1.2.2 新水沙条件下，成陆和建港对长江口河势、深水航道、生态环境和水源地的影响
1.2.2.1 长江口新水沙环境及河势
1）长江口新水沙环境的形成
长江口地域广大，江面宽阔，径流和潮流的动力作用强，河道内洲滩众多，汊道交织，水沙环境及河势条件十分复杂。近年来，由于长江沿线大型涉水工程的不断新建，特别是以三峡水库为核心的水库群的建设，受其影响长江口的水沙环境及河势均已有所变化，形成了新的水沙和河势环境。
图2 长江口河势控制工程规划示意图
图3 长江口航道规划示意图
图4 长江口滩涂资源规划示意图
（1）长江下泄水量：年际间长江下泄水量波动较大，但无减小的趋势性变化。据统计，2003—2014年间宜昌水文站和大通水文站下泄水量年均仅分别减少8%和7%（图5）；年度内长江下泄水量在洪枯季的分配差异较大，三峡水库调洪后，洪枯季的差异有所减小。
图5 大通水文站年径流量变化过程（1950—2015年）
（2）长江下泄沙量：年际间长江下泄沙量呈明显减少趋势。据统计，2003—2014年间宜昌水文站和大通水文站下泄沙量年均分别减少91%和67%（图6）；年度内变化，洪枯季节间的输沙分配差异减小。
（3）长江口的水动力场：总体变化不大，长江口的低潮位总体有所抬高；高潮位口外、北支口门、南槽拦门沙范围有所抬高，北槽基本平稳，口门内降低；涨落潮潮差均有所减小。总之，在人工工程作用下，长江口河槽边界稳定、河口逐步束窄、整体的河势稳定性、规律性加强。
图6 大通水文站年输沙量变化过程（1951—2015年）
2）长江口总体河势变化特征
（1）近年来，长江口总体河势基本稳定，而且长江口大规模的人工工程对稳定长江口河势起到了重要作用，近十年来没有发生大的切滩和新沙洲生成，长江口“三级分汊、四口入海”的总体格局将稳定存在（图7）。
图7 长江口三级分汊四口入海总体格局
（2）横沙周邻河势的总体状况是：南港河段瑞丰沙的下沙体冲刷消失，中下段河槽向宽浅型发展，深泓相应有所北偏；北港上段水深优良，主槽微弯程度有所加剧，下段拦门沙水深较浅；北槽处于长江口深水航道治理工程的影响范围内，坝田淤积、深槽冲刷，12.5 m航槽已经贯通；南槽上段及口门段冲刷、水深增大，拦门沙浅段缩短淤浅；北支水深条件相对较差，但深泓稳定性加强，河槽仍在束窄。
（3）在拦门沙河段，受其特殊水沙环境的影响，流域来沙的变化尚未显现在地形变化上，其中北槽及南槽主槽容积的扩大，更多是来自长江口深水航道治理工程、南汇东滩的促淤圈围等周边涉水工程的影响。
（4）在口外，长江下泄泥沙的减少，使得水下三角洲部分区域呈现出由淤积转为冲刷的特征。长江口新水沙环境的最主要特征是年际间长江下泄水量无明显减少趋势，而年际间长江下泄沙量呈明显减少趋势。
1.2.2.2 新横沙的形成方案
新横沙的形成方案在上一轮研究的基础上，在长江口新水沙条件下，进行了新的深入研究，新横沙可成陆的形态及规模如下。
研究对长期以来的长江口地形和水文资料进行了认真的分析，认为横沙以东滩地边界5 m等深线局部虽然有些变化，但总体处于基本稳定状态（图8）。
图8 近年来横沙浅滩水域5 m等深线平面变化图
根据长江口新水沙条件，结合现有长江口深水航道和北港航道治理规划，研究认为对横沙水域5 m以浅滩地进行围填形成新的陆域在技术上是可行的，同时研究还认为在该位置上进行围填成陆的经济性较好。新横沙的规划成陆边界范围如图9所示。
（1）北边界：沿横沙东滩2～5 m等深线布置。其中西侧与现促淤北边界线基本一致；东侧（自然滩涂区）结合北港10 m航道整治工程（技术研究阶段方案）的导堤线布置。
（2）南边界：沿长江口深水航道南侧导堤及丁坝群走向布置，成陆范围包括坝田区部分高滩。
（3）东边界：基本沿5 m等深线至长江口深水航道北导堤堤头布置。
综上所述，新横沙由横沙岛、横沙东滩、横沙浅滩和长江口深水航道的部分坝田区等四部分组成，总面积约530 km2，其中原有土地（横沙岛）面积49 km2，新增土地面积480 km2，新增面积中横沙东滩106 km2（15.9万亩）、横沙浅滩303 km2（45.5万亩）、南侧坝田区71 km2（10.7万亩）。
1.2.2.3 新横沙的形成对长江口河势格局的影响
1）新横沙形成后对潮位的影响
图9 长江口新横沙规划成陆边界范围示意图
新横沙形成后对长江口潮位的影响表现在：南槽、北槽高潮位升高；围填区北侧、东侧高潮位降低；对低潮位影响仅限于围填区附近，幅度极小。新横沙形成前后各汊道潮量情况见表1，长江口各断面潮量如图10所示。
表1 新横沙形成前后各汊道潮量统计表
2）分流比变化分析
新横沙形成后的影响范围主要在南北港分流口以下的围填区域附近，使得北港上断面的分流比减小0.49%，北槽下断面的分流比变化较小，减小幅度在0.09%，分流比变化均在1%以内。新横沙形成前后各断面分流比统计见表2、新横沙形成后各断面分流比变化如图11所示。
图10 长江口各断面潮量变化图
表2 新横沙形成前后各断面分流比统计表 （%）
图11 新横沙形成后各断面分流比变化图
3）流场变化分析
新横沙形成前后流速对比如图12和图13所示，涨落急与现状情况下流矢量对比变化如图14和图15所示，与现状情况下流速差值变化如图16所示。
从涨落急流速差值图中可以看出，新横沙形成后对动力场的影响区域主要集中在北港河段以及北槽区段，对其他河段的影响较弱。
图12 现状条件下流速玫瑰图
图13 新横沙形成后流速玫瑰图
图14 新横沙形成后涨落急流场
图15 新横沙形成后涨落急流失量对比
图16 新横沙形成后涨落急流速差值
从涨落急流速变化分析可以看出：新横沙形成后北槽上段、北槽区段涨落急流速不同程度增加（对维护长江口深水航道有一定影响，本次计算结果是定床条件下得到的，随着地形的调整北槽下段动力变化的幅度将会有所改善），涨急变化幅度大于落急，北槽中下段涨急流速略有增加，下段坝田处涨急流速减小；北港沿程涨急流速除了北港下段（新横沙陆域对应区段）略有增加，其余区段减小，北港沿程落急流速均略微减小，涨急流速影响范围大于落急流速。
4）水位场变化分析
新横沙的形成主要在横沙5 m水深以上浅滩区域，围填后明显阻隔了涨潮漫滩流，因此新横沙的形成对高潮位影响程度明显大于低潮位。横沙东滩北侧水域高水位有所降低，大部分区域下降幅度5～10 cm；新横沙对应区段水域高潮位下降幅度达到10～15 cm。北槽全槽表现为高潮位略有增加，增加幅度在6～13 cm以内。新横沙形成前后水位变化如图17所示。
图17 新横沙形成前后水位场变化图
总体来说，新横沙形成所影响范围仅限于南北港和南北槽水域，南北港及南北槽分流比影响幅度均在1%以内，并未改变长江口总体河势格局。新横沙形成后北港中上段和北槽下段动力有减小趋势，其余区段并无明显不利影响。
1.2.2.4 新横沙的形成对长江口深水航道的影响
1）新横沙的形成对长江口深水航道的水动力影响
新横沙形成后，对长江口深水航道水动力影响主要是：北槽深水航道沿程落急流速变化较小，涨急流速北槽整体呈增大趋势，口外呈减小趋势；南港-北槽上段航轴线优势流略有降低，变化幅度较小，北槽上段优势流略有降低，北槽下段优势流变化较小，口外略有增大。新横沙形成后南港-北槽航轴线沿程涨落急流速变化如图18所示。
图18 新横沙形成后南港-北槽航轴线沿程涨落急流速变化图
2）新横沙的形成对长江口深水航道泥沙回淤的影响
新横沙的形成对长江口深水航道的回淤影响，研究运用数学模型进行了计算，计算结果为280万m3／a，年回淤变化总量增加约3.9%，总体来说影响较小。模型计算显示，其中中下段的航道近底沿程小流速含沙量减小，中上段小流速含沙量增加，回淤量规律基本与含沙量变化一致，航道中下段呈现减小趋势，中上段呈现增加趋势。新横沙形成后长江口深水航道常态回淤量变化分布如图19所示，新横沙形成后长江口深水航道常态回淤量见表3。
1.2.2.5 新横沙的形成对长江口北港航道的影响
新横沙形成后，对长江口北港航道水动力影响主要是：北港航道落急流速变化较小，涨急流速北港口外段（新横沙的对应区段）略有增加，其余区段有不同程度减小趋势；北港下段优势流略有减小，中上段部分区段落潮优势进一步增加，并未改变北港深槽的落潮优势。新横沙形成后北港航轴线沿程涨落潮流速变化如图20所示。
图19 新横沙形成后长江口深水航道常态回淤量变化分布
表3 新横沙形成后长江口深水航道常态回淤量统计表
图20 新横沙形成后北港航轴线沿程涨落潮流速变化图
1.2.2.6 新横沙的形成对青草沙水源地的影响
新横沙形成后，对青草沙水域潮位影响甚微，其中高潮位影响均在2 cm以内，低潮位影响均在1 cm以内。青草沙所处的北港河段落急流速基本不变，涨急流速减小趋势，减小幅度约3～8 cm／s。从水动力角度来看，新横沙的形成对青草沙水库的影响甚小。新横沙形成后青草沙北堤沿线水位变化如图21所示。
图21 新横沙形成后青草沙北堤沿线水位变化图
1.2.2.7 新横沙的形成和开发利用以及横沙深水新港规划建设对长江口生态保护的影响
长江河口湿地是全球生物多样性集中分布的热点区域，新横沙区域周缘有多个自然保护区，是候鸟重要的栖息地，是中华鲟、刀鲚、中华绒螯蟹等渔业资源的“三场一通道”。新横沙成陆和开发利用以及横沙深水新港的规划建设应以长江口地区的生态保护为前提，使新横沙的开发利用与长江口地区的生态保护协调发展。
在上一轮课题对生态环境取得初步研究结论后，本轮课题选用目前国内外常用的由加拿大学者Tony Friend和David Rapport于1979年提出的“压力—状态—响应”（Pressure-State-Response，简称“PSR”）生态评价模型，对长江口地区进行深入的生态环境评价。PSR生态评价模型主要用于分析环境压力、环境状态和环境响应之间的相互作用，由互为因果关系的压力、状态和响应三部分组成，即由于人类活动对生态系统产生压力（压力），压力使生态系统原有的质和量发生改变（状态），人类又采取一定管理措施以应对这些改变（响应）。该模型逻辑因果关系明晰，具有系统性、完整性、简明性和灵活性的特点。PSR生态评价模型用于对上海市滩涂湿地生态系统的健康评价，进而取得新横沙的形成和开发利用以及横沙深水新港规划建设对长江口区域生态系统健康演变趋势影响的预测，并制定有针对性的缓解措施与生态保护对策。为新横沙的形成和开发利用以及横沙深水新港规划建设提供科学依据。
根据PSR生态评价模型的设计，将指标进行无量纲化值及由主客观组合法计算所得的权重代入熵权综合指数评价模型，以取得各点位的压力健康指数、状态健康指数、响应健康指数以及综合健康指数，上海市滩涂湿地生态系统（包括新横沙）健康评价结果见表4和图22、图23。
表4 熵权综合指数评价结果
（续表）
图22 上海市滩涂湿地生态系统健康评价结果
图23 上海市滩涂湿地生态系统健康评价结果
从压力健康指数评价结果来看，周缘边滩压力健康指数较大陆边滩低，而九段沙湿地处于两者之间，说明大陆边滩受到压力相对较高，这与大陆边滩人类活动干扰较强有关。新横沙周缘边滩的压力健康指数较其他边滩受到的压力较低。
从状态健康指数评价结果来看，滩涂湿地状态健康指数以九段沙湿地和崇明东滩最高，分别为0.4495和0.4252；新横沙周缘边滩处于中间水平，为0.1995；宝山边滩最低，仅为0.1124。
从响应健康指数评价结果来看，崇明东滩和九段沙湿地的响应指数最高，分别为0.2041和0.2034；新横沙周缘边滩处于中间，为0.0751；而崇明南滩的响应指数最低，仅为0.0048。
从上述的压力健康指数、状态健康指数和响应健康指数可以得出，各滩涂湿地生态系统的综合健康指数分别是：杭州湾北沿边滩为0.3771；南汇边滩为0.3978；浦东边滩为0.3908；宝山边滩为0.3504；长兴岛周缘边滩为0.3870；新横沙周缘边滩为0.4128；崇明东滩为0.7930；崇明北滩为0.4531；崇明西滩为0.6768；崇明南滩为0.3555；九段沙湿地为0.7937。从中可以看出，崇明东滩和九段沙湿地综合健康指数较高，而宝山边滩最低，岛屿周缘边滩普遍较大陆边滩健康。新横沙周缘边滩综合健康指数处于中间水平。因此，新横沙周缘边滩总体而言是较为健康的。
1.2.2.8 新横沙的形成和开发利用以及横沙深水新港规划建设对长江口水源地和生态敏感目标的影响和对策
新横沙的形成和开发利用以及横沙深水新港规划建设的环境风险主要包括给上海市主要集中饮用水水源地青草沙带来的安全风险以及对长江口敏感生物栖息地、保育区和保护区带来的生态风险。
研究根据敏感目标的风险类别将风险评估设定为两个主要方面：一是对供水安全的风险评估，二是对生态敏感目标的风险评估。
风险评估采用美国应用科学协会（ASA）开发，在美国本土、中东以及欧洲等地区被广泛应用的OILMAP模型进行溢油事故的模拟预测。该模型在溢油风险分析、应急处置等方面具有较为强大的功能。
风险评估以溢油作为主要计算情景，溢油油品采用常规泄漏的380号燃料油，污染物数量以最大海难性船舶溢油事故泄漏量以及近年来国内外航道溢油事件平均溢油量（取最大值365 t）作为模拟泄漏量，泄漏地点为事故易发的横沙深水新港港池内以及东西两侧航道出入港导堤口。
风险评估选择了统计概率模型和典型条件事故模拟两个方案，对横沙深水新港的港池、东侧航道和西侧航道泄漏点进行溢油事故随机统计分析。风险评估主要结论如下。
1）青草沙水源地安全的风险
根据统计概率模型和典型条件事故模拟的计算，各模拟条件下横沙深水新港的溢油事故对青草沙水库和水源地保护区无直接影响。
2）敏感区域生态的风险
根据初步计算结果，在横沙深水新港航道出入口导堤处发生溢油事故后2 h内，其影响范围主要集中在港池内部、东侧港区航道出入口和九段沙自然保护区间的水域以及西侧港区航道出入口和东滩自然保护区间的水域，其快速影响崇明东滩、九段沙的可能性较小，事故发生后及时进行应急处置可以将风险概率控制在10%以下。如果事故控制时间在1 d以上，风险概率将无法控制在较低水平，影响范围可能覆盖崇明东滩南部和九段沙大部分区域。
基于以上结论，建议在横沙深水新港外航道及港池内应执行严格的船舶控制与监管，提升出入港船舶的安全意识和海事监管能力，同时加强应急储备能力建设，尽可能在短时间内完成事故处理。
3）防范措施及建议
溢油事故相关防范措施及建议如下。
（1）限制过境长江口北港航道运输货品类别。根据《上海市饮用水水源保护条例》第十九条规定，从横沙深水新港西侧航道出港后通过长江口北港航道的船舶不得运输危险化学品和危险废物。运输其他危险品的船舶在长江口北港航道行驶时应配备相应设备防止污染物散落、溢流和渗漏，并在出横沙深水新港进入长江口北港航道前应向当地海事行政管理部门报告。
（2）建立船舶在线跟踪管理系统。建议建立进出长江口船舶的在线跟踪管理系统，包括通航船舶基本信息、运输货物基本信息、应急储备和预案信息以及船舶位置动态信息等。该系统应基于GIS信息系统框架，随时掌握通航船舶所在位置，并与相关管理部门等机构进行实时信息共享与传输。确保各部门在突发性环境污染事件发生时能够掌握准确信息和资料，便于与市、区应急响应中心的联动，进行应急处置。
（3）加强横沙深水新港应急响应设施配备。建议在横沙深水新港东、西航道出入口分别建立长江口应急响应基地，并在规划港区、东侧及西侧航道进出口附近配备足够的应急响应设备，包括围油栏、吸油毡以及应急响应船只等。