黄浦江河口建闸研究40年回顾与展望.pdf
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1、在简要阐述黄浦江历史演变、水文特性和历年风暴潮灾害的基础上,回顾了黄浦江河口建闸研究历程及相关成果,并提出了下一步主要研究方向。前期研究结果表明:黄浦江河口建闸是黄浦江防洪能力提升总体方案的重要组成部分,是解决上海永久防洪(潮)问题的必然选择;挡潮闸的基本功能是挡风暴潮、适应通航,合理调度挡潮闸对洪、潮共同作用引起的流域超标准高水位具有较大控制作用;挡潮闸设防标准建议为 100 年使用期末可防御千年一遇潮位,且闸孔单孔总净宽超过 300 m,对行洪、航运、河势影响较小且能控制闸室淤积。下一步研究重点为弯道建闸对河势、航运的影响,关闸时机和频次对挡潮效果、航运的影响,挡潮闸闸型对功能、关闸时长、
2、河道淤积的适应性以及突破跨度对受力的影响等。鉴于河口建闸并不能完全解决中上游堤防的防洪能力提标,建议同步实施中上游堤防加高加固,并在两项工作完成前做好防汛应急预案。关键词:挡潮闸;风暴潮;城市防洪;黄浦江河口;上海中图分类号:TV66;X43摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 文章编号:10067647(2023)05000109Review and prospect of research on sluice construction at Huangpu River Estuary in past 4 40 0 years/JI Yongxing1,2(1.Shanghai Water
3、Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200061,China;2.EngineeringResearch Center on Flood Control and Disaster Alleviation,Shanghai Water Authority,Shanghai 200061,China)Abstract:After briefly describing the historical evolution,hydrological characteristics and storm surge disas
4、ters of theHuangpu River,the history and results of the study on the tidal sluice at the Huangpu River Estuary were reviewed,and themain future research interests were proposed.The results of the preliminary study show that the tidal sluice at the HuangpuRiver Estuary is an important part of the flo
5、od control capacity improvement scheme of the Huangpu River,and is aninevitable choice to solve the permanent flood(storm surge)control problems in Shanghai.The basic function of the sluiceis to resist storm surge and adapt to navigation,and reasonable regulation of the sluice has a great effect on
6、the extraordinaryhigh level of the river basin caused by the combined action of flood and tide.The defense criterion of the designed tidallevel of the sluice is based on the 1000鄄year return period at the end of 100鄄year service.The total net width of the singlehole of the sluice is greater than 300
7、 m,which has little impact on flood discharge,navigation and river regime,and thesiltation of the barrier chamber can be controlled.Key points of future research should be focused on the impact of thesluice built at the bend on the river regime and navigation,the impact of the closing time and frequ
8、ency on the effect ofstorm surge control and navigation,the adaptability of the barrier type to the function,the closing time,the siltation of theriver channel,and the impact of the span on the stress.Finally,since the flood control capacity of the middle and upperreaches of the Huangpu River cannot
9、 be completely improved by the sluice construction at the estuary,heightening andreinforcing the embankment is suggested simultaneously,and flood control emergency plans must be prepared before the twoworks completed.Key words:tidal sluice;storm surge;urban flood control;Huangpu River Estuary;Shangh
10、ai摇 摇上海濒江临海,地势低平,地面高程一般为3.0 4.0 m(吴淞基面,下同),平均每年要遭遇6 级风力以上热带气旋影响 3.2 次,致使东海风暴潮倒流入长江口,逼近黄浦江,抬高黄浦江水位,威胁城市安全。来自上游太湖流域的洪水和本地区的涝水,会沿贯穿整个上海大陆,也是太湖流域最大的行洪排涝通道 黄浦江向东排泄。因此,遭遇洪水过境和风暴潮时,上海会发生严重的洪潮灾害。黄1水利水电科技进展,2023,43(5)摇 Tel:02583786335摇 E鄄mail:jz 摇 http:/浦江两岸原来无防汛墙,20 世纪 50 年代由于出现高潮位越岸,相关部门开始在两岸修建防汛墙,至1974 年市
11、中心防汛墙基本封闭。1974 年 8 月上海遭遇“7413冶号台风袭击,沿岸出现严重险情,黄浦江公园水文站出现 4.98 m 高潮位1,上海市防汛指挥部颁布新的黄浦江防汛墙设计标准(俗称“七四标准冶,即百年一遇标准),之后的黄浦江防汛墙按此标准修筑。1981 年 9 月上海遭遇“8114冶号台风袭击,黄浦江沿岸出现漫溢险情,打开浦东支流纳潮削峰,黄浦江公园水文站出现 5.22m 高潮位1。1982 年 8 月 2128 日,上海市政府、国家水利电力部、交通部在上海召开上海水利座谈会,上海市水利局规划设计室(上海市水利工程设计研究院有限公司前身,以下简称“上海市水利院冶)代表上海市水利局提出黄浦
12、江河口建设开敞式大闸方案的设想,以彻底解决上海防洪(潮)问题1。自黄浦江河口建闸提出至今已 40 年,黄浦江遭遇了“9711冶 号、“派比安冶“桑美冶“麦莎冶“海葵冶“菲特冶“烟花冶等多次台风袭击,黄浦江河口建闸研究也开展了规划、选址、设防标准和规模、土地预控等相关研究工作。2021 年 7 月上海遭遇“烟花冶台风袭击,出现台风、暴雨、洪水和天文大潮“四碰头冶情况,黄浦江中上游出现超历史高潮位水情2,黄浦江防洪(潮)能力提升方案又被社会各界提上议事日程。为更好地开展黄浦江河口建闸研究和尽快推进项目立项,有必要对前期研究成果进行总结,并提出下一步研究的重点,以供相关决策部门参考。1摇 黄浦江概况
13、1.1摇 流域水系黄浦江旧称“黄浦冶,为吴淞江(上海市区段称“苏州河冶)的一条支流。明朝隆庆三年(1569 年),巡抚海瑞疏凿吴淞江黄渡至宋家桥(今福建中路桥)段的河道,黄浦江与吴淞江才开始在外白渡桥位置汇流(史称“江浦合流冶)3。其后,由于吴淞江逐渐淤积萎缩,而黄浦江因洪水下泄、潮流上溯逐渐变宽,从而转变为太湖洪水下泄的主通道。目前,黄浦江已经发展成为上海城市的中心河流,成为上海的母亲河,具有防洪、供水、排水、航运、生态、景观、旅游等综合功能。黄浦江自淀山湖至吴淞口总长约113 km,流域面积约 2.4 万 km2,流经青浦、松江、奉贤、闵行、徐汇、黄浦、虹口、杨浦、宝山、浦东新区等区,至吴
14、淞口注入长江(图 1)。黄浦江干流河面宽一般为300 770 m,绝大部分河段面宽为 400 600m,河底高程为-15 -5m,槽蓄容量约为3.65 亿 m3。图 1摇 黄浦江水系示意图1.2摇 水文特性黄浦江为非正规半日潮感潮河流,每天两涨两落,平均涨潮历时为4h33min,平均落潮历时为7h52min,全潮历时为 12 h25 min。根据水文资料分析,吴淞站历史最高潮位为 5.99 m(1997 年 8 月19 日),历史最低潮位为 0.25 m,多年平均高潮位为3.24m;黄浦公园站历史最高潮位为 5.72 m(1997 年8 月19 日),历史最低潮位为0.24m,多年平均高潮位为
15、3.12m;米市渡站历史最高潮位为4.79m(2021 年7 月26 日),历史最低潮位为0.64m,多年平均高潮位为2.71m。由于全球气候变化、海平面上升、风暴潮加剧、地面沉降等自然环境因素以及人类社会活动影响等原因,黄浦江沿岸水位出现了趋势性抬高,导致水文频率分析结果不断变化(表1)。表 1摇 黄浦江高潮位历次分析结果频率/%吴淞站潮位/m黄浦公园站潮位/m米市渡站潮位/m1984 年2004 年2021 年1984 年2004 年2021 年1984 年2004 年2021 年0.016.767.127.156.296.806.754.264.805.480.16.276.606.58
16、5.866.266.244.104.585.130.26.116.446.415.726.096.094.044.515.020.55.906.226.175.545.885.883.974.414.8815.746.056.005.405.705.723.924.334.7625.595.885.825.265.535.563.854.254.651.3摇 洪潮灾害黄浦江是长江下游南岸唯一一条未设闸控制的最大支流,也是太湖流域重要的泄洪通道,易受下游高潮、上游洪水和区域暴雨的共同影响。19492022 年,共有 28 次较大的强风暴潮灾害影响上海,其中“4906冶“5612冶“6207冶“8
17、114冶“9711冶“0012冶2水利水电科技进展,2023,43(5)摇 Tel:02583786335摇 E鄄mail:jz 摇 http:/“0509冶“1323冶“2106冶“2212冶号台风引起的强风暴潮造成的灾害尤为严重。统计资料表明,吴淞站年最高水位都与风暴潮有关(表 1),1997 年 8 月“9711冶号台风期间,吴淞站达历史最高水位5.99 m。来自黄浦江上游的太湖流域性洪水多发生在 67 月的梅雨期,降雨历时长、总量大、范围广,易造成流域性洪涝;810 月为台风多发期,降雨集中、强度大,易造成区域性洪涝。由于河道水面比降小,平均坡降约十万分之一,流速缓慢,泄洪时常受高潮顶
18、托,洪水受阻在黄浦江上游地区,致使黄浦江上游水位抬高。新中国成立以来,流域性的大洪水有 5 次,分别 为 1954 年、1991 年、1999 年、2016 年 和2020 年,均造成黄浦江上游水位达到当年最高值。近年,受台风、暴雨、高潮、洪水多灾害叠加影响频次增多,2021 年 7 月“2106冶号台风期间,不仅吴淞口出现了 5.55 m 高潮位,黄浦江上游地区潮位亦突破历史极值,米市渡站最高潮位达4.79 m(表2),超过设防水位 4.10 m。表 2摇 典型台风期间黄浦江沿线 3 个水文站高潮位台风编号发生日期潮位/m吴淞站黄浦公园站米市渡站吴淞站与米市渡站差值81141981鄄09鄄0
19、15.745.223.702.0497111997鄄08鄄185.995.724.271.7200122000鄄08鄄315.875.704.151.7205092005鄄08鄄065.044.944.380.6613232013鄄10鄄085.155.174.610.5421062021鄄07鄄265.555.504.790.7622122022鄄09鄄155.535.444.630.901.4摇 防洪(潮)工程体系历史上的黄浦江两岸为自然岸坡,20 世纪 50年代出现高潮位漫溢后才开始修建防汛墙,以后逐年建设和加固,1974 年市区基本实现了封闭。在遭遇了多次台风袭击后,上海于 1974
20、年提出黄浦江防汛墙按百年一遇标准建设和加固。但是,1981 年9 月上海遭遇了“8114冶号台风风暴潮,黄浦江沿岸又出现漫溢。1984 年 9 月 17 日,国家水利电力部同意上海市区防洪墙的加高加固可按千年一遇标准(相应黄浦公园水位 5.86 m,吴淞口水位 6.27 m)进行。19882001 年上海完成了 208 km 的市区防汛墙加高加固工程,20022005 年完成了黄浦江干流徐浦大桥千步泾段的新增防洪工程,19942004年完成了黄浦江上游干流千步泾三角渡段的防洪工程。至此,黄浦江两岸(含支河两岸至第一座挡潮闸)已形成从吴淞口到江浙地界的封闭防线,其中市区段(吴淞口千步泾)可防御千
21、年一遇高潮位(1984 年水文分析成果),上游干流(千步泾三角渡)及其支流段(太浦河、拦路港、红旗塘、大泖港)为 50 年一遇防洪标准。2摇 前期研究回顾2.1摇 河口变迁及治理黄浦江河口在“江浦合流冶 以前为吴淞江河口4。不管吴淞江还是黄浦江都是湖源型河流,上游无沙或很少沙输出,所以河口变迁主要受随潮进入的长江泥沙和潮流影响,呈现冲淤交替和季节性变化。原河口有拦门浅滩(即吴淞外沙)将河口分为两支,在距河约 11 km 的高桥港处汇合。北支为轮船主航道(亦称“老航道冶),出口处亦有拦门浅滩(即吴淞内沙)(图 2)。鸦片战争后,为使吃水水深6.7 m 的大船能趁最低高潮进出,荷兰和德国等多位工程
22、师为如何治理黄浦江河口提出不同意见,最终时任黄浦河道局总工程师的荷兰人奈格的意见获得通过,主要是淤建设左凹岸导堤(1910 年 10 月完成)和右凸岸顺坝(1911 年 4 月完成),缩窄河口;于堵塞北支上口,开挖南支新航道。此后,1912 年新成立的黄浦江浚浦局总工程师瑞典人海德生和继任的英国人查得利基本沿用奈格的治理思路3。虽然奈格的增加进潮量减少黄浦江河口淤积的理论站不住脚,但河口还是被固定了下来。20 世纪 90年代末,上海市水利院对使用多年的吴淞左导堤开展修复设计,并在头部新建了导航灯塔。右岸由于为凸岸,泥沙淤涨,为维持一定的航道水深和宽度,航运管理部门经常性疏浚维护5。图 2摇 1
23、900 年初黄浦江河口示意图2.2摇 建闸研究过程上海市区最初集中在黄浦江西侧很小范围,其余均为农村,所以遭受风暴潮高潮位影响后主要防御思路是建设防汛墙。1981 年 9 月“8114冶号台风侵袭上海,黄浦公园站水位突破历史记录,外滩防汛墙出现漫溢,浦东支河打开纳潮,降低黄浦江潮位。1982 年,上海市水利院代表上海市水利局提出黄浦江河口建设开敞式大闸方案的设想。1996 年,上海3水利水电科技进展,2023,43(5)摇 Tel:02583786335摇 E鄄mail:jz 摇 http:/市水利局组织的海平面上升对上海影响及对策研究课题组建议把在黄浦江河口建闸作为上海市远景规划的防汛措施。
24、1997 年 8 月上海遭遇“9711冶号台风后,上海市科委于1998 年1 月正式立题“黄浦江河口建闸工程规划研究冶。2000 年 12 月,上海市水利局主持,22家高校、科研单位参与,对黄浦江防洪形势、河口建闸必要性、建闸条件、挡潮闸功能、闸址选择、工程布置、环境影响进行了初步研究。研究结果表明:上海市中心城区黄浦江防汛墙防洪能力已降为不足 200年一遇,为恢复和提高上海市区的防汛能力,在黄浦江河口建挡潮闸势在必行6。2002 年 4 月,在水利部支持下,上海市水务局组织编制黄浦江河口建闸预可行性研究暨项目建议书。上海市水利院联合多家单位开展了勘测调查、水文分析、建闸选址等工作。由于经费、
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