钱塘江河口特征.docx

1、钱塘江河口特征钱塘江河口特征、治理开发的简介韩曾萃（浙江省水利河口研究院技术顾问）二00六年十一月十六日钱塘江河口特征、治理开发的简介钱塘江河口为国内、国际的著名强潮河口，其灾害和资源都同时存在。为减少灾害、开发利用资源，水利界的几代人付出了艰辛的努力，取得了丰厚的成果。将其科研、治理、实践的经验、教训用通俗、简洁的文字介绍给有关的学人、同行十分必要。本文即是为此目的写的一个材料，限于本人才疏学浅，很难达到上述目的，可放心的是今后会后继有人，不断积累、修改、完善。一、河口的定义及其重要性最早介绍河口研究河口专著的是前苏联学者萨莫依莫夫，他认为河口是河流到海洋的过渡段，再根据河流和潮汐动力的强弱

2、又分为河流段（河流径流作用为主、潮汐作用微弱）、河口段（河流动力与潮汐动力相当、相互作用段）及潮流段（潮汐动力为主，径流作用微弱）。他的著作和学术观点深深影响了我国的地学界、水利界及其他领域，以后的一些专著为中国大百科全书（海洋卷）、（水文气象卷）及中国水利大百科都是按他的著作阐述的。美国著名河口学者普瑞查得（Donacdwpritchard）于1967年发表论文从物理学观点论河口（载于美国密歇根大学George HLauff著Estuaries一书中）对河口的定义、范围、分类都有比较详细的论述并广泛地为国际学者引用，他的定义是“河口是一个与外海自由连通的半封闭海岸水体，其中的海水可以量测出被

3、陆地径流冲淡”。他对此进一步解释。(1)、“河口是一个半封闭的水体”，河口受两岸的影响很大，使河口中的水流约束呈现往复流，不同于外海的旋转流，是河口动力上的一大特征。他举出美国东海岸口门宽50km以上，集雨面积17万km2的切萨皮克湾（Chesapeake Bay）为典型，我国钱塘江河口的杭州湾、珠江口的伶仃洋即属此。(2)、“河口海水应可量测出被陆域径流冲淡”，海水盐度为3036，淡水为0.010.05，钱塘江河口的水体盐度正在这一范围内，随径流大小变动为0.120之间。介绍这些定义是不要把河口混同于海域，目前海域使用管理条例法正是把河口混同海域加以执法，引起了许多执法上的混乱。具体对钱塘江

4、河口，它上至富春江电站下游2km的溜江滩，下至上海芦湖港至镇海断面，全长282 km，从溜江滩至闻家堰全长78km，为河流段。闻家堰至澉浦全长122 km为河口段，澉浦以下至芦湖港镇海断面全长82 km，为潮流段。为什么许多高等院校、各级政府部门都十分重视河口的研究呢？在全国曾有统计的数据可以说明一些问题：河口地区：面积占全国总国土面积的3%，人口占全国人口总数的11%（2002年），GDP占全国的GDP总数33%（2002年）；河口、海岸地区（即东部平原）：面积占全国总面积的10%；人口占全国总人口的30%（2002年），GDP占全国GDP总数的50%（2002年）。同样浙江省的东部平原及钱

5、塘江等河口也大体上占浙江省类似的百分数，可能人口数要多一点。此处不再重复，由这几个统计数就可以看出河口地区的重要性。其次河口海岸也是洪水、风暴潮（另外还有海啸、赤潮、海平面上升等灾害比较少但存在）等重大自然灾害频发的地区，为了保证这一地区的人民安居乐业、基本建设实施及正常生产秩序的稳定，必须研究其灾害的规律、特征及其防治的各种措施。第三这些的水流状态复杂，既受径流、又受潮汐的影响，其流场、污染物浓度场、温度、盐度场、都是非恒定状态，而且是二维、三维的现象明显、滨海湿地、生态保证日显突出，正是多学科研究的对象。再加上城市建设、环境保护、能源交通在这里项目众多，因此受到多部门的密切关注。二、钱塘江

6、河口的河床、动力特征钱塘江河口的河床演变特征及其动力条件已有专门的学术著作论述，本文只能作个简述。1、钱塘江河口的表现特征：钱塘江河口的河床、动力明显的特征有：（1）、河床平面摆动频次大、幅度大，造成不能形成航道水的深泓线摆动大、抢险被动、处处防守：在整个钱塘江河口的范围内，主流曾遍及两岸海塘之间的全部水域（见图1-a），其主流摆动的速度也十分惊人，可以达到1750m/月，最大日为245m/日的记录，（见图1-b）这么大幅度的平面摆动造成航道不稳定，周前出海、周未回杭的线路完全不同。另一重要影响是主动顶冲点摆动频繁，即深泓、顶冲海塘位置频繁变化，使其防汛抢险处处被动，防不胜防。此外也有大片滩涂

7、经常被冲蚀，不能利用。总之使钱塘江的防汛安全，大量滩涂资源、航运资源难以开发利用。图1-a 钱塘江河口平面摆动图1-b 盐官断面主槽从北岸摆向南岸的剖面变化图5（2）、潮差大、潮流强、涌潮壮观世界第一杭州湾口门的潮差并不大，为23m，但由于平面上的喇叭外形及底部存在沙坎，涨潮流到尖山附近形成破碎，形成潮头高达2.53.5m的涌潮，其破坏力极大（每平方米实测压力7T）也是造成滩地不稳，塌江的动力之一，对海塘的安全也造成极大的破坏力。但当人们能建造坚固的海塘后，它就是十分宝贵的自然景观和旅游观光景点。因此一方面我们要修建坚固的海塘防护建筑群（包括护坦、塘身、塘顶防浪结构和后坡、二线塘）另外也应十分

8、重视保护涌潮的交叉潮、回头潮、一线潮等多种自然景观。应该讲，涌潮是大的自然地理条件产生的（主要是平面收缩和水下沙坎抬升地形），这二个条件不改变，涌潮景观是不会消失的，而局部河段，有计划地治江围涂和经科学论证造桥只是局部改变了涌潮的强度、形态，经一定距离的传播它又会、恢复涌潮强度。涌潮与江道地形的平面形态、水下地形的冲淤程度也有关，即干旱年使江道淤积则涌潮小，而丰水年江道冲刷则涌潮大，人们十分关注每年涌潮的变化，但新闻、报纸常有一些误传报导，应作些科普解释。（3）、河流宽浅、涨、落潮流路不一致为游荡性河口钱塘江河口的宽度从1km至100km，相应的水位变化很大，以半潮时的水位下的水深为准，为48

9、m（局部深潭、个别点可达2040m）因此宽深比，这比我国著名的游荡性黄河宽深比2030m还要大。其原因是河床为易冲的粉沙，而涨潮动力特强，涨落潮流路又往往不一致，产生了河床宽浅的显著特征。而且一年之内的丰水期与枯水期深泓交替变化，多年之间又由于丰枯径流的变化，主泓也相应变化，形成典型的游荡性河口，使得大量的潮间带滩涂无法开发利用，上、下游许多站的潮汐特征值（如高、低潮位、潮差、潮流强弱、涌潮大小）年际间有很大的变化。2、钱塘江河口深层次的特征在探讨钱塘江为什么具有以上特征同时，深入地研究它的原因，必须在水流、泥沙输移以及盐度、污染物质输移的动力特征上寻求原因，并在数值模拟，比尺模型等研究手段上

10、予以正确的模拟、预测，才能理性地认识钱塘江的特性，并为治理、开发钱塘江河口的资源，防治自然灾害作出有针对性、科学预测。（1）、钱塘江河口年内输沙表现纵向“上淤下冲”或“冬淤夏冲”和“上冲下淤”或“夏冲冬淤”的大规模泥沙纵向泥沙交换。河口的潮波系统从外海传入河口后，由于河床阻力的作用，涨潮历时缩短，落潮历时加长，涨潮流速大于落潮流速，而含沙量是与流速的高次方式正比的，故涨潮含沙量远大于落潮含沙量，即在一个潮周期中，同一潮差，当径流比较小时（枯水、平水时期占一年的大部分时间），输沙量产生了“上淤下冲”或“冬淤夏冲”。而当洪水期间，上游则，表现为“上冲下淤”或“夏冲冬淤”。这一年周而复始，年季间可基

11、本平衡，一年以内搬运的泥沙在钱塘江全河段可达24亿，特殊年分更大。图2-a是一个潮内分层含沙量的全潮过程，图2-b是涨、落潮的含沙量分层过程，图2-c是潮差与涨落潮的输沙量及净输沙量的过程，图2-d、是仓前、盐官的净输沙量及与潮差的关系，而图2-e是尖山、澉浦潮差与输沙量的关系，由这一系列图可以看出钱塘江在枯水大潮期间，尖山、澉浦为输出平衡，而盐官、仓前为净输入，闸口净输入更大。表1是实测1983年4-7月及7-11月淤积量的数量（上述符号的脚f、e分别表示涨潮和落潮）。 图2-a 一个潮周内的冲淤过程 图2-c 闸口潮差一涨（落）输沙率图2-d 仓前、盐官输沙 图2-e 尖山输沙表1是实测钱

12、塘江1983年47月的冲刷711月淤积量。表2是1996年及1997年冬半年大淤、大冲的分布过程。表1 钱塘江河口纵向冲淤变化（累积量1983/4-7-11月）单位：4m3断面号冲刷量淤积量实测计算误差实测计算误差闸口4164559%-354-48938%四堡2723192229%-1900-161415%七格4795331030%-4590-370019%仓前7561530030%-5600-51807%盐官10390847018%-9600-700027%旧仓120001024715%-4590-540018%尖山12400113009%-3800-240036%表2 钱塘江河口大淤、大冲

13、数量（亿方）不同河段1996年11月-4月淤积1997年11月-98年4月闸口-七堡0.680.23七堡-仓前0.651.06仓前-盐官1.642.44总计之和2.974.73造成涨、落输沙不平衡除流速大小外，还有涨潮流的流速由下游大到上游变小，为饱和输沙，而落潮由上游小到下游增大，是未饱和输沙的原因，对这些特征的理解是河口输沙的重要特征。实际上在海湾地区也存在类似情况，枯季淤积，丰水大洪水则将淤积泥沙冲走，如建水库则冲沙能力丧失，海湾末端开始淤积逐步下推。（2）、纵向沙坎的存在是形成涌潮及宽浅的主要原因钱塘江河口沙坎是河口来水、来沙和边界三者的产物，沙坎与杭州湾喇叭外形外海传播的潮能聚集、潮

14、量大、径流小等因素有关，强潮河口常用山潮比值表征其大小即： （1）式中：为多年平均流量中第日的日平均流量，为一年365天。为河口口门断面平均潮的涨潮潮量。为河口口门断面平均涨潮历时。钱宁院士与我院李光炳工程师在60年代统计了国内外6条河口的山潮水比值与河口河宽的收缩率（）与口门与末端断面河宽比值的乘积的相关关系，见图3-a，由图知，当时值5，一般都在纵向存在水下沙坎，且收缩急烈，垂向河床抬升存在沙坎，反之，则收缩不强烈水下无明显河坎（如瓯江、熬江、曹娥江等）。图3-b是钱塘江河口历年来丰水、枯水年的实测地形量测的沙坎高程、顶点距闸口站的距离与山潮水比值的统计关系，由图知即使值有10倍的变化即，

15、沙坎高程也仅有1.0m的变化，顶点距离也只有8km的变化。图3-a 河口平面外形与径流潮流比值间的关系（据文献5）1-泰晤士河；2-钱塘江；3-韦沙河；4-敖江；5-瓯江；6-曹娥江图3b-1 径流潮流比值与沙坎最高点高程间的关系图3-c是年内4月、7月、11月沙坎形态的变化，由图知沙坎顶点基本在3-4高程内变化，且治江围涂后，4月、11月沙坎顶点变化不大，7月则有较大幅度即1.5m的下降，原因是河道缩窄后，洪水在上段（即沙坎顶点附近）的冲刷作用明显，故顶点下降幅度大，而其他月份流量小，对河床缩窄的反映小故变化不明显。图3-d列举了沙坎形态在顺直和弯曲江道条件下，4、7、11月份的沙坎形态变化

16、，由图知都是在上段（即沙坎的上游坡）冲淤变幅大，盐官以下相对小，是随着治江缩窄向下的推移，下游冲刷会增加、下延。正是由于沙坎的存在，而且它是一个宏观的地貌现象，因此虽然水文年的丰枯变化、治江围涂缩窄这种中尺度的变化对沙坎的顶点高程、距闸口距离有些变化，但幅度并不大，更何况建桥、丁坝、盤头这些小尺度的建筑物都不至于对沙坎有明显的影响，相应对涌潮就不会有根本性的影响。目前来看，水文年丰枯的变化、江道平面形态的变化，对涌潮大小是首要的，但它是可逆的过程。图3b-2 径流潮流比值与沙坎部位的关系（据文献5）图3-c 治江围涂前后低潮位下平均河底高程纵剖面图（3）、钱塘江河口（含杭州湾）的河宽远比正常河

17、宽大，为其平面摆动提供了自由空间，也为缩窄江道治江结合围涂提供了理论依据。我曾在70年代就统计了浙江省的6个河口及国内长江口、射阳河及国外的Delarare、Thomas等河口的资料，建立落潮流量、含沙量与丰潮条件下的河宽、断面面积，水深的关系，其中断面关系最好，河宽及水深的相互关系差一些（见图4）。 （2）为此用1999年的实测地形（代表已治江围涂后）与按（2）计算的河相参数如表3所示。表3 钱塘江河口断面特征值对比表断面名称盐官尖山澉浦乍浦金山柘林口门A计（m2）7060333001220003.21054.61057.010510.8105A实测7480362001177003.6105

18、4.51057.710511.5105%5.1%83.41129.36B计178360001179001.81042.21042.91043.8104B实240091001920003.81045.61047.81049.8104%26503852456262H计3.85.39.817202428H实2.73.86.49.48.09.911.6%40375680150140141由上表可知，实际河宽远比计算河宽大，而断面面积二者十分接近，因此河深（水深）也相差甚远。正是河宽太宽，提供了涨落潮流路的不一致和造成河性游荡，也为缩窄，治江结合围涂创造了很大空间。三、钱塘江河口治理目标钱塘江河口的治理

19、应是在充分认识河口的自然属性的前提下，顺应自然规律，再按人类的需求，兴利除弊，开发其各种资源为人们的需求服务。以达到人和自然（河口）的和谐共处。对此我们对钱塘江河口有一个逐步认识的过程，治理开发的目标也是逐步深化、变化的过程，其目标有：1、减轻、减少钱塘江河口两岸的洪水、台风暴潮灾害由于钱塘江河口的高潮位一般均高出两岸地面24m，台风暴潮时可达46m，故两岸人民生命、财产、正常生产、企业基础设施全赖修筑的海塘保障。据史书、地方志的记载，宋朝初年至民国的950年间的统计，钱塘江河口两岸破堤达202次，平均5年一次。其中属洪水的占15%，风暴潮、台风、涌潮破堤的占85%，就发生的地点而言，北岸占5

20、3%，南岸35%，两岸同时破堤占12%。民国以来，在19331944年毁塘2km（大缺口即属当时所毁），19411946年萧山失地30万亩，灾民达6万之多。1953年翁家埠的海图4 河口的经验河相关系塘冲毁多处，海塘7240m被临水和塘脚冲失（见照片1）当时全省动员汽车运输抢险物资，后还是因河势变化才有所缓和。以后1956年的“81”台风 ，1974年、1994、1997等的台风对钱塘江新围堤身、老堤堤身都有不同程度的损毁，所幸尚有二线堤起作用未成大灾。另外钱塘江河口涌潮流速大、主流顶冲塘脚而使塘身基桩外露或冲失危及塘身安全，在1987、1992年均有发生。即使自明清以来，当政者花费大量白银（

21、一年十万两）修建了鱼鳞石塘，但仍因年久失修或工程老化或水文条件、河势变化，仍“累修累毁、累毁累修”，因此保护钱塘江河口地区的安全（千万亩土地、十万人口和数千亿产值）十分重要，它永远都是浙江省水利部门不能丝毫放松的主题。2、河口资源的开发和保护钱塘江河口具有丰富的资源，最主要的资源有：（1）、土地资源钱塘江河口的滩地（指低潮位以上的潮间带滩地）原有90万亩，其中，澉浦以上约40-60万亩，澉浦以下为50-30万亩，这些滩地并不稳定，洪水冲失，大潮又回淤，自然平衡，对保护塘脚安全、消浪都有一定作用。但自建国以后，人口急剧增加，基础设施建设用地，人居用地，城市扩大急需土地，因此两岸地市群众迫切需要开

22、发利用这些滩地资源。滩涂资源又是动态变化的，即围涂后又会涨出新的滩涂，以钱塘江河口为例，原90万亩滩地除全部围成后，至今（2005年）共围了130万亩，现在又新淤涨了70万亩，即在130万亩滩涂中，110万亩是新淤涨的占85%。这些土地的价值是巨大的，它在维持国土资源的供需平衡、保持人均占地、新工业园区建设、新城区的扩大都起到极为重要的作用。现在“环杭州湾工业园区”绝大部分都建在新围的滩涂上，今后将有数千亿的产值在这片新的土地上。（2）、淡水资源水资源的重要性逐步被人们重视，这主要是人口的增加、城市化的普及，工业企业的发展，环境用水量日益剧增，但水质受到污染加剧了用水的困难，而钱塘江河口的水资

23、源时空分布不均匀更使干旱年分供需矛盾更为突出。加上钱塘江河口的咸水入侵，每到8-11月大潮期间，杭州的供水受到咸水入侵，常年都有3-12天受到停水的威协，特殊的年份可造成120天的停水或供咸水的实例（1978、1979、1993、1995、2003年均有实例）。钱塘江河口有360亿（闻家堰断面）淡水资源，但目前的利用水量仅18亿，占5%左右，似乎用量不大，但根据最近对河口生态需水量的研究，钱塘江河口为保持海域来沙的泥沙冲淤平衡、咸量平衡，达标排放污染物的水功能稀释、扩散要求及最小生态需水量等需要，要求的水量占多年平均径流的80%，因此可用水量应控制在多年平均径流的20%。由于年际、年内供需不平

24、衡，要保证生活、生产、环境的需水还需采取许多工程的、非工程（调度制度）措施才可得到保障，否则过多引水，会造成河床淤积、洪水位抬升、环境污染等一系列严重问题。因此合理地、有节制地、科学地利用钱塘江的水资源既是社会经济发展的需要，也是生态和环境保护的要求。（3）、航运资源钱塘江河口有乍浦港、北仑港、大小洋山港等万吨及廿万吨级的港口，也正欲开发绍兴、萧山、上虞等3000吨级的出海港口，因此在钱塘江河口的治理中，既要保护好已有的万吨级港口资源，又要为新的拟计划中的中小型港口创造更好的条件。除航运资源外，钱塘江河口两岸有300km的岸线，其中因涌潮、江道不稳定的不能利用外，也有近百公里的岸线可以作为航运

25、资源，应深水深用，浅水浅用外，还应考虑排污口、排涝闸、油管线路电缆及旅游的岸线，合理规划岸线的分类、分级使用也十分重要；（4）、旅游、古迹、文化资源钱塘江河口以其潮差大、潮流凶猛、涌潮壮观而闻名于世，世界有涌潮的Hoogly（孟加拉）、Amazon（巴西）、Seven（英国），但其潮头高均小于2m，而钱塘江河口潮头达3.5m，且有交叉潮、回头潮等景观，过去只着重防止涌潮对海塘的破坏力，现在工程技术可以修建坚固的海塘，那么保护好涌潮的自然景观就更为重要。在近期审批涉水建筑物时均十分重视对涌潮景观的影响。另外钱塘江的鱼鳞石塘也有二百年以上的历史，也是古代水利工程的伟大成就至今在发挥作用，应注意加以

26、保护。（5）、水环境资源钱塘江河口具有潮量大、流速大的特点，因此其对污染物具有较强的稀释能力，在全流域的点源和非点源污染负荷以及海域（东海）上溯的污染物进入钱塘江后，由于潮流的作用具有一定的环境容量，这可以缓和一定的环境压力，但这种能力是有限的，因为它的往复来回流动会有累积作用，应合理地利用这种自净能力，科学地、合理地利用是允许的。目前钱塘江河口T-P、T-N、NH3-N、油等类污染物已严重超标，CODcr（CODmn）还有一定的容量，因此当务之急是做好钱塘江河口（含杭州湾）的环境规划，论证排放口设置的布局，修复其超标部分的环境容量。此外钱塘江河口还有很丰富的潮汐能，可以开发500千瓦时200

27、0千瓦时的大型潮汐电站，但由于潮汐能带来的环境问题（建档潮闸上下游淤积和对海洋、河口的生物资源影响较大）而几起几落，目前还不是主要的开发对象。四、治理开发方案比选及关键技术围绕开发的目标，和减小山潮水比值稳定江道等目标，钱塘江河口的治理方案在60年代即提出过：河口建闸、全线缩窄、抛潜坝等三大类治理方案，而且对实施这些方案的顾虑和关键技术问题开展了大量的科学研究，在基本探明大的方向后，从60年代末开始组织实施，在边实践边修改的40年中累积了大量的经验，现简述如下：1、治理方案的比较（1）、建闸方案由于建闸后可以切断海域来沙的供给，在上游径流的作用下，沙坎的泥沙可以被洪水冲走带入下游，因此闸上河道

28、可以较大幅度的下切，从而可以加大水深，减少杭州等处的洪水位。上游成为无潮淡水水库可以极大限度地提高水资源利用百分数，上、下游可增加大量的土地，改善闸上的航运水深。因此这类方案曾在60年代提出的的七堡枢纽、70年代的黄湾方案以及近期的乍浦方案，长达半个世纪不断被提出。这类方案长期不能为人们认可的原因是闸下淤积和生态问题，建闸后闸下的潮量大幅度减少，相应河道断面必然大量减少，其行洪断面、航道水深、取排水口的水深、环境稀释能力等将大幅减少，从而对两岸已有的码头、取排水口、航道都构成极大的威胁。另外原来的生态平衡也会造成极大的变化，其影响程度目前尚难以准确预测，主要是这二方面的问题使得它不为人们认可和

29、接受。（2）、潜坝方案60年代未北科院泥沙所所长方宗岱提出在尖山附近抛潜坝，坝顶高程为半潮水位，从而可削减40-50%的潮量，山潮水比值可增大1倍左右，从而降低沙坎高程，改善上游通航条件和减少盐水入侵强度，对洪水位影响也不大。但该方案长期在潮流作用下，坝体经常处于滚水的堰流状态，一旦某处溃决，修复困难且全线溃决，其风险性太大而被否决。（3）、全线缩窄方案本方案既体现了减少潮量增大山潮水比值，有削减沙坎高程的作用，又可以发动两岸群众逐步围涂取得大量的土地资源，可以稳定江道，保持改善通航条件和码头、港口资源，也可以一定程度上开发水资源。最大的优势是可以逐步实施，逐步受益，其风险最小，而资源的各种开

30、发利用有把握实现，对生态环境的负作用最小。综合以上三个方案以全线缩窄方案最为稳定，因此从上世纪的六十年代未，开始实施这个方案。虽然它的实施有一些变动，但主体是按此方案实施的。经过近四十年的实践，其效益是明显的，70km的河段实施了缩窄，江道相对稳定，澉浦以上110万亩土地围垦了，其土地上的产值达150亿/年（1996年），经国家、当地人民总投入仅50亿元，今后的产值还会数倍地增加。钱塘江河口地区的台风、洪水、造成的险情得到有效的控制，抢险不再被动，杭州至仓前36km的航道得到改善，世界最为壮观的涌潮景观仍然保持，古海塘也得到保持，这些成就均得到省内、国内、国际专家的一致好评。2、全线缩窄方案中的技术争议在实施全线缩窄方案前，存在一些顾虑和争议的技术问题，现在已实施40年后，一些现象可以得到证实和理论上的解释。（1）、海塘塘脚是否因缩窄被冲深危及安全明清老海塘的修建受到当时技术条件的限制，木桩一般长4m，打桩设施也简陋，因此桩基高程在吴淞-4.0m左右，江道缩窄后，水流冲刷力是否加强而冲深，影响塘身安全，这是人们首先考虑到的一个问题。如图5所示 涨、落潮主槽与边滩水位与流量的补给关系涨潮时 落潮时 一般河口的河相关系是用落潮值同时反映了潮量及径流的共同作用，根据水深的河相关系为得到缩窄前、后（分别用脚标1