三峽蓄水后鯉魚山水道演變對航道的影響與對策研究

朱玉德，劉鵬飛，李曉星

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300456）

三峽蓄水后鯉魚山水道演變對航道的影響與對策研究

朱玉德，劉鵬飛，李曉星

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300456）

三峽蓄水后改變了長江中游許多放寬河段原有沖淤規(guī)律，導(dǎo)致航道條件出現(xiàn)不利變化。通過對三峽蓄水后鯉魚山水道洲灘演變的分析，研究了洲灘間的關(guān)系，揭示了河段洲灘演變與航道變化之間的關(guān)系，明確了近期河段航道不利變化是三峽蓄水影響下黃蓮洲頻繁沖淤、南槽沖刷發(fā)育、厙家灣邊灘低灘周期性沖淤變化綜合作用的結(jié)果，并據(jù)此提出穩(wěn)定北槽邊界，增強(qiáng)主航道枯水水動(dòng)力條件的治理對策。

三峽蓄水；演變；航道；影響；對策

三峽蓄水后長江下游來水來沙發(fā)生了明顯變化，洪峰推遲、中水時(shí)長增加、汛末退水時(shí)間較短、來沙量大幅減少等導(dǎo)致很多原來穩(wěn)定的放寬河段洲灘發(fā)生沖灘淤槽的變化，河槽向?qū)挏\化發(fā)展趨勢明顯，逐漸成為一種不穩(wěn)定的河型［1-2］。但受三峽運(yùn)行影響長江中下游因水沙條件變化特別是懸移質(zhì)含沙量減小產(chǎn)生的河床調(diào)整變化尚在發(fā)展中，在有限年份資料中河段演變與航道條件之間變化規(guī)律變得模糊，因此，研究三峽蓄水運(yùn)行后放寬段洲灘演變對航道條件影響成為解決航道不利變化的首要問題。

1 河段概況

鯉魚山水道位于長江中游的末端，上接擱排磯水道，下迄武穴水道，全長13.5 km（圖1）。水道長期保持兩頭窄中間寬的微彎放寬形態(tài)，水道右岸進(jìn)、出口分布有半壁山和尖山節(jié)點(diǎn)，馮家山往下河寬增大、河床抬高，水道放寬段左岸盤家港至龔龍灣存在厙家灣邊灘；放寬段河心偏右存在黃蓮洲心灘。1998年大洪水前黃蓮洲灘體長期以邊灘形式存在于放寬段凹岸側(cè)，期間水道航道情況較好；1998年以來受大洪水、三峽蓄水影響，黃蓮洲逐漸向心灘發(fā)展，放寬段呈兩槽爭流態(tài)勢，航道條件不穩(wěn)定。黃蓮洲形成穩(wěn)定雙槽格局至今水道淺區(qū)主要位于黃蓮洲心灘北槽進(jìn)、出口附近。河段航道維護(hù)尺度為4.0 m×100 m× 1 050 m（水深×航寬×彎曲半徑，下同），保證率98%，河段2020年規(guī)劃航道標(biāo)準(zhǔn)為4.5 m×200 m。

圖1鯉魚山水道河勢圖Fig.1Sketch of the Liyushan reach

2 三峽蓄水后鯉魚山水道洲灘與航道的關(guān)系分析［3 -6 ］

（1）鯉魚山水道河勢穩(wěn)定，其微彎、放寬的平面形態(tài)是河段內(nèi)洲灘發(fā)育的基本條件。

鯉魚山水道右側(cè)進(jìn)、出口受磯頭控制，兩岸分布眾多山體、建有眾多港口，磯頭、山體和港口護(hù)岸工程有效地控制了河道橫向發(fā)展，河勢基本穩(wěn)定。

半壁山以下水道河寬逐漸由700 m放寬至2 800 m，水流流速減小，泥沙落淤，放寬的形態(tài)是河段厙家灣邊灘和黃蓮洲心灘存在的根本原因。同時(shí)鯉魚山水道平面為一“鈍角”形微彎河段，進(jìn)、出口較為順直，中段放寬彎曲河段較短，較大曲率導(dǎo)致洪水期彎道環(huán)流作用較弱，富池口以下彎頂易形成緩流區(qū)，造成泥沙淤積，易形成灘體。

（2）近期鯉魚山水道南槽沖刷、分流增加，北槽枯水沖刷能力降低。

鯉魚山水道進(jìn)口半壁山節(jié)點(diǎn)不同水期對水流作用不一致，隨著流量增加水道進(jìn)口半邊山附近主流逐漸左擺。98洪水以前半邊山節(jié)點(diǎn)以下河段深泓一直居河中偏左，98洪水后半邊山節(jié)點(diǎn)下游深泓移至右岸（圖2），三峽蓄水以來深泓橫向位置一直穩(wěn)定于河段右側(cè)，但縱向有不斷沖深的趨勢，據(jù)統(tǒng)計(jì)三峽蓄水后半邊山至富池口深泓最大沖深幅度5～7 m。

98大洪水后半壁山至富池口段深泓橫向右移、縱向不斷沖深是下游黃蓮洲由邊灘發(fā)展為心灘、南槽不斷發(fā)育、黃蓮洲心灘頭部沖蝕的主要原因，2008年黃蓮洲心灘形成一定規(guī)模以來，不斷沖刷發(fā)展的南槽分流在2012年11月達(dá)30%以上，南槽分流減小引起北槽過流能力減小，北槽枯水沖刷能力降低，導(dǎo)致枯水期在北槽進(jìn)出口出淺。

圖2鯉魚山水道深泓變化圖Fig.2Thalweg changes of the Liyushan reach

（3）三峽蓄水以來厙家灣邊灘低灘周期性沖淤特征明顯。

受98大洪水、三峽蓄水影響2003年以來黃蓮洲心灘形成，并于2008年初發(fā)育為一定穩(wěn)定規(guī)模，期間厙家灣邊灘盤家港附近0 m等深線以上高灘部分沖淤幅度不大，但0 m等深線以下河床沖淤幅度較大，圖3顯示：2007年10月厙家灣邊灘盤家港附近邊灘發(fā)育，最淺水深僅約0 m，至2008年4月則大幅沖刷，最大沖刷幅度達(dá)7 m，至2009年9月最大沖刷幅度更高達(dá)10 m；至2012年11月，該處又逆轉(zhuǎn)發(fā)生大規(guī)模的淤積，最淺處水深約為2.5 m；至2013年4月，邊灘再次沖刷成槽，最大沖刷幅度再次達(dá)6 m。

圖3河段橫斷面沖淤圖Fig.3Topographic cross?section diagram

以上變化表明黃蓮洲心灘形成后厙家灣邊灘上段低灘沖淤幅度較大，盤家港一帶汛期泥沙易落淤成灘，枯水期則易沖灘成槽，周期性變化特征明顯。盤家港附近低灘周期性變化對北槽航道條件影響較大，由于該區(qū)域易在汛期落淤成灘、枯水期沖灘成槽，厙家灣邊灘頻繁沖淤，泥沙局部搬運(yùn)，沖刷泥沙落于主航槽影響航道暢通。由表1可知：2008年4月，厙家灣邊灘大幅沖刷，最大沖深幅度達(dá)7 m，此時(shí)北槽進(jìn)口存在淺包，導(dǎo)致4.5 m等深線寬度不足200 m；2012年11月邊灘大幅淤積，經(jīng)過2012年11月～2013年4月枯水水沙過程后，2013年4月邊灘再次沖刷成槽，最大沖刷幅度達(dá)6 m，由于厙家灣邊灘沖灘成槽、淤槽成灘，北槽進(jìn)口過渡段4.5 m等深線貫通，但北槽中下段出現(xiàn)約2 000 m縱向沙?？v在黃蓮洲尾部與厙家灣邊灘相連，北槽張樹柏附近4.5 m等深線寬度不足200 m，航寬較為狹窄。

由此可知，近期厙家灣邊灘每個(gè)沖淤變化周期內(nèi)均伴隨北槽的航道條件好壞轉(zhuǎn)變過程，盤家港附近邊灘在汛期形成，枯水期向下游沖刷移動(dòng)，移動(dòng)過程中沖刷不及時(shí)導(dǎo)致航道出淺。

（4）河段航道條件與黃蓮洲沖淤頻繁密切相關(guān)，一定規(guī)模的黃蓮洲是河段穩(wěn)定航道條件的保證。

近期由于河段進(jìn)口水動(dòng)力條件的變化，河段彎道凹岸側(cè)的黃蓮洲由邊灘發(fā)展為心灘，2008年4月以前黃蓮洲心灘以向上、下延伸以及向右展寬的方式持續(xù)淤長，據(jù)統(tǒng)計(jì)灘頂最大高程淤高至航行基面以上2.2 m；較小的黃蓮洲在淤長過程中，南槽沖深發(fā)展迅速，北槽寬淺，航道條件多變；2008年以來，南槽發(fā)展趨緩，黃蓮洲心灘沖淤交替，經(jīng)歷了沖刷、淤積、沖刷的演變過程，2008年4月～2010年1月，而在黃蓮洲心灘發(fā)育成一定規(guī)模以后，南槽發(fā)育減緩，北槽航道條件明顯好轉(zhuǎn)，這一過程中黃蓮洲雖出現(xiàn)一定沖刷，但0 m線范圍仍遠(yuǎn)大于淤積周期的2005～2008年；2010年來水量相對較大，至2011年2月，心灘發(fā)生淤積，面積增大、灘頂淤高。近兩年來，黃蓮洲心灘再次處于沖刷狀態(tài)，南槽發(fā)育，枯水期心灘面積持續(xù)減小，2012年3月北槽出口出現(xiàn)淺包，最小水深小于4.5 m；至2014年3月，心灘發(fā)生趨勢性沖刷，灘體面積有所減小，但灘頂高程變化不大。

同時(shí)由圖4可知：2008年前南槽沖深發(fā)展，黃蓮洲處于形成發(fā)育階段，北槽航道大多較寬淺，南槽發(fā)育、枯水吸流作用加強(qiáng)，北槽分流減少、航道條件不佳，4.5 m航寬多小于200 m寬；2008年以來河段航道條件總體較好，但當(dāng)大水年黃蓮洲心灘沖刷萎縮時(shí)北槽進(jìn)、出口易出現(xiàn)淺包，影響航道條件。因此，較小的黃蓮洲心灘存在時(shí)北槽航道大多較寬淺，航道條件較差；黃蓮洲發(fā)育時(shí)航道條件一般較好，但同時(shí)較大黃蓮洲易擠壓北槽主流左偏，從而導(dǎo)致厙家灣邊灘的灘緣低灘沖刷，泥沙沖刷下移過程中由于沖刷能力不足會(huì)淤積在北槽進(jìn)、出口附近，給航道帶來不利變化，因此，一定規(guī)模的黃蓮洲心灘是河段穩(wěn)定航道條件的保證。

表1鯉魚山水道航道寬度變化表Tab.1Channel condition changes

圖4黃蓮洲心灘與河段航寬關(guān)系圖Fig.4Relationship between Huanglianzhou channel bar and waterway width

3 黃蓮洲灘體和厙家灣邊灘關(guān)系探討［3 ］

3.1 三峽蓄水前黃蓮洲和厙家灣邊灘關(guān)系

三峽工程蓄水以前當(dāng)黃蓮洲灘體沖刷萎縮時(shí)，主流動(dòng)力偏右，厙家灣邊灘灘緣處水動(dòng)力趨弱，邊灘灘緣的低灘則充分發(fā)育。當(dāng)黃蓮洲心灘發(fā)育時(shí)，水流主流動(dòng)力軸線偏左，泥沙在黃蓮洲心灘水域落淤，黃蓮洲洲體規(guī)模擴(kuò)大，貼靠黃蓮洲洲體的深槽一定程度偏離主流動(dòng)力，深槽難以得到充分沖刷；與此同時(shí)，厙家灣邊灘灘緣低灘沖刷后退。由此，三峽蓄水前厙家灣邊灘與右岸黃蓮洲存在較明顯的此消彼長的對應(yīng)關(guān)系（圖5）。

3.2 三峽蓄水后黃蓮洲和厙家灣邊灘關(guān)系

（1）三峽蓄水對河段洲灘影響。

三峽蓄水后水道上游漢口站2003～2011年來沙減小幅度達(dá)93%～74%，鯉魚山河段水體泥沙不飽和度顯著增加，導(dǎo)致漫灘水流在凸岸厙家灣邊灘低灘面發(fā)生面蝕；同時(shí)洪峰削減、中水持續(xù)時(shí)間增長，枯水期流量加大，凸岸中上緣橫向來沙減少，導(dǎo)致灘地發(fā)育不良。

（2）三峽蓄水后黃蓮洲和厙家灣邊灘關(guān)系。

三峽工程蓄水以來資料顯示：2008年4月～2010年1月，黃蓮洲心灘、厙家灣邊灘上段均有不同程度的沖刷，而厙家灣邊灘下段發(fā)生淤積；2010年1月～2011年2月黃蓮洲心灘、厙家灣邊灘上段均有不同程度的淤積，而厙家灣邊灘下段發(fā)生沖刷；2011年2月～2012年2月黃蓮洲心灘有所沖刷，厙家灣邊灘上段略有沖刷，厙家灣邊灘下段有所淤積；2012年2月～2014年3月黃蓮洲心灘進(jìn)一步?jīng)_刷縮小，厙家灣邊灘上段有所淤積、下段沖刷，北槽出口形成淺埂，故三峽蓄水后，厙家灣邊灘與黃蓮洲心灘此消彼長的對應(yīng)關(guān)系變得不明顯（圖5）。

同時(shí)厙家灣邊灘上段盤家港一帶低矮邊灘發(fā)育于汛期，表明汛期放寬段的水流動(dòng)力軸線是明顯偏向河心，伴隨的可能是黃蓮洲心灘萎縮；在枯水期盤家港一帶低矮邊灘沖刷下移，此時(shí)因黃蓮洲心灘規(guī)模小，航道條件則趨差；若盤家港一帶低矮邊灘不發(fā)育，則表明水流動(dòng)力軸線明顯偏向北槽，此時(shí)，黃蓮洲心灘或發(fā)育壯大或萎縮，航道條件趨好。上述變化一定程度上呈周期性，一般而言，清水下泄的長期變化邊灘沖刷、心灘萎縮，這種變化是持續(xù)性的、漸進(jìn)發(fā)展的，和上述的周期性變化相交織。

圖5近期洲灘變化圖（0 m等深線）Fig.5Changes of 0 m isobath of the Liyushan reach

4 三峽蓄水后航道整治對策措施分析［3 ，7 -9 ］

綜合分析表明：鯉魚山水道航道條件受制于三峽蓄水后河段內(nèi)灘槽格局的調(diào)整變化，自水道內(nèi)右邊灘離岸成為黃蓮洲心灘以來，黃蓮洲心灘、厙家灣邊灘的穩(wěn)定性和南槽的分流量是航道條件好壞的反映。三峽工程蓄水運(yùn)用以來，隨著水沙條件的變化，鯉魚山水道航道條件總體穩(wěn)定，但由于清水下泄，北槽兩側(cè)灘體不穩(wěn)，南槽緩慢發(fā)育，導(dǎo)致北槽航道條件出現(xiàn)不利變化趨勢，灘地的沖刷萎縮并難以恢復(fù)也是航道條件不穩(wěn)定和向不利方向發(fā)展的隱患?；诖颂岢鐾ㄟ^工程適當(dāng)守護(hù)左邊灘，籍以穩(wěn)定航道的左邊界，適當(dāng)增強(qiáng)北槽的中枯水水流動(dòng)力，沖刷淤積泥沙，改善航道條件的治理對策。其中增強(qiáng)北槽水流動(dòng)力可通過在黃蓮洲心灘灘脊設(shè)置工程措施促使黃蓮州心灘高大、限制并適當(dāng)減小黃蓮州南槽的中枯水分流量等方式實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)論

（1）三峽蓄水后長江中游鯉魚山水道在中水時(shí)長增加、上游來沙量減少的情況下，洲體發(fā)生沖刷、還灘能力大幅降低，河段洲灘原有沖淤規(guī)律發(fā)生變化，航道出現(xiàn)不利變化趨勢。

（2）鯉魚山水道河勢穩(wěn)定，其微彎、放寬的平面形態(tài)是河段內(nèi)洲灘發(fā)育的基本條件；近期水道南槽沖刷、分流增加，北槽枯水沖刷能力降低，成為河段航道條件變化的直接原因。

（3）研究表明：三峽蓄后鯉魚山水道洲灘演變規(guī)律發(fā)生的改變導(dǎo)致了近期航道條件出現(xiàn)的新變化，目前的航道問題是左岸厙家灣邊灘低灘周期性沖淤變化、右側(cè)黃蓮洲頻繁沖淤、南槽沖刷發(fā)展三者綜合作用的結(jié)果。

（4）針對河段航道近期出現(xiàn)的問題，提出了保持北槽為主航道，穩(wěn)定航道邊界，增強(qiáng)北槽中枯水水流動(dòng)力的對策，為河段治理提供參考。

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Effect and countermeasure research of Liyushan waterway fluvial process influenced on navigation channel after operation of the Three Gorges Reservoir

ZHU Yu?de,LIU Peng?fei,LI Xiao?xing
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin 300456,China）

The balance state of silting and scouring of wider reaches in Middle and Lower Yangtze River were broken after the operation of the Three Gorges Reservoir.These caused the channel condition appearing adverse trends.In this paper,the relation between sandbar changes and point bar changes was studied based on Liyushan waterway fluvial process.On this basis,the relation between beach evolution and navigation channel variation in the waterway was uncovered.It is put forward that the adverse variation of Liyushan navigation channel is caused by Huanglianzhou scouring and silting frequently,south channel scouring development and Shejiawan beach scouring and silting periodically.Ultimately,it came up with countermeasures to stabilize the river on both sides of the bor?der of north groove and enhance hydrodynamic force of low flow in the main channel.

the Three Gorges Reservoir impounding;evolution;waterway;influence;countermeasure

U 617；TV 135

A

1005-8443（2015）06-0537-05

北江航道擴(kuò)能升級(jí)工程全線開工

2015-07-29；

2015-10-21

朱玉德（1979-），男，江蘇省灌云人，副研究員，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)的研究。Biography：ZHU Yu?de（1979-），male，associate professor.

本刊從廣東省交通運(yùn)輸廳獲悉，2015年10月28日，北江航道擴(kuò)能升級(jí)項(xiàng)目全線開工儀式在清遠(yuǎn)市飛來峽鎮(zhèn)舉行。該項(xiàng)目總投資約70億元，分兩個(gè)階段推進(jìn)：第一階段為北江（烏石至三水河口）航道擴(kuò)能升級(jí)先行工程，于2014年12月17日開工，里程約145 km，目前已進(jìn)入尾聲；第二階段為北江濛里、白石窯、飛來峽、清遠(yuǎn)四處樞紐的新建與重建工程，已于10月28日全面開工，計(jì)劃2017年底前完工。（殷缶，梅深）