长江江阴水道航道水深条件利用研究

许乐华，张海泉，李有为，张妍妍，王 帆，李晓磊

(1.长江航运发展研究中心，湖北 武汉 430014；2.长江航道规划设计研究院，湖北 武汉 430040)

1 江阴水道概况

长江江阴水道上起老桃花港—界河口连线，下至江阴长江大桥，全长约24.4 km，是长江下游航道条件优良的水道，见图1。

图1 江阴水道河势及航道布置

长江南京以下深水航道整治工程初通以来，江阴港凭借大宗散货海进江最优区位、码头专业化等级高等特点，加强与沿海港口的深度合作，成为江海联动的重要枢纽港，港口吞吐量大幅增加。2016年，江阴港完成货物吞吐量1.3亿t，同比增长4.73%；2017年，完成货物吞吐量1.6亿t，同比增长21.01%；2018年，完成货物吞吐量1.76亿t，同比增长9.95%。江阴港货种以煤炭、金属矿石、化工原料、钢铁、石油及集装箱等为主。长江南京以下12.5 m深水航道的全线贯通为开普敦型船舶进江创造了条件，自2017年以来，运输金属矿石的开普敦型船舶频繁进出港。据统计，2017年江阴港共靠泊超17万吨级的开普敦型船舶273艘，当年江阴港金属矿石吞吐量获得爆发式增长为6 805万t，是2015年的2.2倍。2018年江阴港共靠泊超17万吨级的开普敦型船舶320艘，同比增长17.22%，金属矿石仍保持良好势头，2018年完成7 404.64万t，同比增长8.81%。值得注意的是，目前长江海事部门依据《长江江苏段12.5 m深水航道船舶最大吃水控制标准》，江阴长江大桥以下船舶最大吃水控制在12.0 m及以下，江阴长江大桥以上船舶最大吃水控制在11.36 m及以下。江阴水道位于江阴长江大桥以上，与大桥以下河段船舶吃水相差了0.64 m。从产生的直接经济效益分析，大型开普敦船吃水增加0.64 m可增加约8 000 t货物，每吨货物可节省50～80元物流成本，按江阴港每年到港约300艘次开普敦船估算，将产生约2亿元的直接经济效益；从促进船舶运输组织方式优化调整角度上看，江阴水道船舶吃水增加至12 m，将提高大型船舶实载率，减少货物中转次数，实现更高效的江海联运、江海直达运输；从保护长江生态、促进环保上看，原来用2艘次巴拿马型船舶才能装载的货物现在用1艘次开普敦型减载船舶就可以运抵江阴港，在同等运量的情况下，船舶数量减少了一半，这意味着燃油排放量、船舶污染物大幅减少，造福长江生态环境。可见，充分利用江阴水道良好的水深条件能够产生可观的社会、经济、生态效益，是十分必要且有意义的。近年来，国内外学者对航道条件利用及航道维护尺度进行了一定的研究[1-4]，但深水航道二期工程正式运行后，对于长江南浏河段航道条件及维护尺度的分析研究非常少。为此，本文在平面二维水沙数学模型计算、航道条件核查、潮位累积频率分析的基础上，论证江阴水道通过利用潮位及河床地形，将船舶吃水提高到12.0 m的技术可行性，并提出两种切实可行的水深条件利用思路，为深水航道维护管理提供了科学可靠的新方法和新技术，推动了航道维护管理创新。

2 水深利用条件的确定

根据江苏海事局2018年第16号通告《关于公布长江江苏段12.5 m深水航道船舶最大吃水控制标准的通告》规定：江阴以上(江阴大桥—南京新生圩)12.5 m深水航道船舶最大吃水控制在11.36 m及以下；江阴以下(太仓浏河口—江阴大桥)12.5 m深水航道船舶最大吃水控制在12.0 m及以下。

根据长江海事局2018年发布的《长江干线船舶航行富余水深管理规定(试行)》第六条规定，长江干线江苏段水域航行船舶应根据本船实际吃水，按下列要求留足富余水深：实际吃水在10.5 m及以上，富余水深应不小于船舶吃水的10%。

若江阴水道船舶吃水要与江阴大桥以下河段通航船舶吃水标准统一，达到12.0 m，则根据公式反推，江阴水道航道部门公布维护水深至少要达到12×(1+10%)=13.2 m。目前江阴港到港典型受限船舶为17万吨级开普敦船，当淡水减载吃水12.0 m时，其所需通航水深也是13.2 m。

综上所述，要充分利用江阴水道优良的水深条件，将江阴水道船舶吃水提高至12.0 m，则需要航道部门公布维护水深至少要达到自然水深13.2 m。

3 水深利用可行性分析

3.1河床演变趋势

江阴水道为顺直微弯河段，进出口有天生港和鹅鼻嘴节点控制，主深槽傍抗冲性较强的南岸，历年平面稳定少变，近年来南岸深槽整体冲深拓宽，北岸边滩头部冲刷后退、尾部上提下移，心滩冲刷消退，缓流区仍存在局部浅区。

为了分析江阴水道在典型年份下的河床演变趋势，建立了平面二维水沙数学模型。模型上起五峰山，下至徐六径，全长约170 km，选取2010、2011年作为动床计算的不利典型年，因为2010年为近期典型的大水大沙年份，随后的2011年为典型的小水小沙年份，在这种组合条件下，江阴水道会出现相对不利情况。模型起算地形为2018年11月实测地形。

数学模型结果显示，主航道内部有冲有淤，其中新沟闸65#～66#黑浮附近浅区以及六圩至长山63#黑浮江中缓流浅区发生淤积，淤积幅度可达1～2 m，这2处也是江阴水道现有水深较浅区域，见图2。

图2 江阴水道典型年内航槽最不利时刻的冲淤分布

江阴水道主航道内典型年条件下最小水深统计结果见表1。

表1 江阴水道主航道内典型年条件下最小水深统计结果

根据动床数模试验结果，现状主航道内在现行航行基面、实际水深两种条件下均能维持13.2 m水深，维护疏浚量为0 m3。

3.2 航道条件核查

通过核查2010—2018年江阴水道的测图和水文资料，找出主航槽内河床最浅点。61#～71#浮的范围，上起老桃花港至界河口连线，下至江阴长江大桥。从河床最浅点空间分布看，主航槽河床最浅区域位于65#～66#浮水域(2012年12月)，最浅点高程为-14.43 m(表2)，换算为航基面下水深为13.6 m。

表2 现状主航槽最浅点高程年际间对比(1985国家高程基准) m

可见，近10年江阴水道主航道内水深均不小于13.60 m，为充分利用江阴水道独特优良的航道条件，可适当增加航道维护尺度。

3.3 潮位累积频率分析

从逐月低潮累积频率90%保证率分布看(表3)，洪水期潮位大于枯水期。枯水期低潮位累积频率90%保证率下潮位值在-0.54～-0.23 m，将潮位值减去现行航基面(-0.83 m)为可利用潮高值，经计算枯水期低潮位累积频率90%保证率下可利用潮高为0.29～0.60 m。洪水期低潮位累积频率90%保证率下潮位值在-0.03～0.81 m，计算可得可利用潮高为0.80～1.64 m。

表3 江阴站逐月低潮累积频率90%保证率下潮位值(航基上)

江阴高潮位变化规律与低潮位相似，但可利用潮高明显增加。枯水期高潮位累积频率90%保证率每月潮位在1.26～1.59 m(表4)，经计算可利用潮高为2.09～2.42 m。洪水期高潮位累积频率90%保证率下江阴站每月潮位在1.87～2.50 m，经计算可利用潮高为2.70～3.33 m。

表4 江阴站逐月高潮累积频率90%保证率下潮位值(航基上)

可见，江阴水道洪水期可利用潮高大于枯水期。高潮累积90%保证率下可利用潮高最大为7月份的3.33 m，低潮累积90%保证率最小可利用潮高为1月份的0.29 m。

2.4 可行性分析

从河床演变趋势看，在典型不利水文年条件下，江阴水道仍基本维持现有较为稳定的格局，南岸主航槽整体呈冲刷态势，整个航道能较好地维持现行航基面下13.2 m水深，不需要额外的疏浚维护，航道条件稳定优良；从航道核查成果看，2010年以来，江阴水道现状航槽内最浅点高程为-14.43 m，航道水深不小于13.60 m；从潮位累积频率分析看，低潮累积90%保证率最小可利用潮高0.29 m，具备一定的可利用潮位。可见，通过对潮位及河床高程进行综合考虑，江阴水道完全具备将吃水提高到12.0 m的技术条件。

4 航道水深条件利用

4.1 利用原则

江阴水道航道水深条件利用的基本原则[5]包括：1)须在航道通航安全保障措施落实到位，码头进港条件允许等前提条件下，充分利用航道水深条件；2) 应符合河段演变规律，稳定性好，年维护量少；3) 应满足沿江城市经济发展，考虑现有的港口布局和生产需要；4) 应符合通航安全的要求；5) 应注重生态和环境保护。

4.2 应用实例

1)海轮航道。1957年始长江开辟了长江口至南京的海轮航道，1976年以海轮推荐航线方式将海轮航道向上延伸至武汉，2010年7月15日再向上延伸至城陵矶。目前，长江航道管理部门聚焦公益服务，为了适应长江干线不同水道不同时间的水深特点，每年发布不同河段的海轮航道开放时间，岳阳城陵矶—安庆钱江嘴河段分月开放海轮航道，安庆钱江嘴以下河段全年开放海轮航道。当海轮航道维护尺度与主航道维护尺度相同时，其维护尺度按主航道尺度维护与发布；当海轮航道维护水深大于主航道维护水深时，在发布主航道维护水深的同时，发布海轮航道维护水深。当受自然条件影响，海轮航道实际水深达不到分月发布的海轮航道水深或宽度时，按实际尺度发布[6]。

海轮推荐航线自20世纪50年代初开始，已运行60余年，维护管理方式基本成熟。通过2019年长江干线航道分月维护水深和长江干线海轮航道分月维护水深对比分析可知，岳阳城陵矶—武汉长江大桥段的5—9月海轮航道养护可望水深比主航道养护水深高0.5～1.5 m；武汉长江大桥—安庆钱江嘴段的4—11月海轮航道养护可望水深比主航道养护水深高0.5～1.0 m，部分区段的海轮航道很好地利用了水位，能更好地服务沿江经济。

2)周预报航道维护尺度。目前长江航道局对于航道尺度信息发布采用的是三级发布，除了公布年度航道尺度和月度航道尺度，还设置了周预报航道维护尺度。其中周预报航道尺度是区域航道局根据本周探测航道尺度、结合对水情和航道变化情况的分析研判来确定的。上一周末预报下一周航道维护尺度，并且针对重点浅水道在上半周补充预报下半周的航道维护尺度。通过2020年长江干线航道计划维护水深和2020年第11周(3月14—20日)的周预报水深对比分析，周预报水深高于计划维护水深，例如岳阳城陵矶—武汉长江大桥段计划维护水深4.2 m，周预报水深为6.1 m，较计划维护水深提高了1.9 m；上巢湖—吉阳矶段计划维护水深5.0 m，周预报分新洲、九江、东流3个水道分别预报8.2、7.8、8.8 m，远高于计划维护水深。可见，在航道条件允许的前提下，航道管理部门主动作为，通过充分利用航道水深资源，已为沿江经济发展和航运企业提供了更好的服务。但对于南京新生圩以下深水航道，目前周预报航道维护尺度与计划维护尺度一致，未有突破。

4.3 利用思路

1)思路1：参考海轮航道维护方式，充分利用自然水深，江阴水道按年、月两级发布可望水深13.2 m。当可望水深不能满足时，仍按12.5 m深水航道维护标准维护。

2)思路2：采用航道维护尺度周预报方式，按年、月、周三级发布维护水深。周预报须根据本周探测航道尺度、结合对水情和航道变化情况，当江阴水道实际水深≥13.2 m，预报维护水深13.2 m；当实际水深达不到13.2 m时，仍按12.5 m深水航道维护标准维护。

5 结语

1)在典型不利水文年条件下，江阴水道仍基本维持现有较为稳定的格局，南岸主航槽整体呈冲刷态势，整个航道能较好地维持现行航基面下13.2 m水深，不需要额外的疏浚维护，航道条件稳定优良。

2)2010年以来，江阴水道现状航槽内最浅点高程为-14.43 m，航道水深不小于13.60 m，主航槽河床最浅区域位于65#～66#浮水域。江阴水道低潮累积90%保证率最小可利用潮高0.29 m，具备一定的可利用潮位。通过对潮位及河床高程进行综合利用，江阴水道具备将船舶吃水提高到12 m的技术条件。

3)江阴水道航道水深条件利用的2种思路，均可达到充分利用江阴水道航道水深条件的目的，为了保证信息发布的准确性，需要在现有航道维护力量的基础上增加水文、地形测量频次，引进潮位预测预报分析、河床演变分析、动床模型试验等技术手段预测航道自然水深，同时增加航标日常探测、巡查和保养频次。这两种思路为深水航道维护管理提供了科学可靠的新方法，推动了航道维护管理创新。