基于GIS的南匯東灘促淤一期工程實(shí)施效果分析

馮凌旋

(1.上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200061；2.上海圍海工程技術(shù)研究中心，上海 200061)

南匯潮灘是位于杭州灣北岸蘆潮港至長江河口三甲港之間的陸沿淺灘，以石皮勒斷面為界，靠近長江河口一側(cè)稱為南匯東灘。長江河口南槽中下段，是長江口攔門沙河段高含沙區(qū)之一，同時在河口灣交界帶的二股漲潮分流落潮合流的水流作用下[1- 5]，南匯東灘成為上海市陸沿淤漲速度最快、圈圍土地面積最大的河口邊灘，同時，也是長江口灘涂資源研究[6- 11]和開發(fā)利用的重點(diǎn)區(qū)域。

南匯東灘促淤工程，位于浦東機(jī)場外側(cè)促淤區(qū)以南的沒冒沙水域，以及大治河延伸段以南的-2～-3m線高程以上的南匯東灘灘地，緊鄰上海東南沿海的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域浦東新區(qū)及濱海新城臨港開發(fā)區(qū)，工程總規(guī)模為22.3萬畝，以大治河為界，分為南北兩區(qū)，促淤一期實(shí)施大治河以北9.1萬畝與大治河以南內(nèi)側(cè)6.6萬畝的促淤工程，工程于2013年5月15日開工，2013年12月完成保灘護(hù)底，2014年6月完成度汛斷面，2014年10月促淤一期工程基本完成，至同年12月底全面完工。至今，促淤一期工程完工已歷時3年，現(xiàn)將促淤效果和影響進(jìn)行階段性的總結(jié)評估。

1 工程方案及數(shù)據(jù)方法

南匯東灘促淤一期工程以大治河為界分為南、北兩塊區(qū)域。大治河以北9.1萬畝促淤工程，北起浦東機(jī)場3#圈圍工程南側(cè)堤，南至大治河，占用岸線13.5km，采用丁順壩相結(jié)合的布置方式，順壩沿-1～-2m線布置，在促淤區(qū)內(nèi)設(shè)置兩條隔壩，將促淤區(qū)分為N1～N3三倉，大治河以南6.6萬畝促淤工程，內(nèi)部分隔為三倉，由北向南依次為S1區(qū)、S2區(qū)、S3區(qū)，工程平面布置如圖1所示。

本文采用2013～2017年期間，南匯東灘促淤工程范圍、鄰近灘面(促淤堤外側(cè)1～4km范圍)以及南港、南槽河床水下地形數(shù)據(jù)，基于Arcgis建立數(shù)字高程模型(DEM)分析促淤區(qū)內(nèi)淤積效果，鄰近灘面沖淤變化以及河床變化，對促淤一期工程效果及初步影響進(jìn)行階段性分析評估。

圖1 南匯東灘促淤工程平面布置圖

2 促淤區(qū)淤積效果分析

在南匯東灘促淤工程初步設(shè)計(jì)階段，曾采用相關(guān)泥沙淤積預(yù)報(bào)模式預(yù)報(bào)、相鄰已實(shí)施工程的促淤效果分析、懸沙淤積物理模型試驗(yàn)預(yù)報(bào)三種方法對促淤工程實(shí)施后工程區(qū)促淤效果進(jìn)行了預(yù)報(bào)分析，根據(jù)該階段研究成果：預(yù)報(bào)促淤一期工程大治河以北促淤區(qū)至完工后3年累計(jì)淤積總量在0.8億～1.15億m3；大治河以南內(nèi)側(cè)促淤區(qū)累計(jì)淤積總量在0.4億～0.9億m3，綜合分析預(yù)計(jì)促淤一期工程促淤區(qū)內(nèi)累計(jì)可淤積1.5億～2.0億m3。

根據(jù)2013年5月～2017年4月期間每年洪、枯季2次地形跟蹤測量數(shù)據(jù)，采用克里金地形插值法計(jì)算統(tǒng)計(jì)了2013年5月～2017年4月各測次大治河以北促淤區(qū)內(nèi)灘面高程及階段淤積量，匯總統(tǒng)計(jì)成果見表1，分析表1中結(jié)果可見，南匯東灘促淤一期工程自開工至2017年4月，促淤區(qū)內(nèi)淤積2.19億m3，超過已批復(fù)《初步設(shè)計(jì)報(bào)告》預(yù)計(jì)的累計(jì)可淤積1.5億～2.0億m3，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

圖2 2013年5月～2016年9月南匯東灘促淤工程區(qū)地形變化

單位：萬m3

注：*2016年10月，N1庫區(qū)由于應(yīng)急消納本市工程渣土需要，先期進(jìn)行了整治，故N1庫區(qū)2016年9月～2017年4月本應(yīng)產(chǎn)生的促淤量未計(jì)入到促淤總量內(nèi)。

3 促淤堤外側(cè)灘面沖淤分析

根據(jù)南匯東灘促淤工程區(qū)外圍1～4km范圍2013年5月～2017年9灘地月地形測量數(shù)據(jù)，基于GIS系統(tǒng)，分析促淤工程區(qū)外圍各岸段邊灘沖淤變化。

大治河延伸段出口及南、北導(dǎo)堤頭部外側(cè)灘面，2013年5月～2017年9月總體沖淤變化不大，區(qū)域范圍內(nèi)有沖有淤，幅度在±0.5m以內(nèi)(正淤負(fù)沖)。大治河以北區(qū)域(N1庫區(qū)外側(cè)除外)，2013年5月～2017年9月近堤約500m范圍總體淤積，淤積幅度0.5～1.5m，靠近南槽主槽一側(cè)灘面沖刷，沖刷幅度在0.5m左右，大治河以北區(qū)域?yàn)┟鏇_淤變化沒有明顯的階段性，總體上近堤附近灘面持續(xù)性淤積，年均淤積幅度均在0.5m以內(nèi)，靠近南槽主槽一側(cè)灘面有沖有淤，沖淤幅度均不大。大治河以南區(qū)域，S4和S5庫區(qū)促淤堤外側(cè)灘面，2013年5月～2017年9月總體呈現(xiàn)沖刷態(tài)勢，尤其在納潮口外側(cè)1～1.5km范圍內(nèi)，灘面沖刷幅度在1～1.5m，其他區(qū)域沖深幅度相對較小，在0.2～0.5m，S6庫區(qū)促淤堤外側(cè)灘面，2013年5月～2017年9月普遍呈現(xiàn)淤積態(tài)勢，且淤積幅度較大，在0.5～1.5m。南側(cè)堤以南至蘆潮港段，2013年5月～2017年9月，南側(cè)堤以南楔形區(qū)域及至蘆潮港段海堤近堤500m范圍內(nèi)灘面淤積，南側(cè)堤以南楔形區(qū)域淤積幅度在0.5～2m(局部大于2m)，南側(cè)堤交接處至蘆潮港段海堤近堤500m范圍淤積幅度也在0.5～2m，靠外海側(cè)部分區(qū)域沖刷，最大沖刷幅度達(dá)到1.5m。

2013年5月～2017年9月，促淤工程區(qū)堤前1～4km范圍(N1庫區(qū)外側(cè)除外)除S4和S5庫區(qū)外側(cè)灘面總體沖刷，其余堤段外側(cè)灘面近堤范圍均以淤積為主。促淤堤前灘面的沖淤變化既有長江河口上游水沙條件變化和鄰近河段河勢變化的影響，也有促淤工程自身產(chǎn)生的影響，如：促淤堤外側(cè)近河道側(cè)沖刷為主的變化格局，S6庫區(qū)外側(cè)灘面的淤積，主要是受上游水沙條件變化和鄰近河段河勢變化的影響，而南側(cè)堤以南楔形區(qū)域的大幅淤積及S4、S5庫區(qū)外側(cè)灘面的沖刷則主要與促淤工程實(shí)施有關(guān)。

圖3 促淤工程外側(cè)1～4km范圍地形及沖淤變化

圖4 南港南槽河段橫斷面位置示意圖

圖5 2014～2017年南港南槽各河段斷面變化圖

4 南港南槽河床沖淤變化分析

采用2014、2017年南港、南槽大范圍水下地形測量資料和2015～2016年南港南槽河段39個斷面走航地形測量資料，南港南槽河段斷面位置如圖4所示，其中斷面1～7位于南港下段，斷面8～16位于南槽入口段，斷面17～33位于南槽河段，斷面34～39位于口外海濱段。限于篇幅，南港南槽河床斷面變化圖各河段僅選取一個典型代表斷面，如圖5所示。

南港下段：2014～2017年，南港下段河道灘槽格局及河床斷面形態(tài)未發(fā)生明顯改變，南港下段主槽維持在南側(cè)，主槽和北側(cè)長興深槽均有所刷深，沖刷幅度1～2m，這主要與上游來沙條件變化及南港中上段河勢演變有關(guān)。瑞豐沙下段有所淤積，最大淤積幅度超過2m，而瑞豐沙尾部近圓圓沙通道附近有所沖刷(可能與深水航道疏浚有關(guān))，南港下段河道斷面形態(tài)有往“W”型恢復(fù)的趨勢，這主要得益于對瑞豐沙的保護(hù)。

南槽入口段：2014～2017年，南槽入口段較前階段的總體沖刷明顯放緩，南槽入口段主槽沖淤變幅較小，河道斷面形態(tài)也沒有發(fā)生明顯改變，這與南北槽落潮分流比趨于穩(wěn)定有關(guān)，河床發(fā)生自適應(yīng)調(diào)整；但值得注意的是江亞南沙頭部有所沖刷后退，且在江亞南沙頭部北側(cè)形成一沖刷溝，有與江亞北槽貫通的可能性。

南槽河段：2014～2017年，南槽河段河床部位總體沖刷，沖刷幅度一般在0～2m。北側(cè)江亞南沙沙尾有沖有淤，沖淤幅度在1m左右，以淤積為主。近年來江亞南沙沙尾有向南槽河道內(nèi)偏移且沙尾軸線向北轉(zhuǎn)向的趨勢。九段沙南緣沖刷，最大沖刷幅度達(dá)到2m以上，而在九段沙沙尾部分普遍淤積，最大淤積幅度接近2m。

南槽口外海濱段：2014～2016年，南槽口外海濱段各斷面基本呈略微沖刷態(tài)勢(南槽口門處斷面35略有淤積)，沖刷幅度很小，最大約為0.5m，2016～2017年，南槽口外海濱段基本維持穩(wěn)定。2014～2017年，南槽口外海濱段總體沖刷，沖刷幅度一般在0.5m以內(nèi)，部分區(qū)域淤積，幅度也在0.5m以內(nèi)，口外海濱段的沖淤變化主要受上游來沙減少影響。

分析2014～2017年南港下段、南槽入口段及口外海濱段河床演變機(jī)制，認(rèn)為受南匯東灘促淤一期工程影響不大，而南槽河段主槽普遍沖刷，最大沖刷幅度在2m以內(nèi)，這主要是由于上游來沙減少引起的，同時也與南槽航道疏浚以及南匯東灘促淤一期工程的實(shí)施有關(guān)，而九段沙南緣的沖刷及尾部淤積并非直接受南匯東灘促淤工程影響。

5 結(jié)語

本文采用2013～2017年間南匯東灘促淤工程區(qū)、鄰近灘面以及南港、南槽河床水下地形數(shù)據(jù)，基于GIS系統(tǒng)分析促淤區(qū)內(nèi)淤積效果，鄰近灘面沖淤變化以及河床變化，并對促淤一期工程效果及初步影響進(jìn)行階段性分析評估，所采用的技術(shù)手段對于邊灘促淤工程效果評估具有借鑒意義，分析結(jié)論對于長江河口后續(xù)整治工程的實(shí)施具有一定指導(dǎo)意義。不足之處在于，本文限于基礎(chǔ)資料的收集范圍，未能全面評估南匯東灘促淤一期工程實(shí)施后，長江河口河床的響應(yīng)。