長江江陰水道航道水深條件利用研究

許樂華，張海泉，李有為，張妍妍，王 帆，李曉磊

(1.長江航運發展研究中心，湖北 武漢 430014；2.長江航道規劃設計研究院，湖北 武漢 430040)

1 江陰水道概況

長江江陰水道上起老桃花港—界河口連線，下至江陰長江大橋，全長約24.4 km，是長江下游航道條件優良的水道，見圖1。

圖1 江陰水道河勢及航道布置

長江南京以下深水航道整治工程初通以來，江陰港憑借大宗散貨海進江最優區位、碼頭專業化等級高等特點，加強與沿海港口的深度合作，成為江海聯動的重要樞紐港，港口吞吐量大幅增加。2016年，江陰港完成貨物吞吐量1.3億t，同比增長4.73%；2017年，完成貨物吞吐量1.6億t，同比增長21.01%；2018年，完成貨物吞吐量1.76億t，同比增長9.95%。江陰港貨種以煤炭、金屬礦石、化工原料、鋼鐵、石油及集裝箱等為主。長江南京以下12.5 m深水航道的全線貫通為開普敦型船舶進江創造了條件，自2017年以來，運輸金屬礦石的開普敦型船舶頻繁進出港。據統計，2017年江陰港共靠泊超17萬噸級的開普敦型船舶273艘，當年江陰港金屬礦石吞吐量獲得爆發式增長為6 805萬t，是2015年的2.2倍。2018年江陰港共靠泊超17萬噸級的開普敦型船舶320艘，同比增長17.22%，金屬礦石仍保持良好勢頭，2018年完成7 404.64萬t，同比增長8.81%。值得注意的是，目前長江海事部門依據《長江江蘇段12.5 m深水航道船舶最大吃水控制標準》，江陰長江大橋以下船舶最大吃水控制在12.0 m及以下，江陰長江大橋以上船舶最大吃水控制在11.36 m及以下。江陰水道位于江陰長江大橋以上，與大橋以下河段船舶吃水相差了0.64 m。從產生的直接經濟效益分析，大型開普敦船吃水增加0.64 m可增加約8 000 t貨物，每噸貨物可節省50～80元物流成本，按江陰港每年到港約300艘次開普敦船估算，將產生約2億元的直接經濟效益；從促進船舶運輸組織方式優化調整角度上看，江陰水道船舶吃水增加至12 m，將提高大型船舶實載率，減少貨物中轉次數，實現更高效的江海聯運、江海直達運輸；從保護長江生態、促進環保上看，原來用2艘次巴拿馬型船舶才能裝載的貨物現在用1艘次開普敦型減載船舶就可以運抵江陰港，在同等運量的情況下，船舶數量減少了一半，這意味著燃油排放量、船舶污染物大幅減少，造福長江生態環境?？梢?，充分利用江陰水道良好的水深條件能夠產生可觀的社會、經濟、生態效益，是十分必要且有意義的。近年來，國內外學者對航道條件利用及航道維護尺度進行了一定的研究[1-4]，但深水航道二期工程正式運行后，對于長江南瀏河段航道條件及維護尺度的分析研究非常少。為此，本文在平面二維水沙數學模型計算、航道條件核查、潮位累積頻率分析的基礎上，論證江陰水道通過利用潮位及河床地形，將船舶吃水提高到12.0 m的技術可行性，并提出兩種切實可行的水深條件利用思路，為深水航道維護管理提供了科學可靠的新方法和新技術，推動了航道維護管理創新。

2 水深利用條件的確定

根據江蘇海事局2018年第16號通告《關于公布長江江蘇段12.5 m深水航道船舶最大吃水控制標準的通告》規定：江陰以上(江陰大橋—南京新生圩)12.5 m深水航道船舶最大吃水控制在11.36 m及以下；江陰以下(太倉瀏河口—江陰大橋)12.5 m深水航道船舶最大吃水控制在12.0 m及以下。

根據長江海事局2018年發布的《長江干線船舶航行富余水深管理規定(試行)》第六條規定，長江干線江蘇段水域航行船舶應根據本船實際吃水，按下列要求留足富余水深：實際吃水在10.5 m及以上，富余水深應不小于船舶吃水的10%。

若江陰水道船舶吃水要與江陰大橋以下河段通航船舶吃水標準統一，達到12.0 m，則根據公式反推，江陰水道航道部門公布維護水深至少要達到12×(1+10%)=13.2 m。目前江陰港到港典型受限船舶為17萬噸級開普敦船，當淡水減載吃水12.0 m時，其所需通航水深也是13.2 m。

綜上所述，要充分利用江陰水道優良的水深條件，將江陰水道船舶吃水提高至12.0 m，則需要航道部門公布維護水深至少要達到自然水深13.2 m。

3 水深利用可行性分析

3.1河床演變趨勢

江陰水道為順直微彎河段，進出口有天生港和鵝鼻嘴節點控制，主深槽傍抗沖性較強的南岸，歷年平面穩定少變，近年來南岸深槽整體沖深拓寬，北岸邊灘頭部沖刷后退、尾部上提下移，心灘沖刷消退，緩流區仍存在局部淺區。

為了分析江陰水道在典型年份下的河床演變趨勢，建立了平面二維水沙數學模型。模型上起五峰山，下至徐六徑，全長約170 km，選取2010、2011年作為動床計算的不利典型年，因為2010年為近期典型的大水大沙年份，隨后的2011年為典型的小水小沙年份，在這種組合條件下，江陰水道會出現相對不利情況。模型起算地形為2018年11月實測地形。

數學模型結果顯示，主航道內部有沖有淤，其中新溝閘65#～66#黑浮附近淺區以及六圩至長山63#黑浮江中緩流淺區發生淤積，淤積幅度可達1～2 m，這2處也是江陰水道現有水深較淺區域，見圖2。

圖2 江陰水道典型年內航槽最不利時刻的沖淤分布

江陰水道主航道內典型年條件下最小水深統計結果見表1。

表1 江陰水道主航道內典型年條件下最小水深統計結果

根據動床數模試驗結果，現狀主航道內在現行航行基面、實際水深兩種條件下均能維持13.2 m水深，維護疏浚量為0 m3。

3.2 航道條件核查

通過核查2010—2018年江陰水道的測圖和水文資料，找出主航槽內河床最淺點。61#～71#浮的范圍，上起老桃花港至界河口連線，下至江陰長江大橋。從河床最淺點空間分布看，主航槽河床最淺區域位于65#～66#浮水域(2012年12月)，最淺點高程為-14.43 m(表2)，換算為航基面下水深為13.6 m。

表2 現狀主航槽最淺點高程年際間對比(1985國家高程基準) m

可見，近10年江陰水道主航道內水深均不小于13.60 m，為充分利用江陰水道獨特優良的航道條件，可適當增加航道維護尺度。

3.3 潮位累積頻率分析

從逐月低潮累積頻率90%保證率分布看(表3)，洪水期潮位大于枯水期?？菟诘统蔽焕鄯e頻率90%保證率下潮位值在-0.54～-0.23 m，將潮位值減去現行航基面(-0.83 m)為可利用潮高值，經計算枯水期低潮位累積頻率90%保證率下可利用潮高為0.29～0.60 m。洪水期低潮位累積頻率90%保證率下潮位值在-0.03～0.81 m，計算可得可利用潮高為0.80～1.64 m。

表3 江陰站逐月低潮累積頻率90%保證率下潮位值(航基上)

江陰高潮位變化規律與低潮位相似，但可利用潮高明顯增加?？菟诟叱蔽焕鄯e頻率90%保證率每月潮位在1.26～1.59 m(表4)，經計算可利用潮高為2.09～2.42 m。洪水期高潮位累積頻率90%保證率下江陰站每月潮位在1.87～2.50 m，經計算可利用潮高為2.70～3.33 m。

表4 江陰站逐月高潮累積頻率90%保證率下潮位值(航基上)

可見，江陰水道洪水期可利用潮高大于枯水期。高潮累積90%保證率下可利用潮高最大為7月份的3.33 m，低潮累積90%保證率最小可利用潮高為1月份的0.29 m。

2.4 可行性分析

從河床演變趨勢看，在典型不利水文年條件下，江陰水道仍基本維持現有較為穩定的格局，南岸主航槽整體呈沖刷態勢，整個航道能較好地維持現行航基面下13.2 m水深，不需要額外的疏浚維護，航道條件穩定優良；從航道核查成果看，2010年以來，江陰水道現狀航槽內最淺點高程為-14.43 m，航道水深不小于13.60 m；從潮位累積頻率分析看，低潮累積90%保證率最小可利用潮高0.29 m，具備一定的可利用潮位?？梢?，通過對潮位及河床高程進行綜合考慮，江陰水道完全具備將吃水提高到12.0 m的技術條件。

4 航道水深條件利用

4.1 利用原則

江陰水道航道水深條件利用的基本原則[5]包括：1)須在航道通航安全保障措施落實到位，碼頭進港條件允許等前提條件下，充分利用航道水深條件；2) 應符合河段演變規律，穩定性好，年維護量少；3) 應滿足沿江城市經濟發展，考慮現有的港口布局和生產需要；4) 應符合通航安全的要求；5) 應注重生態和環境保護。

4.2 應用實例

1)海輪航道。1957年始長江開辟了長江口至南京的海輪航道，1976年以海輪推薦航線方式將海輪航道向上延伸至武漢，2010年7月15日再向上延伸至城陵磯。目前，長江航道管理部門聚焦公益服務，為了適應長江干線不同水道不同時間的水深特點，每年發布不同河段的海輪航道開放時間，岳陽城陵磯—安慶錢江嘴河段分月開放海輪航道，安慶錢江嘴以下河段全年開放海輪航道。當海輪航道維護尺度與主航道維護尺度相同時，其維護尺度按主航道尺度維護與發布；當海輪航道維護水深大于主航道維護水深時，在發布主航道維護水深的同時，發布海輪航道維護水深。當受自然條件影響，海輪航道實際水深達不到分月發布的海輪航道水深或寬度時，按實際尺度發布[6]。

海輪推薦航線自20世紀50年代初開始，已運行60余年，維護管理方式基本成熟。通過2019年長江干線航道分月維護水深和長江干線海輪航道分月維護水深對比分析可知，岳陽城陵磯—武漢長江大橋段的5—9月海輪航道養護可望水深比主航道養護水深高0.5～1.5 m；武漢長江大橋—安慶錢江嘴段的4—11月海輪航道養護可望水深比主航道養護水深高0.5～1.0 m，部分區段的海輪航道很好地利用了水位，能更好地服務沿江經濟。

2)周預報航道維護尺度。目前長江航道局對于航道尺度信息發布采用的是三級發布，除了公布年度航道尺度和月度航道尺度，還設置了周預報航道維護尺度。其中周預報航道尺度是區域航道局根據本周探測航道尺度、結合對水情和航道變化情況的分析研判來確定的。上一周末預報下一周航道維護尺度，并且針對重點淺水道在上半周補充預報下半周的航道維護尺度。通過2020年長江干線航道計劃維護水深和2020年第11周(3月14—20日)的周預報水深對比分析，周預報水深高于計劃維護水深，例如岳陽城陵磯—武漢長江大橋段計劃維護水深4.2 m，周預報水深為6.1 m，較計劃維護水深提高了1.9 m；上巢湖—吉陽磯段計劃維護水深5.0 m，周預報分新洲、九江、東流3個水道分別預報8.2、7.8、8.8 m，遠高于計劃維護水深?？梢?，在航道條件允許的前提下，航道管理部門主動作為，通過充分利用航道水深資源，已為沿江經濟發展和航運企業提供了更好的服務。但對于南京新生圩以下深水航道，目前周預報航道維護尺度與計劃維護尺度一致，未有突破。

4.3 利用思路

1)思路1：參考海輪航道維護方式，充分利用自然水深，江陰水道按年、月兩級發布可望水深13.2 m。當可望水深不能滿足時，仍按12.5 m深水航道維護標準維護。

2)思路2：采用航道維護尺度周預報方式，按年、月、周三級發布維護水深。周預報須根據本周探測航道尺度、結合對水情和航道變化情況，當江陰水道實際水深≥13.2 m，預報維護水深13.2 m；當實際水深達不到13.2 m時，仍按12.5 m深水航道維護標準維護。

5 結語

1)在典型不利水文年條件下，江陰水道仍基本維持現有較為穩定的格局，南岸主航槽整體呈沖刷態勢，整個航道能較好地維持現行航基面下13.2 m水深，不需要額外的疏浚維護，航道條件穩定優良。

2)2010年以來，江陰水道現狀航槽內最淺點高程為-14.43 m，航道水深不小于13.60 m，主航槽河床最淺區域位于65#～66#浮水域。江陰水道低潮累積90%保證率最小可利用潮高0.29 m，具備一定的可利用潮位。通過對潮位及河床高程進行綜合利用，江陰水道具備將船舶吃水提高到12 m的技術條件。

3)江陰水道航道水深條件利用的2種思路，均可達到充分利用江陰水道航道水深條件的目的，為了保證信息發布的準確性，需要在現有航道維護力量的基礎上增加水文、地形測量頻次，引進潮位預測預報分析、河床演變分析、動床模型試驗等技術手段預測航道自然水深，同時增加航標日常探測、巡查和保養頻次。這兩種思路為深水航道維護管理提供了科學可靠的新方法，推動了航道維護管理創新。