王义刚,陈 橙,黄惠明

(河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室,江苏 南京 210098)

1 问题的提出

江苏省位于我国沿海中部,大陆标准岸线长954 km,是我国沿海滩涂资源最为丰富的省份之一。其北起苏鲁交界的绣针河口,南至长江北口,其中砂质海岸30 km,基岩海岸40 km,粉砂淤泥质海岸884 km。在淤泥质海岸中,666 km海岸均为淤涨型岸段,全省平均每年淤涨面积130 hm2以上,为江苏沿海滩涂围垦提供了重要的物质基础[1]。

近年来,随着城市化进程的加快和产业结构的调整,江苏省需占用耕地资源2万hm2/a(每年30万亩)左右。2003年《江苏省农村统计年鉴》 表明,自1996—2002年,江苏省耕地面积平均减少2.4万hm2/a(每年36万亩),人均耕地占有率仅0.066 hm2(0.99亩),土地资源紧缺空前严峻,寻求新的土地资源日益迫切。2009年6月,国务院批准了 《江苏沿海地区发展规划》,使之上升为国家规划,成为具有全局意义的国家战略,为江苏省储备土地资源、促进沿海地区高速发展提供了千载难逢的机遇。藉此良机,《江苏沿海滩涂围垦开发规划(2009—2020)》亦雄心勃勃地提出了江苏沿海规划滩涂匡围18万hm2(270万亩)的目标。为确保江苏沿海开发的顺利实施,将先期启动在辐射沙洲顶部的条子泥进行2.67万hm2(40万亩)的沙洲匡围工程。

此外,江苏沿海属粉砂淤泥质海岸,且具有独特的离岸辐射沙脊群地貌,大规模的沿海滩涂围垦开发和利用在国内外还没有可供借鉴的先例,亦无相关的标准可资利用。因此,现阶段重点以先期启动的条子泥匡围开发与利用为典型示范工程,探讨滩涂围垦与保护工程中可能面对的关键问题,充分发挥滩涂资源的潜在经济、社会效益,对于下一阶段江苏沿海大规模开发利用具有重要的科技支撑和示范效应。同时,以条子泥匡围工程的典型示范效应为契机,就江苏沿海滩涂围垦现状进行全面科学、理性的思考,在对江苏沿海滩涂围垦的潜力和发展趋势进行科学、客观预测的同时,亦为科学合理地规划、利用和管理海岸带资源提供指导,为江苏沿海经济的可持续发展提供科学的服务。

2 条子泥匡围工程概述

图1 辐射沙洲示意图

在如此复杂的水沙动力环境下,进行大规模的匡围,难度不言而喻,同时,匡围工程实施之后,匡围区域的科学、合理开发与保护涉及农业、工业等众多领域,面临的问题纷繁复杂。因此,条子泥匡围工程(见图2)一经提出便受到了极大的关注。条子泥框围工程位于东台市梁垛河闸至方塘河闸之间的贴岸地带,匡围外大堤44.33 km,促淤导堤12.73 km,建筑堤防131.05 km,新建水闸4座,初步设计按7个作业区进行匡围,面积达2.31万hm2(34.61万亩),工程总投资超过40亿元[5-7],是江苏海洋辐射沙洲综合开发试验工程,也是依据国家规划实施的百万亩滩涂围垦项目的一期工程。

图2 条子泥匡围工程示意图

3 滩涂围垦开发相关问题探讨

3.1 潮滩—沙洲系统稳定性

江苏沿海条子泥沙洲形成历史悠久,内缘区潮滩并陆时间较长,岸滩形成已有近100 a历史,条子泥及其潮沟系统也形成了近50 a,1988年4月9日的卫星图片表明,条子泥已取代东沙成为辐射沙洲的第一大洲。随着1958年沿海海堤和20世纪70年代渔舍垦区的建设,加速了条子泥沙洲内缘区的并陆过程,经过近40 a的淤涨,条子泥内缘区港湾中部的中心港潮盆也已淤高到大潮高潮位以上而成为陆地。而据江苏省“908”专项调查资料与1979年海图资料对比可知,2006年0 m线以上的沙洲面积约为528.82 km2,1979年0 m线以上的沙洲面积则为504.9 km2,条子泥面积呈增大趋势。事实上,随着条子泥近岸沙洲的淤涨,也加速了条子泥近岸潮滩匡围的进程,1977年以来条子泥内缘区岸段陆续进行了近1.79万hm2(26.9万亩)的匡围(见表1)。

表1 1977年以来条子泥岸段围垦概况表

另外,据20世纪70年代至2000年的遥感卫星图片资料分析,近年来随着条子泥内缘区沙洲的不断匡围,南北向潮波系统的汇流区范围大幅度减小,但梁垛河闸与方塘河闸之间的岸滩与沙洲结合部高程仍较高、滩脊稳定,高泥与条子泥沙洲横港东部沙洲滩脊亦逐年淤高且表现稳定。近年来,条子泥岸段仍然保持稳定的淤积趋势。依据滩涂剖面资料,各剖面上部潮沟的位置相对稳定;二分水水道逐渐淤平,滩面年变幅在20 cm上下;平均高潮位附近或向下,潮沟间滩面高程变化幅度增大,可达0.6 m以上。近10 a来,条子泥沙洲总的冲淤演变趋势为条子泥北部受冲刷后退、条子泥东部向海淤涨且与之相连的竹根沙根部在低潮位出露面积逐渐增大、条子泥南部条鱼港及其附近滩面较稳定、条子泥东南部高泥及其附近滩面向南扩张。正是由于条子泥整体呈现淤涨的趋势,为条子泥整体匡围创造了良好的外部条件。

3.2 合理设置匡围布局

条子泥沙洲面积受控于外缘潮汐水道的水动力强弱,其中位于条子泥沙洲北部的西洋水道起关键性作用。当西洋水动力较强时,洋底、东沙西部及条子泥北缘出现冲刷,导致条子泥北部地形演变剧烈,表现为北尖子的新生与消亡,西大港的分支与合并、束狭与拓宽等。

此外,随着海岸匡围的进行及高泥的逐年淤高扩大,岸滩与高泥之间的西大港及其分支潮沟体系表现活跃,新生、消亡、摆动频繁。同时,位于条子泥沙洲南部的条鱼港较为稳定,而条子泥东部的东大港近年来则有逐渐加宽、加大的趋势。事实上,通过对2001年和2002年条子泥的卫星遥感影像的比较可知(图3、4),在条子泥潮滩—沙洲系统总体稳定的基础上,实际呈现局部潮沟频繁摆动、滩面破碎散乱的动态演变特性。因此,潮滩—沙洲系统中潮沟的频繁摆动已成为沙洲冲淤演变的主要因素。

图3 2001年4月条子泥地形图

图4 2002年10月 9日条子泥地形图

历史表明,随着条子泥近岸内缘区人类活动的增强,潮沟摆动实际上已成为条子泥滩涂匡围的最大威胁。如1977年以来,条子泥岸段共匡围滩涂约1.8万hm2(27万亩),新建围堤约94 km,然而由于与堤线近平行分布的潮沟摆动,决堤事件也有发生,如1979年渔舍垦区破堤、1998年三仓片垦区东南角破堤以及2008年方塘河闸北侧小围区破堤。因此,堤线的布置很大程度上将决定潮沟活动对海堤的威胁程度,合理、顺应潮沟走势的堤线布置方案对于减少潮沟摆动对围堤安全的威胁至关重要。

为此,依据条子泥的动力地貌特性、滩面的冲淤变化特点、匡围工程与水利交通工程的关系以及工程实施的可行性,并结合沿海匡围历史经验,有针对性地设计了相应的条子泥匡围布局。一为基于以往匡围经验的 “以促淤导堤为中轴,拓展两翼,鱼鳞式推进”的布局方式,强调堤线走向与滩面等高线走向基本一致,保证匡围作业在近岸及高滩上进行,降低匡围工程的施工难度,同时,堤线的布设横切潮沟,有利于降低由于潮沟的横向摆动带来的溃堤风险 (见图5A);二为根据江苏省围垦规划,综合考虑河口治导线,优先开展大匡围内分割堤,并针对实际情况就匡围的布局适当进行弹性调整,以便于陆、海双向物流输送、施工,易于控制条子泥现状滩槽情势(见图5B);三为以促淤导堤为中轴,港边滩为基地,两翼匡围结合向海推进循序并进,并充分考虑东大港的东摆,综合入海河口治导线,切实保护河口地区的生态环境(见图5C)。

图5 条子泥匡围布局图

3.3 水资源综合利用

通常,根据围垦区内水资源用途的不同可将需水分为生活用水、工业用水、城镇公共用水、农业灌溉用水、水产养殖用水等。研究表明,条子泥垦区可利用的外来淡水资源主要为:①当地降雨。为增加对当地降雨的拦蓄,可采用台田技术,将地势低洼的部分开挖成鱼塘,或形成滩涂平原水库,并将开挖出的土方堆积在高处形成台田,使蓄水与造地相结合,提高滩涂垦区的蓄水能力,同时有利于土壤脱盐;②南水北调的长江水。切实依靠临海引水南干渠从长江调水或提水北送,充分利用干渠拦截干渠以西的地面径流,为工程区提供稳定可靠的水源。

在对淡水资源合理分化的基础上,考虑条子泥位于梁垛河的下游,距方塘河、梁垛河较近,由于梁垛河入海口位于条子泥北侧,若直接在入海口引水进入工程区,引水距离最短,工程量较小,因此,可考虑利用临近河道向条子泥垦区供水。但是,由于该处地势相对低洼,水位较低,河道开阔,控制工程和提水成本较高,且不利于条子泥西侧部分已围垦地区的供水,因此拟在梁垛河在向东北拐弯处修建引水闸,引水进入条子泥,并通过内部的灌排系统向区内供水,满足围垦初期的洗盐要求以及正常运行期间的灌溉和工业、生活用水。

此外,在确保合理开发和保护条子泥工程区淡水资源供应的同时,亦需重视水资源的合理调配和利用。现阶段,生活用水、城镇公共用水可按照生活、绿化等指标确定相应用水量,水厂采用为区内地面水作为水源;而工业用水则考虑各围垦区的工业用水特点及水源条件等情况,由公共自来水厂供给或围垦区河道取水为主;同时,土壤脱盐、淡水养殖以及后继的灌溉用水等农业用水则通过耕地面积、作物种类、养殖面积等加以确定;此外,生态耗水是本项目耗水的重要组成部分,主要用于生态维护,这需要根据污染物排放量、生态环境要求加以确定,而水产海水养殖用水则可考虑直接取用海水。

3.4 环境影响评估

条子泥的整体匡围面积巨大,且其南部有中国沿海中部唯一的30万吨级天然深水良港—洋口港,北部有江苏省唯一开放的国家一类水运口岸—大丰港,因此条子泥的匡围是否会对这2大港口产生不利影响是决定条子泥匡围科学建设实施的关键。此外,条子泥匡围实施之后,可能促进辐射沙脊群的进一步演变,固有大型潮滩—高沙和东沙能否保持固有的演化趋势,也是关系江苏沿海滩涂资源可持续开发利用的关键。

为此,综合江苏沿海黄海旋转潮波及东海前进潮波幅聚的特点和辐射沙脊群二分水南北两侧涨落潮存在明显差异的特征,表明辐射沙洲水域涨落潮由于受辐射沙脊群之间潮汐通道的限制,涨落潮以港为顶点,呈现较为明显的往复流型态,而辐射沙脊群外部水域的潮流场则呈现较为明显的旋转流形态。同时,随着条子泥的大面积匡围,工程区附近涨落潮流场不可避免地发生相应变化。由于受条子泥围堤的影响,涨潮流通过西洋、烂沙洋及苦水洋等潮汐通道进入条子泥潮滩—沙洲系统之后,主要沿围堤向东南和东北方向运动,南北两股涨潮流在条子泥围堤东侧附近水域汇合;而落潮时,由于围堤靠近辐射沙脊群的主要潮汐通道,随着水位的降低,潮汐通道的限制作用加强,落潮流主要由条子泥附近水域沿潮汐通道分别向偏南及偏北方向运动。同时,随着水动力场的变迁,条子泥周边海域泥沙场也不可避免地发生相应变化,但条子泥的匡围并未实质性的改变以港为中心的辐射沙脊群内缘近岸至离岸及由南至北水体含沙量逐渐降低的变化趋势。

此外,随着条子泥的匡围,周边水域出现明显淤积,最大回淤强度达0.7 m/a以上,仅部分区域出现不淤的情况,其中不淤较为明显的区域主要位于条子泥垦区围堤堤头的东北部附近水域,但随着海域水沙运动逐渐向新的平衡点发展,海域海床的年淤积强度呈现逐年降低的趋势,并随着时间的增长,海域海床将逐渐趋于新的冲淤平衡状态。根据现有的研究成果认为辐射沙脊群的辐射状潮流场从全新世最大海侵至今一直存在,比较稳定,并未因江苏海岸及长江河口湾的变迁而发生根本变化,也不受局部海底地形控制,与港湾的形态也无关[8-9]。

另外,由于条子泥匡围包括围堤、水闸、促淤坝、施工道路的建设及吹填等作业,施工亦可能对近岸海域的水环境、空气环境、声环境和生态环境产生影响。但这种影响会随着匡围工程的结束而自行消失,围垦将自然滩涂变成人工用地,会造成底栖生物的损失,影响鸟类和鱼类的活动,不过滩涂的不断淤涨会减轻这种影响。并且,通过采取针对性的管理措施,做好生态和环境补偿,加强环保部门的监管能力并充分调动群众参与环保的积极性,会使匡围工程实施产生的影响减小到最低程度。

3.5 社会效益评估

条子泥滩涂围垦不仅增加了江苏耕地面积,而且拓展了江苏经济发展的空间,在为沿海地区发展创造良好外部条件的同时,可有力地推动各地产业结构的调整,提升农业效益并发展区域经济,进而促进江苏省沿海西部及南部经济的均衡发展。

同时,江苏沿海地区主要的自然灾害是台风及风暴潮,直接关系到沿海人民生产、生活和安全。通过滩涂围垦,不仅新增养殖面积,而且在原有的海堤外面新筑了高标准海堤,又增加了一道安全屏障,提高了抵御台风、风暴潮等灾害的能力,可有效地保障沿海人民的生命财产安全。

规划区营运期主要用于海水、淡水无公害生态养殖,符合国家产业政策,有利于带动区域水产养殖的结构调整,推动产业升级。匡围区开发后不仅可实现渔业增效、渔民增收、地方政府财政收入的增加,还可以大力实施减船转产政策,调整优化海洋渔业结构,推进海水养殖工厂化、规模化、集约化、高效化,并以资源为载体,招商引资,增强区域经济活力。通常,滩涂围垦养殖区单位面积的产量和经济效益高于敞开型的自然海区。养殖区的产品不仅可满足区域内大部分水产品的需求,而且还可以外销到其它县市,对提高居民生活水平和东台市经济收入都具有良好的作用。

此外,在垦区积极推进农业产业化经营,采取 “公司+基地+农户”产供销一条龙的经营模式,致力于进一步优化产业结构,开发水产品深加工出口项目,并且垦区还可按照建设现代化农业的要求,坚持以市场为导向,以科技为支撑,以产业化为依托,向水产养殖、水产品深加工、进出口一体化的现代农业产业化基地转型。

然而,条子泥匡围占用了海域及周边海域的大量滩涂养殖活动区,固有海域滩涂养殖将无法继续进行,并且,施工亦可能对工程附近的滩涂养殖区产生局部的、临时性的不利影响。如施工期间入海泥沙均会增加海水中泥沙含量,对养殖区的紫菜、贝类等将会产生一定的影响,但研究表明,由于海域水动力强,入海泥沙扩散迁移快,因此影响相当有限,且具有临时性。同时,施工期间由于修建海堤作业,海堤周围的部分贝类等底栖生物将被破坏;但是这种损害属于一次性的短期行为,当施工作业结束后,底栖生物将逐渐得到恢复。

滩涂围垦区蓄水养殖,围垦养殖区形成一个封闭性水域,使物质扩散和能量交换能力受到阻碍。随着围垦养殖区放养年限的增加,营养盐容易累积,导致围垦养殖区水体富营养化,水环境质量下降。此外,这些积累的营养盐通过养殖池的换水排入海中,使一些有害藻类大量繁殖,水质变坏,危害潮滩动物,有时还可能形成赤潮,造成更大的危害。

另外,目前滩涂围垦主要实行集约化养殖,随着时间的积累,众多肥料、残饵、排泄物和一些动植物死体等将沉淀在养殖池池底,导致池底有机物含量远远高于水中溶解的有机物,进而对底质产生严重污染。而且,由于东台市不少滩涂属于重要经济鱼类的产卵场、索饵场,条子泥匡围后,底栖生物的生存环境遭到迫害,底栖生物种类不可避免地将有所减少。

4 结 语

江苏沿海历史上大多数的匡围主要属于边滩小规模匡围,施工难度相对较小,而远期规划的沿海各市共18万hm2(270万亩)的围垦范围巨大,且垦区涉及辐射沙洲区域内众多离岸大型沙脊群,周边水下地形复杂多变,潮汐、波浪等水动力条件比条子泥附近海域更加恶劣。因此,现阶段,以条子泥滩涂匡围工程作为典型示范工程,深入开展围垦工程对沙洲稳定性、匡围布局、水资源综合利用、环境影响评估等的影响研究,不仅可为江苏更大规模的沿海滩涂匡围和利用提供前瞻性研究的实体,同时,也可为探索江苏沿海滩涂资源可持续开发利用的研究拓展相应的思路。此外,多年来江苏沿海地区大范围的科学研究与调查活动相对较少,自20世纪80年代初在江苏沿海地区开展大规模海岸带与海涂资源的调查后,由于江苏沿海海洋环境条件特殊,地质地貌复杂多变,调查难度和获得实时有效资料的难度较大,基本再无系统的科研与调查。直至2006年江苏省“908”专项进行了新一轮的江苏近海海岸综合调查和评价,才获得了新的历史时期沿海基础资料,然而依然无法弥补近30 a江苏海岸带调查的断层。因此,通过开展条子泥匡围工程相关关键技术的研究,不断积累区域基础资料,并围绕江苏海岸动力特征及沿海围垦布局等关键技术问题展开深入研究,对于未来江苏沿海的全面、合理、科学地围垦开发具有极大的促进意义和示范作用。

[1]沈永明,冯年华,周勤,等.江苏沿海滩涂围垦现状及其对环境的影响 [J].海洋工程,2006,30(10):39-43.

[2]诸裕良,严以新,薛鸿超.南黄海辐射沙洲形成发育水动力机制研究—I.潮流运动平面特征 [J].中国科学(D辑),1998,28(5):403-410.

[3]宋志尧,严以新,薛鸿超,等.南黄海辐射沙洲形成发育水动力机制研究—Ⅱ.潮流运动立面特征 [J].中国科学 (D辑),1998,28(5):411-417.

[4]薛鸿超.论南黄海辐射沙洲潮汐通道建港 [C]//薛鸿超.海岸工程及水运经济:薛鸿超教授文集.北京:海洋出版社,2008:534-541.

[5]任美锷,许廷官,朱季文.江苏省海岸带和海涂资源综合调查[M].北京:海洋出版社,1985:1-134,339-488.

[6]河海大学.条子泥匡围工程可行性研究报告 [R].南京:河海大学,2009.

[7]河海大学.江苏沿海滩涂围垦开发规划 (2009—2020)[R].南京:河海大学,2009.

[8]朱玉荣,常瑞芳.南黄海辐射沙洲成因的潮流数值模拟解释[J].青岛海洋大学学报,1997,27(2):218-224.

[9]朱玉荣,常瑞芳.南黄海辐射沙脊成因的沉积动力学研究[J].海洋科学集刊,2001(43):38-50.