長江下游高港邊灘演變趨勢及其對(duì)深水航道的影響*

應(yīng)翰海，譚志國,聞云呈,陳長英

(1.長江南京以下深水航道工程建設(shè)指揮部，江蘇 南京 210017；2.中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014；3.南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210011；4.南京市水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029)

長江南京以下河段受徑流和潮汐共同作用，呈現(xiàn)彎曲分汊的河型。因彎曲分汊、河道展寬、上下游深槽過渡段引起局部水流流速減小等原因，泥沙輸沙能力下降，形成水下低邊灘。 邊灘在河道中主要起塑造河槽約束水流的作用：當(dāng)邊灘保持高大完整時(shí)，航道條件較好；當(dāng)邊灘灘低矮分散時(shí)，航道條件較差[1]。近年來，長江下游重要的礙航淺段(如福姜沙、通州沙、白茆沙)的航道整治工程相繼完成，河勢變化基本得到控制[2]。2019年5月竣工的長江南京以下 12.5 m 深水航道二期工程對(duì)落成洲和鰻魚沙2個(gè)淺灘實(shí)施了整治工程，對(duì)于高港邊灘未采取工程措施[3-4]。為此，分析高港邊灘演變趨勢對(duì)深水航道通航有重要意義。

1 高港邊灘概況

高港邊灘位于揚(yáng)中河段左汊口岸直水道北岸側(cè)，上游為嘶馬彎道段，彎道右側(cè)有落成洲分汊，屬潮汐河段彎曲分汊河道下邊灘(圖1)。隨著嘶馬彎道下段右岸側(cè)杜家港高邊灘尾端的收縮及嘶馬彎道環(huán)流的減弱，加之受高港燈前沿礁板沙平臺(tái)的掩護(hù)，高港燈—小明港長約7 km的范圍內(nèi)存在高程大于-10 m以上的邊灘，即高港邊灘。高港邊灘所處的揚(yáng)中河段受上游徑流和下游潮汐的影響，期間還存在淮河入江水流。因此，高港邊灘水沙運(yùn)動(dòng)的局部邊界條件非常復(fù)雜，其河床演變存在不確定性。泰州公路大橋建設(shè)前，航道可利用高港段右側(cè)深槽布置，左側(cè)高港邊灘對(duì)航道的影響并不嚴(yán)重；泰州公路大橋建設(shè)后，采用雙孔通航，航道在橋區(qū)上游高港段分為左右航槽，必須利用高港邊灘前沿水域，礙航問題凸顯。

圖1 高港邊灘位置

2 近期演變趨勢

歷史上，揚(yáng)中河段嘶馬彎道多次發(fā)生以窩崩為主的大規(guī)模崩岸現(xiàn)象，引起揚(yáng)中河段平面河勢發(fā)生較大的變化。20世紀(jì)70年代以后，水利部門對(duì)崩岸嚴(yán)重的岸線進(jìn)行了重點(diǎn)守護(hù)，兩岸岸線漸趨穩(wěn)定，因此，河勢條件出現(xiàn)重大變化的可能性很小，對(duì)高港邊灘河床演變的影響逐漸減弱。針對(duì)落成洲過渡段低灘沖刷和落成洲右汊發(fā)展的問題，長江航道建設(shè)管理部門陸續(xù)實(shí)施了落成洲洲頭守護(hù)工程和深水航道二期治理工程，守護(hù)了落成洲洲頭，減緩落成洲右汊發(fā)展，改善落成洲前沿低灘沖刷的現(xiàn)象，總體河勢保持相對(duì)穩(wěn)定。另一方面，自2003年6月三峽蓄水運(yùn)用以來，長江中下游徑流變化不大，含沙量和輸沙量比蓄水前減少50%以上。由于來水量變化不大，來沙量驟減，下游河道河床沖刷幾率增大，高港邊灘未出現(xiàn)較大幅度淤漲現(xiàn)象。近年來，高港段的主流略有左偏，對(duì)高港邊灘的淤漲有抑制作用，在現(xiàn)有的河勢、邊界及來水來沙條件下，高港邊灘趨于相對(duì)穩(wěn)定，預(yù)計(jì)不會(huì)大幅度淤漲，也不易沖刷消失[5]。

3 高港段航道條件

2007年泰州大橋開工建設(shè)，泰州大橋采用三塔兩跨兩孔通航，中墩位于江中，每跨跨徑均為1 080 m。泰州大橋下游為鰻魚沙順直段，為雙汊通航。泰州大橋建設(shè)后，鰻魚沙左右兩汊航道的分汊點(diǎn)位于大橋上方河道中部，航道在橋上分為左右兩支，大橋左通航孔與鰻魚沙左汊航道相連，大橋右通航孔與鰻魚沙右汊航道相連。從近年來高港段河床情況看，高港邊灘中上段的河床情況能滿足12.5 m深水航道航深和航寬的要求，高港邊灘段的下段(即泰興順直段左航槽的進(jìn)口段)12.5 m水深航寬不足(圖2)。礙航區(qū)域?yàn)殚L條形，緊臨航道左側(cè)邊線，面積基本在0.136～0.252 km2，最淺點(diǎn)高程在-11.7～-11.0 m(表1)。年際間礙航情況相差不大，高港段礙航情況未呈單向性增長，礙航量變化與灘體的大小和上游來水來沙條件有關(guān)。從年內(nèi)變化看，高港段下段緊接泰興順直段，汛期水流取直，邊灘略有淤積，汛后水流走向左右兩槽，邊灘略有沖刷[6]。

圖2 2017年2月高港段航道礙航區(qū)域

表1 高港段航道條件

4 對(duì)深水航道的影響

4.1 數(shù)學(xué)模型

計(jì)算河段上游以五峰山作為進(jìn)口邊界，下游肖山作為出口邊界，全長約92 km。數(shù)學(xué)模型采用不等距網(wǎng)格，縱向(水流方向)網(wǎng)格間距為5～190 m，橫向(垂直水流方向)網(wǎng)格間距為10～100 m，縱向布置1 360條網(wǎng)格線，橫向布置140條網(wǎng)格線，網(wǎng)格線基本保持正交，模型采用最新實(shí)測的河床地形構(gòu)建(圖3)。

圖3 離散地形

該模型自2006年以來先后進(jìn)行多次驗(yàn)證，水流運(yùn)動(dòng)模型驗(yàn)證內(nèi)容包括潮位過程、潮流速過程和汊道分流比。水沙、地形資料驗(yàn)證結(jié)果符合《海岸與河口潮流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的要求。

4.2 高港邊灘演變對(duì)深水航道影響的預(yù)測

4.2.1計(jì)算條件

2017年8月，口岸直水道深水航道整治二期工程實(shí)施完成。2006—2015水文年份中有小水小沙(2006年)、平常水沙年(2008年)、豐水年(2010年)，此水沙系列涵蓋因素較全，基本能反映三峽蓄水后的新水沙條件。因此，采用實(shí)測系列水文年2006—2015年的水沙過程作為計(jì)算條件。

4.2.2計(jì)算結(jié)果分析

從落成洲汊道段的河床沖淤變化看，隨著落成洲頭部守護(hù)工程以及深水航道二期治理工程的實(shí)施，守護(hù)住了落成洲頭部，落成洲頭部沖刷并不明顯，減緩了落成洲右汊的發(fā)展。落成洲治理工程左側(cè)沖刷，落成洲左汊過渡段-13.0 m線貫通，左側(cè)三益橋邊灘淤積。從泰興順直段的河床沖淤變化看，隨著鰻魚沙心灘頭部護(hù)灘工程以及深水航道二期治理工程的實(shí)施，順直段整體灘槽格局未出現(xiàn)嚴(yán)重的不利變化。可以看出，泰興順直段年際間河床沖淤幅度較大，尤其是左槽的上段沖淤變化對(duì)高港段的演變會(huì)造成一定的影響[7]。

鰻魚沙心灘上段建設(shè)泰州大橋，2010年泰州大橋中墩下方出現(xiàn)-10 m的淤積體，從2015年11月起泰州大橋橋下淤積體消失，從長系列10年末計(jì)算結(jié)果看，橋下淤積體無反復(fù)現(xiàn)象，有利于泰興順直段進(jìn)口航道條件的改善。從圖4可知，高港邊灘沖淤幅度不大。

從高港段航道條件看，高港邊灘中上段的航道條件能滿足12.5 m深水航道對(duì)航深和航寬的要求，高港邊灘下段(也為泰興順直段左航槽的進(jìn)口段)的12.5 m水深航寬略有不足。從近年來高港邊灘段12.5 m等深線(-13 m線)變化看，邊灘略有沖刷后退，邊灘尾端略有下延。系列年10年末航道條件與近年來高港段的航道條件相似，高港邊灘中上段的航道條件能滿足12.5 m深水航道對(duì)航深和航寬的要求，高港邊灘下段(也為泰興順直段左航槽的進(jìn)口段)的12.5 m水深航寬略有不足(圖5)。

圖4 揚(yáng)中河段沖淤變化

圖5 揚(yáng)中河段航道條件(長系列10年末)

以上說明，近年來，在上游落成洲汊道段主流右偏而下游泰興順直段主流左偏的河勢條件下，高港段的主流略有左偏，高港邊灘略呈沖刷后退、邊灘尾端下延的現(xiàn)象，高港段的航道條件穩(wěn)定少變，這對(duì)深水航道的建設(shè)維護(hù)是有益的。

5 結(jié)語

1)歷史上嘶馬彎道的崩岸和近年來落成洲洲頭低灘沖刷、右汊發(fā)展是高港邊灘形成及演變的重要影響因素。隨著沿岸護(hù)岸工程的不斷加強(qiáng)以及洲灘治理力度的加大，高港邊灘所在的揚(yáng)中河段的河勢將保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，預(yù)計(jì)高港邊灘不會(huì)大幅度淤漲，也不易沖刷消失。

2)近年來高港段存在礙航情況，但不嚴(yán)重，且年際間礙航情況相差不大。建議現(xiàn)階段通過疏浚工程維護(hù)設(shè)計(jì)航道尺度。