長江馬鞍山河段洲灘演變特征及影響因素分析

郝婕妤 方娟娟 李會(huì)云 楊光榮

摘要：馬鞍山河段是長江下游典型的順直分漢河段，河段內(nèi)洲灘眾多，消長頻繁，是長江下游重點(diǎn)研究治理河段之一?；跉v年實(shí)測資料，詳細(xì)分析了馬鞍山河段灘群演變特征及其聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，進(jìn)而揭示了影響馬鞍山河段演變的主要因素。研究表明：馬鞍山河段內(nèi)灘群以此消彼長的形式發(fā)生著局部格局的調(diào)整，隨著江心洲左緣沖刷后退、心灘和下何家洲沖刷下移，牛屯河邊灘淤積展寬、下延。上游河勢調(diào)整以及來水來沙條件變化是馬鞍山河段洲灘演變的外驅(qū)動(dòng)力，河道寬而順直的平面形態(tài)、灘群演變的互饋機(jī)制則是其內(nèi)驅(qū)動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：河道演變，洲灘演變，影響因素，順直分漢河段，馬鞍山河段，長江下游

中圖法分類號(hào)：TV147文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.02.004

馬鞍山河段位于長江下游安徽省境內(nèi)，是典型的順直分汊河段。河段內(nèi)洲灘眾多，演變過程較為復(fù)雜，對該河段防洪、航運(yùn)以及馬鞍山港區(qū)等造成了不利影響，是長江下游重點(diǎn)研究治理河段之一。不少學(xué)者基于馬鞍山河段實(shí)測水文、地形資料對該河段河床演變及其影響因素、整治措施等方面開展了較為豐富的研究。管麗萍分析了馬鞍山河段江心洲左、右汊道演變過程。潘慶燊分析了馬鞍山河段江心洲、小黃洲汊道演變、分流比變化。潘慶燊、呂麗君等、洪建等在分析馬鞍山河段演變特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了馬鞍山河段治理過程、整治經(jīng)驗(yàn)等。唐金武等研究了上游河勢變化對馬鞍山河段演變的影響。現(xiàn)有研究對馬鞍山河段演變過程、治理經(jīng)驗(yàn)的描述和總結(jié)較為豐富，而對影響河段演變主要因素的揭示尚不全面。馬鞍山河段灘體眾多，洲灘之間互為邊界，相互耦合，直接影響河段的河勢穩(wěn)定。關(guān)于馬鞍山河段灘群間的相互關(guān)系，目前尚未見相關(guān)的研究成果。本文結(jié)合馬鞍山河段內(nèi)灘群演變特征，綜合分析影響馬鞍山河段演變的主要因素，以期為長江下游復(fù)雜分汊河段洲灘整治提供參考借鑒。

1 河段概況

馬鞍山河段上起東、西梁山與蕪裕河段相接，下迄慈姆山與南京河段相連，全長約30.6km，為長江下游典型的順直分汊型河道。河道平面形態(tài)兩端束窄，中間放寬，最窄處河寬1.1km，中間最寬段達(dá)8.0km。河段內(nèi)自上而下有江心洲、小黃洲兩個(gè)主要汊道，有彭興洲、江心洲、心灘、何家洲、小黃洲等多個(gè)洲體。江心洲左汊為主汊，寬而順直，主流左右擺動(dòng)，灘槽交錯(cuò)依附兩岸;右汊為支汊，窄而彎曲，姑溪河出口在右汊彎頂附近。小黃洲右汊為主汊，右岸有馬鞍山電廠等重點(diǎn)企業(yè)。江心洲汊道和小黃洲汊道之間過渡段很短，長約3km。主流從江心洲左汊經(jīng)小黃洲洲頭過渡到小黃洲汊道右汊，過渡段從左至右急劇轉(zhuǎn)折，形成上下兩個(gè)近90°急彎。馬鞍山河段河勢見圖1。

馬鞍山河段內(nèi)主流擺動(dòng)頻繁，岸灘沖淤劇烈，嚴(yán)重威脅該河段防洪、航運(yùn)、馬鞍山港區(qū)以及電廠等安全，一直為長江下游重點(diǎn)研究治理河段之一。

2 洲灘演變特征

馬鞍山河段主要洲灘演變情況見圖2。

2.1 江心洲

江心洲汊道多年來保持左主右支的分流格局，右汊分流比維持在8%-13%。

受上游河勢調(diào)整的影響，江心洲左汊進(jìn)口主流逐漸右擺，至2001年主流擺至貼江心洲左緣下行，向左過渡至鄭浦閘附近貼左岸下行。2001年后，主流過渡段向下游移動(dòng)，左岸主流頂沖點(diǎn)也隨之下移。

江心洲成形較早，在1858年就已是面積較大的江心淤積體，洲體呈三角形;2001年前后與上游彭興洲淤并，洲體面積約60km2（O m線）。江心洲的演變主要表現(xiàn)為隨著江心洲左汊進(jìn)口主流右擺，江心洲左緣大幅崩退。1998-2001年，江心洲左緣最大崩退幅度超過500m。隨后，江心洲左緣受主流頂沖作用持續(xù)沖刷崩退，但年際間崩退幅度有所減小。2001-2012年，江心洲左緣最大崩退幅度約25m/a。江心洲左緣護(hù)岸工程的實(shí)施對岸線起到了一定的控制作用，但由于該處水流動(dòng)力作用較強(qiáng)，岸線仍受沖崩退，崩退范圍向下游發(fā)展，下游岸段的崩退幅度大于上游岸段。2012-2016年，江心洲左緣最大崩退約46m。至2018年，左緣崩退范圍基本發(fā)展至馬鞍山長江大橋附近。江心洲左汊深泓變化見圖3。

2.2 牛屯河邊灘

牛屯河邊灘自20世紀(jì)70年代末、80年代初才開始發(fā)育，最初在寶紅莊至牛屯河之間，之后逐年淤積展寬，灘尾下延，最終發(fā)展成比較完整高大且相對穩(wěn)定的大邊灘。自牛屯河邊灘形成以來，灘頭一直在西梁山至牛屯河之間上提下挫，而灘尾不斷向下游淤長。近期看來，牛屯河邊灘變化主要表現(xiàn)為邊灘不斷淤長，右緣外擴(kuò)、灘尾下延;同時(shí)，灘面淤積增高，高灘部分有下移的趨勢。

表1為牛屯河邊灘在1998-2018年間多年特征值變化統(tǒng)計(jì)。1998年前后，牛屯河邊灘灘長約7872m，最大灘寬約859m。至2001年，灘體淤積下延，長度增至8398m，最寬處約1065m，邊灘上形成串溝。2004-2006年，灘尾淤積下延約1654m，灘體長度增至9555m。2009年江心洲水道航道一期整治工程實(shí)施了牛屯河邊灘守護(hù)工程，灘面串溝淤積縮小。2006-2012年，牛屯河邊灘灘尾淤積下移幅度約為126m/a。江心洲左緣護(hù)岸工程實(shí)施后，牛屯河邊灘右緣淤長態(tài)勢有所減緩，但灘尾下延的幅度仍較大，較2012，2018年灘尾淤積下延約2835m。

2.3心灘

心灘位于馬鞍山河段江心洲左汊新河口至王豐溝之間，20世紀(jì)90年代新老河槽交替形成心灘。由表2可知，1998年心灘初具規(guī)模，心灘面積約106.55萬m²。1998-2001年，心灘與上游小洲連為一體，灘體兩側(cè)淤積展寬，灘頭向上游淤長約1050m，心灘面積增至272.81萬m²。2001年后，受主流過渡段下移的影響，心灘頭沖尾淤，心灘向下游移動(dòng)。2001-2004年，灘頭沖刷下移約1190m，灘頭沖刷幅度大于灘尾淤積，心灘面積減小至231.61萬m²，較2004，2006年灘頭沖退約613m。江心洲左緣護(hù)岸工程實(shí)施，使得主流向右擺動(dòng)受到限制，主流過渡段下移幅度減小，心灘灘體下移的幅度也隨之減小。2006-2015年，灘頭累計(jì)沖退約358m，灘尾淤積下延786m，灘體長度增加。2016年大水后，心灘灘尾與下何家洲中下段淤并。2006-2018年，心灘灘頂高程變化不大，基本保持在約7.6m。

2.4 何家洲

20世紀(jì)70年代，江心洲洲尾與小黃洲洲頭之間形成何家洲雛形，何家洲與江心洲尾連為一體。1981-1986年，何家洲與江心洲尾之間串溝發(fā)展，形成上、下何家洲。

多年來，上何家洲的變化主要表現(xiàn)為洲頭及左緣的沖刷，上何家洲與江心洲左緣之間的串溝發(fā)展。1998-2012年，上何家洲左緣累計(jì)崩退約150m。下何家洲的演變主要呈頭沖尾淤的態(tài)勢。心灘形成后，1998-2015年，下何家洲洲頭沖刷后退約470m，洲體面積保持在345Zf-385萬m²之間，灘長與最大灘寬年際間變化不大，灘頂高程基本維持在7.8m左右（見表3）。2016年的大水加劇了心灘一下何家洲與江心洲之間汊道的沖刷發(fā)展，該汊道分流比由2015年的21.16%增長至2016年的27.79%，水流頂沖下何家洲洲頭。2015-2016年，下何家洲洲頭大幅受沖后退約460m;同時(shí)，心灘與下何家洲之間的夾槽淤積，兩洲灘連為一體，心灘一下何家洲體面積為536.24萬m²，小于2015年心灘與下何家洲面積總和，說明心灘及下何家洲洲頭崩退幅度大于洲尾淤積幅度。2016～2018年，下何家洲洲頭后退約197m，洲尾淤積，心灘一下何家洲洲體面積增加至550萬m²。

2.5 小黃洲

受上游河勢的影響，小黃洲洲體演變主要表現(xiàn)為洲頭及左、右緣的沖刷崩退，洲尾隨著左岸大黃洲邊灘的崩退而淤長、下延。

1959-1976年小黃洲洲頭崩退約1600m。1969-1971年洲頭實(shí)施護(hù)岸后基本穩(wěn)定。1981-1998年，小黃洲左緣崩退約420m;右緣崩退主要在洲頭至右緣中部，崩退強(qiáng)度自上而下減小，平均崩退約100m。同時(shí)，隨著左岸大黃洲邊灘的崩退，小黃洲洲尾向下游淤長約2400m。大黃洲護(hù)岸工程實(shí)施后，小黃洲洲尾淤長速度趨緩，1998-2006年洲尾向下游淤長約600m。2006-2012年，小黃洲洲尾略有淤積，但幅度較小。隨著小黃洲洲頭及左右緣守護(hù)工程實(shí)施效果的發(fā)揮，邊界抗沖能力提高，小黃洲灘體趨于穩(wěn)定。

3 洲灘演變影響因素分析

3.1 上游河勢的影響

馬鞍山河段上游為蕪裕河段陳家洲汊道段，由于過渡段較短，過渡段的調(diào)整與控制作用較小，馬鞍山河段江心洲左汊進(jìn)口主流的擺動(dòng)與陳家洲左右汊的興衰、東西梁山的挑流作用的強(qiáng)弱密切相關(guān)。

20世紀(jì)80年代以前，陳家洲左汊淤積，右汊下段主流偏向右岸，東梁山的挑流作用較強(qiáng)，左右兩汊主流匯合后趨向于居中進(jìn)入江心洲左汊。20世紀(jì)80年代以來，陳家洲左汊沖刷發(fā)展，分流比逐漸增加，左汊出口西梁山的挑流作用增強(qiáng)，右汊下段主流左擺沖刷陳家洲右緣，東梁山的挑流作用減弱，左右兩汊主流匯合后逐漸右移，至2001年主流擺至貼彭興洲頭一江心洲左緣下行。江心洲左汊主流的擺動(dòng)伴隨著灘槽格局的變化。

3.2 來水來沙條件的影響

大水大沙年馬鞍山河段洲灘演變較為劇烈。以牛屯河邊灘為例，1993年大水后，牛屯河邊灘右緣大幅度淤展，此后經(jīng)歷了1995年、1996年大水，尤其經(jīng)1998年大洪水以及1999年大水塑造，牛屯河邊灘灘尾下延至姆下河附近。三峽水庫蓄水以來，2016年大水明顯加快了江心洲左汊洲灘的演變：江心洲左汊牛屯河邊灘灘尾較2015年淤積下延約370m，心灘、下何家洲頭部沖刷崩退，心灘灘體下移與下何家洲連為一體。

3.3 河床平面形態(tài)的影響

江心洲左汊河道順直，平均河寬約為1840m（0m水位），為汊道內(nèi)主流的擺動(dòng)及洲灘的運(yùn)動(dòng)提供了空間。隨著主流過渡段逐漸下移，心灘、下何家洲頭部持續(xù)沖刷后退，河道平面形態(tài)更有利于心灘與上何家洲之間的汊道進(jìn)流。汊道的發(fā)展使分流比由2015年的17.74%增至2016年的24.63%。江心洲左汊左岸主流頂沖點(diǎn)下移，主流貼岸段岸線崩退，有利于水流進(jìn)人小黃洲左汊，加之小黃洲左汊口門沖刷發(fā)展，該汊道分流持續(xù)增加，多年平均流量下，汊道分流比由2016年的31.9%增至2019年的34.3%。

3.4上下游灘群的相互影響

彭興洲頭一江心洲左緣的崩退、深泓微彎為牛屯河邊灘的發(fā)育創(chuàng)造了條件。心灘、下何家洲的沖刷下移也為牛屯河邊灘灘尾的淤長下延提供了空間。1998-2001年，江心洲左緣大幅崩退，同期牛屯河邊灘也大幅淤積展寬，隨著江心洲左緣崩退幅度的減小，牛屯河邊灘淤長態(tài)勢有所減緩。2001-2004年，心灘灘頭大幅沖刷下移，牛屯河邊灘洲尾隨之大幅淤積下延。

心灘灘頭的沖刷導(dǎo)致江心洲左汊主流過渡段下移，主流頂沖小黃洲洲頭，使得小黃洲洲頭及其左、右緣沖刷崩退，同時(shí)下何家洲尾也淤長下延;小黃洲洲頭護(hù)岸工程實(shí)施并穩(wěn)定后，小黃洲洲頭崩退幅度減小，同時(shí)也在一定程度上減緩了下何家洲洲尾的淤長。

小黃洲尾與大黃洲邊灘的演變存在此消彼長的關(guān)系：小黃洲洲尾隨著大黃洲的崩退而淤長下延，大黃洲護(hù)岸工程實(shí)施后，小黃洲洲尾淤長速度趨緩。

4 結(jié)論

（1）近20a來，馬鞍山河段洲灘的演變特征主要表現(xiàn)為：江心洲頭及左緣崩退，對岸牛屯河邊灘淤長發(fā)育、灘尾下延，心灘、下何家洲洲頭沖尾淤、灘體下移;小黃洲洲頭及左右緣受沖后退，洲尾淤積下延;大黃洲邊灘呈崩退的態(tài)勢。

（2）上游河勢以及來水來沙條件變化是馬鞍山河段洲灘演變的外驅(qū)動(dòng)力。江心洲左汊進(jìn)口主流的擺動(dòng)與陳家洲左右汊的興衰、東西梁山挑流作用的強(qiáng)弱密切相關(guān)，大水大沙對馬鞍山河段洲灘演變的影響尤為劇烈。

（3）馬鞍山河段平面形態(tài)、灘群間互饋機(jī)制是洲灘演變的內(nèi)驅(qū)動(dòng)力。江心洲左汊寬而順直，給主流的擺動(dòng)提供了空間，是汊道內(nèi)灘群演變的前提。江心洲左緣崩退、心灘下移與牛屯河邊灘淤寬下延相呼應(yīng)，小黃洲洲頭的守護(hù)抑制了下何家洲洲尾的下移，小黃洲洲尾與大黃洲邊灘此消彼長。