長(zhǎng)江岸帶馬鞍山段河道變遷與岸崩形成機(jī)理研究

昂正嬌

(安徽省地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蕪湖 241000)

河道變遷是指由于河流的天然改道或改向使河道發(fā)生平面遷移的現(xiàn)象。岸崩是指河湖岸坡，在地表水沖蝕和地下水潛蝕作用下造成的岸坡變形和破壞現(xiàn)象。河道變遷和岸崩會(huì)誘發(fā)一系列環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題，如滲漏、管涌、流土、沙土液化等。因此，研究這些為做好地質(zhì)災(zāi)害防治具有重要意義。

關(guān)于長(zhǎng)江河道的變遷以及岸崩方面，幾十年來(lái)，眾多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究，取得了許多成果，如，文獻(xiàn)[1]分析了馬鞍山河段江心洲汊道的河床演變，并分析了對(duì)岸帶的影響。文獻(xiàn)[2-3]利用遙感理論分析了長(zhǎng)江安徽段岸帶變遷形式及崩岸特征。文獻(xiàn)[4]對(duì)長(zhǎng)江干流馬鞍山段的崩塌現(xiàn)象進(jìn)行了描述。文獻(xiàn)[5]論述了河岸沖刷崩岸的機(jī)理和影響岸坡崩落的主要因素。文獻(xiàn)[6]分析了江西段長(zhǎng)江岸帶岸崩產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)理。文獻(xiàn)[7]結(jié)合地質(zhì)地貌條件、河泓改道等方面分析岸崩形成機(jī)理并提出了影響因素對(duì)其岸帶崩塌的影響。以上研究成果對(duì)長(zhǎng)江岸崩的研究有著積極的推動(dòng)作用，但目前關(guān)于長(zhǎng)江岸帶馬鞍山段河道變遷以及岸崩的形成機(jī)理研究方面還未見有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。為此，本文結(jié)合長(zhǎng)江岸帶馬鞍山段的調(diào)查成果并結(jié)合環(huán)境條件，對(duì)馬鞍山段岸帶變遷、岸帶地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理與影響因素進(jìn)行了研究，為做好地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供理論參考。

1 研究區(qū)長(zhǎng)江岸帶特征及變遷歷史

1.1 地質(zhì)環(huán)境條件

長(zhǎng)江岸帶馬鞍山段岸帶地理座標(biāo)介于東經(jīng)118°17′～118°32′，北緯31°29′～31°49′之間。長(zhǎng)江干流馬鞍山段上起東西梁山，下至慈姥山和斗山，全長(zhǎng)36km，干流長(zhǎng)31.25km，支汊長(zhǎng)38.24km。左岸(西岸)是和縣，右岸(東岸)是當(dāng)涂縣和馬鞍山市，長(zhǎng)江岸帶馬鞍山段岸帶位于沿江丘陵平原，地勢(shì)總體特征呈東高西低，地勢(shì)起伏不大，分布標(biāo)高在4.5～165.8m不等，相對(duì)高差161.3m。

根據(jù)地貌形態(tài)和海拔可以分為江心洲、河漫灘、一級(jí)階地、低丘、、地貌形態(tài)。地層巖性主要為分布于江心洲和河漫灘的淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉細(xì)砂。位于東、西梁山、人頭磯、小九華出露的侏羅紀(jì)下統(tǒng)磨山組砂巖、粉砂巖。馬鞍山江段屬于亞熱帶季風(fēng)河流，全年流量變化明顯，分為洪水期和枯水期。流量主要集中在汛期(占全年徑流總量的60%)?？菟诔辈畲螅樗诔辈钚?。調(diào)查區(qū)內(nèi)無(wú)斷層構(gòu)造。該區(qū)地殼相對(duì)不穩(wěn)定，歷史上曾發(fā)生多次地震。2005年11月26日，受九江地震影響，本區(qū)也有較明顯震感。

1.2 岸帶基本特征

馬鞍山段岸帶為順直分汊河段，上下兩端分別有東西梁山及慈姥山、斗山兩組控制節(jié)點(diǎn)，全長(zhǎng)36km，為兩端束窄、中間展寬的順直分汊型河段。進(jìn)出口河寬分別為l.1km和2.0km，最大展寬處為8.0km，有江心洲、小黃洲順列其間，將水流分為左、右兩汊。江心洲左汊為主汊長(zhǎng)約22km，河寬約2.0km，河道外形順直，多年分流比為87%～92%；江心洲右汊彎曲，長(zhǎng)約24km，寬約0.6km，多年平均分流比約為10%。

江心洲左汊主流從小黃洲頭過(guò)渡至小黃洲右汊，過(guò)渡段長(zhǎng)約3km，從左至右河道急劇轉(zhuǎn)折近似90度急彎。小黃洲右汊為主汊長(zhǎng)約6.5km，寬約1.5km，左汊為支汊，長(zhǎng)約7.5km，河寬0.8km。其左右分汊分流比變化較大，左汊分流比變幅為2%～23%，1984年以后有增大趨勢(shì)，1998年9月為25.7%。小黃洲尾至下游新生洲頭為長(zhǎng)約1.5km的單一順直段。受上游東梁山挑流作用，本段左汊為主泓，左岸受到較強(qiáng)的沖刷而不穩(wěn)定，尤其小黃洲左汊頂端，岸崩強(qiáng)烈，右岸受到大江心洲的屏蔽，較穩(wěn)定， 只是在馬鞍山市附近， 由于大江心洲和小黃洲之間汊道的分流頂沖， 局部岸線受到強(qiáng)烈侵蝕。

1.3 岸帶變遷

春秋晚期(約公元前528～516年)，長(zhǎng)江左岸(即西岸)在今和縣縣城中。右岸(即東岸)除少數(shù)丘陵崗地外，大部分地區(qū)被江水或古丹陽(yáng)湖水所淹沒(méi)。漢朝以后，左岸迅速淤積，岸線向東擴(kuò)張，右岸淤積相對(duì)緩慢，唐天寶年間(742～756年)，右岸江堤在今當(dāng)涂縣北的黃山山麓，大約位于今右岸以東1.75km的位置，即在今寧蕪公路的位置上。到了宋代，左岸已顯著向東突出成為大凸岸，南宋時(shí)期右岸迅速淤積，河漫灘和堆積階地向西伸展，江面變得極為狹窄、江面的寬度約1公里左右、這是馬鞍山河段最狹窄的時(shí)期。元、明以后，隨著江心沙洲的大量涌現(xiàn)與合并，江岸又開始后退，江面不斷增寬。江岸不斷后退，左岸突出部分至清末已被分汊左支沖刷殆盡，彎曲河岸演變?yōu)轫樦狈帚夂影?見圖1a)。清以后，陳家圩、恒興洲、神農(nóng)洲等江中沙洲逐漸淤積靠岸。

自本世紀(jì)初，馬鞍山河段江岸的形勢(shì)已初具現(xiàn)在的格局，整體上的演變較小，局部區(qū)域的江岸消長(zhǎng)不斷。左岸在姥下河至杜姬廟一帶，坍江量最大，江岸向西退縮2～3km金河口、針魚嘴、新河口等地均有不等距離的崩坍。其下游因大黃洲靠岸又向東突出成為凸岸。右岸采石磯以上的江岸因陳家圩靠岸而西延。采石磯以下江岸，在明以前位于今翠螺山-寶積山-望夫山-西山-白壁山-馬鞍山-慈姥山一線，江流迫近這些山崗的西麓(見圖1b)。清代以后，隨著左岸崩坍，江中沙洲遷移，這段江岸開始堆積，江水漸漸遠(yuǎn)離山麓。到民國(guó)23年(1934年)，白壁山距江6km，馬鞍山距江lkm，慈姥山距江1～1.5km(見圖1c)。今白壁山因恒興洲的崩坍，距江不到1km，馬鞍山距江1～1.5km，慈姥山距江0.5～0.75km(見圖1d)。50余年內(nèi)，除恒興洲崩落退縮外，其它地段均有淤積增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

(a)清嘉靖年間(1522～1566年)長(zhǎng)江馬鞍山河段示意圖 (b)清乾隆二十年(1758年)長(zhǎng)江馬鞍山河段示意圖

(c)民國(guó)三年(1934年)長(zhǎng)江馬鞍山河段示意圖 (d)1984長(zhǎng)江馬鞍山河段示意圖圖1 馬鞍山河道演變對(duì)比圖

2 岸崩形成機(jī)理及影響因素

馬鞍山段岸帶岸崩淤積多發(fā)生在左岸(西岸)，右岸(東岸)較為穩(wěn)定。由調(diào)查可見，岸崩多發(fā)生在分汊河段以及沙洲發(fā)育的分汊河段的凹岸。強(qiáng)崩段主要發(fā)生在強(qiáng)彎曲段的凹岸處，特別是頂沖部位。弱崩段主要發(fā)生在微彎曲段的凹岸處。崩岸主要分為條崩和窩崩兩種類型。條崩是一種平行于岸線的主要為條帶狀的岸崩形式，一般約十幾米到幾十米，多發(fā)生在比較順直的岸段。窩崩主要為圓弧形，多發(fā)生在湖口以下的長(zhǎng)江下游，長(zhǎng)約十幾米到幾十米。一般連續(xù)分布，從遙感影像上呈鋸齒分布。

2.1 地形地質(zhì)因素

從形成機(jī)制上看，條崩更像是岸帶上的崩塌，而窩崩更像是岸帶上的滑坡[8]。地形因素主要關(guān)系到岸坡土層結(jié)構(gòu)、土體的孔隙比、水力坡降、滲透壓力等因素， 是決定岸坡土體抗滑穩(wěn)定的內(nèi)在因素。即岸坡的組成條件越好， 抗沖刷能力就越強(qiáng)[9]；岸帶左岸(西岸)主要為河湖沖擊的河漫灘第四系松散沉積物(位于烏江可見局部為一級(jí)階地)，抗沖刷能力差。二元相結(jié)構(gòu)，上層為較薄的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土，下層為深厚的砂，粉細(xì)砂，淤積質(zhì)粉細(xì)砂的巖性組合受江水掏蝕作用強(qiáng)烈。右岸(北岸)多處為出露磯頭(J1m)，山磯之間為狹長(zhǎng)的江灘。上層為較厚的粘土、粉質(zhì)粘土，下層為較薄的砂、粉細(xì)砂，抗沖刷掏蝕能力強(qiáng)，較穩(wěn)定。

2.2 水動(dòng)力因素

1)頂沖 造成岸崩很重要的重要的兩個(gè)因素為深泓逼岸、水流頂沖[10]。深泓越靠近江岸，此段的岸崩較為強(qiáng)烈。也就是說(shuō)主流越靠近江岸，岸崩發(fā)生越為強(qiáng)烈。根據(jù)近期地下地形測(cè)量可知，此段深泓有靠近江岸的趨勢(shì)，此段江岸崩岸作用強(qiáng)烈(見圖2)。

1. 2016年10月水下地形；2. 2006年10月水下地形； 3. 1996年10月水下地形；4. 水位線及水位標(biāo)高； 5. 江堤圖2 長(zhǎng)江馬鞍山段水下地形圖

深泓靠近江岸，河道變窄，增加了水流頂沖作用，即水流動(dòng)能作用對(duì)岸帶的影響。流速為其重要的表現(xiàn)因素，流速越大，沖刷侵蝕強(qiáng)烈；流速越小，沖刷侵蝕作用較弱。洪水期，特別是汛期，流量大，主流線為直線。分汊的曲段極易受到水流強(qiáng)烈的沖擊，兩汊匯交，水流突然增大，主流頂沖河岸，造成岸崩極為強(qiáng)烈。

2)橫向環(huán)流 橫向環(huán)流是指在水流進(jìn)入彎曲的河道內(nèi)，在離心力和地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，產(chǎn)生的垂直于主流向水流運(yùn)動(dòng)。表現(xiàn)為表層水流指向凹岸，底層水流指向凸岸。橫向環(huán)流作用在不同部位的作用形式不同。彎道上部，深泓線靠近江岸，江岸平直，即表現(xiàn)為條崩。彎道凹岸處，泥沙少，流速大，岸崩強(qiáng)烈。凸岸處，泥沙多，流量小，淤積強(qiáng)烈。凹岸不斷掏蝕，規(guī)模擴(kuò)大即產(chǎn)生了窩崩。倒江后，中間的"嘴子"也變得更加突出，表現(xiàn)為凹凸相間，犬牙交錯(cuò)(見圖3)。

彎道下部往往突出表現(xiàn)為窩崩。但強(qiáng)度比凹頂處弱一些。正如理論分析可知，在金河河口與長(zhǎng)江交匯處，可見長(zhǎng)約20m的條崩。下游發(fā)育兩處窩崩，一長(zhǎng)約300m，寬約50m，高約2.5m，成圓弧狀。距窩崩400m的下游仍可見出幾處條崩，間距500～900m。

3) 水位 洪水期，長(zhǎng)江水位高于地下水位，高水位作用對(duì)江岸有側(cè)向水壓力作用。當(dāng)洪水期過(guò)去，枯水期來(lái)臨，水位下降，地下水滲入江中，側(cè)向水壓力減少，同時(shí)滲透進(jìn)江岸土體的江水的孔隙水壓力將使其產(chǎn)生一個(gè)剪切力作用。土體無(wú)法支撐便會(huì)發(fā)生岸崩。

2.3 其他因素

除此之外，影響岸崩還有氣象與水文因素，人為因素等等。氣象因素主要為風(fēng)的作用。強(qiáng)風(fēng)使江岸水位升高，同時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)浪作用于江岸。增加江水沖蝕作用。機(jī)動(dòng)船只的增加，產(chǎn)生江波，增強(qiáng)了浪蝕。岸坡粘土土粒之間的連接被迅速破壞， 粘土一層層、一片片被迅速?zèng)_刷掉，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定程度即產(chǎn)生岸崩。馬鞍山港口的建設(shè)，不斷改變江岸原有的的工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)，使原本自然狀態(tài)下的江岸穩(wěn)定性遭到破壞，局部岸崩、泥沙淤積等問(wèn)題勢(shì)必加劇。如跨河大橋的修建，使橋墩產(chǎn)生分流作用，勢(shì)必造成大橋所在江段及下游一定范圍內(nèi)水流加急，使得局部沖刷江岸動(dòng)力加強(qiáng)，岸崩加劇。

3 結(jié)論

通過(guò)本文研究，得出了長(zhǎng)江馬鞍山段岸崩是由地形地貌，水動(dòng)力作用以及水文、人為因素共同作用而成，具體研究結(jié)論如下：

(1) 馬鞍山段岸帶左岸(西岸)上層為較薄的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土，下層為深厚的砂，粉細(xì)砂，淤積質(zhì)粉細(xì)砂的巖性組合受江水掏蝕作用強(qiáng)烈。右岸(東岸)上層為較厚的粘土、粉質(zhì)粘土，下層為較薄的砂、粉細(xì)砂，抗沖刷掏蝕能力強(qiáng)，較穩(wěn)定。

(2) 兩汊匯交，水流突然增大，主流頂沖河岸，造成岸崩極為強(qiáng)烈。

(3) 彎道環(huán)流作用對(duì)岸崩的沖蝕和掏蝕作用具體表現(xiàn)為河口下游呈條崩、窩崩交錯(cuò)、條崩的形式出現(xiàn)。

(4) 枯水期，地下水位下降，失去側(cè)向水壓力，產(chǎn)生剪切力是岸崩的重要原因。另外，風(fēng)浪，機(jī)動(dòng)船、建設(shè)工程都是岸帶崩淤的重要影響因素。

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