北槽中下段航道至横沙东滩促淤圈围区平均运距仅10km左右，是横沙东滩圈围工程的良好吹填砂来源。为提高疏浚土的利用水平，建议研究制定相关激励政策，引导各方积极利用长江口航道疏浚土；同时加强疏浚土吹泥上滩工艺的优化和新技术研发，进一步降低疏浚土造地利用的成本。

2 泥沙资源合理利用方案

长江口砂土资源紧张，而优质砂资源更是稀缺，为了合理利用长江口泥沙资源，确保泥沙资源的利用不影响河势稳定、防洪（潮）安全、通航安全、沿江工农业设施的正常运用以及满足生态与环境保护的要求，建议按照科学论证、优砂优用、就近用砂、保护环境等原则，统一管理长江口泥沙资源，减少宝贵的泥沙资源的浪费，使泥沙资源得到合理有效的利用。

2.1 砂源地开采条件

砂源地水动力条件（如水流较强、波浪较大或过往船只较多都是相对不利开采的条件）、砂源地的密实度、含水量、粘粒含量等对砂源开采有较大影响。从砂源地本身条件看，砂层密实度呈松散-稍密状态，采用吸砂船和抓斗式挖泥船作业一般不存在困难；砂层密实度呈较密实状态（如南汇东滩“铁板”砂），需考虑采用特殊开采工艺。对江亚南沙沙尾、青草沙水库北侧砂源地而言，北港和南槽涨落潮水流较强和过往船只较多是最主要的影响开采不利条件；而口门附近及口外砂源地（横沙浅滩、南汇嘴和北港下段主槽），由于水面开阔，风浪较大是影响开采的主要不利条件。

从砂源地垂向层序来看，江亚南沙沙尾、青草沙水库北侧、横沙浅滩和北港下段主槽等砂源地表层无泥质覆盖层，适宜吸砂船直接开采。北港主槽下段的上部区域存在一定厚度的泥质覆盖层，对开采下部优质砂源有不利影响。

2.2 可圈围工程砂源合理利用方案

2.2.1 南汇东滩圈围工程

南汇东滩圈围工程拟圈围面积22.3万亩，总需砂量为52390万m3，其中筑堤砂量约3340万m3，吹填砂量约49050万m3。

（1）筑堤砂。附近优质砂源仅有江亚南沙沙尾砂源地、南汇嘴砂源地，上述两个砂源地历经多个工程在此采砂，优质砂源十分有限。建议筑堤砂所需优质砂取自青草沙水库外侧砂源地、北港下段主槽砂源地。

青草沙水库外侧砂源地：从该砂源地取砂，运砂路线自南槽，经南港，绕过中央沙头，至北港上段、青草沙水库外侧，平均运距约96km。该砂源地可采砂储量约2000万方，仅能满足本工程部分筑堤用砂需求。在此采砂需特别注意对青草沙水库大堤安全稳定的影响，应严格限定采砂范围、开采高程和开采时序。由于该砂源地淤涨已导致北港主流北偏，冲刷崇明岛南岸，因此，在此合理采砂，可改善北港上段河势，减轻北港主流冲刷崇明岛南岸的不利影响。

北港下段主槽砂源地：从该砂源地取砂，运砂路线自南槽，绕过南北槽分汊口，经园园沙航道、横沙通道、横沙岛北，至北港下段主槽，平均运距约85km。该砂源地可采砂储量相对丰富，可满足本工程筑堤用砂需求。在该砂源地采取优质砂源需考虑剥离表层粘土层，同时需集中在主槽开采，避免开采北港河道两侧边界沙体。在该砂源地合理采砂，可改善北港下段拦门沙河段水深条件，稳定北港河势，有利于开发北港航道。

（2）吹填砂。南汇东滩圈围工程围区吹填砂量约4.9亿方，需砂量特别巨大。因此，首先应考虑加强促淤，在工程时间允许条件下，延长促淤时间，尽可能使围区滩面淤高，减少吹填砂量。由于圈围土地为农用地，对吹填砂质无特殊要求，应优先考虑利用航道疏浚土，具体包括南港航道、北槽航道中上段疏浚土。自南港航道驳运航道疏浚土，平均运距约45km；自北槽航道中上段驳运疏浚土，平均运距约56km。在充分利用航道疏浚土的基础上，围区吹填土缺口部分，近取用南槽主槽泥沙是最经济合理的选择。在此采砂需避免对附近的九段沙湿地自然保护区生态环境产生不利影响。

2.2.2 横沙东滩圈围工程

横沙东滩圈围工程圈围面积9.2万亩，总需砂量为20780万m3，其中筑堤砂量约1850万m3，吹填砂量约18930万m3。

（1）筑堤砂。由于横沙东滩自身及周边有丰富的优质砂源，筑堤砂可就近在北港下段主槽、横沙浅滩采砂。

北港下段主槽砂源地：该砂源地上部存在泥质层，需考虑其不利影响；在北港下段主槽采砂有利于河势稳定和航道开发。在此采砂还需考虑避免对毗邻的长江口中华鲟自然保护区产生不利影响。

横沙浅滩砂源地：该砂源地紧邻横沙东滩，砂质优良，运距较短，是良好的筑堤砂源。在此开采需避免在北港河道边界附近采砂，影响河势稳定，应适当深入浅滩中部开采。

由于横沙东滩位于北港出海口附近，风浪大，潮流急，影响圈围工程和采砂作业安全。圈围工程实施时，应将安全放在重要位置，必要时，筑堤砂可在横沙东滩就近取砂，待大堤修建完成，再考虑外部采砂。

（2）吹填砂。横沙东滩圈围工程围区吹填砂量约2.1亿方，由于圈围土地为农用地，对吹填砂质无特殊要求，应优先考虑利用航道疏浚土，具体包括北槽航道中段和下段疏浚土。吹填砂量缺口部分，应就近利用北港下段主槽砂源。

3 小结

（1）根据《长江口综合整治开发规划》和《上海市滩涂资源开发利用与保护“十二五”规划》执行情况，预计未来上海市可滩涂圈围造地工程将主要分布崇明北沿、横沙东滩、南汇东滩、金山龙泉港东西两侧等区域，可成陆面积用地在42.3万亩以上。初步估算，上海市未来可滩涂圈围工程总需砂量约8.7亿方，其中筑堤用砂约0.8亿方，吹填用砂7.9亿方。

（2）长江口水域浅层可采的优质砂源经过多年开采开发，可采优质砂源主要位于江亚南沙沙尾、青草沙水库北侧、崇明东滩-浅滩边部、南汇嘴、横沙浅滩和北港下段主槽等区域，可采砂源范围和储量有限。与此同时，北槽深水航道每年产生疏浚土资源超过6000万方，建议研究制定相关激励政策，引导各方积极利用长江口航道疏浚土；并进一步加强泥沙资源优化配置和合理利用。

（3）以南汇东滩和横沙东滩促淤圈围工程为例，探讨了可圈围工程砂源合理利用方案。考虑到可采优质砂源地的储量和运距，建议南汇东滩促淤圈围工程筑堤砂所需优质砂取自青草沙水库外侧砂源地和北港下段主槽砂源地，吹填砂在尽可能延长促淤时间的基础上，优先考虑利用南港航道和北槽航道中上段疏浚土，其他缺口部分，就近取用南槽主槽泥沙；建议横沙东滩促淤圈围工程筑堤砂就近考虑北港下段主槽和横沙浅滩，吹填砂优先考虑利用北槽航道中段和下段航道疏浚土，缺口部分，就近利用北港下段主槽砂源。

参考文献：

[1] 李九发，季中.长江来水来沙对河口南槽边滩冲淤变化的统计分析[J].泥沙研究，1988（4）

[2] 冯卫兵，王义刚.三峡工程对长江口岸滩的影响[J].河海大学学报，1995，23（5）：14-19

[3] 钮新强，徐建益.长江水沙变化对河口水下沙洲发育影响的研究[J].人民长江，2005，36（8）：73-76

[4] 严肃庄，曹沛奎.长江口外海滨悬浮体的粒度特征及其与锋面的关系[J].华东师范大学学报（自然科学版），1995（1）：81-89

[5] 王爱军，汪亚平，高抒等.长江口枯季悬沙粒度与浓度之间的关系[J].海洋科学进展，2005，23（2）：159-167

[6] 沈焕庭，朱慧芳，茅志昌.长江河口环流及其对悬沙输移的影响[J].海洋与湖沼，1986，17（l）：26-35

[7] 张重乐，沈焕庭.长江口咸淡水混合及其对悬沙的影响[J].华东师范大学学报（自然科学版），1988（4）：83-88

[8] 窦希萍，李提来，窦国仁.长江口全沙数学模型[J].水利水运科学研究，1999，（3）：136-145

[9] 丁平兴，孔亚珍，朱首贤，朱建荣.波一流共同作用下的三维悬沙输运数学模型[J].自然科学进展，2001，11（2）： 147-152

[10] 陈吉余，恽才兴，徐海根，董永发.两千年来长江河口的发育模式[J].海洋学报，1979，1（1）：103-111

[11] 杨世伦，赵庆英，朱骏.长江口岸滩近期演变及南水北调工程的可能影响[J].上海地质，2001，22（2）：7-11