三峽水庫運行對長江下游龍潭水道河床演變的影響

楊小亭，許 慧，尚倩倩

（1.西藏農牧學院，西藏林芝 860001；2.南京水利科學研究院，南京 210024）

0 引 言

長江下游江面寬闊，以分汊河型為主，不同分汊段之間多有節點或單一段控制，單一段的存在對上下游河道的演變傳遞起關鍵作用。研究單一段的河床演變以及其在上下游演變中的作用，科學地分析河道變遷發展的規律，對于合理地開發、利用及開展河道整治等都具有重要作用。

長江下游共有6個單一段，目前均呈單一彎道型，但這些單一段在歷史上也是有江心洲的，后由于支汊的淤萎或人工堵塞發生并岸而形成了單一型［1］。龍潭水道是其中一個典型的單一彎道段，上下分別連接八卦洲水道、儀征水道兩個分汊河段。水道內有龍潭港區，是長江干流重要的航運中心和港口轉運點之一［2］。該水道為I 級航道，目前航道維護尺度為12.5 m×500 m×1 200 m（水深×寬度×彎曲半徑）［3-5］。

龍潭水道河床演變過程具有明顯的階段性，三峽蓄水前經歷了自然演變到受人工干預的演變；三峽蓄水后，受三峽水庫攔蓄影響，下泄沙量大幅度減少，局部出現新的調整趨勢。鑒于三峽工程運行對中下游河段影響的長期性，有必要分析研究三峽蓄水后水道河床演變特點，明晰三峽水庫運行對水道河床演變的影響。

由于龍潭水道位于長江下游南京河段，沿江經濟發達，岸線利用程度高，河道功能多樣，因此相關研究多從工程對河道演變、防洪、航運等方面的影響進行探討。相關研究［1，2，6-16］都表明了龍潭水道護岸等河道整治工程在維持河勢穩定中的重要作用，朱宇馳等［6］分不同歷史階段對南京河段的沖淤分布和特性進行了分析，認為1986年前后是南京段（包括龍潭水道）沖淤轉換的節點；李義天等［12］研究了下游河勢對上游河勢調整的響應方式，認為在自然演變條件下，龍潭水道受上游河勢變化進而發生趨勢性沖淤。吳威等［9］重點分析了興隆洲心灘段的演變，從河岸穩定、深泓變化、心灘發展以及堤防安全等方面綜合判定了興隆洲心灘局部錨地疏浚對河勢和防洪的影響；王華等［2］評估了龍潭港港區工程群建設對長江行洪的影響，認為港區建設造成水位略有壅高，但一定程度上加固了險工段，增強了河槽對主流約束能力，有利于穩定河勢。綜合來看，相關研究多集中在各種工程建設對水道演變和防洪等影響的方面，而關于三峽水庫運行后下泄水沙變化對龍潭水道演變的影響方面研究則相對較少。

本文從龍潭水道演變過程出發，結合已有的研究成果，根據實測資料分析河床沖淤、洲灘、橫斷面及河道穩定性等方面的變化，分析三峽水庫運行后水沙條件及其對河床演變的影響，預測河床演變趨勢。

1 河道概況

1.1 河道基本情況

龍潭水道位于南京河段末端，上承八卦洲水道，下接儀征水道，水道范圍從八卦洲尾（新生圩附近）至三江口，全長約23 km。歷史上平面變形強烈，近代變遷主要是南沖北淤，依次經歷了順直→彎道→汊道→單一彎道的演變過程［1，16］。

龍潭水道與八卦洲水道右汊平順銜接，而與八卦洲左汊成近90°交匯，平面形態呈反S 型。水道進出口右岸分別有西壩、三江口兩個節點控制，彎道兩端河寬較窄，中段左岸有興隆洲和烏魚洲凸岸邊灘（圖1），河寬相對較大。河道深槽緊貼凹岸，整體水深條件優良。

1.2 水沙條件變化

河道上游控制站有大通水文站，其間無大的分匯流，因此可采用大通站的水沙資料反映本河段的來水來沙情況。三峽蓄水前（1950-2002年）多年平均徑流量為9 052 億m3，多年平均輸沙量為4.27 億t；三峽蓄水后（2003-2019年）多年平均徑流量為8 633 億m3，多年平均輸沙量（2003-2019年）為1.32 億t，徑流量略有減少，而來沙量則銳減了68%。三峽工程采用汛后蓄水、汛前消落的調度方式，汛末退水加快，蓄水期長江中下游流量減小，枯水期和消落期流量增大，由于長江下游流量還受到漢江、洞庭湖、鄱陽湖等入匯影響，因此，蓄水前后徑流變化不明顯，蓄水期徑流減少約3%［17-20］；相比于徑流，三峽水庫蓄水后輸沙量大幅減少，但年內分配仍大體與徑流過程相對應，主汛期7-9月輸沙量占全年的50%。

表1 大通站多年平均徑流量年內分配表億m3Tab.1 distribution of annual average runoff at Datong station

2 河床演變特點

2.1 三峽蓄水前演變

三峽蓄水前，龍潭水道由自然演變逐步轉變為岸線受控下的演變，隨著人類活動的增強，水道成為受工程控制較強的河道。主要特征表現為從順直水道演變成為彎曲水道，進而發展成為分汊水道，興隆洲左汊堵汊后又成為單一的彎道（圖2）。

自然演變階段：19世紀中期-20世紀初，龍潭水道岸線相對順直，這一階段，上游八卦洲左汊為主汊，龍潭水道受左汊出流和柯氏力的共同影響，右岸崩退，左岸淤長，逐漸向右彎曲發展，至1959年龍潭水道已逐步發展為彎道。

岸線受控階段：之后在20 世紀60-70年代，隨著上游八卦洲左汊衰退右汊分流增加，上彎道（八卦洲尾～拐頭）左岸岸線崩塌、頂沖點大幅度下移，同時，右岸滋生烏龍山邊灘并迅速發展淤長；而下彎道左淤右崩，其中以便民河口至龍潭河口一帶的變形最大，使得百年前的右岸成為后來的左岸岸線，故20 世紀70年代開始在八卦洲右汊和西壩頭一帶陸續拋石護岸，同時對棲霞山至三江口也實施了護岸工程，整體上穩定了八卦洲汊道和龍潭上下彎道的河勢；但隨著八卦洲右汊不斷發展，水流頂沖凸岸邊灘，使邊灘于1976年左右被切割，形成興隆洲汊道；興隆洲左汊分流在5%～6%，為穩定河勢，1985年進一步實施了封堵左汊工程，此后，興隆洲邊灘右緣被切割形成串溝，整體來看龍潭兩岸沖淤不大，深泓、斷面形態均趨穩定，西壩頭和三江口兩處節點得以有效控制保護，已做護岸工程未遭特大洪水破壞，河勢基本穩定［1，2，6-13］。

龍潭水道的演變受上游八卦洲水道變化、進出口節點以及治理工程的共同控制作用。在自然狀態的演變過程中，龍潭水道上下彎道的沖淤、岸灘的消長變化，反映出上游八卦洲汊道演變向下游傳遞的響應關系。但從演變過程來看，龍潭水道呈不斷向右彎曲發展的態勢，而其進出口位置卻基本穩定，主要是由于棲霞山、三江口、陡山節點的存在，抗沖性較好，使得水道進出口變化不大。在岸灘受控階段，隨河道治理工程的實施并逐漸發揮作用，最終形成了人工和自然節點并存的多節點控制格局，八卦洲水道主支汊匯流后，水流頂沖西壩～拐頭一帶控導岸線，經挑流作用后過渡至右岸，貼凹岸而下，經三江口節點挑流進入儀征水道。在治理工程的作用下，岸線邊界穩定，而河道內凸岸邊灘卻隨著八卦洲右汊的不斷發展，而被切割，形成興隆洲汊道，1976-1985年，龍潭水道江中有興隆洲，為分汊河型，但其在興隆洲左汊封堵工程后，又轉換為單一彎道。

綜上，三峽蓄水前的自然演變階段，龍潭水道邊界不穩，河道擺動幅度大，加之受上游八卦洲水道左右汊興衰交替的影響，主流不穩，上下彎道的一側岸線和對岸邊灘均互為消長；在控導工程和堵汊工程的作用下，岸線邊界穩定，加之上游河道也趨于穩定，龍潭水道基本穩定，河道變化主要體現在局部灘槽變化上。

2.2 三峽蓄水后演變

三峽水庫蓄水以來，長江中下游來沙銳減，來水量以中小水年為主，與蓄水前相比，僅2005年、2010年、2012年水量較大，其余年份徑流量均較蓄水前有所減小，尤其2006年來水最少，比蓄水前多年平均徑流量減小了24%。水沙條件的變化，對龍潭水道的河床演變產生一定影響。

龍潭水道整體河勢保持穩定，按目前的平面形狀和水流特性，水道可分為上彎道長約5 km；過渡段（拐頭～石埠橋）長約3 km；下彎道（石埠橋～三江口）長約15 km（圖1）。左岸頂沖點基本穩定在西壩～拐頭之間，局部崩窩逐年回淤，岸線及流線較為平順，后經拐頭向右岸過渡，至石埠橋以下主流貼右岸而下，經三江口節點進入下游儀征水道。

三峽水庫蓄水后，龍潭水道沖淤變化較小（表2），水道河床變化主要表現在深槽沖刷以及興隆洲串溝變化上（圖3～4）。從洲灘變化看，龍潭水道洲灘平面位置基本穩定，三峽蓄水初期興隆洲右緣上段沖刷，2005-2011年間，右緣累計沖刷后退約130 m，沖刷幅度為2 m 左右，2011年之后興隆洲邊緣沖淤幅度很小，年際間等高線左右擺動距離基本在80 m以內。從河床沖淤變化來看，上彎道和過渡段沖淤總量很小，略有淤積，但淤積部位主要集中在-20 m 以下的深槽部分；下彎段整體沖刷下切，沖刷部位也集中在-20 m高程以下的深槽部分，0～-20 m范圍內有沖有淤，但幅度很小。從河道斷面變化來看，深槽斷面形態穩定，有沖有淤，水道中上段相對穩定，中下段局部有所沖深發展；上彎道、過渡段河相系數均在2 以內（表3），且年際間基本不變，斷面穩定性很好；下彎道河相系數在2～4 之間，該處為河寬較大的區域，左岸有劃子口邊灘和興隆洲的存在，河道水深較上下游淺，故河相系數略高，但年際間變幅很小，可以判斷該段河床雖存在局部沖淤變化的可能，但整體來看穩定性較好。

表2 龍潭水道河床沖淤量統計表萬m3Tab.2 Statistical table of river bed erosion and deposition in Longtan waterway

表3 龍潭水道各段河相系數統計Tab.3 Statistics of regime coefficient in each section of Longtan waterway

總體來看，本水道受三峽水庫蓄水影響較大的部位位于興隆洲串溝。三峽蓄水初期槽淤灘沖，串溝有小幅淤積，但隨著清水下泄的持續作用，2011年之后串溝深槽呈緩慢沖刷發展態勢。從串溝變化和水沙條件的對應關系來看，大水年的作用較大，中小水年串溝變化不大。如2012年大水年作用后，串溝頭部小幅淤積，串溝中下段-10 m 線沖刷展寬了約130 m，最大沖幅3 m以上；隨后中小水年作用下，串溝頭部大水年產生的淤積又被沖刷，2013-2015年串溝頭部穩定，串溝中下段有沖有淤也基本穩定。

可見，三峽蓄水后本水道洲灘總體穩定，龍潭水道維持單一彎道河型，局部灘槽發生調整，主要表現為興隆洲串溝和下彎道深槽沖刷。

2.3 水沙變化對河床演變影響

三峽蓄水前，龍潭水道處于自然演變階段時，邊界擺動頻繁，水道不斷向右彎曲發展，后經岸線守護和堵汊工程，龍潭水道穩定為單一彎道河型，龍潭的洲灘格局在1985年后基本穩定，由于興隆洲邊灘較寬，在其右緣于1989年被水流切割形成串溝。

三峽水庫蓄水后來沙量銳減對本水道的影響主要有兩個方面：龍潭水道下彎段洲灘總體呈沖刷狀態，-20 m 以下深槽也呈逐步沖刷下切的態勢；另一方面，局部洲灘（如興隆洲串溝附近）受大水年份作用沖刷發展后，在一般水文年由于來沙量很小，被沖刷的部位難以恢復，河道變化相對緩慢。

3 河床演變趨勢

龍潭水道在控制節點、人工護岸和堵汊工程等的作用下，河道平面形態穩定，局部洲灘仍會有所調整。結合三峽蓄水后水沙條件及演變規律預測其演變趨勢如下。

（1）三峽蓄水后，來沙量大幅減少使得烏龍山邊灘淤長下延的可能性不大，上彎段和過渡段穩定，主流擺動幅度不大，龍潭水道的整體河勢穩定有利于維持下游長河段河勢的緩慢演變；

（2）未來隨著三峽工程清水下泄的長期作用，興隆洲串溝和凹岸深槽仍會有所沖刷，興隆洲整體保持穩定，但低灘仍有一定沖刷萎縮的空間；

（3）龍潭水道水深條件優良。龍潭水道為單一彎道，河道斷面呈窄深V 型，深槽最深點高程接近-50 m，-10 m 水深最窄處位于拐頭附近，寬度接近800 m，故在河勢基本穩定的前提下，未來龍潭水道將保持優良的水深條件。

4 結 論

（1）三峽水庫蓄水后，長江下游徑流量變化不大，但沙量銳減了68%，這一水沙條件變化對龍潭水道河床演變的影響逐步顯現。

（2）受前期護岸工程的影響，龍潭水道河道岸線邊界穩定，三峽水庫蓄水后，由于來沙量較少，河床總體呈沖刷態勢，但灘槽沖淤調整較為緩慢，大水年對洲灘變化的作用較大，一般年份沖淤幅度很小。

（3）三峽水庫的長期運用，來沙量的大幅減小對河道演變的影響大于徑流變化的影響，河道來沙已不可能恢復到蓄水前的狀態，在來沙大幅減小的基本條件下，興隆洲串溝、下彎道深槽和興隆洲低灘未來仍會有一定幅度的沖刷，需要進一步關注其變化趨勢。□