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

（交通運輸部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通行業重點實驗室，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

（交通運輸部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通行業重點實驗室，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律，導致航道條件出現不利變化。通過對三峽蓄水后鯉魚山水道洲灘演變的分析，研究了洲灘間的關系，揭示了河段洲灘演變與航道變化之間的關系，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、南槽沖刷發育、厙家灣邊灘低灘周期性沖淤變化綜合作用的結果，并據此提出穩定北槽邊界，增強主航道枯水水動力條件的治理對策。

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生了明顯變化，洪峰推遲、中水時長增加、汛末退水時間較短、來沙量大幅減少等導致很多原來穩定的放寬河段洲灘發生沖灘淤槽的變化，河槽向寬淺化發展趨勢明顯，逐漸成為一種不穩定的河型［1-2］。但受三峽運行影響長江中下游因水沙條件變化特別是懸移質含沙量減小產生的河床調整變化尚在發展中，在有限年份資料中河段演變與航道條件之間變化規律變得模糊，因此，研究三峽蓄水運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，水道右岸進、出口分布有半壁山和尖山節點，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，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展，放寬段呈兩槽爭流態勢，航道條件不穩定。黃蓮洲形成穩定雙槽格局至今水道淺區主要位于黃蓮洲心灘北槽進、出口附近。河段航道維護尺度為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年規劃航道標準為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系分析［3 -6 ］

（1）鯉魚山水道河勢穩定，其微彎、放寬的平面形態是河段內洲灘發育的基本條件。

鯉魚山水道右側進、出口受磯頭控制，兩岸分布眾多山體、建有眾多港口，磯頭、山體和港口護岸工程有效地控制了河道橫向發展，河勢基本穩定。

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，放寬的形態是河段厙家灣邊灘和黃蓮洲心灘存在的根本原因。同時鯉魚山水道平面為一“鈍角”形微彎河段，進、出口較為順直，中段放寬彎曲河段較短，較大曲率導致洪水期彎道環流作用較弱，富池口以下彎頂易形成緩流區，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。

鯉魚山水道進口半壁山節點不同水期對水流作用不一致，隨著流量增加水道進口半邊山附近主流逐漸左擺。98洪水以前半邊山節點以下河段深泓一直居河中偏左，98洪水后半邊山節點下游深泓移至右岸（圖2），三峽蓄水以來深泓橫向位置一直穩定于河段右側，但縱向有不斷沖深的趨勢，據統計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展為心灘、南槽不斷發育、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模以來，不斷沖刷發展的南槽分流在2012年11月達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，導致枯水期在北槽進出口出淺。

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年初發育為一定穩定規模，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7 m，至2009年9月最大沖刷幅度更高達10 m；至2012年11月，該處又逆轉發生大規模的淤積，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，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7 m，此時北槽進口存在淺包，導致4.5 m等深線寬度不足200 m；2012年11月邊灘大幅淤積，經過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6 m，由于厙家灣邊灘沖灘成槽、淤槽成灘，北槽進口過渡段4.5 m等深線貫通，但北槽中下段出現約2 000 m縱向沙梗縱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沖淤變化周期內均伴隨北槽的航道條件好壞轉變過程，盤家港附近邊灘在汛期形成，枯水期向下游沖刷移動，移動過程中沖刷不及時導致航道出淺。

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

近期由于河段進口水動力條件的變化，河段彎道凹岸側的黃蓮洲由邊灘發展為心灘，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淤長，據統計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，南槽沖深發展迅速，北槽寬淺，航道條件多變；2008年以來，南槽發展趨緩，黃蓮洲心灘沖淤交替，經歷了沖刷、淤積、沖刷的演變過程，2008年4月～2010年1月，而在黃蓮洲心灘發育成一定規模以后，南槽發育減緩，北槽航道條件明顯好轉，這一過程中黃蓮洲雖出現一定沖刷，但0 m線范圍仍遠大于淤積周期的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，南槽發育，枯水期心灘面積持續減小，2012年3月北槽出口出現淺包，最小水深小于4.5 m；至2014年3月，心灘發生趨勢性沖刷，灘體面積有所減小，但灘頂高程變化不大。

同時由圖4可知：2008年前南槽沖深發展，黃蓮洲處于形成發育階段，北槽航道大多較寬淺，南槽發育、枯水吸流作用加強，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，但當大水年黃蓮洲心灘沖刷萎縮時北槽進、出口易出現淺包，影響航道條件。因此，較小的黃蓮洲心灘存在時北槽航道大多較寬淺，航道條件較差；黃蓮洲發育時航道條件一般較好，但同時較大黃蓮洲易擠壓北槽主流左偏，從而導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淤積在北槽進、出口附近，給航道帶來不利變化，因此，一定規模的黃蓮洲心灘是河段穩定航道條件的保證。

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系圖Fig.4Relationship between Huanglianzhou channel bar and waterway width

3 黃蓮洲灘體和厙家灣邊灘關系探討［3 ］

3.1 三峽蓄水前黃蓮洲和厙家灣邊灘關系

三峽工程蓄水以前當黃蓮洲灘體沖刷萎縮時，主流動力偏右，厙家灣邊灘灘緣處水動力趨弱，邊灘灘緣的低灘則充分發育。當黃蓮洲心灘發育時，水流主流動力軸線偏左，泥沙在黃蓮洲心灘水域落淤，黃蓮洲洲體規模擴大，貼靠黃蓮洲洲體的深槽一定程度偏離主流動力，深槽難以得到充分沖刷；與此同時，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關系（圖5）。

3.2 三峽蓄水后黃蓮洲和厙家灣邊灘關系

（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93%～74%，鯉魚山河段水體泥沙不飽和度顯著增加，導致漫灘水流在凸岸厙家灣邊灘低灘面發生面蝕；同時洪峰削減、中水持續時間增長，枯水期流量加大，凸岸中上緣橫向來沙減少，導致灘地發育不良。

（2）三峽蓄水后黃蓮洲和厙家灣邊灘關系。

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月黃蓮洲心灘進一步沖刷縮小，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關系變得不明顯（圖5）。

同時厙家灣邊灘上段盤家港一帶低矮邊灘發育于汛期，表明汛期放寬段的水流動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，此時因黃蓮洲心灘規模小，航道條件則趨差；若盤家港一帶低矮邊灘不發育，則表明水流動力軸線明顯偏向北槽，此時，黃蓮洲心灘或發育壯大或萎縮，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，這種變化是持續性的、漸進發展的，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灘槽格局的調整變化，自水道內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。三峽工程蓄水運用以來，隨著水沙條件的變化，鯉魚山水道航道條件總體穩定，但由于清水下泄，北槽兩側灘體不穩，南槽緩慢發育，導致北槽航道條件出現不利變化趨勢，灘地的沖刷萎縮并難以恢復也是航道條件不穩定和向不利方向發展的隱患。基于此提出通過工程適當守護左邊灘，籍以穩定航道的左邊界，適當增強北槽的中枯水水流動力，沖刷淤積泥沙，改善航道條件的治理對策。其中增強北槽水流動力可通過在黃蓮洲心灘灘脊設置工程措施促使黃蓮州心灘高大、限制并適當減小黃蓮州南槽的中枯水分流量等方式實現。

5 結論

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

（2）鯉魚山水道河勢穩定，其微彎、放寬的平面形態是河段內洲灘發育的基本條件；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律發生的改變導致了近期航道條件出現的新變化，目前的航道問題是左岸厙家灣邊灘低灘周期性沖淤變化、右側黃蓮洲頻繁沖淤、南槽沖刷發展三者綜合作用的結果。

（4）針對河段航道近期出現的問題，提出了保持北槽為主航道，穩定航道邊界，增強北槽中枯水水流動力的對策，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

北江航道擴能升級工程全線開工

2015-07-29；

2015-10-21

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

本刊從廣東省交通運輸廳獲悉，2015年10月28日，北江航道擴能升級項目全線開工儀式在清遠市飛來峽鎮舉行。該項目總投資約70億元，分兩個階段推進：第一階段為北江（烏石至三水河口）航道擴能升級先行工程，于2014年12月17日開工，里程約145 km，目前已進入尾聲；第二階段為北江濛里、白石窯、飛來峽、清遠四處樞紐的新建與重建工程，已于10月28日全面開工，計劃2017年底前完工。（殷缶，梅深）