烏江白濤河段復(fù)雜灘群河床演變分析

王國富，程昌華，趙 健

（1.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074;2.重慶交通大學(xué)西南水運科學(xué)研究所，重慶 400016）

烏江白濤河段復(fù)雜灘群河床演變分析

王國富1，程昌華1，趙 健2

（1.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074;2.重慶交通大學(xué)西南水運科學(xué)研究所，重慶 400016）

通過歷年實測資料結(jié)合數(shù)學(xué)模型，對烏江白濤河段近期河床演變狀況進(jìn)行細(xì)致分析，中洪水期，郭母子灘挾沙能力急劇減弱，泥沙沉積形成江心洲及暗礁;枯水期，該灘產(chǎn)生自左向右橫流及掃彎水等不利流態(tài)。獅子口灘群橫向邊灘變化，縱向航道變深、變窄、變彎;洪期流速減小，泥沙落淤;受掃彎水沖刷，左岸向河心位移，形成彎、窄、淺灘;大量的人工掘沙也使該灘逐漸變彎變窄。通過本次研究，為該灘群整治工程的方案確立提供了一定的依據(jù)。

烏江白濤河段;水文泥沙;灘險演變分析

烏江航運歷史悠久，自古以來就是渝黔兩?。ㄊ校┲匾乃辖煌ㄒ?。烏江重慶境內(nèi)龔灘至涪陵長188 km，該河段有峽谷14處，占河段總長的70%，總落差100.71 m，平均比降0.54‰，該河段灘多水急，航槽彎曲狹窄，流態(tài)紊亂，素有“烏江天險”之稱［1-2］。筆者研究分析的河段位于涪陵境內(nèi)烏江河口段，范圍上起大溪河口下游（距河口里程32 km），下至網(wǎng)背沱（距河口里程22 km），長約10 km。該段河道平面呈一90°的彎道（見圖1），彎道頂點在冉家沱，彎道上下游則較順直。試驗河段為桐麻灣峽與小溪峽之間開闊江段，兩岸為平緩臺地，有巖層裸露，邊灘交錯，航道彎、窄、淺、險兼具，是白馬以下航道中灘險最復(fù)雜、礙航最嚴(yán)重、整治難度最大的灘段［3］。

1 水文泥沙

1.1 水 文

汛期6～10月平均流量為2 390 m3/s（以1961—1970年資料統(tǒng)計）。最大流量為21 000 m3/s，最小流量為218 m3/s。烏江洪、枯水位變幅大，最大變幅約36 m，水位最大日漲幅8.10 m，最大時漲幅遲到0.98 m，水位歷史保證率95%的水位為169.35 m（武隆水位）。表1給出了武隆頻率洪水。

圖1 烏江郭母子—獅子口航道整治工程河段河勢圖Fig.1 Regime figure of waterway regulation engineering about Wujiang River and Shizikou

表1 烏江武隆水文站的洪水特征值Tab.1 The flood characteristic value of Wulong Station

1.2 泥 沙

烏江輸沙量年內(nèi)集中在5～10月，占全年輸沙量的90%以上，第1次大洪水的輸沙率可占年輸沙率的30%以上，沙量最大月份與水量最大月份一致，均為6月份，6月份輸沙率占全年輸沙率的30%，輸沙特征值如下:

多年平均含沙量為0.633 kg/m3;多年平均輸沙率為1 120 kg/s;多年平均輸沙量為3 215萬t;多年平均侵蝕模數(shù)為387 t/km2。烏江懸移質(zhì)和推移質(zhì)泥沙粒徑級配見表2、表3。

表2 烏江部分懸移質(zhì)級配Tab.2 Gradation table of part Wujiang River silt load

表3 烏江推移質(zhì)級配表Tab.3 Gradation table of Wujiang River bed load

（續(xù)表3）

2 灘險演變分析

2.1 郭母子灘

2.1.1 灘險概況

該灘位于大溪河口以下2 km，下距烏江河口28.5 km處，系枯水彎、窄、急險灘。烏江自桐麻灣峽進(jìn)入大溪河口以下江段后，江面驟然放寬，洪水江面由寬150 m增加到330 m。郭母子灘位于放寬段的上段，枯水期有一長500 m、平均寬100 m的“魚”形卵石江心洲（卵石粒徑d50=50 mm），分水流為左右兩汊，左汊長500 m，上下寬100 m，中間最窄處60 m，水面平均縱坡1‰，最大比降1.6‰，最大流速2 m/s，最小水深0.5 m，枯水期因水淺、多礁石不能通航。右汊為通航主汊，枯水時河面平均寬度僅65 m，灘上口水深1.8 m，有效航寬小于30 m，彎曲半徑100 m，水面平均比降0.67‰，最大比降1.5‰，最大流速2.87 m/s，灘上口最大橫比降2.6‰，航槽上段右岸流態(tài)紊亂礙航;灘段下口右側(cè)有長140 m，平均寬35 m沙卵石暗磧。中洪水期兩汊均能通航，但船舶一般走右汊。該灘兩岸巖岸裸露，多為基巖或亂石堆積，突咀伸入河床，洪水線以上為沙壤土覆蓋臺地，或植被繁雜的高坡山地。

灘段下游右岸依次有“816”廠水泵房及白濤煤礦煤碳出口梭筒碼頭。

2.1.2 灘險演變及礙航情況

1）灘險演變

郭母子灘是多年形成的汊流灘。經(jīng)比較1968年、1986年、1999年測圖和現(xiàn)場調(diào)查，該灘江心州、兩汊水流狀態(tài)及枯中洪水岸線及邊坡均無大的變化，說明該灘較為穩(wěn)定。

2）灘險成因

①郭母子灘位于桐麻灣峽出口以下寬敞江段，河床驟然放寬，河寬為峽谷段的2.4倍，中洪水期水流挾沙能力急劇減弱、泥沙沉積是形成江心州的主因。

②大溪河口以下左岸因多處石梁突咀挑流，促使主流動力軸線自左向右位移，流量分配右汊占70%，左汊占30%，左汊口門逐漸淤高，河床礁石阻水使左汊不能發(fā)育。右汊在水流沖刷下，河床增深，形成航槽。

③當(dāng)枯中水期水流頂沖江心洲頭部，該灘左汊口地形高于右汊口，因而產(chǎn)生自左向右的橫流（橫坡比最大為2.6‰）及掃彎水等不利流態(tài)。

④中洪水期上游來沙因兩汊水流匯合流速減緩，在江心州尾右側(cè)沉積形成暗磧。

3）礙航情況

礙航位置主要在右汊上口，因水流彎曲（彎曲半徑僅100 m），及強(qiáng)大橫流（橫比降達(dá)2.6‰），加上右岸突咀挑流形成紊亂流態(tài)，下行船舶沿主流進(jìn)至分流點附近，即要調(diào)頭向右緊抱洲頭暗磧外側(cè)深槽而過，又要防止橫流沖擊和掃彎水流的紊亂夾擊，隨時有造成海損事故的危險。

其次船舶通過右汊后，即向左岸過渡，又要防止右岸岸邊水下暗磧。

2.2 獅子口灘群

2.2.1 灘群概況

獅子口灘群位于涪陵白濤鎮(zhèn)，下距烏江河口25～27 km，自上而下由古眼磧、橫梁子、瓦廠壩、冉家沱和獅子口等5灘組成。灘段總長2 km。河段兩岸地勢平緩，為兩峽間開闊臺地。白濤公路大橋至816化肥廠大件碼頭灘段所處右岸為土質(zhì)岸坡，河灘為沙卵石，邊灘寬約90 m，枯水岸線彎曲。在大件碼頭上端有溪溝匯入，該溪一般流量為0.2～0.5 m3/s，暴雨季節(jié)，溝口建筑棄碴堆積使岸線向江心推出;左岸為石質(zhì)邊坡，岸線較順直，河灘巖盤或“礁巴賴”（卵石與粘性土沉積膠結(jié)體）出露，形成多處突咀。下段凸岸為卵石灘，與冉家沱封彎順壩對峙，枯水期河寬僅80 m。烏江主流通過白濤公路大橋后，自左向右岸過渡，下段冉家沱、獅子口灘為彎曲河段，主流沿右岸掃彎而下，進(jìn)入“816”化肥碼頭江段。本灘段枯水期平均縱坡1.4‰，平均流速2.8 m/s，最大局部比降 3.96‰，最大流速 4.1 m/s，江面寬80～330 m，河床為沙卵石覆蓋，沙卵石粒徑d50=60 mm。該灘為枯水彎、窄、急險灘，為烏江下游重點礙航險灘。

該灘段右岸為原涪陵區(qū)白濤鎮(zhèn)所在地。三峽成庫后，已在左岸陳家嘴復(fù)建新鎮(zhèn)?！?16”化肥廠化肥專用碼頭及大件碼頭位于獅子口灘下段右岸，化肥廠廠區(qū)位于碼頭后方2 km處，有公路連接，渝懷鐵路沿江而建，在碼頭后方穿過。灘段左岸橫梁子有白濤鄉(xiāng)鎮(zhèn)碼頭，20世紀(jì)60年代在古眼磧?yōu)┨幮藿ǖ陌诐反髽?，因成庫后礙航，即將折除并在上游90 m處復(fù)建新橋，目前新橋已在建設(shè)中。獅子口河段為單行控制河段，在大件碼頭后方設(shè)有控制信號臺。

2.2.2 灘險演變，成灘原因及礙航情況

1）灘險演變

該灘1968年以前，除冉家沱、獅子口兩灘水急、困彎、航道彎曲（彎曲半徑150 m）和古眼磧?yōu)┧畈蛔悖菟顑H0.8～1 m）外，其余江段航道條件尚好，能滿足船舶航行要求。自1968年起由于多種原因，河道逐漸變彎、窄、淺、水流急湍，航行條件惡化，據(jù)1967年、1979年、1989年測圖和調(diào)查資料分析，在1989年前20年期間，本灘段航道發(fā)生了縱橫演變。

橫向變形主要表現(xiàn)在邊灘的變化:

右岸:1967年前，古眼磧至冉家沱沙卵石邊灘長1 470 m，平均寬120 m，靠岸邊的中洪水漏浩長800 m，平均寬40 m，枯季浩底干涸，1989年時該邊灘長650 m，平均寬90 m，灘頂高度下降約1 m左右，古眼磧至白濤溝口右岸邊灘大部消失，僅剩下零星心灘或暗磧。

左岸:橫梁子沙卵石淤積并向江心展寬，航道更趨彎曲，獅子口下邊灘向河心推移40 m，河寬由130 m縮窄為90 m。

縱向變形表現(xiàn)為航道變深、變彎、變窄，見表4。

表4 獅子口灘群縱向變形比較表Tab.4 Longitudinal deformation comparison of ShiZikou Bank group

2）灘險成因及礙航情況

本灘段灘險成因主要有以下4點:

①獅子口灘群位于桐麻灣峽與小溪峽之間開闊河段，洪期江水?dāng)y帶泥沙出峽進(jìn)入寬敞河段，流速變小，泥沙落淤沉積。

②汛期長江高水位時，本灘受回水頂托影響，流速減緩。

③獅子口彎曲河段右岸受掃彎水沖刷，彎曲段凸岸（左岸）邊灘向河心位移，形成彎、窄、淺灘。

④人為因素。20世紀(jì)60年代后期，“816”廠建設(shè)期間，于右岸邊灘大量采掘沙卵石，挖至設(shè)計低水位以下0.2～0.5 m，大面積邊灘蕩然無存，造成水流散漫，水面降低，流速減緩，泥沙沉積，航槽水深不足，日趨窄、彎，這是本灘惡化的重要原因之一。

2.3 三峽成庫后河床演變分析

目前三峽工程已經(jīng)按照156 m方案蓄水運行，枯水期壩前水位156 m時，烏江回水至羊角鎮(zhèn)（距河口51 km）;洪水期壩前水位145 m時，烏江回水至網(wǎng)背沱，與模型試驗河段尾部相接。三峽175～155～145 m正常蓄水后，烏江回水里程分別為80、46和22 km，網(wǎng)背沱以下為常年庫區(qū)，網(wǎng)背沱至中咀河段為變動回水區(qū)，中咀以上為天然河道。因此，工程河段仍具有天然河道和水庫的雙重特性，但庫區(qū)水流特性歷時較長，僅汛期河道基本為天然狀態(tài)。

整治工程河段位于烏江回水變動區(qū)的下段，枯、中水期河道水位大幅度提高，流速迅速減小，對船舶航行條件有較大改善。在汛期該河段位于回水變動區(qū)下段，水位仍較天然情況有一定的壅高，泥沙將淤落，由于汛末蓄水，走沙期縮短，淤積的泥沙不能完全被水流帶走，河道將呈現(xiàn)累積性泥沙淤積，直到泥沙淤積平衡。根據(jù)變動回水區(qū)河道的淤積特點，泥沙淤灘落槽，河床將普遍抬高;泥沙主要淤積部位為河道左岸大邊灘、古眼磧至白濤溝兩岸邊灘，以及郭母子分汊河段的支汊等;深槽部位淤積比較少。河床演變出現(xiàn)兩個顯著特點:①從平面來看，河道向著順直微彎、單一方向發(fā)展;②從斷面形態(tài)來看，兩岸岸邊淤高擴(kuò)寬，航槽雖有淤積，但無論是淤積數(shù)量還是淤積速度均小得多，使得原有的復(fù)式斷面逐漸演變成為單一斷面，而原有的單一斷面灘槽高程之差加大。因此，總的河勢是河道向窄深、順直、微彎方向發(fā)展。

根據(jù)相關(guān)數(shù)模計算表明:三峽成庫正常運行30年后，工程河段上游江段江心洲普遍淤高2～3 m，洲尾將向下游延伸，郭母子灘左汊逐漸淤塞，河道右汊深槽部位淤積較少［4-9］。

3 結(jié)論

1）郭母子灘:河床的驟然放寬，使得中洪水期水流挾沙能力急劇減弱，泥沙淤積形成江心洲;主流動力軸線只左向右移，左右汊力量分配不均，分別形成河床礁石及航槽;中洪水期上游來沙因兩汊水流匯合柳樹減緩，來沙導(dǎo)致暗礁;枯水期該灘自左向右橫流及掃彎水等不利流態(tài)。

2）獅子口:航道橫向主要是邊灘變化，縱向航道變深、變彎、變窄;洪水期江水?dāng)y帶泥沙進(jìn)入寬敞河段，流速減小，泥沙落淤沉積;回水導(dǎo)致流速減緩，彎曲河段形成彎、窄、淺灘;大量的人為挖掘沙卵石，也使該灘水流散漫，水面降低，流速減緩，泥沙沉積，航槽水深不足，日趨變彎變窄。

3）三峽成庫后，灘群河道平面上順直微彎，單一方向發(fā)展，斷面上兩岸微彎擴(kuò)寬，河道的河勢是向窄深、順直、微彎的方向發(fā)展。

（References）:

［1］ 錢寧，張仁，周志德.河床演變學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，1987.

［2］ 錢寧，萬兆惠.泥沙運動力學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，1983.

［3］ 重慶市港航管理局.西部交通建設(shè)科技項目可行性研究:烏江白馬以下河段復(fù)雜灘群航道整治技術(shù)研究［R］.重慶:重慶交通大學(xué)西南水遠(yuǎn)工程科學(xué)研究所，2009.

［4］ 趙健.烏江郭母子—獅子口灘險整治工程模型試驗研究報告［R］.重慶:重慶交通大學(xué)西南水運工程科學(xué)研究所，2009.

［5］ 謝鑒衡.河床演變及整治［M］.2版.北京:中國水利水電出版社，1997:184-185.

［6］ 熊錫林.獅子口灘群的治理［J］.水運工程，1994（7）:24-28.

XIONG Xi-lin.The management of Shizikou bank group［J］.Water Transport Engineering，1994（7）:24-28.

［7］ 長江航道局.航道手冊［M］.北京:人民交通出版社，2004:24-28.

［8］ 程昌華，劉小平，唐壽鑫.航道工程學(xué)［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［9］ 楊祥飛.長江上游銅鼓灘治理措施研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2010，29（1）:133-137.

YANG Xiang-fei.Regulation measures of Tonggu Beach at upstream of Yangtze River［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science，2010，29（1）:133-137.

Analysis of Riverbed Evolution of the Baitao Section of Wujiang River

WANG Guo-fu1，CHENG Chang-hua1，ZHAO Jian2
（1.School of River＆ Ocean Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;
2.Southwest Water Transportation Science Institute，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400016，China）

Based on analysis of the near future fluvial process of the Baitao Section of Wujiang River，measured data and mathematical model，the fluvial process of the Baitao Section of Wujiang River was studied in detail;the sediment transport capacity of Guomuzi Bar declined sharply;sediment deposit formed central bar and submerged reef in high-water period;during low-flow period it generated crossflow from left to right flow pattern and sweeping send water etc.Shizikou transitory bar changed laterally;the channel became deeper，narrower and curved;in flood，current declined and sediment deposited;left bank moved to centre river，forming curved bank and narrow bank and flat by sweeping send water;a lot of artificial sand excavations also made the bank narrower and curved.The study provided certain basis to establish plan of the bank group improvement project.

Baitao Section of Wujiang River;hydrologic sediment;rapids evolution analysis

TV1+474

A

1674-0696（2011）05-1009-04

DOI:10.3969/j.issn.1674-0696.2011.05.027

2011-06-13;

2011-06-29

西部交通建設(shè)科技項目（60363）

王國富（1985-），男，重慶長壽人，碩士研究生，主要從事河床演變及航道整治方面的研究。E-mail:wanglu_200822@126.com。