長江揚(yáng)中河段太平洲汊道灘槽演變趨勢研究

朱明成，左利欽，季榮耀

（南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210000）

0 引言

近期，長江揚(yáng)中河段太平洲江堤發(fā)生坍江險(xiǎn)情，嚴(yán)重威脅沿岸居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。揚(yáng)中河段嘶馬彎道是長江中下游崩岸最嚴(yán)重的河段，其在環(huán)流強(qiáng)烈淘刷下，深泓逼岸，且左側(cè)河岸土質(zhì)抗沖性差，江岸崩塌嚴(yán)重后退，頂沖點(diǎn)不斷下移，右岸大量淤積[1]。近30年來，嘶馬彎道段先后實(shí)施了丁壩、沉排、拋石等護(hù)岸工程，江岸的崩塌強(qiáng)度有所減緩，河道平面形態(tài)變化不大，岸線趨向穩(wěn)定。然而，嘶馬彎道下游高港燈標(biāo)凸咀的挑流作用，導(dǎo)致主流開始偏向南岸太平洲，淘刷下游右側(cè)河岸造成長江大堤發(fā)生坍江。本文以長江揚(yáng)中河段太平洲汊道為研究對象，在歸納總結(jié)河道灘槽系統(tǒng)調(diào)整規(guī)律的基礎(chǔ)上，分析本河段未來的演變趨勢，研究結(jié)果可為徑潮流河段灘槽演變預(yù)測以及坍江災(zāi)害預(yù)警提供依據(jù)。

嘶馬彎道是長江中下游典型彎道河道，水流結(jié)構(gòu)復(fù)雜，河道橫比降造成彎道環(huán)流，影響水流紊動(dòng)強(qiáng)度和水動(dòng)力軸線分布[2]。彎道水流在離心力作用下在凸岸和凹岸橫斷面上產(chǎn)生水位差，橫向水位比降的大小受含沙量和轉(zhuǎn)彎角度影響，最大橫比降常出現(xiàn)在彎道曲率最大處下游附近[3]。橫比降形成的彎道環(huán)流造成橫向輸沙不平衡，導(dǎo)致凹岸崩退凸岸淤長的演變特征。然而河床的平面變形并不均勻，橫向環(huán)流主流靠近彎道凹岸下部，淘刷強(qiáng)度較大，崩岸嚴(yán)重，結(jié)果使得彎曲半徑變小，中心角增大，河道加長，整個(gè)河道呈現(xiàn)向下游蠕動(dòng)的趨勢[4-5]。

在土質(zhì)易沖地區(qū)，彎道發(fā)展導(dǎo)致河道曲率增大，逐漸發(fā)展成為蜿蜒型河道，洪水漫灘時(shí)，水位比降較大容易導(dǎo)致彎頸處開口形成新河，而老河則逐漸淤斷形成牛軛湖。土質(zhì)不均勻時(shí)彎道發(fā)展受限，形成曲率較大的銳彎，水流不暢造成凹岸撇彎和凸岸切灘現(xiàn)象[6]。河段右岸分別有五峰山、鵝鼻嘴等基巖山體，瀕臨江邊，江岸河漫灘組成表層為厚5～10 m的沙質(zhì)粘土，抗沖性能好，河漫灘演變比較緩慢。太平洲體為第四紀(jì)全新世沉積物，嘶馬彎道表層厚3 m為壤土，50～60 m以下土層含有礫石、卵石，其余皆為細(xì)沙、粉沙和淤泥等松散抗沖性較差的土質(zhì)組成。引江河至高港凸咀附近前沿有礁板沙平臺，具有較強(qiáng)的抗沖性能[7]。

1 揚(yáng)中河段太平洲汊道概況

揚(yáng)中河段地處江蘇省中部，為長江下游航運(yùn)最為繁忙的水道之一，上起鎮(zhèn)揚(yáng)河段大港水道下的五峰山，下至江陰水道的鵝鼻咀，全長約87 km左右。其南岸為鎮(zhèn)江市、揚(yáng)中市、常州市和江陰市，北岸為江都市、泰州市、泰興市和靖江市。

從整體河勢看，揚(yáng)中河段呈四島三汊格局，靠近南岸依次發(fā)育有太平洲、落成洲、炮子洲和祿安洲4個(gè)江心島，其中太平洲（揚(yáng)中市）是長江下游的僅次于崇明島江心洲，長約31 km，最大寬度為11 km。太平洲將揚(yáng)中河段分為兩汊，其中太平洲左汊為主汊，由口岸直水道和泰興水道組成；右汊太平洲捷水道為支汊，河道彎曲狹窄，平均河寬僅約500 m（見圖1）。

圖1 揚(yáng)中河段太平洲汊道河勢圖

根據(jù)1959年以來實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)分析，太平洲左汊分流比均在90%左右，歷年變幅小于3.5%，分沙比的變化稍大于分流比，歷年變幅小于8.05%。因此本文主要考慮太平洲左汊的灘槽演變，太平洲左汊長約65 km左右，河寬2.2～4.0 km，江寬而水深，根據(jù)河道平面特性可分為2段。上段為中間寬兩頭窄的彎曲多分汊河型，長約23 km，右岸進(jìn)口段有太平洲右汊分流；左岸自上而下分別有淮河和引江河入?yún)R。在放寬段右岸一側(cè)，分布有落成州，把該水道再次分為左、右兩汊，其中左汊為主汊，寬約1400 m，分流比約為80～90%；右汊為支汊，寬約500 m。下段為長順直段，長約23 km，平均河寬約為2.2～2.5 km，左岸分布有高港邊灘，江中鰻魚沙心灘把河槽分為左、右二槽。受河床邊界條件影響，順直段主流出現(xiàn)擺動(dòng)，河床中部與兩側(cè)交替沖淤變化。

2 灘槽演變分析

揚(yáng)中河段太平洲汊道經(jīng)過近百年的歷史演變，形成目前這種彎道水流格局，該河段除受上、下游河段的影響，河段本身各個(gè)部位的變化也相互影響和制約。

2.1 進(jìn)口段

太平洲汊道多年來分流、分沙比的較小變化，充分說明進(jìn)口段及兩汊道的河床斷面沖淤變化不大，基本上保持相對穩(wěn)定。由太平洲頭至三江營為主流過渡段，形成三益橋淺區(qū)段，也是落成洲汊道的分流區(qū)和嘶馬彎道的入流段。由于該段內(nèi)既有汊道分流，又存在淮河入流，水流運(yùn)動(dòng)特征較為復(fù)雜，河床沖淤變化也相對較大。

2.2 落成洲汊道

落成洲是緊靠太平洲左緣下的一個(gè)小江心洲，距太平洲洲頭約3 km左右，將太平洲左汊又分為兩汊，其中左汊為主汊，右汊為支汊。隨著三益橋過渡段深泓的擺動(dòng)及嘶馬彎道的發(fā)展，多年來總體變化趨勢是洲頭略向右擺，沖刷下移，而洲尾淤漲下延（見圖2）。落成洲右汊近些年的發(fā)展，其主要原因是20世紀(jì)90年代末連續(xù)大水作用，水流具有趨直的趨勢，而嘶馬彎道頂沖區(qū)相對穩(wěn)定下來，岸線后退已基本停滯，因此落成洲右汊發(fā)生一定幅度的沖刷，但沖刷主要發(fā)生在斷面的左側(cè)（落成洲右緣），對整體河勢影響不是很大，但仍應(yīng)加以必要的關(guān)注。

2.3 嘶馬彎道

嘶馬彎道自三江營至高港燈標(biāo)凸咀，全長約15 km，主流貼凹岸（左岸）下行至高港燈凸咀逐漸向右岸過渡。1954年特大洪水以來，至20世紀(jì)70年代前崩岸強(qiáng)烈，崩強(qiáng)中心自上而下發(fā)展，70年代后雖經(jīng)整治，局部岸線的崩岸有所控制，但護(hù)岸工程量與穩(wěn)定岸線的標(biāo)準(zhǔn)相差較大。因此，崩窩險(xiǎn)情仍不斷發(fā)生，其主要原因是隨著彎道逐漸向下的發(fā)展已超過嘶馬彎道丁壩群護(hù)岸的保護(hù)范圍，由于落成洲右汊發(fā)展，分流比增加，增大了匯流段主流動(dòng)能強(qiáng)度。1998～2003年，深泓線沒有明顯向岸側(cè)移動(dòng)，左岸0 m岸線沒有出現(xiàn)明顯崩退，右岸心灘、邊灘略有淤漲，變化較小，主要原因是該礁板沙抗沖能力強(qiáng)，不過時(shí)空尺度仍較短，灘槽演變過程有待進(jìn)一步繼續(xù)監(jiān)測。

2.4 鰻魚沙心灘段

嘶馬彎道以下，在高港燈標(biāo)凸咀附近主流開始偏離北岸，向南岸二墩港過渡，過渡段以下自板沙圩子至小決港為寬淺型順直河段，長約12.5 km。該段河床年內(nèi)沖淤變化規(guī)律總體上呈現(xiàn)洪沖枯淤，淺灘則表現(xiàn)洪淤枯沖的規(guī)律。從該段河床年際沖淤變化看，總體上以微沖為主。未來一段時(shí)期內(nèi)，由于上游嘶馬彎道得到有效控制和長江上游近年來入海輸沙量明顯減少，將進(jìn)一步減少鰻魚沙心灘運(yùn)動(dòng)的沙源；加之大量護(hù)岸工程的建設(shè)使得河勢得到控制，岸灘的穩(wěn)定也將限制心灘的進(jìn)一步發(fā)展。因此，鰻魚沙淺灘有趨于穩(wěn)定的演變發(fā)展趨勢，但在特殊的大水年，本河段仍可能出現(xiàn)較大的沖淤變化。

3 灘槽演變預(yù)測

在充分分析河道歷史和近期演變的基礎(chǔ)上，建立長江中下游水沙數(shù)學(xué)模型，采用2015年實(shí)測地形和水文資料進(jìn)行率定，結(jié)果顯示模型計(jì)算潮位、流速過程和各汊道分流比等均與原型實(shí)測資料吻合較好，符合《內(nèi)河航道與港口水流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程》（JTJ232-98）和《海岸與河口潮流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程》（JTS/T 231-2-2010）的相關(guān)要求。

圖2 河段歷年-10 m等深線分布

計(jì)算結(jié)果顯示，總體河勢將保持相對穩(wěn)定，落成洲頭部以及江中鰻魚沙心灘得到守護(hù)，形成較為穩(wěn)定的太平洲分流局面，太平洲分流、分沙及主槽走向多年來基本穩(wěn)定的局面不會改變。落成洲頭部和鰻魚沙心灘沖刷并不明顯，河道相對穩(wěn)定的平面形態(tài)將繼續(xù)保持下去，汊道分流比不會有很大的變化。

圖3 系列年河床沖淤計(jì)算結(jié)果

從長系列年沖淤分布看（見圖3），太平洲汊道總體上呈沖刷態(tài)勢，落成洲左汊右側(cè)邊灘、落成洲治理工程左緣、泰興順直段左槽下段沖刷略微明顯，而落成洲左汊左側(cè)、三江營附近深槽、泰興順直段左右槽進(jìn)口略顯淤積狀態(tài)。小水年河床沖淤幅度較小，大水年河床沖淤幅度較大。太平洲汊道灘槽演變趨勢總體略呈沖刷狀態(tài)，與2003～2015年相比，沖刷態(tài)勢有所減緩。

落成洲汊道段右側(cè)沖刷，左側(cè)河床淤積，大水年仍表現(xiàn)為右側(cè)沖刷，左側(cè)河床淤積，但沖刷速度有所減緩。益橋段落成洲左汊深槽右偏，主流右移，河床左淤右沖的現(xiàn)象很明顯，大水年后，因落成洲左汊主流仍然偏右，回?cái)[不明顯，大水年后河床自動(dòng)調(diào)整不明顯。

泰興順直段江中鰻魚沙心灘得到守護(hù)，江中心灘沖淤變化較小，工程兩側(cè)深槽有所沖刷，大水年下鰻魚沙段左槽進(jìn)口，右槽進(jìn)口和出口略顯淤積狀態(tài)。雖然經(jīng)歷了連續(xù)3個(gè)特大洪水年的沖刷，但順直段灘槽格局基本穩(wěn)定，江中沖淤幅度不大，鰻魚沙心灘沖刷后退現(xiàn)象基本消除，兩側(cè)深槽也始終存在，順直段整體灘槽格局未出現(xiàn)嚴(yán)重的不利變化。

4 結(jié)語

根據(jù)揚(yáng)中河段太平洲汊道灘槽演變過程，結(jié)合數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果，可認(rèn)識到河床演變發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）總體河勢保持相對穩(wěn)定

結(jié)合近百年來的歷史演變特征，主要表現(xiàn)為沙島合并，左汊口岸直水道流路集中，河勢發(fā)展逐漸趨向穩(wěn)定。上游大港水道穩(wěn)定少變，進(jìn)口段右岸臨江巖石山磯的控制，形成較為穩(wěn)定的太平洲分流分沙及主槽走向。左汊口岸直水道河床雖然仍會存在較大沖淤變化的可能，主要表現(xiàn)為局部岸段發(fā)生崩岸、順直段深泓線左右較大擺動(dòng)、河道心灘與深槽的沖淤交替等。

（2）崩岸現(xiàn)象逐步減少，河岸穩(wěn)定性逐漸提高

揚(yáng)中河段歷史上崩岸現(xiàn)象頻繁而嚴(yán)重，主要發(fā)生在嘶馬彎道和順直段南岸的小決港和北岸的永安洲至過船港。20世紀(jì)70年代后，經(jīng)過多次實(shí)施護(hù)岸工程及維修加固，各段崩岸強(qiáng)度有所減緩，岸線后退得到控制。實(shí)測河床地形資料對比分析表明，順直段河岸已基本穩(wěn)定，嘶馬彎道河岸變化也逐年減小，因而為總體河勢的穩(wěn)定奠定了基礎(chǔ)。

（3）部分區(qū)段河床仍會出現(xiàn)較大沖淤變化

揚(yáng)中河段河勢雖然將繼續(xù)保持相對穩(wěn)定，其左側(cè)主汊口岸直水道河床邊界條件也較為穩(wěn)固，河道橫向變形幅度不大，但預(yù)計(jì)部分區(qū)段兩岸之間的河床仍會出現(xiàn)較大沖淤變化，從目前情況看，主要有以下兩段：

一是落成洲段右汊的沖刷發(fā)展、分流比增大，易引起附近局部河勢變化，導(dǎo)致嘶馬彎道水流頂沖點(diǎn)下移，加大了彎道下段出現(xiàn)新崩岸險(xiǎn)情的可能性。引江河口門上游2.5 km左右存在抗沖性較強(qiáng)的礁板沙平臺，有助于江岸穩(wěn)定，若一旦被沖失，將給下游順直段帶來較大的不穩(wěn)定因素；二是口岸順直段，由于河道順直寬淺的自身特性，水流動(dòng)力易頻繁擺動(dòng)，因而在上游不同來水來沙條件下，河床灘槽易出現(xiàn)沖淤交替變化，特別是遭遇大洪水時(shí)，仍會出現(xiàn)河床中部強(qiáng)烈沖刷、邊灘淤積下延甚至灘槽易位的現(xiàn)象。

（4）各類涉水工程建設(shè)的影響日趨增強(qiáng)

從工程建設(shè)后的河床變化情況看，由于涉水工程保證了河床邊界條件的穩(wěn)固，控制了河道平面形態(tài)的變形，對維持揚(yáng)中河段河勢相對穩(wěn)定的局面有利，也為岸線進(jìn)一步開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。