西三潮沟成因及变化特征分析

西三潮沟成因及变化特征分析

西三朝沟位于钱塘河口南岸余姚与慈济的交汇处（图1）。其平面形态表现为中沙与海塘之间的一长条形的潮流沟。自从其形成之后,西三潮沟一直处于动态的变化之中,西三潮沟深度常常达到-5.0m(国家85高程,下同)以下,且紧贴海塘塘脚,多次出现海塘局部坍塌事故,一直处于被动抢险的局面。根据钱塘江河口几十年来围堤、江道地形以及潮波的变化,分析西三潮沟形成的原因及其演变特征,认识潮沟内的水流特征,是科学有效地治理西三潮沟的基础,西三潮沟的治理对保障海塘安全以及钱塘江河口的综合整治有着十分重要的意义。1前最近的测图西三潮沟最早出现在1977年6月测图上。此前最近的测图是1976年8月,再上溯至1958年的所有测图均未见到。因此,西三潮沟应于1976～1977年形成,至今已有30年。1.1围垦引起的潮波钱塘江河口自1968年开始进行大规模的围涂,至1976年澉浦以上已围土地50万亩,至今共围涂100余万亩(图2)。围涂大规模缩窄了江道宽度,盐官至曹娥江口河宽减小了64%～47%。大规模围涂使水动力条件发生相应变化,在新围堤线外淤涨新高滩,如尖山河湾5m以上高滩1976年比20世纪60年代新增加15万亩,盐官至大尖山南岸的围涂则使涨落潮流向北靠拢,主槽摆动幅度由26km缩至15km以内,落水主流轴线行经部位发生了较大变化,曹娥江口两侧成为主要的淤积区。高滩发育减少了纳潮量,又引起河床,特别是河槽的淤积。表1是1977年相对1956年河床的淤积厚度,盐官至鼠尾山段平均淤高1.3～2.0m。围垦引起的堤线外推、高滩发育和河床淤积抬高加剧了潮波的变形。从1970年开始,澉浦和乍浦平均高潮位逐年抬高,1977年比1970年澉浦的抬高值为14cm、乍浦为20cm,澉浦大潮期的9月份的平均高潮位则抬高了27cm,乍浦则抬高了30cm。围涂导致地形和潮波变形。在大规模围涂前,涨潮过程中北岸澉浦(西三潮沟的对岸)潮位始终高于南岸,1977年则不同,涨潮初期南北潮位接近,涨潮1h后南岸潮位高于北岸,涨急过程中南岸潮位超出北岸,最大差值达0.5～0.7m,即南岸水位抬高特别快,此外曹娥江口下游一带的围涂带来的曹娥江口东侧边滩下伸淤高以及鼠尾山以上河槽的淤高,使澉浦～西三断面涨潮流的上溯阻力增大,加剧了陶家路闸～西三一线潮位的壅高。1.2沿海相关回顾庵东滩面位于钱塘江南岸慈溪市西三～龙山之间。低潮位以上的滩涂面积约50余万亩,是浙江省沿海最大的成片滩涂。从20世纪70年代后滩涂淤涨较快,西三潮沟下游滩涂淤高扩大后,沿滩面上溯的阻力增大,流速减小,潮到推迟。相反,西三潮沟内自西向东的反向流形成且得到加强,从而进一步促使西三潮沟进一步发育。1.3潮沟内潮流方向和环境向度庵东滩面(图1)前沿的涨潮流由东向西(西向流),当到达西三潮沟口门附近时,一部分继续沿岸西进,另一部分进入西三潮沟并垂直顶冲海塘后,再折向东(东向流)进入庵东滩面。所以涨潮时,潮沟内潮流方向与庵东滩面前沿潮流方向相反,构成逆时针方向平面环流。落潮初期潮沟内潮流方向仍为“东向流”,与庵东滩面前沿落潮流方向基本相同,此时平面环流消失。当潮位落至潮沟末端滩面出露时,潮沟内潮流才改向为“西向流”,再经潮沟口门外泄。此时潮沟内潮流向与庵东滩面前沿的流向(东向流)相反,又变成顺时针方向平面环流。环流强度除与天文潮大小有关外,与中沙的范围和高程也有密切关系。但是东向流比西向流强,潮沟主要受东向流,即涨潮流控制。2连续丰枯水文年河势西三潮沟自形成以后,受钱塘江河口的不断围涂(图2)以及钱塘江连续丰枯水文年河势的影响,变化十分复杂。西三潮沟的变化特征主要表现为潮沟进口位置的变化以及潮沟内的冲淤变化。2.1口门位置随立地时间的变化从西三潮沟口门进入的涨潮流与海塘垂直,顶冲塘脚,所以进口位置关系到海塘抢险部位。1986～1987年以前潮沟进口位置在R80～R83(桩号位置见图1,R80断面在陶家路闸位置处)之间变化(图3),其变化范围达8.0km,潮沟内最深点位置也跟随口门位置同步变化(图4)。从中可见,口门位置变化的幅度很大,呈不稳定趋势,分析其原因与钱塘江尖山河湾的深槽线摆动有关。1990年前后西三潮沟进口西移R80～R81之间,20世纪90年代中期以后,潮沟进口位置又逐渐东移至R82～R83之间变化。这主要受上游水域中沙向下游逐渐延伸的影响。从21世纪初开始,潮沟又受到上下游余姚、慈溪两市治江围涂工程的影响,潮沟的进出口位置受到了一定的抑制。2.2潮沟冲淤变化西三潮沟外侧中沙(或沙咀)头部向西延伸到R80附近(陶家路闸),涨潮初期潮沟内外侧存在水位差而易发生串沟,从而引起潮沟冲淤变化。出现串沟后,涨潮流分别从2个口门进入潮沟内交汇,引起流速减小,挟沙能力降低,新口门以西段潮沟相应出现淤积。串沟后新的潮沟口门西侧滩面受侵蚀而出现坍塌;新口门东侧滩面(凸岸)相应淤积,导致新口门位置逐渐西移,最终回到串沟前口门位置,呈相对不稳定状态(图5)。这种变化不但加剧海塘抢险难度,也不利于沿岸水闸的排水以及码头的通航。3潮沟内泥沙沙的沉积西三潮沟自形成以后,经历了30a的时间,西三潮沟一直是余姚市、慈溪市海塘的心腹之患。在堤前20m以内潮沟的深度常出现在高程-10.0m以上,岸坡最陡处达到1:0.8,纵向坡度也达到1:100。从上述分析可知,造成堤前冲刷的主要动力是涨潮流顶冲该段岸线后水位壅高,而庵东滩面阻挡了潮沟下游涨潮水流,潮流和水位差形成西三潮沟内自西向东的水流。因此,减弱和推迟进入西三潮沟的潮流来减小潮沟东西两侧的水位差,使向东的反向流与东来的涨潮流在潮沟内交汇,促淤泥沙在西三潮沟内淤积是缓和海塘险情,治理西三潮沟的有效手段。2007年春夏之际,在西三潮沟的进口位置(R82～R83之间)的中沙与海塘之间开始通过平抛块石抬高潮沟进口的河床高程,在中沙上通过充泥编织袋坝来保护中沙,编织袋坝近潮沟段建设一长约50m的石坝,形成一抗冲的坝头,待潮沟底部逐渐抬高到一定高程后,海塘侧采用高坝的形成缩小潮沟的宽度,进一步减小西三潮沟的进口段的潮量,使得与潮沟末端后期进入的潮流在潮沟内交汇,由于该岸段水流含沙量高(大潮期间涨落潮最大含沙量1.8～6.2kg/m3),使得潮沟发生较快的显著淤积。至潮沟封堵完成的2007年11月时,潮沟内的平均淤积幅度在2m以上,局部地段则更大。图6分别为潮沟封堵段下游100m、2000m(R83断面)在封堵前的2006年11月与封堵后的2007年11月的河床高程比较。4西三潮沟的形成(1)从20世纪60年代末开始的钱塘江河口大规模治江围涂引起进入钱塘江河口尖山河段的潮波变化、江道淤积以及堤线外推是西三潮沟形成的主要动因,庵东滩面的淤高扩大进一步加剧了西三潮沟的发育。(2)由于钱塘江河口水文年丰枯变化以及进