贛江東河南昌至三江口河段河床演變分析

湯冠華,裘 濤

(1.紹興市水利局用水管理處,浙江 紹興 312000;2.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020)

1 問(wèn)題的提出

贛江是江西省的第一大河流,是縱貫全省南北的重要水運(yùn)干線。贛江東河(見圖1)位于贛江尾閭,沿途無(wú)鐵路,少公路,陸路設(shè)施修建非常困難,水上運(yùn)輸成為該地區(qū)不可或缺的運(yùn)輸方式,但其航道等級(jí)不高,未充分發(fā)揮水運(yùn)的優(yōu)勢(shì)。為改變此現(xiàn)狀,江西省交通廳港航管理局計(jì)劃通過(guò)航道整治的辦法,提高贛江東河 (南昌—三江口河段)航道等級(jí),使之達(dá)到骨干航道標(biāo)準(zhǔn)的Ⅳ級(jí)航道,以滿足沿江各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要。

圖1 贛江東河南昌—三江口河段圖

東河作為贛江洪水入湖主通道,其防洪安全十分重要。航道整治通常采取丁壩、疏浚和護(hù)岸工程。在河道中新建大量丁壩,可能產(chǎn)生壅水,改變近岸流速分布,嚴(yán)重時(shí)會(huì)改變水流動(dòng)力軸線走向和分流比等,對(duì)行洪造成不利影響,且存在丁壩壩頭淘刷問(wèn)題。鑒于此,需要從不同的航道整治方案中選擇最合理的工程方案。比選的基本原則是,在確保達(dá)到Ⅳ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),盡量減小工程措施對(duì)行洪及河勢(shì)的影響。工程方案的擬定需要充分考慮河流現(xiàn)狀及河床演變。本文通過(guò)河床的沖淤計(jì)算和險(xiǎn)灘演變分析,為工程方案的布置及比選提供依據(jù)[1-3]。

2 河道概況

贛江東河 (南昌—三江口)河段處于沖積平原上,贛江干流在南昌市裘家洲分為東西河,西河是入鄱陽(yáng)湖出長(zhǎng)江的主通道,東河在贛江鐵路橋下約1.6 km處礁磯頭分為中支與東支,左側(cè)為中支,在朱港入湖;右側(cè)為東支,在三江口入湖。河床質(zhì)多為中粗砂,少數(shù)為沙夾礫石質(zhì),部分河段為淤泥,局部為粉質(zhì)黏土(膠板或膠泥),全河段岸線多為砂壤土,間有黏土。河流順直微彎,彎曲系數(shù)1.2～1.3。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的水流與河床相互作用,岸線沖刷崩塌,大部分河床拓寬,使河段中枯水河面寬闊順直,在兩岸防洪堤控制范圍內(nèi),最大洪水河寬1 660 m,最小洪水河寬310 m,一般洪水河寬650～850 m,最大枯水河寬565 m,最小枯水河寬88m,一般枯水面寬250～320 m,河段內(nèi)共有江心洲6個(gè),總長(zhǎng)4.56 km,高于枯水位2.7～5.0 m,大多數(shù)為雙分汊。河段中較大的江心灘有7個(gè),合計(jì)長(zhǎng)1 080 m,高于枯水位0.5 m左右,最長(zhǎng)的位于錢崗劉家灘巷口村右岸,長(zhǎng)425m。

河段上段的平面形態(tài)多為蓮藕狀,節(jié)點(diǎn)較多,有6個(gè)節(jié)點(diǎn),平均每3.5 km 1個(gè);下段節(jié)點(diǎn)較少,共有3個(gè),平均每10 km 1個(gè)。節(jié)點(diǎn)枯水最小河寬88 m,位于南湖洲尾以下1 180 m;節(jié)點(diǎn)中洪水最大河寬105～430 m。

3 河床沖淤計(jì)算分析

河床沖淤演變主要通過(guò)河段各斷面之間的沖淤量、沖淤厚度來(lái)反映,現(xiàn)根據(jù)不同年份選取的34個(gè)河床橫斷面進(jìn)行全河段沖淤計(jì)算分析。沖淤量與沖淤厚度分別通過(guò)前后2 a設(shè)計(jì)水位與設(shè)計(jì)水位以上2 m(參照邊灘高程與平灘水位)的上下斷面之間水棱體體積之差與前后2 a的斷面積之差、平均河寬求得,各淺灘、河段的沖淤數(shù)據(jù)見表1～ 3[4-5]。

表1 東河 (八一橋—滁槎)河段河床沖淤計(jì)算表

表2 東河 (滁槎—三江口)河段河床沖淤計(jì)算表

贛江是雨洪式河流,河段內(nèi)的水流常年不結(jié)冰,徑流大小與水位高低基本一致,年內(nèi)分配不均勻。近年來(lái),由于贛江上游萬(wàn)安水利樞紐建成并投入運(yùn)行及其他支流采取較好的水土保持措施,下游懸移質(zhì)輸沙量大幅減少,改變了下游河段的來(lái)水來(lái)沙條件以及 1988—1992年Ⅳ級(jí)和2002—2004年Ⅲ級(jí)2次航道整治工程的實(shí)施等綜合因素的影響,引起河床嚴(yán)重下切,從而導(dǎo)致同流量下的中枯水水位逐年下降。分析沖淤計(jì)算結(jié)果可知:

(1)1992—2003年的八一橋—三江口河段:除個(gè)別斷面出現(xiàn)微小淤積外,全河段處于沖刷狀態(tài);在設(shè)計(jì)水位下總計(jì)沖刷1 136.0萬(wàn)m3,年均沖刷103.26萬(wàn)m3;平均沖刷厚度0.767 m,年均沖厚0.07m。在設(shè)計(jì)水位以上2 m的水位下總計(jì)沖刷1 404.6萬(wàn)m3,年均沖刷127.74萬(wàn)m3;平均沖刷厚度0.731 m,年均沖刷0.068 m。

(2)上段(八一橋—滁槎):設(shè)計(jì)水位下共沖刷871.40萬(wàn)m3,年均沖刷79.2萬(wàn)m3,平均沖刷厚度1.15 m,年均沖刷厚度0.11m;設(shè)計(jì)水位+2.0 m的水位下共沖刷1 020.10萬(wàn)m3,年均沖刷92.74萬(wàn)m3,平均沖刷厚度1.16 m,年均沖刷厚度0.11 m。本河段上段由于近期河床采砂,沖刷量與沖刷厚度較大,如首端的礁磯頭灘共沖刷473.90萬(wàn)m3,平均沖刷厚度達(dá)2.06 m,其中Cs3～Cs4斷面平均沖刷厚度達(dá)3.33 m;河下萬(wàn)家灘沖刷量為380.50萬(wàn)m3,平均沖刷厚度為1.78 m,年均沖刷厚度0.16 m。再往下游沖刷量逐漸減少,其尾端滁槎灘沖刷量只有53.60萬(wàn)m3,平均沖刷厚度只有0.39 m,年均沖刷厚度只有0.035 m,其中該灘Cs13～Cs14斷面,在設(shè)計(jì)水位下有少量淤積,共淤積4.30萬(wàn)m3;平均淤積厚度0.14 m,年均淤積厚度0.01 m。

(3)下段(滁槎—三江口):設(shè)計(jì)水位下共沖刷264.60萬(wàn)m3,年均沖刷24.06萬(wàn)m3,平均沖刷厚度0.48 m,年均沖刷厚度0.04 m;設(shè)計(jì)水位+2.0 m下共沖刷384.50萬(wàn)m3,年均沖刷35.00萬(wàn)m3,平均沖刷厚度0.41 m,年均沖刷厚度0.037 m。其中Cs31號(hào)斷面產(chǎn)生微小淤積,設(shè)計(jì)水位下平均淤積厚度0.12 m,年均淤積厚度0.01 m,設(shè)計(jì)水位+2.0 m的水位下平均淤積厚度0.080 m,年均淤積厚度0.007 m。

從上面分析可知:上段沖刷量較大,下段沖刷量較少,只有上段沖刷量的34%左右,導(dǎo)致下段河床相對(duì)較高,枯水位時(shí)阻擋水流,甚至產(chǎn)生壅水現(xiàn)象,枯水航深只有0.3 m左右,礙航嚴(yán)重。

4 險(xiǎn)灘演變分析

分析贛江東河(南昌—三江口)河段2003年測(cè)圖,全河段共有13個(gè)淺灘,水深不足0.5 m的淺灘有下段的鮭魚洲、吉里萬(wàn)家、長(zhǎng)湖灘3個(gè);水深0.5～1.0 m的淺灘有尤口、錢崗劉家、將軍洲、南湖洲、狗尾洲5個(gè);水深1.1～1.6 m的淺灘有礁磯頭、河下萬(wàn)家、滁搓、程家池、三江口5個(gè)。由于本河段屬寬淺性河道,故航道寬度與彎曲半徑均能滿足要求。全河段的13個(gè)淺灘中,交錯(cuò)淺灘5個(gè),復(fù)式淺灘4個(gè),汊道淺灘2個(gè),支流河口與河口淺灘各1個(gè)。

全河段以吉里萬(wàn)家—南湖洲灘群最淺,航道水深只有0.2 m,淺段最長(zhǎng)達(dá)11.3 km,占下段長(zhǎng)度的36.5%,占全河段長(zhǎng)度的13.0%,礙航最嚴(yán)重,成為本次工程的重中之重。

贛江東河 (南昌—三江口)河段長(zhǎng)56 km,1992年 1月全河段水位落差為3.41 m(見表4),平均比降0.061‰,其上段落差0.66 m,平均比降0.026‰;下段落差2.75 m,平均比降0.089‰。2003年3月八一橋—三江口河段的水位落差為2.41 m,平均比降0.043‰,上段落差0.24 m,比降0.01‰,其中上段淺灘比降0.02‰左右,深槽比降0.008‰左右;下段落差2.17 m,比降0.071‰,下段淺灘比降0.10‰左右,深槽比降0.05‰左右。2006年2月15日實(shí)測(cè)瞬時(shí)水位比降,由于水位低,滁槎以下河床較高,產(chǎn)生壅水,故上段出現(xiàn)倒比降為-0.01‰;下段比降為0.085‰。

從表4中可以看出:

(1)各年上、下段的枯水比降與瞬時(shí)水位比降在不斷減小;

(2)各年的上段比降較小,下段比降較大,下段比降是上段比降的3.4～7.1倍。說(shuō)明枯水時(shí)由于下段的吉里萬(wàn)家—南湖洲灘群的河床較高阻擋水位,使上、下段的流速減緩,比降減小。

表4 河段繪圖水位與瞬時(shí)水位比降表

表5 河段各淺灘上、下深槽及邊灘情況表

深槽是河槽中因水流沖刷或環(huán)流作用形成的水深較深的局部水域或河段。2個(gè)深槽之間的過(guò)渡段為淺灘,上深槽指淺灘上游位置的深槽,下深槽指淺灘下游位置的深槽。從表5可以看出:全河段的上深槽2003年比1992年平均沖深0.90 m,下深槽平均沖深1.70 m。其中上段的上深槽平均沖深0.98m,下深槽沖深3.06 m,下段的上下深槽平均沖深0.85 m。

比較2003年與1992年測(cè)圖 (見表5)可以看出:

(1)礁磯頭灘以上約2.0 km長(zhǎng)的河段,因采挖建筑用砂,2003年河床挖深達(dá)6.0～13.6 m,比1992年增深3～10 m;

(2)河下萬(wàn)家灘的右邊灘沖刷切割95 m左右;

(3)尤口灘右側(cè)江心洲2003年沖刷縮短100 m左右,縮窄30 m左右;

(4)錢崗劉家灘的右岸下邊灘1992年時(shí)長(zhǎng)1 700 m,寬300 m,到2003年則被沖刷切割成4個(gè)小的和1個(gè)較大的江心灘;

(5)滁槎灘的右側(cè)1992年長(zhǎng)200 m,寬30 m與長(zhǎng)480 m,寬70 m的沙質(zhì)江心灘被沖刷;

(6)鮭魚洲灘的左岸上邊灘外側(cè)沖刷縮窄約80 m,洲頭沖刷下移約60 m;

(7)吉里萬(wàn)家灘至三江口的左右岸線、邊灘與江心洲基本穩(wěn)定。

以上表明(八一橋—三江口)河段河床近期處于沖刷變形狀態(tài)。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)贛江東河八一橋—滁槎河段平面形態(tài)多為蓮藕狀,節(jié)點(diǎn)較多,有節(jié)點(diǎn)6個(gè),平均每3.5 km 1個(gè);滁槎—三江口河段節(jié)點(diǎn)較少,共有3個(gè),平均每10 km 1個(gè)。布置工程方案時(shí),要充分利用實(shí)際地形,合理采用和布置筑壩、疏浚及護(hù)岸工程,使工程達(dá)到整治效果的同時(shí)能盡量減少投資。

(2)1992—2003年的八一橋—三江口河段,除個(gè)別斷面出現(xiàn)微小淤積外,全河段處于沖刷狀態(tài);在設(shè)計(jì)水位下總計(jì)沖刷1 136.00萬(wàn)m3,年均沖刷103.26萬(wàn)m3;平均沖刷厚度0.767 m,年均沖厚0.07 m。在設(shè)計(jì)水位以上2 m的水位下總計(jì)沖刷1 404.6萬(wàn)m3,年均沖刷127.74萬(wàn)m3;平均沖刷厚度0.731 m,年均沖刷0.068 m。本河段上段由于近期河床采砂,沖刷量與沖刷厚度較大,下段沖刷量較少,只有上段沖刷量的34%左右,導(dǎo)致下段河床相對(duì)較高,枯水位時(shí)阻擋水流,甚至產(chǎn)生壅水現(xiàn)象,枯水航深只有0.3 m左右,礙航嚴(yán)重。

(3)全河段的13個(gè)淺灘中,交錯(cuò)淺灘5個(gè),復(fù)式淺灘4個(gè),汊道淺灘2個(gè),支流河口與河口淺灘各1個(gè)。各年上、下段的枯水比降與瞬時(shí)水位比降在不斷減小;各年的上段比降較小,下段比降較大,下段比降是上段比降的3.4～7.1倍。說(shuō)明枯水時(shí)由于下段的吉里萬(wàn)家—南湖洲灘群的河床較高阻擋水位,使上、下段的流速減緩,比降減小?？傮w而言,贛江東河八一橋—三江口河段河床近期處于沖刷變形狀態(tài)。

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