甬江河床演变趋势探析

莫明辉,许 洁

(宁波市水文站,浙江 宁波 315016)

1 河道概况

甬江流域主要包括姚江、奉化江及甬江干流。北支姚江和南支奉化江于宁波市三江口汇合成甬江干流后东流入海,流域总面积为4 518 km2。

近年来,由于人类活动的加剧,三江(甬江、奉化江、姚江)河道淤积态势日益严重,尤其是姚江大闸到新江桥段,河道边滩淤高扩大,部分滩地露出水面,杂草丛生,不仅严重影响城市景观和生态环境,而且缩窄了过流断面,对河道行洪和通航造成严重的影响。

2 河道来水和来沙条件

2.1 降 水

甬江流域多年平均降水量约1 540 mm,降水日数在120～200 d,降水年际变幅、年内分配和空间分布都有很大差异。

2.2 径 流

流域径流来源于降水,因此径流的年际变幅、年内分配和面上分布均与降水相似。此外受下垫面和人类活动影响,径流变化的不均匀性尤为突出。

根据澄浪堰站1973—2006年实测潮量分析推算,奉化江多年平均年径流量为16.51×108m3。最大年径流量为25.08×108m3(1983年);最小年径流量为6.56×108m3(2003年)。甬江多年平均径流量为29.12×108m3,最大年径流量为44.53×108m3(1983年),最小为11.89×108m3(2003年),最大年与最小年的比值为3.75。汛期4—10月的径流量占全年总量的64.4%。

2.3 潮 汐

甬江口潮汐属不正规半日混合潮,即每个太阴日中虽有2次高潮和2次低潮,但相邻高 (低)潮的潮高不等,每潮从起涨到落平,平均历时为12.42 h。据统计,宁波站最高潮位5.13 m,最低潮位0.15 m,多年平均高潮位3.06 m,多年平均低潮位1.37 m(以上均为吴淞高程)。姚江大闸建成前,宁波站涨潮平均历时6.05 h,落潮平均历时6.37 h;姚江大闸建成后,减少了姚江的槽蓄量,潮形改变,涨潮平均历时缩短至5.75 h,落潮平均历时延长至6.52 h[1]。

2.4 潮 流

宁波北临杭州湾,南靠三门湾,均属外宽内窄的“喇叭口”型港湾,造成甬江潮区界上溯远离河口。

近年来,随着城市发展进程加快,人类活动对甬江河床影响加剧,根据2010年7—8月全潮水文测验结果,4个全潮测验水文断面的最大流量和进出潮量明显比20世纪减小,使甬江河床发生不同程度的淤积。根据2011年三江恢复性清淤全潮水文测验的数据,甬江口镇海站1月测得涨潮最大流速-1.07 m/s,落潮最大流速1.07 m/s;7月测得涨潮最大流速-1.12 m/s,落潮最大流速1.02 m/s。

2.5 泥沙来源

甬江的泥沙由陆域来沙和海域来沙2部分组成,主要为海域来沙:甬江口含沙量冬春大,3月份为高峰;秋季小,7、8月份为低谷。据实测资料,1983年甬江口年平均含沙量仅为0.98 kg/m3,由于镇海断面的位置与甬江口较近,且更靠近上游,故用近几年来全潮水文测验镇海断面的含沙量与甬江口含沙量做一比较(见表1,水文测验期间天气晴好,上游径流较小,情况相当)。从表1中可以看出,近几年含沙量有显著增长。

表1 近几年镇海断面实测最大垂线平均含沙量表kg/m3

3 河道历史演变概述

奉化江和姚江在宁波市三江口汇合的下游河段习称甬江。据考古发掘和地层钻探资料考证,距今7 000 a的河姆渡新石器时代遗址第四文化层下面,是冰后期海侵时期的海相沉积,随海水下退而成陆地。约在距今6 000 a左右,海水退至今宁波市区以东时,奉化江、姚江已相继形成,并在今宁波市区三江口汇合成甬江。时海岸线在今三官堂附近,甬江于此入海,入海口距三江口约8 km。约在距今4 000 a前,随海水继续下退和泥沙淤积,海岸线延至镇海一线,甬江也随之延长至镇海附近入海,入海口距三江口20余公里。原先,甬江口在今镇海县城北首,后因泥沙淤高而改道至镇海县城南首招宝山南麓入海,入海口距三江口22 km,历时4 000 a未变。1978年镇海港区拦海大堤建成,1983年游山外导流堤建成,北岸延长3.6 km至大游山以外,三江口以下甬江河段全长已达25.6 km。

4 河道近期演变分析

甬江河床原来较稳定,光绪十九年(1893年)、民国十七年(1928年)、1952年、1956年各年实测资料,其断面、水深没有大的变化。抗日战争初期为防御日舰入侵,曾在河口打桩、在江中沉船设障,引起局部淤积,有碍通航(已清除)。自1959年以来,甬江河床经历了全河段强烈淤积—冲淤渐趋平衡—平衡打破再次淤积—冲淤动态平衡—缓慢淤积—边滩淤长的演变过程。

4.1 断面变化

根据甬江淤积监测(自2006年开始,每年6月和12月对甬江50个断面进行监测)等实测数据,对三江口—甬江口50个断面2004—2012年的测量资料进行了整理 (监测断面由三江口往甬江出海口依次编号为YJ01,YJ02,……,YJ50,见图1),各典型断面变化情况见图2。由实测断面资料分析可知,尽管2010—2011年进行了大规模的恢复性清淤活动,除部分河段断面积有所增加外,大部分河段仍处于淤积状态。

图1 三江恢复性清淤全潮水文测验断面示意图

图2 甬江河道断面变化情况统计图

由图2可知,与2004年相比,甬江河道50个断面中,有15个断面的面积增加,绝大部分位于清水浦下游河段,35个断面积有不同程度的减小。河道断面积变化既有自然因素,如来水来沙条件的变化产生的自然冲淤,也存在人为因素,诸如局部河段的清淤和2010—2011年三江恢复性清淤工程清淤500×104m3。但从断面积变化趋势的空间分布特征可以看出,甬江口门附近河段在强潮流作用下,甬江河段淤积的态势在局部河段有所改善,但梅墟断面上游河段,由于梅墟段卡口及三江口至三官堂油库段涉水工程增多,水动力条件有所减弱,加剧了该河段的淤积。

4.2 冲淤量变化

甬江河床冲淤具有季节和纵向变化的特点:在季节变化上,甬江口内河道 “洪冲枯淤”,口门附近河道 “洪淤枯冲”;在纵向变化上,由于涨落潮输沙的不平衡,河道主槽和边滩均处于缓慢淤积状态,淤积强度从上游至下游逐渐加大。平均低潮位-0.5m以上的边滩由于淤积泥沙外露风干后固结,在洪水期较难被冲刷,因此边滩呈现累积性的淤涨趋势,而平均低潮位以下的主槽淤积物主要是细颗粒泥沙,局部河段在洪水动力作用下发生冲刷,枯水季节发生淤积,年内冲淤基本平衡[2]。

根据甬江淤积监测的50个断面成果,每年6月前测量的河道断面代表汛前,12月测量的河道断面代表汛期及秋季大潮后,分析甬江各河段的冲淤量可知,2004—2009年,三江口—甬江口河段淤积量约43.7×104m3/a,淤积厚度0.049m/a。2009年至2012年6月,冲淤量 72.4×104m3/a,冲刷深度约0.070 m/a,主要原因是2009年8月至2011年12月开展了三江恢复性清淤工程,清淤土方量达500×104m3。

5 河道演变趋势分析

5.1 河道演变影响因子

甬江口位于我国东部沿海,在河口类型上属于缓混合海相河口,其河床演变不仅受到径流和潮汐等水动力条件的影响,而且还受河床边界、泥沙条件等影响。大部分河口由于涨落潮输沙不平衡,不同程度地存在泥沙淤积问题。在潮汐河口地区,影响河道输沙的因素主要有流域的自然因素和人类活动2个方面。

5.2 河道演变趋势

甬江河道在历史上河床较为稳定,姚江大闸和镇海拦海大堤相继建成,致使潮流、潮量等水动力条件减弱,引起河道严重淤积。在此之后,又受各类涉水工程及人类活动等影响,甬江河道呈现缓慢淤积状态。

姚江河段:姚江大闸的修建,改变了闸下姚江段的潮波运动,径流与潮流之间的能量平衡被打破。潮波传入河口后,波形由前进波向驻波特征转变,在遭遇姚江大闸后,潮波发生全反射,驻波波形使潮位过程线和潮流过程线产生明显的相位差,使高潮位增高,低潮位降低,涨潮历时缩短,落潮历时增长,从而使涨潮流速相对增大,落潮流速相对减小。涨潮携沙能力增大,落潮携沙能力减弱[3],其结果是涨潮时的泥沙在落潮时不能全部排出,造成姚江闸下河段的严重淤积。

甬江及奉化江河段:截止2011年,甬江及奉化江上共有涉水桥梁16座,码头212座,沿岸闸26座,上游4座大型水库,5座中型水库。桥梁、码头群的建设对河道水位和流场会产生叠加影响。当工程达到一定密度后,河道的壅水值较单个工程几乎增大一个数量级,造成同流量的洪水位抬高,威胁防洪安全。流速、流向的变化一方面可能冲刷堤岸,影响稳定;另一方面是通过缓慢作用于河床,引起冲淤变化,引起边滩的淤积[4]。上游水库的修建,很大程度上也减少了流域的径流量,影响冲淤平衡。总体来讲,甬江及奉化江河道相对姚江顺直,没有大闸的影响,但由于大量的涉水工程,河道特别是边滩处于缓慢的淤积状态中。目前,宁波市政府十分重视甬江河道的淤积问题,水利部门也开展了很多课题的研究,随着2010—2011年安排了三江恢复性清淤工程及2012年以后即将开展的常态清淤工程,相信甬江河道将会进入相对动态冲淤平衡期,当然,也有赖于政府对违规泥沙排放的有效监管。

[1]宁波市水利志编纂委员会.宁波市水利志 [M].北京:中华书局,2006.

[2]赵淳逸,夏珊珊,顾巍巍,等.三江河道水沙特性及冲淤变化规律研究[R].宁波:宁波市水利水电规划设计研究院,2011.

[3]付桂,李九发,朱钢,等.河口闸下淤积和清淤措施研究综述[J].海洋湖沼通报,2007(增刊):223-231.

[4]赵淳逸,邹长国,夏珊珊,等.涉水工程群建设对三江河道河床演变影响研究 [R].宁波:宁波市水利水电规划设计研究院,2011.