江苏淤涨型海岸闸下淤积问题初探

朱明成

（南京水利科学研究院河港所，江苏南京 210000）

江苏淤涨型海岸北起射阳河口南至海门东灶港共571 km。淤积型海岸具有坡度缓、滩面阔、水深浅的地貌特点，且周边沙源丰富，浅滩淤泥松软，很容易在潮流作用下发生悬扬和输移，风浪作用更使潮流输沙率成倍增加。河口建闸的目的主要是御卤蓄淡，以保障工农业生产和人民生活用水的需要。由于非汛期关闸导致海相来沙大量淤积在引河内，挡潮闸闸下河道淤积严重，河道过水面积减少、防洪能力降低，降低了通航能力，限制了当地河口资源的开发和利用［1］。在这类海岸的河口建闸后，闸下河段淤积更为严重。如江苏的斗龙港闸、射阳河闸、新洋港闸等都属于此类河口，建闸后闸下都发生了严重淤积。

1 闸下淤积影响因素

1.1 潮差

潮差越大涨潮流越强，带入河道的泥沙也就越多。涨潮潮差是决定闸下淤积时空分布特性的主要因素。因为潮差不仅决定着涨潮流速的大小，也是潮波能量大小的表现。潮差越大，潮波变形越剧烈，涨落潮的比值在建闸后就会更大，涨潮历时变的更短，潮位和流速的相位差就越大，就会使得涨潮能够挟带的含沙量越多，闸前淤积就越严重。风暴潮能引起泥沙的骤淤。据统计，永定新河自1971年投入运行以来，平均5年发生一次风暴潮。每次风暴潮过后都会使得河道在该年发生严重淤积［2］。按资料统计，一般情况一次强风暴潮的出现会使河道中的年淤积量增大2.0～2.5倍。

1.2 泥沙组成

异重流的作用主要体现在闸前近区1 km范围内的泥沙淤积［3］。一般浑水的挟沙能力与水流流速通常呈3次方或2次方关系。闸门关闭时，闸前流速几乎为零，近似于静水，挟沙能力必然也趋于零，这样河口处的泥沙很难被输运到闸前。而此时，闸下河道近闸水域的静水段内水体含沙量也很小，接近清水，该清水段与下游浑水交界面附近由于清、浑水比重的差异，极有可能形成异重流，异重流潜入清水底部继续向闸前运动。这样就造成了闸下河道淤积闸前淤积厚度最大，然后自闸下向河口逐渐递减的淤积形态。从永定新河建挡潮闸后河道内沿程含沙量的变化看，自河口向闸下河道沿程流速减小的情况下，沿程含沙量反而迅速增大（当然在近闸段含沙量会剧减），最大含沙量在10 kg/m3左右，在水流条件适合时，有充足的条件在闸前河道形成浑水异重流淤积［4］。因此，可以认为建闸河口闸下河道淤积的动力过程和闸下游浑水异重流的运动有很大关系。

1.3 潮流变化

建闸前，涨落潮流流速过程相对匀称，同时上游河段部分径流加入，落潮流速还略大于涨潮流速；建闸后，由于闸身拦截了一部分上溯到潮区界的潮流量，潮棱柱体相应减小，纳潮容量相对变小，造成落潮平均流量（包括上游下泄径流量）也随之相应减小。从河床形态关系可以看出，平均落潮流量是决定断面尺度的主要因素。由于平均落潮流量的减少，必须引起河床断面面积的减少以相适应，因而发生淤积。

1.4 潮波变形

入海河口建闸后，普遍因为上游边界条件的改变而发生潮波变形，潮波受闸门阻挡发生全反射，近闸河段的潮流由前进波变为驻波，潮位和流速过程线之间产生明显的相位差。具体表现为涨潮历时缩短，落潮历时延长；涨潮流速大于落潮流速；涨潮平均水深减小，落潮平均水深增大；涨潮流速和落潮流速的比值增大。由于水流的挟沙能力与流速的2至3次方成正比，而与平均水深成反比，潮波变形促使涨潮时携带的泥沙量大于落潮时冲走的泥沙量，加大了涨落潮输沙的不平衡，从而造成闸下河道淤积。

2 不同闸址条件的淤积情况对比

一般来说，随着引河长度的增长，纳潮量的增长幅度要大于淤积率的减小幅度，闸下淤积量随引河增长而增大，闸址越近河口，其单位淤强越大，但总淤积量最小。单从泥沙淤积角度进行建闸方案优化比选，闸址越近口门的宽浅型建闸方案的闸前淤积量为最小。不同的水文和地形条件常常造成不同的闸下淤积情况。

2.1 闸下河道类型不同

淤涨型海岸闸下河道包括两种类型，即河道型和滩槽型。河道型是指闸下河道的中上段受到两岸围垦或高滩的影响，其平面形态相对稳定，仅其入海口处于滩槽中，其平面形态主要受主槽落潮流控制，以射阳河、新洋港闸下河道为代表；滩槽型是指闸下河道的上段受到两岸围垦或高滩的影响，其平面形态相对稳定，而其中下段处于滩槽中，其平面形态除了受主槽落潮流控制外，滩面归槽水对其也有一定的影响，以斗龙港、王港、川东港、小洋口为代表。新洋港河道型河口见图1，川东港滩槽型河口见图2。

图1 新洋港河道型河口

河床的冲淤变化与河床组成有关。当河床发育稳定时，闸下淤积就较轻微，当河床冲淤明显时，闸下淤积就严重。闸下为盲肠河道时，河道型建闸河口与滩槽型建闸河口相比较，前者整个引河均严重淤积，后者引河的中下部由于滩面归槽水的冲刷作用，淤积相对较少；前者的平均淤积速率大于后者，说明了滩面归槽水对维持闸下引河过水断面有重要作用［5］。然而，在冲淤保港的水量足够的情况下，河道型建闸河口更有利于束水冲沙。因此，新洋港闸下河道达到十几km，依然可以靠一般清淤保港措施维持闸下水深，王港闸和川东港闸等却已经外迁。

近年来，随着沿海大部分滩涂不断淤涨向海推进和滩面的不断淤高，为适应国民经济发展的需求，围垦扩大土地资源是必然趋势。一般挡潮闸下游港道两岸有很多小的港汊，这些港汊在涨潮过程中能分散一部分涨潮流，在落潮过程中再汇入港道加大落潮流，起到减少港道淤积的作用［6］。但大面积围垦而减少甚至截断滩面归槽水，闸下河道长度和摆幅增大，加剧了闸下淤积的发展。

2.2 闸下河道长度不同

入海河口按闸下引河长度的不同，可分为长短两种引河。短引河建闸位置离河口很近，一般在潮流界下段；长引河的建闸位置一般在径流段或者在径流与潮流作用相当的过渡段，引河长度一般大于10 km，长者可达几十公里。射阳河、黄沙港、新洋港和斗龙港等属于长引河建闸河口，竹港闸、梁垛河闸和方塘河闸等属于短引河建闸河口。

根据已有的研究，长引河建闸河口的淤积规律具有在上游河道落淤、逐年向下发展、建闸后第一年回淤量最大的特点，纵向表现为河床普遍抬高，宽度减少［7］。短引河河口虽然纳潮量远比长引河小，但由于引河很短，潮波反射强烈，回淤速度很快，闸下引河可在不到一年的时间迅速淤到一定高程，随着淤积量的增加，纳潮量减小，淤积速度就越来越慢。建闸河口淤积最高点都靠近闸址。短引河建闸河口与长引河建闸河口相比较，前者闸下引河同时快速淤积，后者引河上段平均淤积速率明显大于中下段，淤积厚度纵剖面呈明显三角形指向河口；建闸河口闸下平均淤积速率均随时间线性减少，但平均淤积速率衰减的速度不一样，短引河衰减较快，长引河衰减较慢；在相同时间段内，长引河淤积总量较多，短引河淤积总量较少。

图2 川东港滩槽型河口

2.3 径流和潮流条件不同

表1 江苏沿海地区部分建闸引河长度与闸下淤积情况

一般来说，径流含沙量较大且作用较强的河口常发生闸上淤积，潮汐作用较强时常发生闸下淤积［8］。在海相来沙河口，径流是维持河床生命的动力。建闸前，由于上游有水必排，能随时冲淤；建闸后，控制了上游水源，排水量减少，汛期将多余的涝水排放，非汛期则蓄水灌溉，这样难以有足够的水量保证河床的冲淤量平衡。通过分析海相来沙河口断面的实测潮流泥沙资料，可以看出，建闸河口闸下河段冲淤变化与过闸流量有关。

射阳河、黄沙港、新洋港和斗龙港是里下河地区排涝入海的主要通道。随着社会经济的发展、工农业生产和人民生活用水需求的不断增加，四港过闸径流量日趋减少且年际和年内分布不均，加上闸下港道两侧不断围垦，槽蓄量不断减少，导致闸下港道淤积一般呈逐年增加的趋势。根据近年来里下河四港径流量统计数据可以看出，射阳河与黄沙港历年流量变化不大，新洋港和斗龙港流量逐年减少，导致淤积加重（图3）。

2.4 植被条件不同

近年来，沿海滩涂的互花米草和大米草等植物影响了海水的交换能力，导致水质下降并诱发赤潮；同时堵塞航道，影响各类船只出港［9］。

淤泥质海岸泥沙容易活动，遇到大风大浪时，泥沙随涨潮流进入河道，使得航道内泥沙淤积严重。控制滩面上泥沙起动，使泥沙不出滩，减少海域来沙，也可以减少闸下河道的淤积。大米草系多年禾木科温带植物，具有多种优良的生物性状，如高度的耐盐性和耐淹性。在浅海滩涂种植大米草（图4），有多方面的功能，其一为固滩作用，大米草根系发达，把泥沙胶结在一起，能控制滩面泥沙起动，使泥沙不出滩；其二为促淤作用，大米草茎叶繁茂，对悬浮在潮水中的泥沙具有消浪、缓流、促淤作用，将悬浮泥沙拦截于大米草滩带，使泥沙就地落淤；其三为具有有绿化海滩，净化环境的作用。在滩面上种植这些植物，能有效地抑制后续沙源补给，减少上溯的潮水含沙量，达到减轻闸下河道淤积的目的。

图3 里下河四港径流量变化图

图4 大丰沿海滩涂大米草

2.5 闸下河道入海方向不同

由于外海的潮汐动力作用，天然河道在临近入海河口附近的河段总会偏向落潮方向。对于江苏淤涨型海岸海相来沙河口，这种地形条件会导致涨潮时带入大量泥沙落淤。当上游水量充足的时候，闸下引河偏向落潮流方向有利于开闸冲淤，泥沙随落潮冲走。因此，过去在闸下引河开挖的时候，也多采取偏向落潮流方向的方案。当闸下河道入海方向不同时，沿程淤积形态和总淤积量都有一定差异。然而，近年来射阳河闸等常年关闸导致冲淤保港水量不足，这种开挖方向的选择是否合适值得深入研究。

3 结论

本文研究了江苏淤涨型海岸挡潮闸的下迁需求，总结5种不同闸址条件下闸下的不同淤积情况：闸下河道类型的不同造成不同的闸下淤积形态，滩面归槽水对维持闸下引河过水断面有重要作用；闸下河道长度不同时闸下淤积规律也不尽相同，闸址选择时需要考虑适合的闸下引河长度；径流和潮流条件的不同决定了维持河道水深动力的不同，对于海相来沙河口需要充足的冲淤保港水量；大米草的引种促进了滩涂的淤涨，减少了归槽水量，使闸下河道淤积加重；闸下河道入海方向不同时，沿程淤积形态和总淤积量都有所不同。

［1］江苏海洋局.江苏省海洋与滩涂资源调查综合报告［R］.北京：海洋出版社，1986.

［2］乐培九，张华庆.永定新河淤积机理探讨［J］.水道港口，1999（3）：19-26.

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［5］曲红玲，窦希萍，赵晓冬，等.不同类型建闸河口闸下淤积模拟计算［J］.海洋工程，2011，29（2）：59-67.

［6］吴小根，王爱军.人类活动对苏北潮滩发育的影响［J］.地理科学，2005，25（5）：614-620.

［7］马洪亮，董佳，曲红玲.不同引河长度下河口闸下淤积形态数值研究［J］.水道港口，2013，34（4）：344-351.

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［9］吴德力，沈永明，杜永芬，等.福建省罗源湾互花米草扩展过程及其特征分析［J］.海洋学报，2013，35（6）:113-120.