长江口深水航道治理三期工程YH101工程实施效果评价

刘 杰，郑文燕，程海峰，赵德招，顾峰峰

（1.上海河口海岸科学研究中心，上海 201201；2.交通运输部长江口航道管理局，上海 200003）

1 问题的提出

长江口深水航道治理工程是我国最大的水运工程，分三期实施。2005年二期工程10.0m航道开通后，北槽航道回淤总量大幅增加且集中分布于中段，航道增深维护困难［1］。经过近3a的研究，形成了包括延长丁坝、在南坝田新建挡沙堤和调整航道轴线在内的长江口深水航道治理三期工程减淤措施［2］，其中延长丁坝称之为YH101工程。

YH101工程是长江口深水航道治理三期工程最主要的减淤措施。该工程实施后的2010年3月，长江口12.5m深水航道开通并进入了试通航期。现场观测表明，12.5m航道的回淤量依然较大。为此，少部分专家学者对YH101工程的 “减淤”效果存在疑惑，因此有必要对YH101工程的实施效果进行评价。

本文主要在前期研究分析工作的基础上［3］，利用12.5m航道开通后近3a的现场观测资料，并结合数学模型计算，进一步分析YH101工程实施后的水动力、地形冲淤和航道回淤等主要技术指标变化，综合评判工程效果。对YH101工程实施效果的评价，有助于加深对长江口深水航道演变规律的认识，丰富河口海岸工程学的研究进展。

2 工程概况

2.1 YH101工程治理思路

YH101工程是在长江口深水航道二期工程的基础上，对北槽中上段的丁坝进行延长，其总体思路是，通过调整丁坝长度，缩窄北槽中段河宽，以显著增强中段的落潮动力，并尽可能减小对上、下段动力的削弱；综合考虑各处丁坝加长对北槽纵向和横向流场动力分布的调整作用，使纵向动力的变化平缓，横向动力的分布有利于改善河床断面形态，实现减淤的目的。

2.2 工程实施过程

在长江口深水航道治理二期工程的基础上，YH101方案分别对北侧的N1-N6丁坝、南侧的S3-S7丁坝进行延长 （见图1），累计延长4621.0m，工程自2008年下半年开工，主体工程于2009年4月完成。此前的2008年9月，已对北侧的N4、N5和N6三条丁坝进行延长，累计加长673.0m。另外，2009年7—10月，实施了南导堤加高工程（南坝田挡沙堤）。

图1 YH101工程布置图

3 工程实施效果分析

3.1 水动力变化

根据现场观测和数学模型计算可知，YH101工程实施后，北槽丁坝延长段对应的区段水动力有所增强。图2a是工程前、后北槽中段落潮流速变化。由图2a可知，与工程前的2008年相比，2009年YH101工程实施后，位于北槽中段的原重点回淤段 （H-N单元，长15.8km）落潮流速明显增大。现场观测径流、潮汐等水文边界条件难以做到完全相同，因此，图2a显示出的流速增大只能定性代表工程的效果。为便于定量比较和精确评估工程对水动力的影响，在相同径流、潮流水文边界条件下，数学模型计算了YH101工程实施前后的流场变化 （见图2b）。由图2b可知，YH101工程实施后，YH101工程丁坝加长对应的区段落急流速均有所增大，主要区段位于上航道 （B-K单元），最大增幅达0.4m／s左右，位于G单元附近。

图2 YH101工程前后落急流速沿程变化图

3.2 地形冲淤调整

YH101工程实施后，随着北槽水动力的调整，河床发生相应的冲淤变化。图3为YH101工程实施2a（2009年5月至2011年5月）后地形冲淤变化。由图3可知，除S6、S7丁坝坝头附近的南边滩河床略有淤积外，YH101工程丁坝延长段所在的北槽主槽普遍发生冲刷，最大冲刷幅度在1.5～3.0m。对比现场实测与动床物理模型的预测结果 （见图3b）可知，工程后 “主槽冲刷、坝田淤积”的整体冲淤态势与模型预测基本一致，但主槽实际的冲淤幅度、冲刷范围较模型预测的大。

图4为YH101工程延长丁坝对应的北槽主槽平均水深变化。由图4可知，YH101工程实施前，航道南、北侧主槽的平均水深分别约7.5，8.0m。YH101工程实施后的2009年5月至2010年8月，主槽河床持续冲刷。经过1个水文年后，主槽的河床冲刷调整基本完成。此时，航道南、北侧主槽的平均水深基本维持在8.0m和9.0m，较工程前平均冲刷0.5m和1.0m左右。

图3 YH101工程实施2a后地形冲淤变化图

图4 YH101实施后北槽 （丁坝延长段）主槽平均水深变化图

3.3 航道回淤情况

与YH101工程实施前的10.0m航道相比，YH101工程后的12.5m航道分别向上、向下进行了延伸，维护区段增加了南港段和口外段 （见表1）。与维护10.0m航道时期（2007—2008年）比较，12.5m深水航道新增的南港段和口外段，2010—2013年，常态平均回淤量分别为634万，65万m3，合计约699万m3，年淤积厚度分别为1.4，0.1m。

YH101工程实施后，与10.0m航道维护相同的区段内，圆圆沙段航道年回淤量增幅较大，从10.0m航道时期的288万m3增至12.5m航道时期的1495万m3，增1207万m3，年淤积厚度由0.6m增至3.0m。

与10.0m航道相比，YH101工程实施后北槽12.5m航道年回淤总量有所增大，从5153万m3增至5533万m3，增加380万m3，年淤积厚度由2.8m增至3.0m （见表1）。尽管如此，由于航道水深维护水深增大了2.5m，12.5m航道的淤强水深比却较10.0m航道有所减小，由10.0m航道时期的28.2%下降到24.2%。

表1 YH101工程实施前 （10.0m航道）与实施后 （12.5m航道）常态回淤比较表

从各航道单元回淤的沿程变化来看 （见图5），YH101工程实施后12.5m航道较10.0m航道，C单元以上和K单元以下航道回淤量有明显增大，但D—J单元回淤量有明显减小。对比YH101工程的丁坝建设可知，实际回淤减小的区段对应的是S2—S5丁坝区段，即YH101工程延长丁坝的上游区，这也与YH101工程实施后落急流速增幅较明显的区段基本一致 （见图2）。另外，从YH101工程延长丁坝对应的区段 （B—P单元）航道回淤来看，12.5m开通的近3a平均回淤量约5200万m3，而相应区段维护10.0m航道时约5000万m3。该区段航道水深增加2.5m，实际回淤量也仅增加约200万m3。

图5 10.0，12.5m航道维护期回淤量沿程差异与YH101工程丁坝长度的关系图

4 工程实施效果评价

4.1 工程对北槽落潮分流比的影响

南北槽为长江口第三级分汊。在长江口深水航道治理一、二期工程实施过程中，随着整治建筑物的实施，北槽总阻力增大 （包括坝田淤积引起北槽总容积的减小），北槽分流比曾有较大幅度的下降［4］。

YH101工程的实施亦增加北槽的阻力。定床数学模型计算结果表明［4］，工程实施后北槽落潮分流比下降1.96%（下断面）。表2为YH101工程实施前后北槽落潮分流比变化表。以下断面为例，YH101工程实施前2007—2008年北槽落潮分流比约43.50%，YH101工程完工时 （2009年4月）为40.70%，与工程前相比减少2.80%，较数学模型预测结果略偏大。YH101工程完工后，北槽主槽进入冲淤调整期 （见图3、4）。随着主槽河床的冲刷和12.5m航道的疏浚，北槽容积扩大，河床阻力减小，分流比开始增大。至2010年8月 （工程引起的主槽冲刷调整基本结束），分流比再次恢复到43.20%，与YH101工程实施前基本相当。随后分流比基本稳定在42.00%～43.00%。

表2 YH101工程实施前后北槽落潮分流比变化图

4.2 工程效果综合评价

YH101工程实施后，北槽地形和水沙条件得到改善，在航道水深增加2.5m的情况下，丁坝延长对应的区段（B-P航道单元）回淤没有明显增大。与10.0m航道相比，北槽12.5m航道的淤强水深比有所下降。YH101工程为12.5m航道建设和维护创造了条件，工程实施效果明显。YH101工程实施后，北槽水动力、地形变化总体上与前期研究成果预测的一致。由此看来，根据前期研究成果制定的 “通过调整部分丁坝长度、缩窄北槽中段河宽，以显著增强中段的落潮动力和输沙动力、减少航道回淤量并改善其分布”的工程治理思路是正确的。

但具体各指标的定量比较表明，工程的实际效果与工程前期的数学模型、物理模型研究结果相比，仍存在一定的差异，值得进一步分析讨论。

（1）关于分流比变化。北槽汊道的分流比变化受制北槽的河道阻力和总容积的变化。根据长江口深水航道一、二期工程实践经验，北槽实施整治建筑物尤其是丁坝建设后，北槽因阻力增加、容积减小，其分流比会有明显的减小。但YH101工程实施后，北槽的分流比先减小，后基本恢复。其原因主要可能是长江口深水航道一、二期工程除增加了北槽的阻力外，还引起了北槽总容积较大幅度的减少［5］。而YH101工程完工后，实施了大规模的航道基建疏浚，扩大了北槽容积，起到 “挖槽引流”的作用，消减了丁坝阻力对北槽分流比的影响。据统计，2009—2010年因基建疏浚北槽容积扩大近5000万m3。

（2）关于地形冲淤变化。YH101工程实施后北槽主槽的冲刷幅度、冲刷范围较原物理模型预测结果偏大，其原因：①可能是动床物理模型试验无法模拟航道的基建疏浚，因此，丁坝增加的阻力难以通过基建疏浚、容积扩大来恢复，影响了北槽落潮分流比，弱化了主槽的动力；②物理模型研究工程冲刷问题时通常采用清水动床模型试验，因此，坝田淤积幅度较实际偏小，由此可能导致主槽的冲刷亦偏小。因为实际情况下，为维持过水断面的平衡，坝田的淤积则可能会促进主槽的冲刷。

由此看来，YH101工程实施后1a的河床冲刷调整期，由于同步实施的大规模的航道基建疏浚，起到了 “引流”和扩大北槽容积的作用，减弱工程建设、阻力增大，对北槽分流分沙的负面影响。因此，北槽实际表现出的水动力变化、地形冲淤变化和航道减淤效果可能是二者共同作用的结果。

5 结 语

利用12.5m航道开通后的现场观测资料，结合潮流数学模型的计算，对YH101工程的实施效果进行了分析评价，得到以下认识：

（1）YH101工程实施后，北槽主槽水动力增强，河床冲刷，主要技术指标与工程前期预测基本一致。YH101工程为长江口12.5m深水航道开通和维护创造了条件，工程的治理思路是正确的，实施效果是明显的。

（2）YH101工程完工后，随即对深水航道实施了大尺度的基建疏浚，扩大了主槽容积，减弱了工程建设对水流阻力增加的影响，YH101工程丁坝建设后北槽落潮分流比并没有象一、二期工程那样出现明显的减小，YH101工程后引起的主槽河床冲刷调整幅度亦较模型预测大。大尺度的航槽疏浚，对YH101工程效果的发挥起到了积极作用。

（3）总体来看，YH101工程后北槽回淤量依然较大，开展进一步的减淤措施研究是必要的。

［1］谈泽炜，范期锦，郑文燕，等.长江口北槽航道回淤原因分析［J］.水运工程，2009 （6）：91-102.

［2］中交上海航道勘察设计研究院有限公司，长江口深水航道治理三期工程减淤工程措施深化研究综合分析报告 ［R］.上海：中交上海航道勘察设计研究院有限公司，2008.

［3］刘杰，吴华林.长江口三期工程减淤工程 （YH101）实施效果综合分析研究总报告 ［R］.上海：上海河口海岸科学研究中心，2011.

［4］戚定满，顾峰峰.长江口深水航道治理三期工程减淤工程措施深化研究潮流及泥沙数学模型计算报告 ［R］.上海：上海河口海岸科学研究中心，2008.

［5］刘杰，陈吉余，徐志扬.长江口深水航道治理工程实施后南北槽分汊段河床演变 ［J］.水科学进展，2008，19 （5）：605-612.