闽江通海航道冲淤演变规律分析

王智辉

(福建省港航勘察设计院有限公司，福州 350002)

闽江是福建省最大河流，全长约562 km，流域面积约60 992 km2，约占福建省面积的一半，流域内资源丰富，是福建省工业、林业基地和商品粮产区，也是对外开放、发展外向型经济的热点地区[1]。闽江通海航道是连接内河与外海的咽喉通道，也是闽江口内港区各码头泊位赖以生存与发展的水上生命线[2]。闽江口内港区有80个生产性泊位，分散在闽江口两岸。为满足闽江口内港区生产需要，闽江通海航道逐步开展了一期、二期和拦门沙航道增深等工程。一期整治工程自1981年开始至1987年竣工，整治后达到乘潮通航万t级海轮的标准；通海航道二期整治工程于1991年1月开始至1998年4月竣工，整治后达到乘潮通航2万t级海轮的标准；闽江口拦门沙航道增深工程于2005年8月开始至2008年7月竣工，通海航道从口门至粗芦岛航段达到乘潮通航3万t级杂货船的标准。

闽江通海航道受径流、潮流、波浪、盐淡水混合等因素影响，水沙条件复杂，局部航段时常淤积，对闽江口内泊位生产造成了影响。闽江通海航道自七星礁至马尾全长47.5 km(图1)，沿程有外沙、内沙、马祖印、中沙等碍航浅滩，为保障航道安全畅通，满足港区生产需求，对闽江通海航道地形特别是外沙、内沙、马祖印、中沙等碍航浅滩冲淤演变规律研究十分重要。

图1 闽江口平面示意图Fig.1 Schematic diagram of Minjiang River Estuary plane

近年来国内学者、研究机构针对闽江口河床演变规律展开了一定研究，但研究较少。潘定安[3]基于1984年、1986年、1987年水文、泥沙、地形等实测资料，分析了闽江口外通海航道及外拦门沙形成机理；石衡[4]基于水流流速、叉道分流比等简要分析了内沙浅滩成因；郑必永[5]基于泥沙、水动力条件简要概述了闽江通海航道6处浅滩演变趋势；夏航[6]依据闽江潮汐河口航道河床边界、水流泥沙运动特性与河床变化规律，对闽江通海航道提出了增深治理方略。庄明水[7]根据近30 a来闽江口的调查数据及文献资料，分析了闽江河口区沉积特征、浅滩形态变化，以10～15 a的研究尺度，探讨了闽江口的冲淤演变。魏光裕[8]通过对1886年—1986年河口实测地形图的分析，并结合外沙地区泥沙淤积过程的演绎，提出“水流具有自动转换阻力特性”的概念。魏志洪[9]分析了不同频率洪水时，河道规划采砂前后河床断面的冲淤变化。魏志洪[10]在分析闽江下游河道泥沙来源与补给的基础上，根据竹歧水文站、永泰水文站的泥沙监测资料，对闽江下游河道多年平均泥沙补给量进行估算，得出各段河道泥沙补给量。陈兴伟[11]建立了闽江下游河道一维数学模型，对枯水大潮条件闽江下游各断面潮位、流量变化进行模拟。黄永葛[12]采用物理模型和遥感自航船模相结合的研究手段，分析了闽江水口坝下水位降落原因。虞娟[13]基于BP模型对闽江岸线变形进行了预测。上述研究成果依据资料较早，分析依据相对单一，不能完全系统分析闽江通海航道冲淤演变规律。

本文基于闽江河口1999年—2020年实测水沙、地形资料，通过对1950年—2020来水来沙、1999年—2020年河床演变情况、深泓线横向纵向变动、6个浅滩断面等资料分析，研究了闽江通海航道及外沙、内沙、马祖印、中沙等浅滩近些年的冲淤演变规律及其主要影响因素，为闽江通海航道今后维护和增深工程提供科学依据。

1 闽江通海航道冲淤机理

1.1 水沙条件变化

图2 1950年—2020年竹岐水文站年径流量和年输沙量变化图Fig.2 Chart of annual runoff and sediment transport of Zhuqi Hydrological Station from 1950 to 2020

来水来沙条件是引起和影响河道演变的最根本因素。闽江属少沙河流，参与造床的床沙由推移质、悬移质泥沙构成。依据闽江干流竹岐水文站1950年—2020年来水来沙量资料分析(图2)：(1)1975年闽江梯级电站建成以前(1951年—1975年)，年平均悬移质输沙量为742万t，其参与造床悬移质约为42万t，经估算推移质年平均输沙量为220万t，合计造床泥沙为262万t；(2)1993年水口水库建成后，年平均悬移质输沙量减少至273万t，减少率达63.2%。推移质输沙量被水库拦截，其实际造床泥沙量约12万t，合计减少率约95%。水沙条件在水口水库建成前后发生变化，来水量几乎不变而来沙量显著降低的情况下，下泄水流处于输沙不平衡状态，势必会造成下游河床的冲刷。

1.2 河道无序开采

采沙会直接影响河床下切，河床下切导致流态的改变，引起河床溯源冲刷，来沙量大幅减少而采沙量巨大的条件下，河床“入不敷出”，必将下切。1990年—1994年水口坝下至马尾段年平均取沙量600～900万t，1997年闽江北港禁止采沙后，采沙集中在闽江干流(南港)、闽江通海河床上，1999年河沙出口175万t，2002年起出港沙量每年均超过1 000万t，2005年、2006年接近3 000万t/a。2009 年起采沙执法力度增强，非法采沙现象得到遏制，但还存在私人非法偷采盗采沙的行为。因此盲目地大量向河道取沙、人为增深河道，破坏了河床的稳定性，加大了河床比降，改变了闽江下游水沙动力条件，是闽江河床急剧刷深的重要原因。

因此，闽江水口下游河道无序采沙是导致闽江通海航道整体大幅下切演变的重要人为因素。

1.3 航道整治工程

航道整治工程对航道稳定性、河床演变产生影响，闽江通海航道一、二期整治工程分别对沿程浅滩进行整治，通过整治建筑的约束和调整，使河宽缩窄，平面上把河道调整为微弯的优良河势，调整了涨落潮流路，浅滩处流速增加，在整治工程陆续实施过程中，各浅滩水深普遍大幅提高，大屿、新丰、中沙浅滩水深增幅一般都在1.5 m左右，最深达6.8 m(大屿浅滩)。两期工程实施后产生了显著的整治效果，河势稳定，水深呈逐年变好的趋势，床沙粒径粗化，增强了航道的抗冲刷能力，边滩部分泥沙淤积于坝田区，当洪水过程作用时，边滩部分有整治建筑约束，对河口区河床稳定性的影响要远远小于水口电站建库以前同级天然洪水过程。

2 河床冲淤演变

闽江通海航道马尾至川石岛芭蕉尾航段长约35 km，属口内河段，两岸山势较近，岩盘突出，岸坡较稳定，河床多为沙质，两岸可动性小于河床可动性。岛屿多，汊道多，河床宽窄相间，差别悬殊，呈藕节状。河道滩槽相间，深浅交替。局部宽阔河段，曾出现过较大的主泓摆动，但整治工程实施后，主泓已基本得到控制，河势趋于稳定；芭蕉尾至外沙航段长约15 km，属口外河段，因水域辽阔，两侧边界控制性差，河槽相对宽浅，主泓有一定的摆动，芭蕉尾北导堤修建后，上段边界条件得到一定的改善，河势趋于稳定，但下段外沙河槽仍处于变化状态。

基于1999年—2020年实测地形资料，分1999年—2003年、2003年—2007年、2007年—2011年、2011年—2015年、2015年—2020年等5个阶段分析闽江口河床的冲淤演变规律，图3为1999年—2020年河床冲淤平面分布图，其中正值表示冲刷深度，负值表示淤积厚度。

(1)1999年—2003年。

1999年—2003年期间河床有冲有淤，河床整体相对稳定，总体为冲刷，4 a期间河床总体平均刷深0.40 m；河道60%左右的区域为冲刷，平均冲刷强度0.34 m/a；局部发生淤积，主要集中在新丰浅滩至内沙段，平均淤积强度0.27 m/a。

(2)2003年—2007年。

主槽冲刷较强，平均冲刷强度0.29 m/a；闽安峡谷段及长门口附近下切强度大，最大下切达6.72 m/a；淤积以内、外沙附近为主，平均淤积强度0.16 m/a。

(3)2007年—2011年。

河床总体仍以冲刷为主，平均冲刷强度0.25 m/a；冲淤分布基本以长门口为分界点，长门内已冲刷为主，长门外内沙、外沙发生较大面积淤积，平均淤积强度0.15 m/a，佛手沙与铁板沙之间斜跨航道的沙梗略有发展。2007年拦门沙增深工程实施，NW2、N7坝建成后，内、外沙淤积较2003年—2007年有所增长，这与2010年的异常天气有很大关系，2010年6月起，持续发生暴雨到特大暴雨，闽江流域发生特大洪水，闽江下游水口水库入库洪峰流量超过32 000 m3/s，接近30 a一遇。水口水库开闸泄洪，使得下游来水来沙激增，洪水出长门口后，过水断面突然扩大，水动力减弱，导致洪水挟带的泥沙在口外淤积。

(4)2011年—2015年。

主槽总体为冲刷，河道57%区域发生冲刷，平均冲刷深度0.33 m/a，最大刷深区位于马祖印附近，局部最大刷深达到12.25 m；局部区域淤积，平均淤积强度0.22 m/a，主要要集中在外沙段，大部分淤积厚度在2 m内。

(5)2015年—2020年。

主槽总体为冲刷，平均刷深0.54 m；河道65%区域发生冲刷，平均冲刷深度0.31 m/a，局部最大刷深达到16.5 m，位于白岩潭附近；局部区域淤积，平均淤积强度0.19 m/a，主要要集中在外沙段，大部分淤积厚度在2 m内。

3 深泓线变化

闽江通海航道河段宽度370～2 800 m，最窄处位于金牌门处。图4为深泓线平面图，图5为深泓线纵断面对比变化图。1999年—2020年，深泓线平面摆动幅度不大，整体基本呈全线下切状态，整个河段深泓高程平均下降8.8 m，尤其是白潭头附近最大刷深达30 m，大屿牛礁附近最大刷深32.56 m，松门附近最大刷深25.7 m，松门至亭江码头区域普遍刷深较大，最大刷深约26 m；亭江至琯头附近刷深普遍在5 m以内，局部刷深较大，最大约12 m；琯头至金牌门区域除金牌门附近水域刷深较大，最大刷深28 m，其余区域大部分刷深在5 m及以下；金牌门至马祖印航段最大刷深位于YSC潜坝附近，最大刷深约32 m，其余区域刷深基本在10 m以内；内沙段刷深基本在5 m以内，外沙段水深较为稳定，有冲有淤，冲刷基本在2 m以内。

3-a 1999年—2003年 3-b 2003年—2007年 3-c 2007年—2011年 3-d 2011年—2015年 3-e 2015年—2020年图3 1999年—2020年河床冲淤平面分布图

Fig.3 Plane distribution map of riverbed erosion and silting from 1999 to 2020图4 深泓线平面图Fig.4 Plan of the deep horizon图5 深泓线纵断面Fig.5 Longitudinal section of the deep heave line

4 浅滩冲淤变化

闽江河口区有6处碍航浅滩，依据浅滩特点，以长门口为界，可分为长门内浅滩和长门外浅滩。图6为浅滩附近河道断面图。

长门内有大屿、新丰、中沙三处浅滩，特点为：河床断面宽，涨落潮分离，上下深槽交错，中间沙埂斜卧航道，浅滩属沙咀型交错浅滩。河床为沙质，汛期淤积，汛后浅滩略有冲刷。

长门外有马祖印、内沙、外沙三处浅滩，特点为：河床断面宽，左右基本无边界约束，水流分散，浅段长，浅滩无明显上下深槽，是陆地向海洋延伸而出现的沙埂，河床为沙质，汛期淤积，洪峰流量在20 000 m2/s以上时，淤积更多，枯季略有冲刷，浅滩河床断面大，浅滩呈拦门沙型。

(1)大屿浅滩。

大屿浅滩河段白岩潭、大屿西侧牛礁临近水域冲刷较大。6-a断面：白岩潭临近水深自2014年刷深剧烈，2020年较2014年6 a间最大刷深达22 m，2020年较2019年深槽最大刷深达10 m，变化剧烈。6-b断面：大屿浅滩右岸20 a来基本保持稳定，河道中心牛礁附近自2003年后刷深较明显，2011年较2003年大片浅滩水域刷深8～14 m，2020年较2011年局部水域刷深约15 m。

(2)新丰浅滩。

新丰浅滩作为潮汐河口汊道分流口浅滩，浅滩成因可能为河道出闽安峡谷后河床急聚展宽，增宽约54%，河道分汊，水流分散，流速降低，泥沙落淤。梅花水道口冲刷，使主流南偏，造成上下深槽交错加大，过渡段变长，水深变浅。6-c断面：2003年—2017年冲刷较明显，河道中部浅滩逐年下切，总体刷深约3～7 m，两岸地形相对稳定。下游至琅岐闽江大桥水域河道中部冲刷明显，两侧边滩较为稳定，1999年—2020年总体刷深基本在2 m以内。

(3)中沙浅滩。

中沙浅滩作为潮汐河道卡口上游交错浅滩。浅滩成因可能为长门卡口壅水，航道北侧礁盘阻水影响；上游、下游深槽交错，涨、落潮流路分离，航槽过渡段流速变小。6-d断面：琯头附近水深2003年相对1999年有局部淤积，北岸淤积厚度将近3 m，2007年后5 m等深线开始逐步萎缩，逐年冲刷，2020年较2007年刷深约7.6 m。南岸琅岐作业区下游总体冲刷，上游侧航道与南岸之间水域呈现淤积现象，最大淤积厚度达6 m。

(4)马祖印浅滩。

马祖印浅滩属潮汐河口卡口下游分汊型浅滩。6-e断面：封锁线卡口下游出现深槽并逐年刷深，2011年—2014年期间刷深较明显，最大刷深约8 m，2014年后水深基本保持稳定，范围逐渐扩大。卡口附近1999年—2020年总体刷深最大值15.8 m。

6-a 大屿上游浅滩断面图 6-b 大屿下游浅滩断面图

6-c 新丰浅滩断面图 6-d 中沙浅滩断面图

6-e 马祖印浅滩断面图 6-f 内沙浅滩断面图

6-g 外沙浅滩断面图图6 浅滩附近河道断面图Fig.6 Section of the river near the shoal

(5)内沙浅滩。

内沙浅滩是闽江河口内拦江沙。浅滩成因可能为浅滩河床断面宽阔，尤其出芭蕉尾后是半无限边界。熨斗水道分流，使水流分散，内沙航道流速减少，泥沙易淤。熨斗水道与川石水道的涨潮相位差，使熨斗水道涨潮流顶托川石水道涨潮流致使泥沙易在内段落淤。另外盐淡水的混合与泥沙的絮凝作用造成外段涨落潮流路不一致。6-f断面：粗芦岛西风石附近深槽向口外发展，自二期整治工程竣工以来，内沙浅滩的5 m深槽基本维持贯通的状态，2007年闽江口拦门沙增深工程实施后，闽江通海航道至2012年从未进行过维护疏浚，2014年—2020年芭蕉尾附近出现10 m深槽并逐年发展。

(6)外沙浅滩。

外沙是闽江入海航道最后一个浅滩，为外拦门沙。外沙浅滩海域宽阔，左右无边界约束，整治工程实施难度较大，只能靠疏浚维护水深。6-g断面：2003年—2020年外沙段航槽两侧有冲有淤，整体基本保持稳定。

5 结论

本文基于闽江河口1999年—2020年实测水沙、地形资料，通过对1950年—2020年来水来沙、1999年—2020年河床演变情况、深泓线横向纵向变动、6个浅滩断面等资料分析，研究了闽江通海航道及外沙、内沙、马祖印、中沙等浅滩近些年的冲淤演变规律及其主要影响因素，具体结论如下：

(1)上游来沙大幅度减少是引起河道河床大幅下切的主要因素，河道人为无序采砂是导致河道整体大幅下切演变的重要人为因素，整治工程对河床的演变也起到一定作用。

(2)1999年—2020年测图显示：闽江通海航道总体冲刷，马尾至粗芦岛航段刷深较大，河床总体平均刷深约4.6 m，平均冲刷强度0.22 m/a，近5 a平均冲刷强度0.19 m/a，内外沙航段变化幅度较小，近5 a平均冲刷强度0.07 m/a。

(3)1999年—2020年深泓线、浅滩纵横断面图显示：深泓线平面摆动幅度不大，整体基本呈全线下切状态、整个河段深泓高程平均下降8.8 m，白潭头临近水域最大刷深达30 m，大屿牛礁临近水域最大刷深32.56 m，松门临近水域最大刷深25.7 m，松门至亭江码头区域普遍刷深较大，最大刷深约26 m；亭江至琯头临近水域刷深普遍在5 m以内，局部刷深较大，最大约12 m；琯头至金牌门区域除金牌门临近水域刷深较大，最大刷深28 m，其余区域大部分刷深在5 m及以下；金牌门至马祖印航段最大刷深位于YSC潜坝附近，最大刷深约32 m，其余区域刷深基本在10 m以内；内沙段刷深基本在5 m以内，外沙段水深较为稳定，有冲有淤，冲刷基本在2 m以内。

(4)航道通航条件。现闽江通海航道上大屿浅滩，新丰浅滩、中沙浅滩均已消失，马祖印浅滩也逐渐萎缩，整个河道经过整治后通航条件得到改善，现闽江通海航道整体通航条件较好，除内外沙航段需要定期进行维护疏浚，其余航段水深均能满足通航要求。