嘉兴港运行与北岸深槽维护对策初探

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。

图6 人工矶头布置图

4 结 语

(1)北岸深槽20世纪70—90年代澉浦—乍浦段是淤积的,乍浦—金山段是冲刷的。进入2000年后,乍浦以上淤积幅度减小,乍浦以下上段开始出现淤积,下段冲刷幅度减小,乍浦深潭以下最深点较为稳定,深潭上游侧最深点平均值呈现阶梯状抬升的变化。

(2)北槽在北岸突出的矶头和顶冲岸边界的涨潮流作用下,形成类似于海湾韵律岸线的地貌组合,称之为“矶头韵律地貌”。

(3)澉浦潜顺坝、白塔沙潜顺坝、独山浅滩潜顺坝以及人工矶头等方案可能对北岸深槽局部或较大范围的水深起到一定的维护作用。

[1]朱奚冰,曹颖,鲁海燕,等.杭州湾滩槽冲淤分析 [R].杭州:浙江省钱塘江管理局,浙江省水利河口研究院,2012.

[2]潘存鸿,胡国建,唐子文,等.钱塘江尖山以下河段水沙运动和滩槽演变研究 [R].杭州:浙江省水利河口研究院,2010.