国内外河口挡潮闸效益及影响分析

肖洋，冯雯，张亚群

（1.河海大学水利水电学院，210098，南京；2.水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，210098，南京）

国内外河口挡潮闸效益及影响分析

肖洋1,2，冯雯1，张亚群2

（1.河海大学水利水电学院，210098，南京；2.水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，210098，南京）

搜集多个国内外大型河口挡潮闸工程实例，对河口挡潮闸工程效益、相关影响及对策措施进行分析和总结。主要结论有：建闸的工程效益包括防洪挡潮、水资源利用、改善城市水景观、提升城市水文化和推动城市转型发展，也存在一些负面影响，如：闸下潮波变形，易造成闸下淤积；闸上水体流动性减弱，若治污手段不力，水质将加速恶化；阻隔了河道生态通道，对洄游鱼类等产生较大影响；闸门关闭时会隔断航道，影响通航。

河口建闸；城市发展；工程效益；工程影响

Abstract:Typical cases of estuarine tidal gates both home and abroad are collected in order to evaluate and summarize benefits and impact of these projects and propose measures.It is concluded that estuarine tidal gates has benefits of tide prevention and flood control,water resources utilization,improvement of urban water landscape,enrichment of cultural dimension of cities and transformation of city development.It also has negative impacts of deformation of tidal wave,sedimentation,slowing down of water flow and degradation of water quality if no pollution control measures are adopted.It may have influence on migration fishes due to the block of ecological path of river channel.In addition,navigation may be interrupted when the gate is closed.

Key words:estuarine tidal gate;urban development;project benefits;structural influence

近年，受流域洪水、台风、风暴潮等影响，河口地区洪涝灾害频发，造成巨大的经济社会损失。为防洪挡潮，我国很多河口地区纷纷提出了挡潮闸建设需求。建闸与城市发展的关系如何？对流域相关影响及对策措施有哪些？这些都是建闸规划论证中必须回答的问题。本文收集国内外多座河口挡潮闸工程实例，总结分析挡潮闸建设的工程效益、对流域的相关影响及对策措施，期望对我国拟建河口挡潮闸的规划、论证提供经验借鉴。

一、国内外河口挡潮闸基本情况

国外大型挡潮闸主要分布在受风暴潮影响严重、经济发达的河口三角洲地区，如大西洋北海南岸和波罗的海东岸，地中海北岸，大西洋西岸和太平洋东岸的荷兰、英国、俄罗斯、美国、日本、新加坡等国家。国内挡潮闸主要分布在我国沿海河口地区，即渤海湾入海河口、海河沿岸、山东省沿海河口、长江三角洲地区、珠江三角洲地区。

二、挡潮闸的工程效益

1. 防洪挡潮

河口地区地势低洼，河网密布，易遭受河道洪水和风暴潮的双重夹击。挡潮闸可提高城市防洪挡潮标准，保障城市防洪安全。

荷兰历史上经常遭受风暴潮袭击，特别是1953年的洪灾，1 800余人丧生，10万人无家可归。荷兰三角洲工程建成后，防潮标准从1 250年一遇提高到4 000年一遇，保护了荷兰1/3的国土面积及450万人口。

英国伦敦地处泰晤士河入海口，洪涝灾害频繁。1953年洪灾，涌潮达到5.41 m，东海岸一带被淹，300多人死亡。流域洪水位也从1791—1953年上升了1.2 m。泰晤士河挡潮闸建成后，防洪水位从5.28m提高至6.9m，能够防御1 000年一遇的高水位，保护着伦敦125 km2的区域。

德国埃姆斯河下游风暴潮频发，对埃姆登的发展起到了严重制约作用。埃姆斯河挡潮闸提高了埃姆斯河下游对北海风暴潮的防护水平，利用挡潮闸能够抵御水位超过平均海平面3.7 m的风暴潮。

我国海河流域历史上一直都是洪灾频发地区。海河建闸前各骨干河道的行洪流量仅相当于10年一遇～20年一遇，但行洪水位已接近30年一遇～50年一遇，达不到防洪要求。海河口防潮闸将子牙河、南运河、北运河、永定河五大水系在天津汇流后的部分洪水经海河干流宣泄入海，提高了海河流域的行洪能力，使天津市的防洪能力达到了200年一遇的标准。

2. 水资源利用

河口建闸后，会在闸内形成河道型水库，蓄水、调节径流，发挥水资源利用的效益。

我国江苏射阳河口建闸后，形成宽阔的“月”字形水库，库容达3 079.7万m3。水库的形成减少了30亿m3的淮河水补给量，直接受益的水稻面积达46.67万hm2。

我国浙江曹娥江大闸建成后，闸上游形成长90 km、相应库容达1.46亿m3的条带状河道水库，多年平均可增加水量6.9亿m3，并使萧绍平原和姚江平原连成一体，有利于富春江引水经曹娥江大闸河道水库向宁波、舟山等地输水，还为曹娥江上游钦寸水库、镜岭水库建设创造了条件。

在荷兰三角洲工程中，费尔瑟挡潮闸与赞德可列克闸之间形成了一个22 km2的淡水湖，布劳沃恩挡潮闸与赫雷弗林恩闸之间也形成了一个110 km2的封闭水库，为荷兰三角洲地区提供了淡水资源，促进工农业和养殖业的发展。

3. 改善城市水景观，提升城市水文化

在挡潮闸的建设过程中，要深入挖掘挡潮闸的景观建设，在工程中充分体现“人水和谐”的文化内涵。

英国卡迪夫湾在开发过程中，地方政府将卡迪夫湾的改造与卡迪夫城市的长远发展结合在一起。卡迪夫湾闸将城市中心带向了水域，创造了一个优美的居住环境。大量的水上活动设施、商业中心及旅游景点以闸为中心建造，并举办了一系列国际活动。该闸本身也设计为游览、观光的带状公园，闸外为大海，闸内为内湖公园，充分开发了其景观效益，大力提升了城市文化内涵。

泰晤士河挡潮闸是英国伦敦地标性的建筑。伦敦市议会为补偿建闸对生态环境造成的影响并且满足人们对景观的需求，在闸旁建立了泰晤士河闸公园，它为新的住宅区和商业区提供了一个多功能绿化地，大大繁荣了水文化。

在我国南京，随着经济的发展，外秦淮河污染严重，水质几乎达不到Ⅴ类水体标准。2002年，南京市全面开展外秦淮河的整治工作。首先，在外秦淮河出江口修建三汊河口闸，将河道景观水位常年维持在5.5～6.5 m；其次，采用了雨污分流的方法改善了水质污染严重的问题。治理后，河道水质达到了Ⅳ类标准，满足了景观娱乐用水要求，并逐渐形成“江”“山”“水”“城”“林”的风貌段，提升了地域文化品质。

江苏射阳河闸上游右岸为射阳岛生态体育公园，下游右岸为江淮名刹，闸头两侧将雕塑景观与射阳河闸水文化有机融为一体，使人登闸游览时，对射阳河闸的历史、成就有系统的了解。

4. 推动城市经济转型

19世纪工业革命之后制造业在欧洲得到大力发展，进入20世纪后，由于经济转型，欧洲原先以重工业为主的城市纷纷走向衰败，并出现了污染严重、缺少公共绿化空间等问题。为此许多国家寻找城市复兴的方式，以求实现城市快速发展。

英国卡迪夫在1901年是当时世界上最大的煤出口港。进入20世纪之后，英国经济转型，卡迪夫也随之萧条、停滞发展。20世纪80年代末，英国政府启动“让衰落地区获得新生”的计划，对1 100 hm2的遗弃港区进行改造，大力发展商业、高技术工业、旅游、服务等行业。其中核心工程是在入海口修建卡迪夫湾闸。

卡迪夫湾闸创造了一个200 hm2的淡水湖，形成了13 km的可发展海滨，取代了原先潮差所形成的泥滩，使得卡迪夫湾成为当时欧洲首屈一指的新兴时尚海湾。同时，在卡迪夫湾闸形成的内湖边，创造出37.2万m2的办公空间、46.5万m2的商业和工业空间以及6 000余个新的住宅。经过近20年的努力，卡迪夫湾已经成为卡迪夫乃至威尔士经济发展的引擎和英国知名的旅游景点，拥有比较完善的政治、商业、旅游和休闲设施，实现了卡迪夫城市复兴的梦想。

三、对流域的综合影响及对策措施

1. 闸下淤积

德国1936年在爱德河口建设诺德菲尔德闸后，闸下淤积十分严重，自1936—1970年年初，从河口海岸至诺德菲尔德闸的河段内共淤积5 000万m3，闸下7.3 km处断面缩小到原断面的17.0%，河道几乎淤平。

我国天津海河建闸以来闸下淤积量累计已达2 200多万m3，河床淤积高达4.7 m，河宽由250 m缩窄至100 m，过水断面缩小了85%，河口泄流能力从2 100 m3/s降到800 m3/s。

江苏射阳河建闸至今的60年时间里，闸下淤积一直在发展，1984年之后交汇河段已基本淤死，1987—2005年裁弯后稍有改善，但河道仍呈现明显的淤积现象。

闸下淤积治理措施主要有：

①纳潮冲淤：为解决诺德菲尔德闸下淤积问题，在诺德菲尔德闸下游34 km处（河口）新建爱德河闸，与诺德菲尔德闸形成一个纳潮冲淤的套闸系统，涨潮时控制纳潮，落潮时大量纳潮，至闸下潮水位较低时进行冲刷，有效减少进沙量。

②疏浚：海河干流防潮闸采用绞吸式挖泥船清淤。曹娥江大闸采用集中冲淤与经常性维护冲淤的有机结合，汛前采用了机船拖淤、挖淤、气动清淤等多种工程措施。

③修建导堤：海河河口两侧进行了大规模的滩涂围垦并形成导堤，有效减少了进入河口的泥沙量。射阳港于2011年3月开工建设射阳河双导堤，有效缓解了射阳河闸闸下淤积问题。

④裁弯取直：海河工程局共进行了5次裁弯取直工程以降低海河弯道对淤积的影响。射阳河自1980—2008年先后进行了三期裁弯取直工程，经过整治后，闸下河道逐渐稳定。

2. 对水质的影响

巴西圣弗朗西斯科河上的伊塔帕里夫闸坝后方的水库主要用于饮用，由于该水域中的藻类大量繁殖，再加上汛期开闸泄洪导致下游健康河流受到污染，酿成了130人饮用后中毒身亡的惨剧。

19世纪前半叶，泰晤士河既是伦敦人的主要饮用水水源，也是伦敦市的生活污水和工业废水的受纳水体，给伦敦市人民带来了严重的传染疾病。

水质改善治理措施：

①法律、政策：控制污染源是改善水质的根本解决措施。通过政府立法、颁布政策等方式，建立起水环境治理和维护的有效制度及执行体系。1876年英国议会通过了河流防污法，对一切污染河水的行为均视为违法。到了20世纪五六十年代，英国先后制定了河流法、污染控制法等，以法律条文的形式控制了污染源。从1955—1980年污染物负荷降低了90%，其中来自工业的污染负荷降低60%～70%。卡迪夫港务局下令个人用水如皮划艇、独木舟、帆船艇清洗用过的漂白剂溶液必须带到其他水域。

②工程措施：包括截污工程、建造污水处理厂、雨污分流等。20世纪60年代起，英国泰晤士河水务管理局将原来的180多个污水处理厂整合为十几个较大的污水处理厂，同时对原有设施进行升级改造，提高污水处理技术。政府还建立了一个下水道网，用河堤将伦敦的主要排水系统连接起来，并将下水道或污水渠的污水拦截下来。南京秦淮河实行雨污分流，沿河埋设截污管道，排污至污水处理厂，此项工程与防洪工程的建设同步实施，同时引水冲污，使得主要污染物的去除率均可达到国家三级甚至二级标准。

③其他措施：包括通过曝气装置平衡水中氧含量，及时清除河床垃圾以及河床沉积物等。英国卡迪夫湾闸坝安装了增氧曝气系统（曾应用于斯旺西闸）以平衡水中氧的含量；Thames Bubbler船上装有曝气系统对泰晤士河口的表层水进行曝气，当缺氧量很高时增氧效率能达到90%。

3. 对生态的影响

荷兰三角洲工程建成后，将莱茵河—斯海尔德河河口转变为不流动的淡水区域，使得多种鱼类和贝类濒临灭绝的境地。

英国卡迪夫湾闸的建立导致了76%的潮间带损失，造成了卡迪夫湾鸟类年生存率从85%降到78%，并使得大量蓝藻失去其生存环境。1999年卡迪夫湾将Taff/Ely河口关闭，使得潮间带泥潭被永久性淡水湖所替代，导致麻鸭的数量减少了89%。

减小建闸对生态环境影响的措施主要有：

①防潮闸的设计要满足生态需求：荷兰政府十分重视三角洲工程对流域生态环境的影响。1974年政府将原先封闭式挡潮闸的工程方案改为敞开式挡潮闸，兴建东斯海尔德闸时采用了修建62个活动闸门的方案，并且保持挡潮闸平时敞开以维护河口动植物生物环境不发生较大变化。

②补偿生态栖息地：荷兰政府推倒了西斯海尔德水道两岸的闸坝，并将围海造田得来的300 hm2开拓地恢复为鸟类栖息湿地。德国埃姆斯河挡潮闸建成后，在闸南岸的Nendorp滩地上建造4.2 hm2的盐沼，并在埃姆斯河支流莱达河口地区购置了10 hm2滩地，用于保护鸟类。另外作为补偿措施，又在Nendorp和Midlum滩地购置了110 hm2的农业用地，为鸟类和鱼类创建了一些空地和较大的水域。爱德河挡潮闸建成后，分别建立了卡汀潮滩自然保护区与迪特马尔申爱德河潮滩自然保护区作为生态补偿。

③设置过鱼通道：为减小浙江曹娥江大闸对生物洄游通道的阻隔影响，分别在左岸堤防和右岸导流堤上设置了2条鱼道。Tawe闸坝在设计时就考虑到了鱼类洄游的问题，设置了过鱼通道，为鱼类迁徙提供了必要条件。

④生态调度：在鱼汛期开启大闸两侧的闸孔或鱼道进行纳苗，每年3—6月购买鳗鲡苗、蟹苗进行放流，作为生态补偿。

4. 对通航的影响

对于没有设置船闸的挡潮闸来说，在挡潮闸关闸期间会隔断河道，妨碍通航。即使是修建船闸，任何船闸系统也会使船舶航行时间延长。对于常闭式闸门，会对通航造成极其严重的影响。闸下河道淤积也会导致航道中通航深度、宽度减小，阻碍通航。

许多挡潮闸均建有船闸以保障通航，如卡迪夫湾闸。还有许多挡潮闸在设计上考虑了通航的要求。如荷兰鹿特丹新水道挡潮闸有两扇圆弧形闸门，仅在风暴潮来临时关闭，正常天气下常开至两侧不影响通航。泰晤士闸采用旋转升降式扇形闸门，闸门常年开启卧于水底，对通航的影响尽可能被压到最小。德国埃姆斯挡潮闸有2个航孔用于通航，且主通航孔不限船只高度，使船只可以在任何时候通行。意大利工程师在设计威尼斯泻湖挡潮闸时，巧妙地设计了一种“看不见的”浮动挡潮闸，平时闸门充水平卧于海底，不致对威尼斯城市交通造成威胁。

四、结语

挡潮闸能够带来十分显著的经济社会效益，最直观的效益是防洪挡潮，还可以增加可利用水资源量，推动城市复兴与经济转型，改善水景观，提升水文化品质。但连续性挡潮闸也会造成一定的负面影响。①河口建闸易造成闸下淤积。常采用的解决措施有纳潮冲淤、裁弯取直、通过人工或机械的方法疏浚清淤、修建导堤。②河口建闸对水质会造成一定的影响。常采用的措施有：通过立法建立水环境治理和维护的有效制度及执行体系、沿河截污工程、修建污水处理厂、雨污分流制、及时清理河道、安装曝气装置。③河口建闸还会阻隔鱼类洄游通道，影响生物的群落结构与物种数量。可以通过修建鱼道、购置或另建生态栖息地等措施解决。④闸门关闭时会阻碍通航，这就要求挡潮闸在设计时要考虑通航问题，使其在结构或者运行上满足通航要求。国内外大型挡潮闸的经验告诉我们，建闸需要权衡经济效益和生态影响，从建闸的设计到运行管理都应当与城市建设相融合、与生态环境相协调统一，尽可能地使其效益达到最大化。■

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Benefits of building estuarine tidal gates in China and other countries and its impact analysis

//Xiao Yang, Feng Wen,Zhang Yaqun

TV87

B

1000-1123（2017）14-0025-04

2017-06-06

肖洋，博士，教授。

国家重点研发计划资助（2016YFC0402605）、国家自然科学基金资助项目（51239003）——流域水文过程变化机理与工程安全（项目代码D010102）。

责任编辑 张瑜洪