長江中游鯉魚山水道灘槽調(diào)整原因及趨勢分析

李志宏

（長江航道局，武漢430010）

長江中游鯉魚山水道灘槽調(diào)整原因及趨勢分析

李志宏

（長江航道局，武漢430010）

長江中游鯉魚山水道為微彎放寬河段，受兩岸山磯節(jié)點控制，洪水河勢較穩(wěn)定,但近期中枯水灘槽形態(tài)變化明顯，對航運及岸線利用產(chǎn)生不利影響。文章在廣泛收集實測地形、水文、泥沙資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值模擬，對鯉魚山水道河床演變特點、水力輸沙特性進行了分析，對灘槽調(diào)整原因、河床演變趨勢進行了探討。研究結(jié)果表明，1998、1999年特大洪水以及三峽工程蓄水后來沙大幅度減少的先后影響，是鯉魚山水道由單一河槽轉(zhuǎn)化為枯水雙槽的主要原因。今后，該河段總體河勢格局不變，河道仍能維持枯水雙槽、北槽為主的灘槽形勢，但黃蓮洲心灘呈沖刷之勢、厙家灣邊灘沖淤交替，北槽航道條件難以穩(wěn)定。

微彎放寬河段；河床變形；水沙輸移特性；影響因素

長江中游鯉魚山水道上起半邊山、下迄上巢湖，半邊山全長約12 km，左岸為武穴市、右岸為黃石市陽新縣。該水道一直保持右向微彎、進出口縮窄、中間放寬的平面形態(tài)（圖1）。河道左岸側(cè)分布有厙家灣邊灘，21世紀以前右岸側(cè)常分布有邊灘，深槽單一；近期右岸邊灘被沖刷成槽，河心偏靠右岸側(cè)形成黃蓮洲心灘，該心灘枯水出露、中洪水淹沒，將河道劃分為南、北兩槽。南槽貼靠河道右岸側(cè)，河槽相對窄深與彎曲，出流不暢；北槽位于心灘與厙家灣邊灘之間，河槽較寬且與上下游航道平順銜接，為航道所在。

由于黃蓮洲心灘極不穩(wěn)定、南槽枯水分流30%左右，北槽航道條件時好時壞，少數(shù)年份4.5 m航槽寬度不足200 m，對船舶航行不利。而且，該水道左岸有武穴港盤塘港區(qū)、武穴港區(qū)，右岸有黃石港陽新港區(qū)，河道內(nèi)灘槽形態(tài)的不穩(wěn)定不利于兩岸港口發(fā)展。因此，有必要對鯉魚山水道灘槽調(diào)整原因及河床演變進行研究，供航道治理參考［1］。

本文在廣泛收集實測資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值模擬，對鯉魚山水道河床演變特點、水力輸沙特性進行了分析，結(jié)合水沙條件、人類活動等影響因素對灘槽調(diào)整原因進行了探討，從而形成對河床演變趨勢的認識。

圖1長江中游鯉魚山水道河勢圖Fig.1Sketch of Liyushan river reach in the middle reach of Yangtze River

1 來水來沙條件

鯉魚山水道下游約50 km設(shè)有九江水文站，其間無分匯流。統(tǒng)計分析九江站水文資料，該河段來水來沙年際和年內(nèi)分配極不均勻，且三峽水庫蓄水前后有所變化。

徑流量、輸沙量年際間不斷波動，最大年徑流量9 590億m3、最大年輸沙量3.22億t，均出現(xiàn)在1998年；最小年徑流量5 381 m3/ s、最小年輸沙量0.483億t，均出現(xiàn)在2006年。三峽水庫蓄水以來，三峽上游來水量較常年略有減少，相應(yīng)壩下游九江站年均徑流量較蓄水前減少8%；受水庫攔沙影響，九江站年輸沙量減少60%（表1）。

年內(nèi)徑流量主要集中在汛期5～10月份，以7、8月為最大。三峽水庫蓄水以前，5～10月徑流量約占全年72%，枯水期12月、1～3月徑流量約占全年16%；蓄水后受水庫調(diào)度影響，5～10月徑流量約占全年70%，較蓄水前有所減小，枯水期徑流量約占全年18%，較蓄水前有所增加（表2）。

表1九江站年際水沙特征Tab.1Annual runoffs and annual sediment loads at Jiujiang station

表2三峽水庫蓄水前后九江站月平均徑流及年內(nèi)分配表Tab.2Average monthly runoff and annual distribution before and after impoundment of the Three Gorges Project

2 河床邊界條件

鯉魚山水道進口受半邊山、馮家山對峙節(jié)點的控制作用，在半邊山形成卡口；出口尖山突出江中，束窄河道。河道走勢是由西北流向東南，左岸岸坡主要為粉細砂、細砂組成，岸坡抗沖力較差。河道右岸緊臨山磯或階地。這些山磯由頁巖、砂巖和石灰?guī)r構(gòu)成，階地多為棕紅色的粘土和棕黃色的砂壤土，河岸抗沖性較好，對河勢的控制作用較強。

河床上層主要為粘砂土，局部為砂壤土和粉細砂；下層主要為細砂、中砂，局部有礫石。本河段河床組成均系現(xiàn)代河流沖積物，河床質(zhì)粒徑為0.068～1.03 mm，平均為0.150 mm，河床砂礫層較厚［2］。

3 河床演變特點

受兩岸天然山磯制約，鯉魚山水道在歷史和近期演變中河道平面形態(tài)一直保持微彎，且變化較小，但河道內(nèi)灘槽形態(tài)變化劇烈。

20世紀50年代至1998年大洪水以前，河道基本維持了兩岸邊灘或心灘、深槽居中的灘槽格局不變（圖2），深泓位置變化較小，其走勢為半邊山至盤塘由右岸側(cè)向左岸過渡、盤塘以下再向右岸上巢湖一帶過渡、上巢湖以下貼右岸，河床演變主要表現(xiàn)為河道內(nèi)凸岸邊灘和凹岸邊灘（心灘）沖淤消長。這一階段航槽位置較穩(wěn)定、水深條件相對較好。

1998年至三峽水庫蓄水以前，進口右岸側(cè)河床沖深、深泓右擺，右邊灘沖退，凸岸厙家灣邊灘沖淤交替。這一階段放寬段河道展寬，河道仍為單槽，但深泓左右擺動，航道水深條件變差（圖2）。

圖2不同時期鯉魚山水道河勢變化圖Fig.2 River regime changes of Liyushan river reach in different periods

三峽水庫蓄水以來，右邊灘沖刷成槽、厙家灣邊灘沖淤交替，偏右岸側(cè)河心泥沙淤積，形成黃蓮洲心灘（圖2）。2008年以前，南槽處于快速沖深發(fā)展階段，同時位置整體向右岸側(cè)偏移，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，灘頂高程淤高至航行基面以上2.2 m；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。由于枯水期南槽爭流、黃蓮洲心灘極不穩(wěn)定且近2 a呈沖刷之勢，北槽進出口常存在淺包或沙埂，航道條件總體較蓄水前變差。

4 水力輸沙特性

為加深對鯉魚山水道河床演變規(guī)律的認識，研究過程中建立了平面二維水沙數(shù)學(xué)模型對不同流量、不同地形下的河道水沙輸移特性進行模擬。充分考慮上下游水道演變的關(guān)聯(lián)性，模型范圍上起本水道上游的擱排磯水道進口、下迄本水道下游的新洲—九江河段出口，全長約80 km。模型進口邊界條件采用九江站的流量資料，出口邊界采用九江水位對出口進行相關(guān)計算的水位過程［4］。

4.1水流輸移特性

在鯉魚山水道進口，右岸半邊山、稍下游左岸馮家山臨江，受磯頭節(jié)點的綜合作用，中枯水流量下進入放寬段的水流流速斷面分布相對均勻；而洪水流量條件下受主流大水趨直［3］影響，河道偏左側(cè)流速較大。這種水流特性決定了在來流條件不斷波動情況下本河段易出現(xiàn)水流分股輸移，但靠左岸側(cè)水流動力條件較強。

對實測的斷面流速資料進行分析（圖3），在河道展寬段，因中枯水河床已形成雙槽形態(tài)，中枯水流量條件下水流雙股輸移特性突出，斷面流速分布呈雙峰型；洪水流量條件下最大流速位于北槽，而且，由于洪水期水流漫灘，放寬段河槽較寬，斷面流速增幅和最大流速均小于進出口，這是心灘、淺灘形成的主要原因。流量14 000～35 000 m3/s時黃蓮洲心灘灘面流速較大且流速隨流量增加的增幅明顯，而流量進一步增大，流速增幅主要發(fā)生在北槽。而且，數(shù)學(xué)模型采用2013年4月的實測地形對8 030 m3/s、11 800 m3/s、17 930m3/s、25 960 m3/s、35 530 m3/s、50 000 m3/s流量下的河道水流流場進行了模擬，明確了主流集中于北槽的臨界流量在35 000 m3/s左右。

圖3斷面流速變化圖Fig.3 Variation of the cross sections′flow velocity distribution

4.2泥沙輸移特性

中枯水期主輸沙帶走向為：進口半邊山附近偏靠河道左岸側(cè)、放寬段張樹柏附近位于河心、下游黃砂村附近位于河道右岸側(cè)。洪水期主輸沙帶走向為：半邊山附近仍偏靠河道左岸側(cè)、張樹柏附近移至河道右岸側(cè)、黃砂村附近移至河道左岸側(cè)。這一泥沙輸移特性與彎道輸沙的一般特性較相似。但由于放寬段的主輸沙帶與主流帶位置不一致，河床易發(fā)生大幅度沖淤變形。

另外，北槽泥沙年內(nèi)局部搬運現(xiàn)象較明顯。一般而言，漲水期，北槽沿程沖淤交替分布；退水期，鯉魚山水道進口沖刷下移泥沙在北槽上段落淤，北槽下段沖刷泥沙在水道出口淤積；枯水期，鯉魚山水道進口、北槽沖刷泥沙在水道出口淤積。

5 灘槽調(diào)整原因及趨勢分析

5.1灘槽調(diào)整原因

5.1.1河道邊界條件的影響

本河段兩岸有較多山磯控制，河道邊界條件相對穩(wěn)定，河道平面形態(tài)也長期維持微彎放寬不變。其中，河段進口右岸半邊山臨江，在其稍下游左岸有馮家山、象山磯頭臨江，經(jīng)過這一對磯頭節(jié)點的綜合作用，馮家山以下斷面流速分布相對均勻，且隨著流量的增加水流流向有所右偏，該水流特性決定了在來流條件不斷波動情況下本河段易出現(xiàn)水流分股輸移；河段右岸王家灣以下段山磯臨江，特別是尖山突出江中，束窄河道，其汛期壅水有利于泥沙在其上游寬闊段落淤，這是右岸側(cè)邊灘或黃蓮洲心灘長期存在的主要原因。

5.1.2來水來沙條件變化的影響

（1）主要受1998、1999年特大洪水及三峽水庫蓄水后來沙大幅度減少的影響，本水道由單一河槽轉(zhuǎn)化為枯水雙槽。1998年以前，鯉魚山水道進口深泓長期偏靠左岸側(cè)；1998年、1999年大洪水期間，進口右岸側(cè)河床沖深，深泓貼靠右岸側(cè)（圖4），右岸邊灘大幅度沖退；而在大洪水過后的河床變形恢復(fù)期，由于遭遇三峽水庫后來沙大幅度減少影響，進口右岸側(cè)深泓得以保持，右岸側(cè)河床沖深發(fā)展，加上該區(qū)域存在大量采砂，南槽形態(tài)逐漸形成，同時水流向南北槽擴散，加上下游尖山壅水為河心泥沙的落淤創(chuàng)造條件，黃蓮洲心灘發(fā)育，河道形成明顯的枯水雙槽格局。

（2）三峽工程蓄水后沙量減少、流量過程變化引起灘槽形態(tài)調(diào)整劇烈。從來沙量的變化來看，三峽水庫蓄水后本河段來沙量較三峽水庫蓄水前減少37%左右，這對河道內(nèi)洲灘的穩(wěn)定是不利的。三峽水庫蓄水以前，河道輸沙總體平衡，厙家灣邊灘與右岸邊灘此消彼長變化，枯水河寬變化較小，河槽水深相對穩(wěn)定；三峽水庫蓄水以來，受來沙大幅度減小影響，河道輸沙不平衡，灘槽形態(tài)調(diào)整劇烈。從來流量及過程的變化來看，2008年、2009年、2011年為平、枯水年，流量14 000～35 000 m3/s持續(xù)時間超過160 d，黃蓮洲心灘處于沖刷狀態(tài)；2010年為較豐水年，該流量級持續(xù)時間較短，黃蓮洲心灘淤積明顯；2012年雖然也為較豐水年，但中水期流量的貢獻率較大，流量14 000～35 000 m3/s持續(xù)時間也超過160 d，黃蓮洲心灘仍發(fā)生沖刷。5.1.3人類活動的影響

自2003年以來本水道存在大量的采砂活動。2004年、2005年采砂主要位于富池口以下近右岸河槽，2006年以來黃蓮洲心灘上采砂較頻繁，這些采砂活動促進了南槽的沖刷發(fā)展，不利于黃蓮洲心灘的穩(wěn)定，從而影響主航槽航道條件。

運用數(shù)學(xué)模型計算模擬了枯水流量8 030 m3/s、整治流量10 090 m3/s兩級流量下在黃蓮洲心灘不同部位采砂、不同采砂深度的河道水流特性［4］，研究成果表明，在采砂區(qū)位于黃蓮洲心灘頭部、采砂深度10 m左右的情況下，采砂區(qū)由于吸流作用流速有所增加，并引起北槽流線向南偏移，對北槽航道條件的穩(wěn)定不利。

5.2河床演變趨勢

三峽水庫蓄水至今已超過10 a，長江中游水沙情勢變化主要表現(xiàn)為：洪水流量減小，中水時間延長，汛后枯水期提前、退水時間縮短；干流輸沙量大幅減少，河床沿程沖刷強度明顯增大，且逐步向下游發(fā)展［5］。

根據(jù)河床演變特點，結(jié)合河道邊界條件、來水來沙條件變化，鯉魚山水道河床演變趨勢主要表現(xiàn)為以下幾個方面：（1）總體河勢格局不變。本水道兩岸受天然山磯節(jié)點控制，河道微彎放寬外形較穩(wěn)定，加上上游河勢較穩(wěn)定，因此，未來總體河勢不會發(fā)生大的改變。（2）河道維持枯水雙槽、北槽為主的灘槽形勢，但黃蓮洲心灘呈沖刷之勢，厙家灣邊灘沖淤交替。由于枯水雙槽格局的形成及穩(wěn)定至今與特大洪水引起的河道進口主流右擺以及三峽蓄水后來水來沙條件的改變有關(guān)。一方面，在上游河勢較穩(wěn)定的情況下，鯉魚山水道進口深泓將穩(wěn)定于河道右岸側(cè)，這對南槽發(fā)展有利，加上中低水期南槽具有一定的沖刷能力，因此，三峽蓄水后來沙較小的情況下南槽仍有沖深發(fā)展的可能；另一方面，北槽長期位于主流帶，三峽蓄水后來沙較小的情況下北槽沖刷能力較強，仍將維持主槽地位。由于中水持續(xù)時間較長的年份易引起黃蓮洲心灘沖刷，三峽蓄水后來沙減小的持續(xù)以及中水持續(xù)時間延長，將使黃蓮洲總體呈沖刷之勢，但河道放寬、下游尖山磯頭壅水作用不變，該段泥沙淤積條件仍然存在。因此，本河道內(nèi)枯水雙槽局面一時難以改變。另外，受水沙波動影響，加上黃蓮洲心灘呈沖刷之勢，厙家灣邊灘仍將沖淤交替。（3）北槽航道條件難以穩(wěn)定。北槽航道條件變化與黃蓮洲心灘、南槽分流變化密切相關(guān)。今后在黃蓮洲沖刷、南槽分流不穩(wěn)定的情況下，北槽航道條件難以穩(wěn)定。

圖4鯉魚山水道近期深泓平面變化圖Fig.4Thalweg variation in the Liyushan river reach

6 結(jié)論

主要受1998、1999年特大洪水以及三峽工程蓄水后來沙大幅度減少的相繼影響，鯉魚山水道由單一河槽轉(zhuǎn)化為枯水雙槽，而采砂加速了這一演變進程。今后，在上游河勢較穩(wěn)定的條件下，鯉魚山水道總體河勢格局不變，河道仍能維持枯水雙槽、北槽為主的灘槽形勢，但受三峽工程蓄水后來沙大幅度減少以及中水持續(xù)時間增加的持續(xù)影響，黃蓮洲心灘呈沖刷之勢，厙家灣邊灘沖淤交替，北槽航道條件難以穩(wěn)定。

［1］江凌,黃成濤.長江中游鯉魚山水道航道整治工程工程可行性研究報告［R］.武漢：長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院,2014.

［2］中國科學(xué)院地理研究所,長江水利水電科學(xué)研究院,長江航道局規(guī)劃設(shè)計研究所.長江中下游河道特性及其演變［M］.北京:科學(xué)出版社,1985.

［3］錢寧,張仁,周志德.河床演變學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社,1987.

［4］李明,張明.長江中游新洲～九江河段鯉魚山水道航道整治工程平面二維水沙數(shù)值模擬研究［R］.武漢：長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院,2014.

［5］許全喜,朱玲玲,袁晶.長江中下游水沙與河床沖淤變化特性研究［J］.人民長江,2013,44(23):16-21. XU Q X,ZHU L L,YUAN J.Research on water?sediment variation and deposition?erosion in middle and lower Yangtze River［J］. Yangtze River,2013,44(23):16-21.

Analysis of riverbed adjustment causes and trends of Liyushan river reach in middle Yangtze River

LI Zhi?hong
（Changjiang Waterway Bureau,Wuhan 430010,China）

The Liyushan river reach in the middle reach of Yangtze River is a slightly sinuous and widening channel.By the bank mountain control,flood regime is relatively stable,but the recent low?water swale changes ob?viously,which have an adverse effect on shipping and the use of shoreline.Based on the measured data of topogra?phy,hydrology and sediment,in combination with numerical simulation,the river bed deformation characteristics and the water&sediment transport characteristics of Liyushan river reach were analyzed,the cause and trend of riv?erbed evolution were discussed.The research results show that flood in 1999 and 1998 and sediment decrease after the impoundment of the Three Gorges Reservoir are the main reason from the single channel to the dry double chan?nel.In the future,the overall river regime will remain unchanged,with the situation of dry double groove and groove in the north,but Huanglianzhou central bar will be eroded and Shejiawan side bar will be eroded and deposited al?ternately,the left channel condition will be worse.

slightly sinuous and widening channel;riverbed deformation;water and sediment transport charac?teristics;evolution reason

TV147；U617

A

1005-8443（2015）04-0318-05

2015-04-01；

2015-04-17

李志宏（1968-），男，廣西省融水人，高級工程師，主要從事航道整治研究工作。

Biography：LI Zhi?hong(1968-),male,senior engineer.