西三潮溝成因及變化特征分析

西三潮溝成因及變化特征分析

西三朝溝位于錢塘河口南岸余姚與慈濟(jì)的交匯處（圖1）。其平面形態(tài)表現(xiàn)為中沙與海塘之間的一長條形的潮流溝。自從其形成之后,西三潮溝一直處于動(dòng)態(tài)的變化之中,西三潮溝深度常常達(dá)到-5.0m(國家85高程,下同)以下,且緊貼海塘塘腳,多次出現(xiàn)海塘局部坍塌事故,一直處于被動(dòng)搶險(xiǎn)的局面。根據(jù)錢塘江河口幾十年來圍堤、江道地形以及潮波的變化,分析西三潮溝形成的原因及其演變特征,認(rèn)識(shí)潮溝內(nèi)的水流特征,是科學(xué)有效地治理西三潮溝的基礎(chǔ),西三潮溝的治理對(duì)保障海塘安全以及錢塘江河口的綜合整治有著十分重要的意義。1前最近的測(cè)圖西三潮溝最早出現(xiàn)在1977年6月測(cè)圖上。此前最近的測(cè)圖是1976年8月,再上溯至1958年的所有測(cè)圖均未見到。因此,西三潮溝應(yīng)于1976～1977年形成,至今已有30年。1.1圍墾引起的潮波錢塘江河口自1968年開始進(jìn)行大規(guī)模的圍涂,至1976年澉浦以上已圍土地50萬畝,至今共圍涂100余萬畝(圖2)。圍涂大規(guī)?？s窄了江道寬度,鹽官至曹娥江口河寬減小了64%～47%。大規(guī)模圍涂使水動(dòng)力條件發(fā)生相應(yīng)變化,在新圍堤線外淤漲新高灘,如尖山河灣5m以上高灘1976年比20世紀(jì)60年代新增加15萬畝,鹽官至大尖山南岸的圍涂則使?jié)q落潮流向北靠攏,主槽擺動(dòng)幅度由26km縮至15km以內(nèi),落水主流軸線行經(jīng)部位發(fā)生了較大變化,曹娥江口兩側(cè)成為主要的淤積區(qū)。高灘發(fā)育減少了納潮量,又引起河床,特別是河槽的淤積。表1是1977年相對(duì)1956年河床的淤積厚度,鹽官至鼠尾山段平均淤高1.3～2.0m。圍墾引起的堤線外推、高灘發(fā)育和河床淤積抬高加劇了潮波的變形。從1970年開始,澉浦和乍浦平均高潮位逐年抬高,1977年比1970年澉浦的抬高值為14cm、乍浦為20cm,澉浦大潮期的9月份的平均高潮位則抬高了27cm,乍浦則抬高了30cm。圍涂導(dǎo)致地形和潮波變形。在大規(guī)模圍涂前,漲潮過程中北岸澉浦(西三潮溝的對(duì)岸)潮位始終高于南岸,1977年則不同,漲潮初期南北潮位接近,漲潮1h后南岸潮位高于北岸,漲急過程中南岸潮位超出北岸,最大差值達(dá)0.5～0.7m,即南岸水位抬高特別快,此外曹娥江口下游一帶的圍涂帶來的曹娥江口東側(cè)邊灘下伸淤高以及鼠尾山以上河槽的淤高,使澉浦～西三斷面漲潮流的上溯阻力增大,加劇了陶家路閘～西三一線潮位的壅高。1.2沿海相關(guān)回顧庵東灘面位于錢塘江南岸慈溪市西三～龍山之間。低潮位以上的灘涂面積約50余萬畝,是浙江省沿海最大的成片灘涂。從20世紀(jì)70年代后灘涂淤漲較快,西三潮溝下游灘涂淤高擴(kuò)大后,沿灘面上溯的阻力增大,流速減小,潮到推遲。相反,西三潮溝內(nèi)自西向東的反向流形成且得到加強(qiáng),從而進(jìn)一步促使西三潮溝進(jìn)一步發(fā)育。1.3潮溝內(nèi)潮流方向和環(huán)境向度庵東灘面(圖1)前沿的漲潮流由東向西(西向流),當(dāng)?shù)竭_(dá)西三潮溝口門附近時(shí),一部分繼續(xù)沿岸西進(jìn),另一部分進(jìn)入西三潮溝并垂直頂沖海塘后,再折向東(東向流)進(jìn)入庵東灘面。所以漲潮時(shí),潮溝內(nèi)潮流方向與庵東灘面前沿潮流方向相反,構(gòu)成逆時(shí)針方向平面環(huán)流。落潮初期潮溝內(nèi)潮流方向仍為“東向流”,與庵東灘面前沿落潮流方向基本相同,此時(shí)平面環(huán)流消失。當(dāng)潮位落至潮溝末端灘面出露時(shí),潮溝內(nèi)潮流才改向?yàn)椤拔飨蛄鳌?再經(jīng)潮溝口門外泄。此時(shí)潮溝內(nèi)潮流向與庵東灘面前沿的流向(東向流)相反,又變成順時(shí)針方向平面環(huán)流。環(huán)流強(qiáng)度除與天文潮大小有關(guān)外,與中沙的范圍和高程也有密切關(guān)系。但是東向流比西向流強(qiáng),潮溝主要受東向流,即漲潮流控制。2連續(xù)豐枯水文年河勢(shì)西三潮溝自形成以后,受錢塘江河口的不斷圍涂(圖2)以及錢塘江連續(xù)豐枯水文年河勢(shì)的影響,變化十分復(fù)雜。西三潮溝的變化特征主要表現(xiàn)為潮溝進(jìn)口位置的變化以及潮溝內(nèi)的沖淤變化。2.1口門位置隨立地時(shí)間的變化從西三潮溝口門進(jìn)入的漲潮流與海塘垂直,頂沖塘腳,所以進(jìn)口位置關(guān)系到海塘搶險(xiǎn)部位。1986～1987年以前潮溝進(jìn)口位置在R80～R83(樁號(hào)位置見圖1,R80斷面在陶家路閘位置處)之間變化(圖3),其變化范圍達(dá)8.0km,潮溝內(nèi)最深點(diǎn)位置也跟隨口門位置同步變化(圖4)。從中可見,口門位置變化的幅度很大,呈不穩(wěn)定趨勢(shì),分析其原因與錢塘江尖山河灣的深槽線擺動(dòng)有關(guān)。1990年前后西三潮溝進(jìn)口西移R80～R81之間,20世紀(jì)90年代中期以后,潮溝進(jìn)口位置又逐漸東移至R82～R83之間變化。這主要受上游水域中沙向下游逐漸延伸的影響。從21世紀(jì)初開始,潮溝又受到上下游余姚、慈溪兩市治江圍涂工程的影響,潮溝的進(jìn)出口位置受到了一定的抑制。2.2潮溝沖淤變化西三潮溝外側(cè)中沙(或沙咀)頭部向西延伸到R80附近(陶家路閘),漲潮初期潮溝內(nèi)外側(cè)存在水位差而易發(fā)生串溝,從而引起潮溝沖淤變化。出現(xiàn)串溝后,漲潮流分別從2個(gè)口門進(jìn)入潮溝內(nèi)交匯,引起流速減小,挾沙能力降低,新口門以西段潮溝相應(yīng)出現(xiàn)淤積。串溝后新的潮溝口門西側(cè)灘面受侵蝕而出現(xiàn)坍塌;新口門東側(cè)灘面(凸岸)相應(yīng)淤積,導(dǎo)致新口門位置逐漸西移,最終回到串溝前口門位置,呈相對(duì)不穩(wěn)定狀態(tài)(圖5)。這種變化不但加劇海塘搶險(xiǎn)難度,也不利于沿岸水閘的排水以及碼頭的通航。3潮溝內(nèi)泥沙沙的沉積西三潮溝自形成以后,經(jīng)歷了30a的時(shí)間,西三潮溝一直是余姚市、慈溪市海塘的心腹之患。在堤前20m以內(nèi)潮溝的深度常出現(xiàn)在高程-10.0m以上,岸坡最陡處達(dá)到1:0.8,縱向坡度也達(dá)到1:100。從上述分析可知,造成堤前沖刷的主要?jiǎng)恿κ菨q潮流頂沖該段岸線后水位壅高,而庵東灘面阻擋了潮溝下游漲潮水流,潮流和水位差形成西三潮溝內(nèi)自西向東的水流。因此,減弱和推遲進(jìn)入西三潮溝的潮流來減小潮溝東西兩側(cè)的水位差,使向東的反向流與東來的漲潮流在潮溝內(nèi)交匯,促淤泥沙在西三潮溝內(nèi)淤積是緩和海塘險(xiǎn)情,治理西三潮溝的有效手段。2007年春夏之際,在西三潮溝的進(jìn)口位置(R82～R83之間)的中沙與海塘之間開始通過平拋塊石抬高潮溝進(jìn)口的河床高程,在中沙上通過充泥編織袋壩來保護(hù)中沙,編織袋壩近潮溝段建設(shè)一長約50m的石壩,形成一抗沖的壩頭,待潮溝底部逐漸抬高到一定高程后,海塘側(cè)采用高壩的形成縮小潮溝的寬度,進(jìn)一步減小西三潮溝的進(jìn)口段的潮量,使得與潮溝末端后期進(jìn)入的潮流在潮溝內(nèi)交匯,由于該岸段水流含沙量高(大潮期間漲落潮最大含沙量1.8～6.2kg/m3),使得潮溝發(fā)生較快的顯著淤積。至潮溝封堵完成的2007年11月時(shí),潮溝內(nèi)的平均淤積幅度在2m以上,局部地段則更大。圖6分別為潮溝封堵段下游100m、2000m(R83斷面)在封堵前的2006年11月與封堵后的2007年11月的河床高程比較。4西三潮溝的形成(1)從20世紀(jì)60年代末開始的錢塘江河口大規(guī)模治江圍涂引起進(jìn)入錢塘江河口尖山河段的潮波變化、江道淤積以及堤線外推是西三潮溝形成的主要?jiǎng)右?庵東灘面的淤高擴(kuò)大進(jìn)一步加劇了西三潮溝的發(fā)育。(2)由于錢塘江河口水文年豐枯變化以及進(jìn)