甬江河床演變趨勢探析

莫明輝,許 潔

(寧波市水文站,浙江 寧波 315016)

1 河道概況

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寧波市三江口匯合成甬江干流后東流入海,流域總面積為4 518 km2。

近年來,由于人類活動的加劇,三江(甬江、奉化江、姚江)河道淤積態勢日益嚴重,尤其是姚江大閘到新江橋段,河道邊灘淤高擴大,部分灘地露出水面,雜草叢生,不僅嚴重影響城市景觀和生態環境,而且縮窄了過流斷面,對河道行洪和通航造成嚴重的影響。

2 河道來水和來沙條件

2.1 降 水

甬江流域多年平均降水量約1 540 mm,降水日數在120～200 d,降水年際變幅、年內分配和空間分布都有很大差異。

2.2 徑 流

流域徑流來源于降水,因此徑流的年際變幅、年內分配和面上分布均與降水相似。此外受下墊面和人類活動影響,徑流變化的不均勻性尤為突出。

根據澄浪堰站1973—2006年實測潮量分析推算,奉化江多年平均年徑流量為16.51×108m3。最大年徑流量為25.08×108m3(1983年);最小年徑流量為6.56×108m3(2003年)。甬江多年平均徑流量為29.12×108m3,最大年徑流量為44.53×108m3(1983年),最小為11.89×108m3(2003年),最大年與最小年的比值為3.75。汛期4—10月的徑流量占全年總量的64.4%。

2.3 潮 汐

甬江口潮汐屬不正規半日混合潮,即每個太陰日中雖有2次高潮和2次低潮,但相鄰高 (低)潮的潮高不等,每潮從起漲到落平,平均歷時為12.42 h。據統計,寧波站最高潮位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(以上均為吳淞高程)。姚江大閘建成前,寧波站漲潮平均歷時6.05 h,落潮平均歷時6.37 h;姚江大閘建成后,減少了姚江的槽蓄量,潮形改變,漲潮平均歷時縮短至5.75 h,落潮平均歷時延長至6.52 h[1]。

2.4 潮 流

寧波北臨杭州灣,南靠三門灣,均屬外寬內窄的“喇叭口”型港灣,造成甬江潮區界上溯遠離河口。

近年來,隨著城市發展進程加快,人類活動對甬江河床影響加劇,根據2010年7—8月全潮水文測驗結果,4個全潮測驗水文斷面的最大流量和進出潮量明顯比20世紀減小,使甬江河床發生不同程度的淤積。根據2011年三江恢復性清淤全潮水文測驗的數據,甬江口鎮海站1月測得漲潮最大流速-1.07 m/s,落潮最大流速1.07 m/s;7月測得漲潮最大流速-1.12 m/s,落潮最大流速1.02 m/s。

2.5 泥沙來源

甬江的泥沙由陸域來沙和海域來沙2部分組成,主要為海域來沙:甬江口含沙量冬春大,3月份為高峰;秋季小,7、8月份為低谷。據實測資料,1983年甬江口年平均含沙量僅為0.98 kg/m3,由于鎮海斷面的位置與甬江口較近,且更靠近上游,故用近幾年來全潮水文測驗鎮海斷面的含沙量與甬江口含沙量做一比較(見表1,水文測驗期間天氣晴好,上游徑流較小,情況相當)。從表1中可以看出,近幾年含沙量有顯著增長。

表1 近幾年鎮海斷面實測最大垂線平均含沙量表kg/m3

3 河道歷史演變概述

奉化江和姚江在寧波市三江口匯合的下游河段習稱甬江。據考古發掘和地層鉆探資料考證,距今7 000 a的河姆渡新石器時代遺址第四文化層下面,是冰后期海侵時期的海相沉積,隨海水下退而成陸地。約在距今6 000 a左右,海水退至今寧波市區以東時,奉化江、姚江已相繼形成,并在今寧波市區三江口匯合成甬江。時海岸線在今三官堂附近,甬江于此入海,入?？诰嗳诩s8 km。約在距今4 000 a前,隨海水繼續下退和泥沙淤積,海岸線延至鎮海一線,甬江也隨之延長至鎮海附近入海,入?？诰嗳?0余公里。原先,甬江口在今鎮?？h城北首,后因泥沙淤高而改道至鎮?？h城南首招寶山南麓入海,入?？诰嗳?2 km,歷時4 000 a未變。1978年鎮海港區攔海大堤建成,1983年游山外導流堤建成,北岸延長3.6 km至大游山以外,三江口以下甬江河段全長已達25.6 km。

4 河道近期演變分析

甬江河床原來較穩定,光緒十九年(1893年)、民國十七年(1928年)、1952年、1956年各年實測資料,其斷面、水深沒有大的變化?？谷諔馉幊跗跒榉烙张炄肭?曾在河口打樁、在江中沉船設障,引起局部淤積,有礙通航(已清除)。自1959年以來,甬江河床經歷了全河段強烈淤積—沖淤漸趨平衡—平衡打破再次淤積—沖淤動態平衡—緩慢淤積—邊灘淤長的演變過程。

4.1 斷面變化

根據甬江淤積監測(自2006年開始,每年6月和12月對甬江50個斷面進行監測)等實測數據,對三江口—甬江口50個斷面2004—2012年的測量資料進行了整理 (監測斷面由三江口往甬江出?？谝来尉幪枮閅J01,YJ02,……,YJ50,見圖1),各典型斷面變化情況見圖2。由實測斷面資料分析可知,盡管2010—2011年進行了大規模的恢復性清淤活動,除部分河段斷面積有所增加外,大部分河段仍處于淤積狀態。

圖1 三江恢復性清淤全潮水文測驗斷面示意圖

圖2 甬江河道斷面變化情況統計圖

由圖2可知,與2004年相比,甬江河道50個斷面中,有15個斷面的面積增加,絕大部分位于清水浦下游河段,35個斷面積有不同程度的減小。河道斷面積變化既有自然因素,如來水來沙條件的變化產生的自然沖淤,也存在人為因素,諸如局部河段的清淤和2010—2011年三江恢復性清淤工程清淤500×104m3。但從斷面積變化趨勢的空間分布特征可以看出,甬江口門附近河段在強潮流作用下,甬江河段淤積的態勢在局部河段有所改善,但梅墟斷面上游河段,由于梅墟段卡口及三江口至三官堂油庫段涉水工程增多,水動力條件有所減弱,加劇了該河段的淤積。

4.2 沖淤量變化

甬江河床沖淤具有季節和縱向變化的特點:在季節變化上,甬江口內河道 “洪沖枯淤”,口門附近河道 “洪淤枯沖”;在縱向變化上,由于漲落潮輸沙的不平衡,河道主槽和邊灘均處于緩慢淤積狀態,淤積強度從上游至下游逐漸加大。平均低潮位-0.5m以上的邊灘由于淤積泥沙外露風干后固結,在洪水期較難被沖刷,因此邊灘呈現累積性的淤漲趨勢,而平均低潮位以下的主槽淤積物主要是細顆粒泥沙,局部河段在洪水動力作用下發生沖刷,枯水季節發生淤積,年內沖淤基本平衡[2]。

根據甬江淤積監測的50個斷面成果,每年6月前測量的河道斷面代表汛前,12月測量的河道斷面代表汛期及秋季大潮后,分析甬江各河段的沖淤量可知,2004—2009年,三江口—甬江口河段淤積量約43.7×104m3/a,淤積厚度0.049m/a。2009年至2012年6月,沖淤量 72.4×104m3/a,沖刷深度約0.070 m/a,主要原因是2009年8月至2011年12月開展了三江恢復性清淤工程,清淤土方量達500×104m3。

5 河道演變趨勢分析

5.1 河道演變影響因子

甬江口位于我國東部沿海,在河口類型上屬于緩混合海相河口,其河床演變不僅受到徑流和潮汐等水動力條件的影響,而且還受河床邊界、泥沙條件等影響。大部分河口由于漲落潮輸沙不平衡,不同程度地存在泥沙淤積問題。在潮汐河口地區,影響河道輸沙的因素主要有流域的自然因素和人類活動2個方面。

5.2 河道演變趨勢

甬江河道在歷史上河床較為穩定,姚江大閘和鎮海攔海大堤相繼建成,致使潮流、潮量等水動力條件減弱,引起河道嚴重淤積。在此之后,又受各類涉水工程及人類活動等影響,甬江河道呈現緩慢淤積狀態。

姚江河段:姚江大閘的修建,改變了閘下姚江段的潮波運動,徑流與潮流之間的能量平衡被打破。潮波傳入河口后,波形由前進波向駐波特征轉變,在遭遇姚江大閘后,潮波發生全反射,駐波波形使潮位過程線和潮流過程線產生明顯的相位差,使高潮位增高,低潮位降低,漲潮歷時縮短,落潮歷時增長,從而使漲潮流速相對增大,落潮流速相對減小。漲潮攜沙能力增大,落潮攜沙能力減弱[3],其結果是漲潮時的泥沙在落潮時不能全部排出,造成姚江閘下河段的嚴重淤積。

甬江及奉化江河段:截止2011年,甬江及奉化江上共有涉水橋梁16座,碼頭212座,沿岸閘26座,上游4座大型水庫,5座中型水庫。橋梁、碼頭群的建設對河道水位和流場會產生疊加影響。當工程達到一定密度后,河道的壅水值較單個工程幾乎增大一個數量級,造成同流量的洪水位抬高,威脅防洪安全。流速、流向的變化一方面可能沖刷堤岸,影響穩定;另一方面是通過緩慢作用于河床,引起沖淤變化,引起邊灘的淤積[4]。上游水庫的修建,很大程度上也減少了流域的徑流量,影響沖淤平衡?？傮w來講,甬江及奉化江河道相對姚江順直,沒有大閘的影響,但由于大量的涉水工程,河道特別是邊灘處于緩慢的淤積狀態中。目前,寧波市政府十分重視甬江河道的淤積問題,水利部門也開展了很多課題的研究,隨著2010—2011年安排了三江恢復性清淤工程及2012年以后即將開展的常態清淤工程,相信甬江河道將會進入相對動態沖淤平衡期,當然,也有賴于政府對違規泥沙排放的有效監管。

[1]寧波市水利志編纂委員會.寧波市水利志 [M].北京:中華書局,2006.

[2]趙淳逸,夏珊珊,顧巍巍,等.三江河道水沙特性及沖淤變化規律研究[R].寧波:寧波市水利水電規劃設計研究院,2011.

[3]付桂,李九發,朱鋼,等.河口閘下淤積和清淤措施研究綜述[J].海洋湖沼通報,2007(增刊):223-231.

[4]趙淳逸,鄒長國,夏珊珊,等.涉水工程群建設對三江河道河床演變影響研究 [R].寧波:寧波市水利水電規劃設計研究院,2011.