1. 引言
拦路港位于上海市青浦区和松江区，是太湖流域的重要组成部分，作为连接苏州和上海的关键水道，对区域经济发展具有举足轻重的作用。拦路港全长23.35 km，自淀山湖入口起，经东西泖河、泖河、斜塘至三角渡，最终汇入黄浦江。拦路港是太湖流域淀泖地区的重要泄洪通道，承泄太湖淀泖地区涝水及太浦河洪水，对该地区的生产、生活具有重要作用[1]，同时也是苏申外港线四级航道的一部分，承担着重要的航运功能。
拦路港所在的区域是典型的江南水网地区，河湖密布，水网纵横交错。太湖流域面积广阔，涵盖江苏、浙江和上海部分地区，其中上海的河网与太湖流域紧密相连，属于感潮河网地区，直接受到太湖洪水的威胁。由于区域腹地较小，遇到暴雨和天文大潮时，极易形成大面积的洪涝灾害。
多年来，通过一系列的整治工程，拦路港的堤防、护岸及其配套工程的防洪标准已基本达到50年一遇的目标，有效保障了区域内的防洪安全。从1994年开始的拦路港扩大工程，是第一次对全段河道进行大规模、系统性整治，疏拓河道、建设护岸，极大地改善了防洪排涝和航运条件。随后，苏申外港线(上海段)航道整治工程进一步提升了航道等级，改善了通航条件[2]。近年来，历年堤防专项维修和抢险应急工程在提升堤防稳定性和防洪能力方面发挥了重要作用。
然而，随着上游太湖流域城市化进程的加快，来水量逐年增加，加剧了河道的冲刷现象。特别是近年来，拦路港河道的水流变化导致深泓形成，深泓线向河岸发育，造成堤防和边滩的严重冲刷。这种冲刷现象不仅威胁到堤防的整体稳定性，还对沿线的防汛墙造成了不可逆的损坏，影响工程的安全运行。
在此背景下，拦路港的综合治理显得尤为重要。通过系统性梳理和前瞻性分析，进一步提升堤防维修改造工程的科学性和针对性，是确保拦路港安全运行的关键。本次研究2004年、2009年、2020年三年水下地形，根据实际情况分为：淀山湖–太阳岛段、太阳岛–小独圩段、小独圩–三角渡段，通过水下0 m、−5 m和−10 m等深线变化，分析2004年至2020年拦路港河势演变。
2. 河势演变分析
2.1. 等深线
2004年以来，拦路港主槽河床持续冲刷，0 m、−5 m河槽均下延，全线整体呈冲刷现象。上游淀峰段河底冲刷最严重，2004年至2009年河底刷深约3 m，2009年至2020年，河底刷深达5 m。太阳岛段右岸等深线变化不明显，局部淤积；小独圩段北岸总体呈稳定态势，局部存在深槽近岸扩展现象；太阳岛段左岸、小独圩段右岸冲刷较为剧烈，0 m、−5 m等深线均向岸扩展，其中小独圩段(桩号拦路港右岸13+000~17+000) −5 m等深线向岸扩展约20 m。小独圩~三角渡段0 m、−5 m等深线变化不大，冲刷主要发生在河槽。其中在2009年河底高程约−7.0 m，局部段出现−10 m深槽，2020年，全线出现−10 m深槽，深槽宽度约30 m。下游斜塘段冲刷程度居中，冲刷主要位于河道中间部分。
2.2. 深泓线
全段深泓线总体趋于稳定，大多数岸段深泓线多年摆动幅度均在5 m范围内。淀峰段深泓向右岸发育，偏移最大幅度可达20 m；太阳岛–小独圩段多年摆动幅度均在10 m范围内，太阳岛段深泓向右岸发育，深槽向岸扩展约15 m。小独圩–三角渡段右岸桩号2+000~5+000深泓向右岸拓展，但幅度较小，约为15~20 m。
2.3. 纵剖面
根据河床纵剖面变化，主槽整体呈现冲刷趋势，中游冲刷较小，上、下游冲刷较剧烈。淀峰段局部刷深可达8 m，下游冲刷深度3 m，中游冲刷不明显，局部段有淤积。太阳岛–小独圩段平均冲刷深度约2.5 m，冲刷主要发生在2004年至2009年。小独圩–三角渡段平均冲刷深度约1.5~3.0 m；2009年至2020年平均冲刷深度约为2.0 m，但受红旗塘洪水影响，冲刷深度急剧增加，河底高程由−7 m降低至−13 m。
2.4. 边滩
选取河段左岸桩号22+700、17+000、4+000三个代表性断面进行墙前泥面分析，发现河道全线河槽向岸滩发展，墙前平台宽度逐渐缩短，墙前泥面坡度逐渐变陡。桩号22+700墙前平台宽度30 m逐渐缩短至5 m，墙前泥面坡度由1:5逐渐变陡至1:2。桩号17+000墙前平台宽度30 m逐渐缩短至20 m，墙前泥面坡度由1:20逐步变陡至1:3。桩号4+000墙前平台宽度30 m逐渐缩短至10 m，墙前泥面坡度由1:20逐渐变陡至1:5。
2.5. 河槽容积
近期−5 m、0 m深槽呈总体冲刷容积增大的态势，其中2009年之后容积增大趋势更为明显，见表1。
Table 1. Channel volume
表1. 河槽容积
| 项量 |
2004年 |
2009年 |
2020年 |
| −5 m深槽容积/(万m3) |
78.33 |
295.34 |
663.3 |
| 0 m深槽容积/(万m3) |
1775.88 |
2131.49 |
2148.87 |
3. 河道水流流态计算分析
3.1. 水动力模型建立
采用Mike21二维水流数学模型模拟拦路港工程区域的水动力条件[3]。采用基于非结构化网格的二维水流数值模型构建工程区域的网格和地形，计算分析工程区域水流流向和流速分布；工程区域的边界条件采用水位站实测水位数据，设置为淀山湖的入流量和三角渡的出流量；利用有限体积法求解控制方程组的数值解。
模型范围上起河祝水位站，下至米市渡水位站；根据模型网格的布置与精度要求，二维模型采用的时间步长为0.01~30 s；横向涡粘系数取值为0.28 m2/s，水平涡粘系数则采用对数公式估算；河道糙率n取值在0.019~0.03之间；根据岩土勘察资料分析，近岸部5 m以上的河床部分都是粉质粘土层或淤泥质粉粘土，参照《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288-2018)，粉质粘土的允许不冲流速为0.75~1.0 m/s，取下限值为0.75 m/s。
3.2. 模型率定
1991年期间，太湖流域经历了显著的水文事件，包括大规模的降雨和洪水过程[4]。这些极端水文事件对河道的冲刷和堤防稳定性产生了显著影响，能够充分检验和验证水动力模型的准确性和可靠性。模型率定计算时间选取1991年6月11日~12日大潮的潮位过程。模型上、下游边界条件分别为河祝和米市渡的实测水位过程线，其余支河边界条件为相应闸外站点或水位站的实测过程线。率定站点选择位于工程附近的泖甸水位站。模型计算水位与实测值较为接近，见图1，最大误差不超过4 cm，模型的精度符合要求。
Figure 1. Measured and calculated water levels at Maodian water level station
图1. 泖甸水位站水位实测值与计算值
3.3. 典型工况选取
2009年以来，拦路港河道的水动力特性和深泓变化显著，对堤防和岸滩的冲刷作用较为突出，以拦路港2009年河道情况为研究对象，便于模型和实际河道冲刷情况的对比。分别选取丰水年大潮(1991年6月11日~1991年6月12日)、丰水年小潮(1991年6月18日~1991年6月19日)、平水年大潮(2017年2月10日~2017年2月11日)、平水年小潮(2017年2月3日~2017年2月4日) 4种工况进行模拟计算，从而论证出影响河势演变的主导工况。工程区域的网格概化和水下地形见图2和图3，针对工程区域的网格进行局部加密。
Figure 2. Lanlu port two-dimensional river network grid division map (2009)
图2. 拦路港二维河网网格划分图(2009年)
Figure 3. Lanlu port underwater topographic map (2009)
图3. 拦路港水下地形图(2009年)
丰水年大潮工况下，高潮期间下游斜塘段会产生冲刷，河祝至太阳岛段及太阳岛、小独圩段可能会产生淤积。低潮期间，上述岸段最高流速已达0.9 m/s以上，将发生较为严重的冲刷；丰水年小潮工况下，一个高低潮期间拦路港全段除太阳岛北支段、小独圩外，均发生较为严重的冲刷；平水年大潮工况下，一个高低潮期间只有下游斜塘段会发生一定程度的冲刷，其余岸段始终处于不冲流速以下，均不会发生冲刷；平水年小潮工况下，一个高低潮期间上游部分段、下游斜塘段将会发生一定程度的冲刷，且不会太过严重。
通过2009年与现状实测地形的分析可知，拦路港冲刷最为严重的岸段集中在下游斜塘段，上游河祝至太阳岛段也发生了一些较为轻微的冲刷。根据上述工况拟合结果对比可知，丰水年大潮工况为影响河势演变的主导工况。
3.4. 数值模拟计算分析
为了更好地预测拦路港未来河势变化情况，以现状拦路港规模为基础，模拟丰水年大潮工况下拦路港冲刷情况。工程区域的网格概化和水下地形见图4和图5。
为了更直观表现出不同潮位下的冲淤情况，本次也选取该工况下一个高低潮的时间段进行结果分析(潮型选择与前文一致)。结果见图6~8。
由流速分布图可以看出，丰水年大潮工况下，高潮期间，河祝至太阳岛段以及下游斜塘段最高流速已达0.9 m/s以上，冲刷较为严重，随着潮位降低，下游斜塘段流速先升后降，至低潮位时，流速仍在不冲流速0.75 m/s以上。河祝至太阳岛段流速则逐渐降低，至低潮位时，流速已在不冲流速0.75 m/s以下。
从上述分析可以得出：丰水年大潮工况下一个高低潮期间，拦路港现状冲刷最为严重的岸段为下游斜塘段，上游河祝至太阳岛段也会产生较为轻微的冲刷。应重点在上述区域，尤其是下游斜塘段做好防护措施，防止冲刷进一步加剧。
Figure 4. Lanlu port two-dimensional river network grid division map
图4. 拦路港二维河网网格划分图
Figure 5. Lanlu port underwater topographic map
图5. 拦路港水下地形图
Figure 6. Velocity distribution map at high tide under flood year and high tidal conditions
图6. 丰水年大潮工况下高潮时流速分布图
Figure 7. Velocity distribution map at mid-tide under flood year and high tidal conditions
图7. 丰水年大潮工况下高低潮中间时流速分布图
Figure 8. Velocity distribution map at low tide under flood year and high tidal conditions
图8. 丰水年大潮工况下低潮时流速分布图
4. 风险岸段识别与改造建议
4.1. 风险岸段识别
根据拦路港堤防风险识别的参照因素及对应阈值，当出现以下情况之一时为高风险段，需要进行安全鉴定并安排专项维修：墙前泥面平台小于10 m且河床岸坡坡比小于1:2；深泓摆动幅度在20 m以上；断面冲刷深度在5 m以上。当墙前泥面平台小于10 m或墙前泥面与原设计相比冲刷深度在20 cm以上时为中高风险段，需要进行安全鉴定并加强观测与巡视[5]。通过拦路港结构安全风险分析结论和河势演变预测性分析可知，拦路港左岸高风险段长6.686 km，右岸高风险岸段长9.232 km，风险岸段总长度约15.92 km，占拦路港总岸段长度(57.36 km)的27.75%，见图9。
Figure 9. Distribution of high-risk riverbank sections of Lanlu port
图9. 拦路港风险岸段分布
4.2. 推荐改造思路
未来拦路港的改造应以全面提升防洪排涝能力和航运功能为核心目标，采取综合治理的思路。结合往年地方专项经验及岸后土地利用规划，采用有针对性的河道断面对局部岸段进行拓宽，可在节省投资的同时，增大拦路港河道行洪能力，对缓解河道冲刷趋势有较好的效果。加大对河道两岸堤防的加固和提升，重点采用双排桩基悬臂式挡墙等高标准堤防结构，以应对日益加剧的河道冲刷和水流变化。通过进一步疏浚河道，优化水流路径，确保深泓线的稳定，减少对堤防和边滩的冲刷。在生态环境保护方面，采用生态护岸和自然修复技术，增强河道的自我调节能力，提升区域生态环境质量。管理单位应加强河道沿线的管理和监控，建立完善的河道安全管理体系，提高防汛抗洪的应急响应能力。此外，结合水动力模型，科学预测和分析河道演变趋势，提前制定应对措施，避免突发险情的发生。
5. 结论
通过对拦路港河道的综合研究，系统分析了拦路港河道的自然条件、历史沿革、河势演变和水流流态，研究表明2004年至2020年拦路港河势发生较明显的变化，河道全线河槽向岸滩发展，墙前平台宽度逐渐缩短，墙前泥面坡度逐渐变陡。河道全线整体主要呈冲刷趋势，近期−5 m、0 m深槽呈总体冲刷容积增大的趋势，其中2009年之后更为明显。根据水动力模型研究结果，拦路港河道在丰水年大潮工况下存在显著的冲刷风险，特别是在下游斜塘段和河祝至太阳岛段。本文针对高风险区域，提出了科学的防护和改造措施，使得拦路港堤防维修改造工程实施计划更为科学合理，建设方案更具有针对性，确保拦路港在防洪排涝、航运和生态环境保护等方面的综合效益[6]，保障区域经济社会的可持续发展。