淤涨型海岸典型入海河口治导线研究

严春华，王 凯，杨晨霞，曹命凯，王 蔚

(1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏 扬州 225100；2.南京水利科学研究院，江苏 南京 210000)

入海河口治导线是指从防洪要求出发进行入海河道整治规划而拟定的满足行洪排涝设计流量的河口平面轮廓线，是保障沿海挡潮闸闸下港道行洪排涝顺畅入海的重要管理依据[1]。

江苏粉砂淤泥质海岸约占海岸线总长的93%，是江苏最主要的海岸类型[2]。江苏沿海地区独特的动力地貌蕴育了大量的沿海滩涂，多为淤泥质海岸滩涂，平年每年以33km2的速度向海淤涨[3-4]。丰富的滩涂资源在提供大量后备土地资源的同时，加剧了淤涨型海岸入海河口的淤积，导致了河道排水能力下降。因此迫切需要加强入海河道河口管理，划定入海河口治导线，维系河口平面形态和纵向冲淤稳定，保障河口防洪、排涝安全。

1 基本情况

小洋口位于江苏省如东县西北部，是栟茶运河的入海口门，主要承担栟茶运河、九洋河、南凌河等6条河道的排涝任务。小洋口闸于1955年兴建，由于闸下港道淤积严重，冲淤水源不足，并结合滩涂围垦、渔港建设，于1997年在闸下港道6.4km处新建洋口外闸。洋口外闸设计流量为740m2/s，是一座沿海挡潮、排涝与通航相结合的水利枢纽工程。

黄海南部小洋口港外海区域，恰是辐射沙洲所在区。近岸地区多为宽阔的淤泥质海滩，有许多沙脊槽沟，水流情况比较复杂。受东海传来的前进波与黄海潮波对其叠加的影响，该海域以正规半日潮为主，在近岸水区浅海分潮占优势，潮汐过程有明显变化。拦沙-黄沙洋是辐射沙脊群最大潮汐通道，位于沙洲中部，呈东西走向，尾部伸向弶港，在小洋口闸外实测最大潮差达9.28m，居全国第一[5]。

据统计，小洋口外侧一直淤涨，岸线和低滩均向海淤进。为了开发利用口外丰富的滩涂资源，自2000年以来，小洋口外侧已经实施了多次大规模围垦。受上游来水减少和滩涂围垦的共同影响，对闸下港道淤积和滩地淤高产生较大的影响，闸下港道宽度大幅度缩窄。小洋口遥感影像如图1所示。

图1 小洋口遥感影像

2 前期研究成果复核概述

自2006年起，河海大学综合运用遥感卫片以及GIS(地理信息系统)分析、水动力数值模拟等方法，于2011年初步完成了江苏省30个主要入海河口治导线划定工作[6]。2014年小洋口北侧垦区建成后，受其影响，近年来潮沟又有了新的变化，原有治导线成果需要重新复核。本次复核结合2010—2017年多时相遥感影像对河口纳潮流域进行解译，更新纳潮流域历史边界线，并结合最新潮滩数字高程模型，推算平均高潮位线、平均大潮高潮位线等辅助线；最后统筹滩涂围垦、水利治理等情况，复核并完善河口治导线成果。复核技术路线流程图如图2所示。

图2 复核技术路线流程图

根据2010—2017年多年遥感卫片资料，通过遥感解译可知，口外潮沟线的摆动频繁，如图3(a)所示。北侧受围垦区的影响，平均高潮位线和平均大潮高潮线均向海侧移动；考虑北侧垦区已建成，原治导线调整为沿着外堤延伸，如图3(b)所示。

图3 不同时期的河口岸外入海潮沟线叠加图(a)和小洋口复核后治导线图(b)

3 河口治导线定量研究

河口治导线定量研究主要是采用MIKE系列软件，通过构建并耦合区域一维河网水动力数学模型和河口二维水动力数学模型[7]，对比分析排涝和纳潮[8]两种计算工况下不同治导线布置方案对水位、纳潮量的影响，定量分析确定河口治导线。

3.1 构建数学模型

3.1.1区域一维河网水动力数学模型

南通市地处江海交汇处，属于长江三角洲冲击平原，地势低平，地表起伏甚微，为典型的滨海临江平原感潮河网地区。小洋口是南通市重要的排水口门之一。在充分掌握河网水动力水文资料的基础上，将区域内主要的排水河道纳入计算范围，考虑特殊河段的调蓄能力，根据等效原理合理概化，既要使概化前后河道的输水能力相等，调蓄能力基本不变，又要使概化河网简洁明了[9-12]。基于骨干排水河道对南通市河道进行合理概化，主要包括焦港河、如海运河、九圩港、通吕运河、江海河、如泰运河、通扬运河、拼茶运河以及北凌河等18条河道，如图4所示。

图4 一维河网概化示意图

3.1.2河口二维水动力数学模型

根据河口纳潮历史外缘线，并结合滩涂围垦情况，确定小洋口模拟范围：闸上起洋口外闸闸上1km，闸下西边和南边到现状海堤或围堤，东北侧为黄海开阔水域，至-8等深线。东西长约9.8km，南北长约10.1km，总面积约99.7km2，如图5所示。

图5 河口模拟范围图

3.2 方案设置

运用MIKE Flood模块，采用标准连接方式将一维河网和二维河口水动力数学模型耦合，在连接处实现水量、水位传递。考虑到口外左侧已经围垦，治导线方案布置如下：以闸门中心线为基准参考线，向右以间距1000、1500m、角度15.0°、22.5°布置治导线，具体计算方案见表1。小洋口治导线及监测点(断面)布置如图6所示。

表1 小洋口数学模型计算方案汇总表

图6 小洋口治导线布置及监测点(断面)位置图

3.3 计算结果

3.3.1排涝工况

当区域遭遇20年一遇暴雨时，3个治导线方案的计算结果与现状计算结果相比，各个监测点处特征水位相差约0～2cm。与现状方案相比，3个治导线方案的5个监测点处特征水位变化不大，最高水位略有升高，最低水位和日均水位基本持平，治导线方案ZDX-L10A30对河口水位影响相对较大，ZDX-L10A45影响次之，ZDX-L15A30影响最小。不同方案特征水位见表2，沿程最高水位及最高水位差变化如图7所示。

表2 小洋口排涝工况不同方案特征水位表

图7 小洋口排涝工况沿程最高水位及最高水位差变化(实线为最高水位，m；虚线为最高水位差，cm)

3.3.2纳潮工况

河口纳潮能力也是维系河口稳定的重要因素之一。当洋口外闸关闭时，3个治导线方案的计算结果与现状计算结果相比，3个监测点处最高水位和最大流速变化不大。由于治导线方案实施后，3个监测点处水位和流速与现状相比基本持平并略有升高，监测断面CSQ处的落潮水量有了不同程度的升高，方案ZDX-10A30和ZDX-L10A45监测断面处落潮水量增幅超过1%，方案ZDX-L15A30监测断面处落潮水量增幅最小。小洋口不同方案纳潮工况最高水位和最大流速见表3，小洋口不同方案纳潮工况沿程最高水位和最大流速变化如图8所示。

表3 小洋口纳潮工况最高水位和最大流速表

图8 小洋口纳潮工况沿程最高水位和最大流速变化(实线为最高水位，m；虚线为最大流速，m/s)

3.3.3总结

通过构建并耦合区域一维河网水动力数学模型和河口二维水动力数学模型，以监测点处的特征水位以及监测断面处的落潮水量为判断指标，对比分析排涝和纳潮两种计算工况下不同治导线布置方案以及现状方案，计算结果表明：治导线布置方案ZDX-L15A30与现状相比，对闸下港道特征水位和落潮水量影响基本没有影响。与复核成果相比，治导线布置方案ZDX-L15A30左右治导线扩散角度更广，向海侧的深入距离更远，更利于维系扁担口平面形态，同时预留更大的平面摆动空间，更利于河口水流通畅。小洋口治导线布置如图9所示。

图9 小洋口治导线布置图

4 结论

本文以小洋口为例，利用遥感影像分析技术，通过构建并耦合区域一维河网水动力数学模型和河口二维水动力数学模型，对比分析排涝和纳潮两种计算工况下不同治导线布置方案对水位、纳潮量的影响，定量分析确定了对闸下港道特征水位和落潮水量影响最小的小洋口河口治导线方案。本次通过研究该类典型入海河口治导线方案特征规律，最终以维护防洪排涝、纳潮通畅、维持河口平面形态和纵向冲淤稳定、引导河口有序延伸为基本原则，为江苏以及全国其它地区同类型入海河口治导线的划定提供参考。