長江下荊江監利河段烏龜洲汊道分流分沙變化及演變特征分析

魏林云 李強 謝靜紅

摘要：監利烏龜洲汊道位于長江中游下荊江河段中部，屬于典型的彎曲分汊型河道。重點分析了2010～2018年長江中游下荊江河段烏龜洲汊道分流分沙及斷面演變特征。結果表明：該河段斷面形態基本穩定，受三峽水庫清水下泄、洞庭湖洪水頂托相互影響，斷面年際間變化沖淤互現;分流分沙較穩定，右汊為主汊。從上游河勢變化、汊道分流分沙變化及人類活動影響等角度探討了汊道變化的原因。研究結果可為長江中下游河道的防洪安全、河道綜合整治、險工護岸和水利工程建設等提供參考。

關鍵詞：汊道演變;分流分沙;斷面特性;下荊江河段

1研究背景

汊道分流分沙變化規律的研究是河道演變及沖淤變化規律研究的基礎，其研究結果可為長江中下游河道的防洪安全、河道綜合整治、險工護岸和水利工程建設等提供參考。監利烏龜洲汊道位于長江中游下荊江河段中部，屬于典型的彎曲分汊型河道。20世紀90年代以前，監利烏龜洲汊道的左汊為主汊;90年代以后右汊逐漸擴展，1993～1996年主流線過渡到右汊，右汊成為主汊。許多學者對荊江河段的汊道及洲灘演變規律進行了研究，段光磊等[1]對荊江河段關洲、三八灘、烏龜洲3個典型洲灘演變機理和演變趨勢進行了研究，認為上游河勢變化、水沙變化和人類活動等對荊江河段典型洲灘的演變起著重要作用。彭玉明等[2]重點研究了荊江汊道分流分沙變化及特性，并分析了汊道形成以及變化的原因，指出汊道的變化主要受上游河勢變化和汊道自身的分流分沙比等因素的影響，采用簡易法計算分流分沙比。黃莉等[3]對監利河段河床演變規律進行了研究，認為烏龜洲左右汊的興衰交替隨著左右汊分流分沙比的變化而變化。本文研究了近期烏龜洲汊道分流分沙變化及演變特性，對監利河段的河勢變化有一定指導意義。

2 河段概況及數據來源

2.1 河段基本情況

監利河段位于荊江河段下段，屬于典型的蜿蜒型河道，自塔市驛（荊136）至洞庭湖湖口城陵磯（荊185），長約91 km[4-6]。受長江上游來水及洞庭湖洪水頂托的相互影響，監利河段演變劇烈復雜。1999年以來，該河段實施了護岸加固工程，總體河勢較穩定，但局部河段河勢調整加劇。該河段內主要分汊河段為烏龜洲汊道，將水流分為左、右兩汊，見圖1。

2.2 數據來源

本文采用2010～2018年烏龜洲分流分沙實測資料。共布設3個測驗斷面對烏龜洲重點汊道分流分沙進行觀測，即在進口、左汊、右汊各布設1個斷面，進口斷面即為監利（二）站水文測驗斷面，左右汊斷面布設在荊144（左、右）。斷面測量岸上部分由全站儀或RTK測量，水下采用RTK與測深儀配合Hypack導航軟件施測;流量測驗采用流速儀或ADCP施測;懸移質泥沙測驗采用橫式采樣器取樣，泥沙顆粒采用激光粒度儀分析。

3 烏龜洲斷面特性分析

3.1斷面形態變化

根據2010～2018年7月或8月同期施測的大斷面資料進行分析。

（1）監利站斷面。監利站斷面為進口的控制斷面，斷面形態基本穩定，呈偏“V”形，主泓偏右，受三峽水庫蓄水及清水下泄影響，主槽略有沖刷，左岸沖淤變化較頻繁，右岸受加固護岸控制較穩定，其中，2012年深槽沖刷較嚴重，最大沖深約2.2 m，見圖2。

（2）荊144（左）斷面。荊144（左）斷面為烏龜洲左汊斷面，斷面總體呈“U”形，其中2014～2015年該斷面呈“W” 形，2010～2015年呈逐年沖刷，2016～2018年斷面略有回淤變化，2018年斷面恢復到2013年水平，見圖3。

（3） 荊144（右）斷面。荊144（右）斷面為烏龜洲右汊斷面，斷面形態基本穩定，低水部分斷面呈“V”形，高水部分斷面為復式斷面，呈“V+U”形，左槽沖淤變化交替，2014～2015年不斷下切，右槽沖淤變化較小，河床總體上基本穩定，見圖4。

3.2 斷面面積變化

（1）監利站斷面。監利站2018年斷面面積與2010年斷面面積相比的變化見表1、圖5。當監利站水位為25 m時，2010年斷面面積為7 856 m2，2018年斷面面積變為9 500 m2，增加了20.9%。當水位由25 m增到31 m時，2018年與2010年相比，斷面面積增加幅度由20.9%降至11.7%，表明隨著水位升高，清水下泄使監利斷面年際間變化沖淤互現。

（2）荊144（左）斷面。結合荊144（左）斷面2010～2018年實測大斷面資料，不同年份斷面面積變化見表2、圖6。2010～2018年期間，水位為25 m以下面積由1 229 m2增至到1 621 m2，增加幅度為31.9%。水位為30 m以下面積由2 841 m2增至3 424 m2，增加幅度為20.5%。綜上所述，2010～2015年大斷面呈逐年沖刷，2015年沖刷強度較劇烈，但2016～2018年大斷面略有回淤變化，2018年斷面面積與2013年的面積相當。

（3）荊144（右）斷面。根據荊144（右）斷面的斷面資料分析（見表3、圖7），斷面變化主要表現為沖淤互現，一般發生在左側主槽。2018年較2010年斷面沖淤變化有逐步增大趨勢，其中，2018年較2017年主泓深槽部分出現沖刷。

3.3 斷面深泓變化

3.3.1 監利站斷面

2010～2018年監利站斷面深泓變化見圖8。除個別年份深泓位置稍向左移動外，其他年份基本穩定在起點距1 000～1 200 m之間;2010～2014年深泓高程總體呈上升趨勢，2012年深泓高程最低，為8.64 m。2014～2018年深泓高程呈減小趨勢，2014年深泓高程最高，為12.44 m，深泓高程極大值與極小值相差3.8 m。綜上所述，該段年際間深泓變幅較大，斷面主槽沖淤變化交替。

3.3.2 荊144（左）斷面

荊144（左）斷面深泓變化見圖9。由圖9可知：2010～2015年深泓位置變動較大，除2013年深泓位置在起點距160 m附近外，其余年份在100～130 m之間擺動。2016～2018年深泓位置逐年左移，變化幅度不大;2010～2015年深泓高程總體呈下降態勢;2015～2018年呈上升趨勢。2015年深泓高程最低為11.44 m，深泓高程極大值與極小值相差6.9 m，表明2010～2015年大斷面主槽呈逐年沖刷，2015年沖刷強度較大，但2016～2018年主槽略有回淤變化。

3.3.3 荊144（右）斷面

荊144（右）斷面深泓變化見圖10。2010～2018年深泓位置變動不大，基本在起點距2 050～2 100 m之間擺動。2010～2015年深泓高程總體呈下降態勢，2015～2018年呈上升趨勢，2014～2015年深泓高程較低，深泓高程極大值與極小值相差9.1 m。因此，斷面左槽沖淤變化交替，2014～2015年下切最深，2016～2017年主槽略有回淤變化，2018年較2017年主槽下切1.6 m。

4 烏龜洲分流分沙變化分析

4.1 汊道形態及特性

自1960年起，烏龜洲作為凸岸邊灘得到進一步的擴展;烏龜洲下游約12 km上車灣彎道狹頸于1969年6月進行人工裁彎，縮短流程27.7 km，致使水面比降突增，監利河彎的主泓線由北泓改走南泓，主流切灘撇彎，南泓遭到強烈沖刷，并隨著上車灣引河分流比的增大而沖刷擴大。1972～1975年是烏龜洲繼續水流切割和南泓發展的時期，在此期間，由于未采取措施控制河勢，任其自由發展，使水流不斷北移。1980年汛期北泓恢復為主航道，原依附于左岸的老烏龜洲逐漸被沖掉，代之而起的新烏龜洲（1個大洲與3個小洲）又在江心形成，1990年以后右汊逐漸擴展，1993～1996年主泓線過渡到右汊，烏龜洲右汊成為主汊[7]。截至目前，主汊穩定在右汊。

左汊為主汊時，烏龜洲灘體左側沖刷，右側淤積，灘體右移。右汊為主汊時，右汊主流線沖刷灘體右邊，左側部分淤積，灘體左移。左汊左岸為荊江大堤，右汊右岸為岳陽長江干堤，兩岸均有護岸工程，烏龜洲汊道總體河勢較穩定。

4.2 汊道分流分沙變化及特點

（1）分流分沙比變化。烏龜洲汊道分流分沙比見圖11，12。根據2010～2018年汛期實測的流量資料進行分析，烏龜洲汊道分流較穩定，右汊分流比在85%～90%之間，左汊分流比在10%～15%之間;根據2010～2018年汛期實測泥沙資料，烏龜洲汊道分沙比較穩定，右汊分沙比在88%～93%之間，左汊分沙比在7%～12%之間。這表明烏龜洲汊道分流比沿時程變化不大，分沙比也相應變化較小，分流分沙比均處于相對穩定狀態。

1970～1980年，烏龜洲分流分沙比變化較大，表明這一時段主、支汊易位，該河段處于不穩定狀態。20世紀80年代，左汊為主泓，左汊的分流分沙比也相應變大; 90年代，汊道分流分沙比較變幅較小，但左右汊的分流分沙比相差不大，表明左汊逐漸淤積，右汊相應沖刷[2]。21世紀以來，左右汊的分流分沙比較穩定，右汊的分流分沙比大，右汊為主汊，其中，2003～2009年右汊的分流比在85%上下波動。

（2）垂線流速橫向分布。監利站、左汊、右汊3個斷面的2010～2018年汛期垂線流速橫向分布見圖13～15，監利站斷面流速大致呈拋物線分布，主流在800～1 200 m之間，主泓流速較大，符合水流條件一般規律。荊144（左）斷面為烏龜洲左汊，平均河寬為300 m左右，來水較小，所以流速也較小，靠兩岸流速就更小。荊144（右）斷面汛期來水較大，屬漫灘水位，流速分布也較均勻，主流在2 050～2 100 m之間，主泓流速較大。

（3）含沙量橫向分布。監利、左、右汊3個斷面的2010～2018年汛期垂線含沙量橫向分布見圖16～18。

2011～2017年含沙量變化基本一致，2010年受上游來水和洞庭湖頂托影響，2018年受上游來水影響，全斷面各垂線的含沙量也隨之增大。監利站含沙量橫向變化基本和流速變化同步。荊144（左）斷面為烏龜洲左汊，含沙量與流速成正比，流速較小，含沙量就小，反之亦然。荊144（右）斷面為烏龜洲右汊，含沙量與水流的挾沙能力有關，但也與上游來沙有關，符合自然規律。由以上分析可以得出：2010～2018年3個斷面含沙的橫向分布變化基本一致，水流較大，含沙量也較大。

（4）懸移質泥沙顆粒變化。以斷面平均泥沙粒徑數和小于某粒徑沙重百分數作對數圖。從圖19～21分析可知，監利站、荊144（左）、荊144（右）3個斷面2010～2018年顆粒級配線型基本一致，上游來水流速大，挾沙能力大，反映出泥沙主要來源于上游，泥沙粒徑在0.1～1.0 mm間的占比較大，說明泥沙主要由洲灘沖刷形成，粒徑較粗，符合荊江河道的泥沙顆粒級配規律。

監利站、荊144（左）、荊144（右）3個斷面2010～2018年汛期懸移質顆粒級配特征值統計見表4。監利站最大中數粒徑為0.164 mm，最大平均粒徑為0.167 mm，最大粒徑為0.794 mm。荊144（左）最大中數粒徑為0.054 mm，最大平均粒徑為0.088 mm，最大粒徑為0.708 mm。荊144（右）最大中數粒徑為0.149 mm，最大平均粒徑為0.153 mm，最大粒徑為0.722 mm。監利站與荊144（右）斷面實測的中數粒徑、平均粒徑、最大粒徑相差不大，與荊144（左）斷面相差較大。

4.3 汊道變化原因分析

烏龜洲汊道變化主要受到上游河勢變化、汊道分流分沙變化以及人類活動等3個因素影響。上游河勢的變化及主流線的擺動導致汊道的一汊迎流沖刷而發育，另一汊則避流淤積而萎縮。穩定的水沙關系形成穩定的汊道，水沙關系不穩定，變幅大，則主流擺動頻繁，主支汊易位現象交替出現。由于受三峽水庫蓄水及清水下泄影響，荊江河段出現了長時間的沖刷現象，支汊可能會緩慢萎縮，而汊道兩岸的堤防工程在一定程度上又限制了河床的擺動。

5 結 論

本文根據2010～2018年烏龜洲汊斷面和分流分沙資料，分析了烏龜洲的斷面特性以及分流分沙變化。

（1）監利站、左汊、右汊3個斷面形態較穩定，呈“U”形或“V”形;斷面沖淤變化頻繁交替，斷面面積年際間變化較大，總體斷面面積變化不大。斷面深泓位置基本保持不變，年際間深泓高程變幅較大，后期需加強關注斷面變化情況。

（2）烏龜洲附近斷面含沙量與流速成正比。懸移質泥沙主要由洲灘沖刷形成，粒徑較粗，符合荊江河道的泥沙顆粒級配規律。烏龜洲左右汊分流分沙基本穩定，右汊為主汊，汊道則處于相對穩定狀態。

應密切關注上游河勢變化、分流分沙比變化以及人類活動等影響，其分析結果對于預測汊道的變化具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1]段光磊， 彭嚴波， 肖虎程，等. 長江荊江河段典型洲灘演變機理初探[J]. 水利水運工程學報， 2008（2）：10-15.

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[3] 黃莉. 監利河段水沙變化及其對該河段河床橫斷面形態影響機理研究[D]. 武漢：長江科學院， 2008.

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（編輯：李 慧）