長江下游揚中河段演變與影響因素分析

2021-01-15 09:41:44孫麗榮李榮輝

水利建設與管理 2020年12期

孫麗榮陳漣李榮輝

(1.中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司，上海 200333； 2.上海市青浦區夏陽水務管理所，上海 201799； 3.長江水利委員會長江科學院，湖北武漢 430010)

1 概述

揚中河段上起鎮江五峰山，下迄江陰鵝鼻嘴，長約91.7km，以界河口為界，分為上下兩段。經過長期的歷史演變，形成了上段太平洲汊道段彎曲分汊、下段江陰水道段微彎單一的格局。主流在進口段位于河道右岸五峰山一側，經五峰山導流后，逐漸過渡到太平洲左汊，在三江營附近主流偏靠左岸，并貼左岸嘶馬彎道凹岸一側行至高港附近，再逐漸由左岸過渡到左汊右側太平洲左緣一側，在二墩港至板沙圩子一帶水流分流，大部分水流經潛洲左槽，漸入天星洲右汊，匯太平洲右汊水流后貼河道右側的砲子洲及祿安洲左緣側漸入江陰水道的南側深槽。揚中河段河勢見圖1。

圖1 揚中河段河勢圖

2 水沙條件

揚中河段處于長江下游大通水文站以下約400km處，距長江口約280km，受徑流和潮汐雙重作用，徑流為主要造床動力因素，尤其是大洪水的造床作用尤為明顯。上游的大通水文站和下游的肖山潮(水)位站水文泥沙特征統計資料基本可以代表本河段的徑流泥沙水文特性。根據大通水文站多年水沙資料統計，三峽水庫蓄水前，5—10月徑流量占年徑流總量71.06%、沙量占87.41%，三峽水庫蓄水后(2003—2018年)，5—10月徑流量占年徑流總量67.7%、沙量占79.54%。三峽水庫蓄水前后年徑流量變化不大；三峽水庫蓄水前，多年平均輸沙量為4.30億t，三峽水庫蓄水后(2003—2018年)，多年平均輸沙量為1.339億t，多年平均輸沙量顯著減少。

揚中河段潮汐類型為非正規半日潮，外海潮波在上溯過程中由于受長江徑流的頂托和河床邊界反射影響，潮波已發生較大的變形，潮波前坡變陡、后坡變緩，漲潮歷時自下而上逐漸縮短，落潮歷時則大大超過漲潮歷時，肖山潮(水)位站多年來潮位特征變化不大。

3 揚中河段沖淤變化

1998—2001年，揚中河段平灘河槽年均沖刷量為568萬m3。三峽工程蓄水運用后，該河段沖刷強度進一步增大，揚中河段整體表現為沖刷，2001年10—2016年10月，該河段平灘河槽累積沖刷3.82億m3，年均沖刷量為2547萬m3，沖刷主要位于枯水河槽。不同時期揚中河段沖淤量統計見表1。

表1 不同時期揚中河段沖刷量統計

續表

4 河道演變分析

太平洲汊道洲灘眾多，河勢演變復雜，歷經多年的整治、護岸工程的實施，分流、分沙及主槽走向多年來基本穩定，呈較為穩定的分汊格局，嘶馬彎道岸線崩退得到有效控制，太平洲汊道整體河勢較穩定。江陰水道多年來保持微彎單一的格局，穩定少變。

4.1 太平洲汊道段

長江主流自五峰山向下被太平洲分為左、右兩汊，左汊河寬水深為主汊，右汊河窄水淺為支汊，多年來從未發生過主、支汊易位的現象。太平洲左汊分流比基本穩定在90%左右，歷年變幅小于4.0%，分沙比的變化稍大于分流比，歷年變幅小于8.0%，分沙比平均高于分流比1個百分點。而右汊分沙比值略小于分流比，這是因為右汊的進口河底高程明顯高于左汊床面，從而減少了進沙量，有利于右汊的長期穩定。左右兩汊過水面積多年來變化較小且長期穩定在85∶15左右，兩汊進口河床斷面沖淤變化甚小。太平洲汊道斷面特征值見表2。

表2 太平洲汊道斷面特征值 (計算水位：0m)

五峰山～太平洲洲頭是太平洲汊道的分流區，長約4km，河道自上而下逐漸展寬，河寬由五峰山處的1.5km展寬到太平洲洲頭的4km。右岸五峰山是石質山磯，抗沖性極強，具有較強的導流作用。多年來兩岸岸線和太平洲頭、深槽位置總體變化不大，而深槽部位的河床多年來沖淤變化較小。太平洲左汊長約46km，分為上段嘶馬彎道段和下段鰻魚沙心灘順直段，平均河寬約2030m，平均水深約15.5m。嘶馬彎道段江中距太平洲洲頭約3km落成洲發育，分太平洲左汊為左右汊。近年來落成洲右汊分流分沙能力得到增強，河床處于發展態勢，主要表現為左汊深泓右偏，導致深槽左側淺灘淤積南壓，引起附近12.5m深槽寬度縮窄，右汊左側落成洲右緣出現沖刷，落成洲頭部河床出現淤積。落成洲守護工程建成以來，落成洲右汊分流比增加的趨勢有所減緩。汊道分流比變化表現為隨著流量增大，左汊分流比隨之減小，汛期左汊分流比小于枯季分流比。太平洲左汊分流比、落成洲左汊分流比分別見圖2、圖3。

圖2 太平洲左汊分流比變化

圖3 落成洲左汊分流比變化

嘶馬彎道是長江下游著名的險工段之一，左岸為凹岸，右側凸岸為太平洲左緣；受上游河勢、來水來沙、五峰山節點挑流頂沖作用、彎道環流及邊界條件等因素影響，河道凹岸崩退，凸岸相應淤積。20世紀70年代始實施了丁壩、沉排、拋石等整治工程后，嘶馬彎道崩岸的現象得到了初步的控制，岸線崩退有所減少，崩退中心向下移動減緩，彎道凸岸淤積相應減少。1998年洪水后，局部岸線仍略有崩退，長江揚中河段嘶馬彎道(江都段)崩岸整治工程實施后深泓線及岸線位置總體變化較小，河勢基本穩定。而嘶馬彎道右側的凸岸邊灘，1966—1993年隨著嘶馬彎道左岸崩坍，凸岸邊灘相應淤積左移，其中老高港對岸的何家大港附近彎道段河寬、過水面積有所減小，彎道平面形態更加彎曲。1998年洪水至2003年嘶馬彎道右側進口—落成洲中部及劃子口—老高港對岸一帶局部水域岸線略有崩退，之后凸岸邊灘的0m等高線漸趨穩定。

太平洲左汊高港以下河道平面形態順直，水流出嘶馬彎道后由北岸一側逐漸過渡到太平洲左緣的二墩港至板沙圩子附近，北岸形成高港邊灘，河道略有展寬，平均河寬約為2500m，河道相對寬淺。板沙圩子以下至小決港一段河床中部形成-10m潛洲，將河道分成左右兩槽，大多年份左槽為主槽，兩槽水流匯流后進入過船港—界河口段內天星洲右汊，貼右側的砲子洲、祿安洲一側下泄進入江陰水道，砲子洲尾以下河道走向與其上游略有偏轉。該段河道演變受上游彎道變化的影響，高港邊灘逐年淤積，灘尾下移展寬，潛洲淤高下移，左槽發展，天星洲淤積，洲體上伸下延，左側夾槽逐年淤積，右側砲子洲、祿安洲左緣沖刷，深泓略顯南移。右岸小決港處20世紀70年代中后期曾有劇烈崩岸，80年代實施太平洲小決港護岸工程后有所穩定。潛洲左右槽的分流點、匯流點年際間上提下移，左右槽的深泓線位置除過渡段及個別年份局部段有所擺動外，其余段大部分年份深泓線位置擺動較小。

太平洲右汊全長約44km，平均河寬573m，平均水深8.5m，屬窄淺彎曲河道，平面形態近百年來變化不大，河床沖淤變化主要表現在凹岸沖刷、凸岸淤積，變化的幅度和范圍均不大；分流比保持在10%左右，分沙比略小于分流比。平面形態為上段、下段相對順直，中段多彎。近年來在河彎段多處實施了節點整治工程，彎道凹岸的崩塌已得到一定程度的控制，河勢漸趨穩定，是長江下游較為穩定的支汊河道。深泓進入祿安洲尾部至界河口附近的卡口段內擺動小，基本穩定，給下游江陰水道創造了一個良好的進口條件。分析主要原因是該段兩岸自然及人工邊界條件較好，束窄的河寬限制了主流的橫向擺動。

太平洲尾—界河口段兩岸依附著多處沙洲，太平洲尾左岸有天星洲，右岸有砲子洲和祿安洲。砲子洲洲頭在太平洲右汊尾端，洲體基本與右岸連成一片，成為右岸的一部分，太平洲左、右汊匯合后，主流沖刷砲子洲的左緣。祿安洲位于砲子洲的下游，它與右岸隔一條夾江，夾江寬250～500m。實施祿安洲洲頭及其左緣護岸工程以及節點控制工程后，祿安洲近岸河床抗沖能力大幅提高，人工節點初步形成。各洲體多年來有所淤長，小幅移動，近年來由于上游控制以及整治工程的實施，洲體大小及位置較穩定。祿安洲尾部至界河口附近段受該段河道兩岸邊界條件較好制約，深泓變化不大，多年來最大擺動幅度為200m，其河勢基本穩定。

由此可見，太平洲汊道演變的總體規律和變化趨勢為：分流、分沙及主槽走向多年來基本穩定，呈較為穩定的分汊格局，嘶馬彎道岸線崩退得到有效控制，整體河勢較穩定。主流、岸線、斷面形態變化較小，主要表現在左汊洲灘、岸線的沖淤變化。左汊嘶馬彎道崩岸得到有效控制，凹岸沖刷有所減緩，岸線頂沖點及河槽沖刷部位向下游移動。嘶馬彎道過渡到太平洲的主流頂沖位置下移，附近河道深槽近年持續沖刷，局部河勢調整。下段河槽沖刷強度和范圍明顯增大，潛洲左右槽、天星洲右側主槽均發生明顯沖刷，潛洲洲體尾部被沖蝕。預計仍將維持整體基本穩定、局部調整的格局。詳見圖4。

圖4 太平洲汊道典型橫斷面圖

4.2 江陰水道段

江陰水道上起界河口下至鵝鼻嘴，為兩頭窄、中間寬的微彎河道，兩端河寬分別約2.0km和1.5km，中間最寬約4.4km。上有天生港人工節點，下有鵝鼻嘴天然節點，對整個水道的主泓走向有著極其重要的控制作用。主槽偏靠南岸一側，受南岸臨江山體階地及抗沖性較強的土質制約，長期以來南側深槽及岸線變化較小，南側深槽以北的河床則年際間有所沖淤，變化幅度較南側略大。近40多年來該段除北側局部部位沖淤明顯外，大部分段深泓、岸線及斷面形態變化較小，保持相對的沖淤平衡狀態。

界河口至上天生港段受節點和邊界控制的影響，深泓線基本居于河道中部，天生港以后，深泓線逐漸向南岸靠近，利港以下深泓線緊貼右岸下行直至鵝鼻嘴。深泓線平面位置及高程年際間變化都較小，河勢較穩定。江陰水道演變主要表現在彎道最凹進處深槽萎縮，而對岸并沒有出現大面積邊灘，河床高程都在-10～-20m之間，這一演變特征主要是由上天生港節點挑流造成的。江陰水道水流動力軸線走向從根本上說是受上天生港節點的控制，其挑流的作用造成了目前彎頂深槽不深、凸岸不淤的特點，并在近幾十年來保持了相對穩定的態勢。兩岸岸線、深槽位置總體變化不大，受徑流及潮流的雙重作用，在局部灘槽交接區域有一些變化，但并沒有影響到整個河勢的變化。受邊界和天生港節點控制的影響，深槽基本居中，蘆埠港以下斷面形態逐漸轉化為右偏“V”字形，在黃田港局部段出現不對稱的復式河槽，至鵝鼻嘴深槽貼近右岸，歷年斷面的特征值變化比較小。

江陰水道演變的總體規律和變化趨勢為：水道多年來呈向北微彎的良好形勢，穩定少變。除局部部位外，主流、岸線、深槽、斷面形態變化小。預計在不遭遇特殊水文年，上天生港人工節點不被沖毀的情況下，江陰水道仍將保持河勢相對穩定的格局。詳見圖5。

圖5 江陰水道典型橫斷面圖

5 河道演變影響因素分析與治理思路研究

5.1 影響因素分析

揚中河段演變主要受河道邊界條件、水沙條件、涉河工程建設等因素的影響。

a.河道邊界條件。五峰山石磯、天生港和鵝鼻嘴節點的制約以及兩岸岸線整治工程的實施，使得這些部位抗沖性增強，限制了河道邊界的變化，為揚中河段河勢的穩定提供了較好的條件。

b.水沙條件變化。三峽工程的建成，改變了長江中下游河道的來水來沙特性，工程建成后年內流量分配趨于均勻，水庫攔截大量泥沙在庫區，出庫泥沙細化、大幅減少，使得下游河道水流處于不飽和狀態，河床出現一定程度的沖刷下切，且沖刷主要發生在枯水河槽，這種沖刷下切會在一定時間內存在，直至達到新的平衡，在未達到平衡前河勢調整加劇。

2016—2017年，長江下游連續發生較大洪水，2017年大通站實測最大流量達到70900m3/s，年徑流量為9378億m3，年輸沙量僅為1.04億t。這兩年來水量均較大，而輸沙量變化不大，大水的造床作用顯著，一定程度上加快了近期河道沖刷下切。2017年11月8日，太平洲左緣泰州大橋上游約1.5km處(三茅街道指南村)發生崩窩，隨后坍塌、長江干堤坍失，至當日18時崩岸基本趨于穩定。崩岸造成江岸線坍失540m，坍江最大進深190m，坍入主江堤堤后最大距離51m，坍失面積灘地101畝、水下45畝、長江干堤440m。

c.涉河工程建設的影響。揚中河段人類活動主要包括港口、碼頭工程建設，河道整治工程，航道整治工程，以及橋梁等其他涉水工程的建設。河道整治、河勢控導工程主要集中在嘶馬彎道、小決港、天星洲左汊、祿安洲等險工段或迎流頂沖段等危及防洪安全、護岸工程薄弱和控制河勢的江岸段。在口岸直水道實施了航道整治工程。一系列河航道整治工程的實施在一定程度上穩定了目前的河勢，但港口、碼頭、橋梁等工程建設增強了局部水流紊動變化，對工程附近局部河床的穩定性造成了一定影響。

5.2 治理思路初步研究

太平洲左汊上段嘶馬彎道在整治工程的作用下崩岸得到有效控制，主流出嘶馬彎道后過渡到太平洲左緣的二墩港至板沙圩子附近，對凸岸形成頂沖態勢，局部河勢調整、右岸深槽持續沖刷下切，在2016年和2017年連續大洪水作用下，太平洲左緣二墩港至三墩港之間發生了重大崩岸險情。現場查勘發現早期實施的護岸工程出現不同程度損毀，部分丁壩功能降低，嘶馬彎道等迎流頂沖段岸線仍呈緩慢沖刷后退趨勢。

結合影響分素分析，筆者認為治理研究應重點關注險工段以及嘶馬彎道崩岸得利控制后新形成的頂沖段、主流擺動幅度大以及局部沖刷強度過大段，將水力學和土力學等多學科相結合進行研究，治理措施著眼于減小主流對岸、堤的頂沖角度、頂沖流速，加強地質薄弱段河道邊界的硬質化等。在嘶馬彎道段全面加固已有護岸工程，治理新增崩岸險工段，保證堤防安全及岸坡穩定；在保證防洪安全的前提下，改造嘶馬彎道部分丁壩；守護落成洲洲頭及右汊右岸，防止水流對太平洲左緣岸線的沖刷。