鐵板洲河段河勢近期演變及分流分沙分析

尹志　盧婧　王濂　王馳

摘要：本文結(jié)合歷年統(tǒng)計資料，對鐵板洲河段在河勢方面的近段時間演變現(xiàn)象進行了分析，并參考鐵板洲左右漢分流分沙比的實際統(tǒng)計資料的分析，總結(jié)出：由于本河段上游水沙情形及邊界狀況未發(fā)生重大改變，鐵板洲河段仍會將現(xiàn)有河勢持續(xù)保持。三峽工蓄水后在壩下游河段總體表現(xiàn)為沖刷的背景下，該河段仍可能發(fā)生沖淤交替的現(xiàn)象，但這種沖淤變化不會對總體河勢造成較大影響。

關(guān)鍵詞：水文河道資料；近期演變；分流分沙；分漢河道

0引言

武漢鐵板洲位于武漢河段上段，全長約22.2km。河段內(nèi)有部分節(jié)點影響了河段河勢改變。這些節(jié)點所處位置的河道相對較窄，而上下游節(jié)點之間河道展寬，因此河道形狀逐寬逐窄。在紗帽山一赤磯山、大軍山一槐山磯這些節(jié)點間江中有江心洲-鐵板洲，鐵板洲右漢有金水河入?yún)R。

武漢河段系長江中下游重點河段之一。近些年來，很多學(xué)者對武漢河段的演變、沖淤等變化進行了大量分析研究，陳澤方、童輝及姚麗娟根據(jù)武漢河段1986-2002年之間的實測地形資料對河道深泓變化、洲灘變化和沖淤變化進行了分析，但由于該成果所利用資料年限較久遠，未能反映三峽工程蓄水后河道變化的最新特點，且關(guān)注的重點在荒五里、漢陽及漢口等邊灘上，沒有充分考慮鐵板洲、白沙洲及天興洲等分漢型河道內(nèi)洲體的變化特性；崔占峰、張細兵及渠庚研究了三峽工程運用后武漢河段河道沖淤變化，但研究范圍未包括鐵板洲所在河段的變化情況。本文根據(jù)三峽工程蓄水前（1959-2001年）后（2006-2013年）水文、河道資料，對鐵板洲河段河勢變化、左右漢分流分沙比變化規(guī)律，以及左、右漢主支漢的地位是否有改變的趨勢進行了分析研究。河段河勢圖見圖1。

1鐵板洲的形成

武漢鐵板洲位于武漢河段上段。遠古時代武漢河段是在沼澤地帶之中，在眾多泥沙淤積的水流作用下，河道的原始形狀得以形成。在水流與河床共同作用下，洲灘以及河道通過重復(fù)的互相轉(zhuǎn)化，如今的兩條漢道的狀態(tài)得以形成。

根據(jù)歷史資料，1861年主流進入武漢河段后，一直沿南岸下行，經(jīng)龜、蛇山卡口后過渡到北岸。1912年后由于南岸的崩岸現(xiàn)象，白沙洲和潛洲得以形成。歷史資料還表明，龜、蛇山上游的白沙洲、潛洲曾出現(xiàn)過嘆洲、鸚鵡洲崩岸、沖失、再現(xiàn)等過程。龜、蛇山以下的天興洲上、下游一帶也曾出現(xiàn)過東城洲、武洲崩岸、沖失、再現(xiàn)等過程。

2近期演變

2.1深泓平面變化

水流動力軸線影響河槽主要由河道中深泓線來體現(xiàn)。由于外界條件變化，來水來沙的改變也使水流動力軸線相應(yīng)改變，故深泓線平面方向產(chǎn)生變更。套繪工程河段深泓平面圖，見圖2。

圖2顯示，鐵板洲附近河段河勢變化受節(jié)點控制明顯，近幾十年來，河道深泓平面變化幅度不是很大，但在局部區(qū)域內(nèi)，由于來水來沙的條件變化，小幅度擺動現(xiàn)象有所產(chǎn)生。1959-2013年期間，工程河段深泓平面擺動相對較大的區(qū)域為鐵板洲分流區(qū)，深泓變化范圍相對較大，左、右漢進口段歷年深泓最大變化范圍分別約370m和340m：而其它區(qū)域深泓基本保持穩(wěn)定，尤其是在河道節(jié)點附近深泓變化范圍甚小，如鐵板洲洲尾大軍山、槐山磯附近最大變化范圍一般不足100m。

2.2深泓縱向變化

分鐵板洲左、右漢套繪歷年河段深泓河底高程圖（見圖3），以分析河段水流動力軸線橫向擺動過程中河床縱向變化情況。

2.2.1鐵板洲漢道段變化情況

鐵板洲漢道段沖淤交替變化明顯，其中左漢變化幅度大于右漢。1959-2013年期間，左漢深泓高程最大變化范圍約10m，左漢入口段變化范圍大于左漢出口段；在此期間，左漢深泓高程最低的為1970年，而1998、2006年相對較高，其余時間內(nèi)左漢深泓高程線大致相近，表明近幾十年來鐵板洲左漢深泓主要表現(xiàn)為沖淤交替，而無明顯單向性沖淤變化趨勢。

鐵板洲右漢深泓高程變化與左漢有所不同，總體上看1959-2013年期間，右漢河床有沖有淤，其深泓高程歷年逐漸呈沖刷下切趨勢；右漢深泓高程歷年最大變幅近7m，略小于左漢。

2.2.2匯流段變化情況

鐵板洲匯流段龍船磯和石嘴節(jié)點處河道束窄，而兩節(jié)點之間河道放寬（見圖1），河道束窄處深泓高程較低，而放寬處深泓高程抬高（見圖3）。

圖3顯示，鐵板洲匯流段深泓高程沖淤變化較小，歷年較為穩(wěn)定。1959-2013年，深泓高程最大沖淤變幅約為2m。

2.3鐵板洲洲體變化

鐵板洲將長江分為左右兩漢，實測資料顯示左漢為主漢，右漢為支漢。根據(jù)2005-2014年實測水文資料計算，鐵板洲左漢分流比為70%左右，分沙比約為80%。

為分析鐵板洲歷年的變化情況，套繪該洲10m、15m等高線，見圖4、圖5，另外，統(tǒng)計10m、15m等高線洲體特征，列于表1。

從圖4、圖5可以看出，鐵板洲的演變主要表現(xiàn)為洲頭的上提下移和左右緣的崩退與展寬。1959-1970年期間，鐵板洲洲頭15m等高線上提約280m，左右緣各展寬20-40m，等高線包圍的面積增加8.6%：10m等高線上提約98m，左右緣略有展寬，等高線包圍的面積增加7.3%。以上變化表明此期間，鐵板洲局部河段呈沖槽淤灘狀態(tài)。1970-1981年期間，鐵板洲洲頭及洲體邊緣10m、15m等高線均表現(xiàn)為淤積變化。其中，洲頭10m、15m等高線分別上提約350m、250m：右緣15m等高線最大展寬140m，右緣10m等高線最大展寬約100m；左緣變化幅度相對較小。1981-1998年，鐵板洲總體上表現(xiàn)為淤積發(fā)展，10m、15m等高線包圍的面積分別累計擴大1.068km2、0.374km2，變化幅度分別為30%、22%。其中，1981-1993年鐵板洲洲頭附近左緣10m等高線淤積展寬200m左右：1993-1998年，洲頭10m等高線上提約550m，右緣展寬約100m，但左緣基本穩(wěn)定。1998年以后，鐵板洲洲頭下挫，左緣崩退較為明顯。至2006年5月，洲頭10m等高線累計下移約1200m，洲頭附近左緣累計崩退700m左右：15m等高線變化幅度稍小，洲頭累計下移約440m，左緣累計崩退約200m；2006-2008年，洲尾較為穩(wěn)定，沖淤變化主要集中在洲頭，10m等高線洲頭上提約460m，面積增加3.4%：而15m等高線洲頭呈沖刷狀態(tài)，洲頭回縮且朝右岸方向偏移，洲體形態(tài)變化較大，洲頭回縮約690m，洲面積減小23.6%：2008-2011年，洲頭下移，洲尾上移，與而洲體向兩岸展寬，10m高線包圍面積擴大2.8%，15m高線包圍面積縮小14%：2011-2013年，洲體10m等高線存在洲頭向左岸偏移洲尾向右岸移動的現(xiàn)象，面積略微增加，而15m等高線則存在洲頭及右緣較大幅度的崩退現(xiàn)象，面積縮小約39.5%。endprint

總體上看，盡管鐵板洲洲頭上提下移以及洲頭附近左右緣沖淤交替，但歷年總面積變化不大，說明該洲的演變以局部變形為主：多年來，洲頂高程呈累計性淤高趨勢，1959-2013年，鐵板洲洲頂最大高程抬高8m以上。

2.4左、右漢斷面形態(tài)歷年變化

參考1959-2013年河道資料，根據(jù)河勢情況選擇3個斷面。斷面分布見圖1，斷面發(fā)展見圖6。

N1斷面位于紗帽山一赤磯對峙節(jié)點下游約1.9km。本斷面處于鐵板洲洲頭部位，斷面為“W”型式，由于鐵板洲主漢為左漢，斷面最深點靠左岸。實測資料顯示，本斷面以鐵板洲左右緣沖淤變化為主，其它部位變化幅度相對較小。1959-1998年期間，本斷面鐵板洲洲體邊緣發(fā)生淤積，斷面整體體現(xiàn)成淤積，面積減小9.4%，而右緣淤積范圍大于左緣。1998-2001年，斷面發(fā)生較大沖刷，總面積增加16.2%，河床最深點高程下降1.3m。2001年后，斷面總體上為淤積變化，面積減小3.2%，其中，鐵板洲右漢最大淤積厚度5m左右。

N2斷面位于鐵板洲中部。本斷面改變情形與NI相似，但變化范圍略大。本斷面沖淤變化情況主要體現(xiàn)為鐵板洲左右緣反復(fù)沖淤和洲頂淤積抬高。1959-1998年期間，鐵板洲左右緣發(fā)生淤積，最大淤積厚度5.5m左右。受此影響，斷面面積減小20.4%。在此期間，鐵板洲頂逐漸淤積抬高，最大淤積厚度6.5m左右。1998-2001年，鐵板洲左緣沖刷，右緣淤積，但左緣沖刷幅度大于右緣淤積，斷面總面積增加9.8%，最深點高程下降5.7m。2001-2013年，鐵板洲左緣淤積，右緣沖刷，但沖淤幅度均不大，斷面面積變化幅度約為-0.4%。1998年以后鐵板洲頂沖淤變化不大。

N3斷面處于大軍山一龍船磯對峙點附近，整體為“U”型。整體上看，本斷面沖淤改變較小，河床最深點高程改變甚微。其中，1959-1970年，斷面左岸岸坡沖刷崩退，斷面總面積減小0.5%。1970年以后，本斷面左右岸岸坡沖淤交替，但沖淤幅度不大。1959年以來，本斷面斷-面形態(tài)未發(fā)生明顯變化，寬深比系數(shù)在1.3～1.5之間，最深點高程在-5.1--5.9m之間。

3鐵板洲分流分沙分析

鐵板洲將長江分為左右兩漢，實測資料顯示左漢為主漢，右漢為支漢。根據(jù)2005-2014年實測水文資料計算，鐵板洲左漢分流比為70%左右，分沙比約為80%。為了比較鐵板洲兩漢分流及分沙比與流量大小的關(guān)系，統(tǒng)計歷年實測左、右漢分流、分沙比與流量及時間關(guān)系數(shù)據(jù)表，見表2。

從實測流量一分流分沙比關(guān)系數(shù)據(jù)表來看，當(dāng)流量大于10000m3/s，小于20000m3/s時，左漢分流比位于65%與70%之間，右漢分流比位于30%與35%之間：當(dāng)流量大于20000m3/s，小于25000m3/s時，左漢分流比位于70%與75%之間，分沙比在80%上下擺動，右漢分流比位于25%與30%之間，分沙比在20%上下擺動。此外，2005-2014年鐵板洲左漢分流比基本在65%-75%上下浮動，左漢分流比在25%-35%上下浮動；2005-2008年鐵板洲左漢分沙比基本在80%附近上下浮動，右漢分沙比基本在20%附近上下浮動。

4三峽工程對河段河勢變化的影響分析

三峽水庫工程運用后，由于來水來沙情況變化，長江的中下游河段因此將體現(xiàn)為一個比較長時間的由沖刷慢慢平衡然后又重新回淤的進程。鐵板洲河段2006-2013年分流比變化不大，總體略有沖刷。從河段深泓、斷面、10m及15m洲線、分流分沙比變化在三峽工程運行后均無突變發(fā)生，因此，三峽工程運行后，鐵板洲河段的河勢形態(tài)未發(fā)生大的改變，仍將保持如今分漢型式穩(wěn)定。

5河道整治工程及航道整治工程對河段河勢的影響分析

鐵板洲所處河段河道形態(tài)較為穩(wěn)定，根據(jù)《長江中下游干流河道治理規(guī)劃報告》（2016年修訂），河道治理以維持河勢現(xiàn)狀為目的，采取河勢調(diào)控方案，控制主流線走向：長江一橋以上，主流走鐵板洲左漢和白沙州左漢，白沙州以下穩(wěn)定主流靠左岸一側(cè)下行。治理工程有效的穩(wěn)定了河段邊界條件，鐵板洲左、右漢分流、分沙比基本趨于穩(wěn)定，相關(guān)河道整治工程對河勢的穩(wěn)定起到了積極的作用。

6結(jié)論

①綜合歷史資料和近段時間內(nèi)河床演變進程結(jié)果分析，在上游來水來沙以及邊界條件保持穩(wěn)定的條件下，本河段河勢仍將保持現(xiàn)有狀態(tài)。

②在鐵板洲上游有紗帽山-赤磯山對峙節(jié)點，下游有大軍山-槐山磯對峙節(jié)點，這些節(jié)點控制了河段河勢變化。受此影響，河段深泓平面擺動較小，僅在鐵板洲分流區(qū)河道放寬處擺動幅度相對較大，河段兩岸岸坡基本穩(wěn)定，漫灘淤積較小。深泓的變化主要發(fā)生在鐵板洲分流、匯流段附近，其他河段均較穩(wěn)定。

③1998年長江大水后，鐵板洲所在武漢河段上段實施了堤坡及河道岸坡、坡腳守護工程，在一定程度上穩(wěn)定了現(xiàn)狀河勢，預(yù)計今后一定時期內(nèi)，該河段總體上仍將維持現(xiàn)有河勢。

④三峽工程運行后，下游河段水流含沙量較蓄水前有較大幅度的減小變化，總體上看，一定時期內(nèi)工程下游河段將可能發(fā)生逐步?jīng)_刷現(xiàn)象。受此影響，鐵板洲所在河段可能會有部分沖刷現(xiàn)象發(fā)生.但由于上游來水來沙量的條件變化較大，三峽工蓄水后在壩下游河段總體表現(xiàn)為沖刷的背景下，該河段仍可能發(fā)生存在沖淤交替的現(xiàn)象，但這種沖淤變化不會對總體河勢造成較大影響。endprint