2017 
作为我国重要的战略运输通道和区域综合交通运输体系的重要组成部分，长江口航道是长江黄金水道中通航条件最好、货流密度最大的区段，也是上海国际航运中心建设和长江黄金水道开发的重要基础设施[1]。2011年5月长江口深水航道治理三期工程竣工验收后，长江口12.5 m(12.5 m为理论基面以下深度值)深水航道正式进入运行维护阶段。至此，如何以经济合理的维护疏浚量确保航道的安全畅通和稳定，已成为长江口航道管理与养护工作的核心任务和目标，也是大型潮汐河口航道治理中的重要科学问题。为保障12.5 m深水航道常年稳定运行，2012年开展了长江口12.5 m深水航道维护期回淤原因及减淤措施研究，并制定了工作总体计划(2013－2017年)，取得了一定的成果和研究认识[2-5]，从而推进了长江口12.5 m深水航道减淤工程南坝田挡沙堤加高工程的实施。
2015年是长江口深水航道进入运行维护期的第5个年头，航道维护发生了一些新变化，或对后续航道养护管理、开发治理等产生一定影响。本文以大量工程现场资料为基础，初步分析2015年长江口航道运行维护状况及特征，探讨2015年长江口深水航道维护变化原因，并结合新的外部环境条件研判未来一段时期长江口航道维护形势。研究结果有望进一步深化长江口航道治理工程实践的认识，或可直接为长江口航道维护的科学化管理提供有益指导，也可为我国沿海航道管理与养护能力提升提供一定的参考和借鉴。需要说明的是，本文分析对象主要指航道维护疏浚，不包含航道整治建筑物和航道生产基地等其他养护内容。
1 研究区概况徐六泾以下的长江河口平面呈“三级分汊、四口入海”河势格局。长江口区域水道众多，航道资源丰富。长江口航道主要包括“一主两辅一支”航道(“一主”为12.5 m深水航道，“两辅”为南槽和北港航道，“一支”为北支航道)，以及外高桥沿岸航道、宝山南航道、长兴水道、新桥水道和横沙通道等其他航道[1]。除12.5 m主航道和南槽5.5 m航道为人工维护航道(有确定的航道维护标准，见表 1)外，其余各航道基本为自然水深航道或由企业维护的进出港航道。“十二五”期间，随着长江口深水航道治理三期工程(2006－2011年)、12.5 m深水航道向上延伸工程(三期航道治理工程上延至浏河口，2010－2011年)及长江口南槽航道疏浚工程(2013－2014年)的相继竣工验收，长江口航道条件得到了显著改善。本文研究范围主要指浏河口以下的长江口12.5 m深水航道(长125.2 km，其中南港北槽段航道疏浚单元划分情况见表 2)和南槽5.5 m航道(长86 km)，如图 1所示。
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表 1 2015年长江口航道维护标准 Table 1 Maintenance criterion for Yangtze estuary waterway in 2015 |
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表 2 长江口12.5 m深水航道(南港北槽段)疏浚单元 Table 2 Dredging units in Yangtze estuary 12.5 m-deep navigation channel (north passage of south channel) |
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图 1 长江口航道地理位置(浏河口以下) Figure 1 Location of Yangtze estuary waterway (below Liuhe River mouth) |
2015年长江口航道运行维护期间，长江流域来水来沙量与2014年基本相当，据长江水文网数据统计，大通站年径流量约9 139亿m3，接近多年平均年径流量(即中水年)；年输沙量为1.16亿t，总体仍维持2010年12.5 m航道开通以来不足2.0亿t的较低水平。2015年河口水文泥沙环境及整体河势稳定格局未发生根本改变，但近期区域内人类活动依然频繁，已经或正在实施长江南京以下12.5 m深水航道一期工程、横沙东滩促淤圈围六期工程、南汇东滩促淤一期工程、长兴潜堤后方滩涂圈围等诸多涉水工程，以及部分水域码头前沿疏浚等。此外，2015年长江口区受台风或寒潮等异常天气过程的影响次数较常年偏少，仅7月份遭遇了一次“灿鸿”台风，期间北槽牛皮礁站测得的最大有效波高达3.5 m，对深水航道维护产生了一定影响。
2 长江口航道维护特征分析 2.1 长江口12.5 m深水航道 2.1.1 南港北槽段长江口12.5 m深水航道南港北槽段上起三期航道治理工程上口(W0)，下讫北槽口外(W5)，航道里程长92.2 km(图 1和表 2)。通过维护性疏浚，2015年全槽航道平均水深基本稳定在13.0 m以上，低回淤时段(1－5月)的水深条件总体好于高回淤时段(6－11月)。其中，7月份因遭遇“灿鸿”台风过程影响，航槽内浮泥发育明显[6]，对此及时采取了疏浚扰动驱赶的施工方式，促使浮泥在较短时间内得以消散。总体上，2015年深水航道整体维护情况良好，经受住了“灿鸿”台风的考验，通航水深年保证率达95%以上，满足养护技术标准的要求，确保了航道安全畅通。
从航道回淤量的统计看(表 3)，2015年12.5 m航道全槽回淤总量为6 940万m3，比2011－2014年减少1 649万m3。其中，南港及圆圆沙段(W0~W2) 减少1 166万m3，减幅最为明显；北槽段(W2~W4) 回淤量虽有所减少，但基本仍维持在6 000万m3左右。总体来看，2015年12.5 m航道回淤量为近5年来最少的一年，回淤减少的区段主要为南港及圆圆沙段。
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表 3 2015年南港北槽12.5 m航道回淤量统计 Table 3 Siltation amount of south channel's north passage 12.5 m-deep waterway in 2015 |
从维护疏浚强度的时空分布看(图 2)，2011－2014年期间12.5 m航道维护特征主要表现为维护时段高度集中在6－11月，维护区段主要分布在“两高”区域(北槽中下段、南港及圆圆沙段)。与2011－2014年平均相比，2015年12.5 m航道南港北槽段维护疏浚强度时间集中(夏秋季6－11月)、空间集中(北槽中段)的分布特征虽未发生根本改变，但其维护疏浚强度整体有所降低，平均降幅普遍在0.5 m/a左右。
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图 2 2015年南港北槽12.5 m航道维护疏浚强度时空分布 Figure 2 Space-time distribution of dredging intensity of south channel's north passage 12.5 m-deep waterway in 2015 |
时间上，2015年1－12月12.5 m航道疏浚强度普遍有所降低，其中在低回淤时段的2－5月和高回淤时段的8－10月降幅较为明显，分别比2011－2014年减小约0.6 m/a和0.7 m/a。空间上，2015年12.5 m航道疏浚强度主要降幅区段集中在南港及圆圆沙段，较2011－2014年减小约1.2 m/a，平均降幅近15%；北槽中上段(B~M单元)维护疏浚强度也有近0.7 m/a的降幅；但北槽M单元以下至口外段则略有增加，较2011－2014年增加约0.3 m/a。
综上所述，2015年南港北槽段12.5 m航道维护疏浚强度总体仍保持时间集中于夏秋季(6－11月)、空间集中于北槽中段的时空分布特征。与2011－2014年平均相比，空间上2015年南港及圆圆沙段疏浚强度明显下降，时间上2015年全年1－12月疏浚强度普遍有所降低。
2.1.2 向上延伸段(至浏河口)长江口12.5 m深水航道向上延伸段长约33 km，自三期航道上口(W0) 起向上延伸至浏河口，处于南北港分汊口河段。该航段为长江口历史上河势稳定性较差的区段，2005－2006年长江口10.5 m深水航道(宝山北航段)因局部河势变动，其通航条件持续恶化，局部疏浚和浮标调整等应急措施收效有限。为此，2007年起结合青草沙水源地工程建设同步实施了新浏河沙护滩及南沙头通道限流潜堤工程。2009年工程实施后，护滩堤和限流潜堤等新建整治建筑物发挥了预期功能，新浏河沙得到有效守护，沙头不再大幅冲刷后退，南沙头通道已由工程前的冲刷转为淤积，基本遏制了长江口深水航道南北港分汊口河段局部河势及通航环境向不利方向演变，保障了10.5 m水深航道稳定、安全和畅通，并为12.5 m深水航道向上延伸和长江口今后的综合整治创造了条件[7-8]。
在此基础上，为充分发挥长江黄金水道优势和长江口12.5 m深水航道整体效益，2010－2011年实施了长江口12.5 m深水航道向上延伸(三期航道上口至浏河口段)建设工程，其主要内容包括新建2.7 km新浏河沙护滩南堤延伸堤和疏浚宝山北水道局部浅区等。该工程实施后，新浏河沙沙体南沿得到更大范围的守护，宝山北水道水流动力条件和航道水深条件进一步改善，延伸段12.5 m航道已于2011年1月正式贯通。
从航道实际养护来看，通航以来该航段自然水深良好，12.5 m航道基本无需疏浚维护。由图 3可知，2015年浏河口至南北槽分汊口区段自然水深条件优良，12.5 m深槽已足以覆盖航道水域，2015年长江口12.5 m深水航道向上延伸段继续保持无需人工疏浚维护的良好局面。
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图 3 2015年长江口深水航道(浏河口至南北槽分汊口)水下地形 Figure 3 Underwater topography of Yangtze estuary deepwater navigation channel (from Liuhe River mouth to south and north passage's bifurcation) in 2015 |
在长江口航道体系中，南槽航道为辅助航道，是南方沿海较小船舶和吃水较浅的空载大型船舶进出长江口的主要航道，目前主要通航实际吃水7.0 m及以下船舶。为满足长江口船舶的通航需求，2013年实施了长江口南槽航道疏浚工程(2014年8月通过竣工验收)，有效改善了南槽局部浅段(九段灯船附近)航道条件，船舶搁浅事故和险情明显减少，船舶通航效率大为提高，目前人工维护5.5 m水深。为保障南槽航道疏浚工程切实发挥作用，确保南槽5.5 m水深航道安全畅通，2015年起南槽全长86 km航道被整体纳入养护范围。根据航道沿程实际水深，2015年南槽航道主要维护区段为九段灯船分别向上、下游延伸7和19 km，共计总长约26 km(图 4，由下游往上游分别编号NC1~NC26，每个疏浚单元长约1 km)。
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图 4 南槽5.5 m航道疏浚单元 Figure 4 Dredging units of 5.5 m-deep navigation channel of south passage |
据统计(图 5)，2015年南槽5.5 m航道累计完成维护疏浚量仅约200万m3，维护疏浚量主要分布在九段灯船附近的NC15~NC24疏浚单元(约10 km)，其疏浚量约占全槽年疏浚量的90%；NC14疏浚单元以下至南槽口外段自然水深条件较好(大多在6.0 m以上)，基本无需人工维护。总的来看，2015年南槽5.5 m航道维护疏浚量较少，期间航道通航水深年保证率达100%，满足养护技术标准的要求，继续保持整体易于维护的良好局面。
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图 5 2015年南槽航道疏浚量和维护水深沿程分布 Figure 5 Longitudinal distribution of dredging volume and water depth in navigation channel of south passage in 2015 |
2015年长江口12.5 m深水航道向上延伸段(33 km)和南槽5.5 m航道(86 km)总体继续保持无需人工疏浚或少量疏浚维护的良好局面；而南港北槽段12.5 m航道(92.2 km)维护则呈现一些新变化，主要表现为空间上2015年南港及圆圆沙段疏浚强度比2011－2014年明显下降，时间上全年1－12月疏浚强度亦普遍有所降低。
在长江河口地区，深水航道回淤问题较为复杂，涉及水文泥沙条件(径流、潮汐、波浪、含沙量、盐水楔等)、河床地形(滩槽高差、宽深比和平面形态等)和人类活动(疏浚、吹填等)等多种影响因素。结合上述影响航道维护的边界条件看，2015年流域来水来沙条件中等，口外风浪影响次数比常年偏少，南港北槽河段水文泥沙环境基本保持稳定，这些水文气象边界条件应不是2015年南港北槽12.5 m航道维护量减小的直接原因。2015年南港北槽12.5 m航道维护疏浚强度降低的可能原因如下。
(1) 空间上与南港河床地形条件和周边河势改善有关。长期跟踪监测表明[9]，2008年以后，南港河槽容积变化总体呈缓慢增大态势。2010年12.5 m深水航道开通以后，南港主槽整体继续呈冲刷扩大态势。目前南港12.5 m主槽已基本覆盖航道水域(图 3)，航道的滩槽高差明显缩小(图 6，A8和B12断面位置详见图 3)，航道维护条件得到改善，使得2015年南港及圆圆沙段的航道维护疏浚强度较前几年明显降低。
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图 6 2011－2015年典型断面形态变化 Figure 6 Morphological changes of typical cross sections in 2011－2015 |
此外，据地形资料统计，2010年12.5 m航道开通以后，上游南支河段河槽容积明显扩大、下泄泥沙量增大，曾一度增加了深水航道南港及圆圆沙段回淤的泥沙补给；但2013－2015年期间南支河槽容积冲刷态势趋缓，上游底沙来沙量减小，因此上游底沙输移对南港圆圆沙段航道淤积的影响也相应有所减弱。可见，2015年南港及圆圆沙段维护量减少在一定程度上亦与周边河床冲淤同期基本平衡、上游底沙下泄量减小有关。
(2) 时间上与疏浚工艺及管理优化有关。据2015年度长江口航道养护计划，南港北槽12.5 m深水航道考核测量频次在1－5月和6－12月维护时段分别有所调减(表 4)，延长了考核测图时间间隔，并相应优化了有关疏浚维护工艺及管理措施。比如，在1－5月时段，对航道内个别浅点及小片浅区暂不疏浚，以降低疏浚活动对航槽的扰动，有利于充分利用该时段航道呈冲刷环境的特性，从而有利于减小航道回淤。在6－12月时段，根据航槽水深和回淤变化情况，科学调度和合理安排耙吸船施工；同时要求施工船舶适当增加疏浚溢流时间，增大装舱浓度等。总的来看，不同维护时段疏浚工艺及管理的优化，在一定程度上降低了航道维护疏浚强度。需要说明的是，由于上述维护施工管理措施实施时间不长，其实际效果还有待进一步的实践检验和论证。
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表 4 2015年南港北槽12.5 m航道考核测量频次 Table 4 Assessment of measuring frequencies of south channel's north passage 12.5 m-deep waterway in 2015 |
(3) 时间上还与影响长江口风浪次数较少有关。已有研究表明，长江口航道骤淤程度会随航道维护水深的增加而有所增强[10]，维护实际亦证实12.5 m航道大风骤淤比一期8.5 m航道、二期10 m航道更加明显。据初步统计[3]，2010－2014年期间，影响长江口的非常态天气过程(台风或寒潮)平均每年2~3次，由此产生的12.5 m航道骤淤量高达900万~1 400万m3。而2015年长江口主要受“灿鸿”台风1次大风过程影响，产生的骤淤量约800万m3。与2010－2014年相比，2015年长江口深水航道受非常态天气过程的影响程度较小，大风骤淤量偏少100万~600万m3。从时间上看，由于影响长江口深水航道的台风主要集中在7－10月，2015年台风诱发的航道骤淤量较小，也在一定程度上降低了高回淤时段(6－11月)的航道维护疏浚强度。
综上所述，2015年南港北槽12.5 m航道维护疏浚强度降低主要与南港河床地形条件和周边河势的改善，以及疏浚工艺与管理的优化有关。2015年影响长江口风浪次数较少，航道骤淤量较小，也在一定程度上降低了航道维护疏浚强度。
3.2 长江口深水航道维护的可能形势(1) 长江口河势稳定性趋于增强。稳定的河势是深水航道维护稳定及通航安全的重要基础和前提。从长江口整体河势格局看[12-12]，1998年以来，河口受人工控制力度明显加强，区域内实施了航道港口、滩涂围垦等涉水工程，尤其在南北槽分汊口(第三级分汊)、南北港分汊口(第二级分汊)、南北支分汊口(第一级分汊)等关键部位分别实施深水航道治理工程(分流鱼嘴工程)、新浏河沙护滩及南沙头通道限流潜堤工程(含中央沙圈围及青草沙水库)和长江南京以下12.5 m深水航道治理一期工程(白茆沙整治工程)，长江口主汊道发生大幅度摆动的可能性已明显降低，河床冲淤变化主要限制在两侧固定岸线范围内，徐六泾以下长江口“三级分汊、四口入海”总体河势格局的稳定性显著增强。根据有关规划，未来长江口水域还要实施河势控制、航道整治和滩涂圈围等涉水工程。这些工程的实施，将加速长江口的缩窄，进一步增强长江口总体河势和局部滩槽格局的稳定性。这为长江口深水航道的稳定运行和后续航道体系的开发建设奠定了基础。
(2) 流域来水来沙条件和河口区水沙环境趋于改善。随着长江流域闸坝工程的建设，尤其是三峡工程的蓄水运行，未来长江出现特大洪水的可能性不大，洪峰流量过程因调水也会有所降低，洪水对长江口河床及深水航道稳定的影响将趋于减弱。在流域来沙量持续减少的背景下，河口滩涂围垦和湿地生态促淤等工程(如横沙东滩圈围、南汇东滩促淤，包括疏浚土吹填上滩)可固定部分岸滩泥沙，在一定程度约束泥沙活动性，改善河道水沙动力环境。
(3) 深水航道减淤措施和维护疏浚精细化管理有望进一步推进。长江口12.5 m深水航道减淤工程南坝田挡沙堤加高工程已于2015年11月开工建设，工程实施后，可有效拦截北槽南导堤越堤水沙，进一步降低北槽背景含沙量水平，以减少北槽航道回淤部分泥沙来源。同时在维护疏浚工艺及管理方面，目前仅仅是初步探索，尚有进一步优化的空间。
当前长江口12.5 m深水航道已进入全面发挥效益的稳定运行阶段。基于上述可能影响因素变化的预判，今后一段时期，在长江口河势格局及水沙动力环境整体稳定的前提下，随着维护疏浚精细化管理的不断深入和深水航道减淤工程措施的逐步实施，长江口12.5 m深水航道维护态势总体可控，且趋于向好。
根据近年来维护疏浚工程实践经验[13]，长江口12.5 m深水航道回淤呈时间集中于夏秋季(6－11月)、空间集中于北槽中段的分布趋势不会发生根本性改变。因此，后续长江口深水航道的重点维护时段和区段依然是夏秋季(6－11月)和北槽中段。此外，由于台风、寒潮大风等恶劣气象条件会导致航道短期内回淤量剧增，已成为影响航道正常维护和稳定畅通的重要因素，在航道养护过程中也应加强关注台风和寒潮等非常态天气过程的不利影响。
4 结语(1) 通过维护性疏浚，2015年长江口航道运行状况良好。其中，长江口12.5 m深水航道(浏河口以下)经受住了“灿鸿”台风的考验，通航水深年保证率达95%以上，确保了航道的安全畅通和稳定；南槽5.5 m航道通航水深年保证率达100%，满足通航要求。
(2) 2015年长江口航道维护特征主要表现为：① 12.5 m深水航道向上延伸段自然水深条件优良，继续保持无需人工疏浚维护的良好局面；② 南港北槽12.5 m航道维护疏浚强度总体仍保持时间集中于夏秋季(6－11月)、空间集中于北槽中段的时空分布特征，2015年南港及圆圆沙段疏浚强度比2011－2014年下降近15%，全年1－12月疏浚强度也普遍有所降低；③ 2015年南槽5.5 m航道维护疏浚量较少，主要分布在九段灯船附近的10 km范围水域，整体易于维护。
(3) 经初步分析，2015年南港北槽12.5 m航道维护疏浚强度比2011－2014年降低主要与南港河床地形条件和周边河势的改善、疏浚工艺及管理的优化有关。2015年影响长江口风浪次数较少，航道骤淤量较小，也在一定程度上降低了航道维护疏浚强度。
(4) 当前长江口12.5 m深水航道已进入全面发挥效益的稳定运行阶段。今后一段时期，在长江口河势格局及水沙动力环境整体稳定的前提下，随着维护疏浚精细化管理的不断深入和深水航道减淤工程措施的逐步推进，12.5 m深水航道维护态势总体可控，且趋于向好。由于12.5 m航道回淤时空分布特征未发生根本改变，因此后续长江口深水航道的重点维护时段和区段依然是夏秋季(6－11月)和北槽中段。
2011年正式通航以来，长江口12.5 m深水航道仅有5年维护经验，其航道维护特征及初步认识尚待更长时间的检验和评估。国内外相关工程实践[13]表明，拦门沙航道通常是潮汐河口航道治理中最为困难的部分。对于长江口深水航道而言，北槽中段长期处于河口最大浑浊带核心位置和细颗粒泥沙最佳絮凝区[14]，年内夏秋季(6－11月)径流大、潮流强、潮位高、水温高和含沙量高，在如此特殊的时段和区段内，河口黏性细颗粒泥沙的输移沉积过程与深水航道回淤密切相关。积极探索航道泥沙运动规律、有针对性地研究减淤工程措施和加快改进维护疏浚工艺及管理方式是今后长江口航道养护管理的努力方向。
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