流域性大洪水后長江新濟洲汊道河勢分析研究

祁仰旭， 朱春光， 王義坤， 王文仲， 仲 琳， 黃 燕

(南京市長江河道管理處， 江蘇 南京 210011)

河勢演變從宏觀上可以分為自然演變和人為演變，演變過程受多種因素影響，其變化發(fā)展對河道安全和兩岸的生產(chǎn)生活產(chǎn)生重要影響。新濟洲汊道是長江進(jìn)入江蘇段的第一個汊道，歷史上演變較為劇烈，河道崩岸較為頻繁，危及河勢穩(wěn)定和防洪安全[1]。2020年汛期，受上游來水、天文潮和本地降雨“三重疊加”影響，長江南京段水位達(dá)到歷史最高值10.39 m，部分工程出現(xiàn)不同程度水毀損壞，因而需密切關(guān)注河勢變化，判斷險情位置及發(fā)展趨勢。

針對河勢分析信息系統(tǒng)進(jìn)行更新升級[2]，采用河勢分析及斷面對比分析方法[3-6]研究新濟洲汊道的河勢特點及沖於變化情況，為下一步河道治理工程設(shè)計及消險方案提供參考。

1 河道現(xiàn)狀

新濟洲汊道河段內(nèi)分布有新生洲、新濟洲、新洲、新潛洲、子母洲等沙洲。1959年新生洲左汊分流比為62.1%，1959—1973年，新生洲左汊呈發(fā)展趨勢，分流比逐步增加，1973年分流比約為68.5%。由于上游河勢的調(diào)整變化，新生洲左汊逐漸由主汊演變成支汊，此后呈現(xiàn)分流比減小、河槽萎縮的趨勢。1998年大水后左汊口門淤漲出新洲，新洲下游又新生一洲灘并且逐年向下游發(fā)展。新濟洲河段河道整治工程實施后，新生洲左汊分流比在35%～40%間變化。

2003年，南京長江二期整治工程對部分岸段進(jìn)行應(yīng)急守護，初步控制了新濟洲河段河勢的急劇變化。2014年，實施新濟洲河段河道整治工程，工程包括河勢控導(dǎo)工程和護岸加固工程兩大部分。主體工程于2016年5月完工，增補工程于2017年12月完工，工程實施后，河勢總體穩(wěn)定。

2 河勢分析

為分析新濟洲汊道河道沖淤情況，采用2019年汛后、2020年汛前和汛期的1∶2 000水下地形測圖，進(jìn)行河道沖淤和斷面變化分析研究，河道分布情況示意圖見圖1。

圖1 河道分布情況示意圖

2.1 河道橫斷面變化情況

2.1.1 洲頭斷面變化分析

洲頭XJZ01斷面汛期對比汛前有所淤高，抬高最大處達(dá)到了2 m左右，邊坡變緩，斷面趨于穩(wěn)定；洲頭左緣XJZL01斷面在2020年汛前有個水下鼓包，范圍大約為100 m，高差約為8.5 m。經(jīng)2020年汛期水沙作用，汛前存在的水下鼓包已漸漸沖平，沖刷深最大值達(dá)到了10.25 m，岸坡處有一定沖刷右移，右移最大為5.2 m；洲頭左緣XJZL02斷面邊坡呈沖淤交替態(tài)勢，移動幅度不超過3 m，邊坡較為穩(wěn)定，但其深水位置沖刷較大，邊坡外深水區(qū)整體下切，切深約4 m；洲頭右緣XJZR01斷面0 m等高線以下位置整體下切，下切幅度由邊坡到深水區(qū)遞增，最大下切3.8 m。

2.1.2 河道左汊斷面變化分析

左汊XJZL03斷面汛后對比汛前，邊坡-10 m以上淤積左移，-10 m以下沖刷后退。坡腳處沖刷下切形成沖刷坑，范圍約為110 m，最深處下切約5.37 m。坡腳及其外側(cè)都有一定的沖刷下切。下游XJZL04邊坡-5 m以上淤積左移，-5 m以下部分有一定的沖刷右移，邊坡變陡。深水區(qū)沖刷下切，最大下切約2.5 m。

2.1.3 河道右汊斷面變化分析

新生洲尾XJZR02斷面近岸邊坡沖刷左移，幅度在3～5 m。距起點300～470 m處，淤積抬高約2.5 m。470 m以外沖刷下切，最大處下切約4.4 m。XJZR03斷面近岸邊坡有一定的沖刷左移，最大處左移約3.5 m。汛期坡腳及其外側(cè)整體沖刷下切，目前最深處已下切約9.23 m。新濟洲尾各斷面形態(tài)近岸邊坡趨于穩(wěn)定，呈沖淤交替態(tài)勢，左右擺動幅度較小。沖深較大處均位于坡腳及其外側(cè)，中上游斷面下切幅度較大，XJZR04斷面最大下切約8.9 m，XJZR05斷面最大下切約5 m，下游側(cè)XJZR06斷面沖刷下切約3 m。

2.2 河道平面變化情況

2.2.1 洲頭平面變化

洲頭左緣邊坡0～-15 m等高線走勢穩(wěn)定，汛后對比汛前，0～15 m等高線有一定的沖刷右移，但幅度較小，最大右移約為5 m。XJZL01和XJZL02斷面間-20 m深槽沖刷擴大，分別由原來的418 m×106 m、731 m×122 m，沖刷擴大至640 m×167 m、827 m×171 m；洲頭右緣0～-10 m等高線均沖刷左移，且幅度較大，-10 m等高線左移最大處已達(dá)到了69 m左右；洲頭處0 m等高線淤積上提，-5 m等高線有一定的沖刷向洲頭逼近，離洲頭5 m等高線尚有537 m距離。

2.2.2 河道左汊平面變化

近岸0～-5 m等高線走勢穩(wěn)定，形態(tài)上呈沖淤交替態(tài)勢，左右搖擺幅度較小，不超過10 m。XJZL03斷面處深水處-20 m深槽沖刷擴大，形成沖刷坑，深槽右緣線向近岸逼近。

2.2.3 河道右汊平面變化

新生洲尾區(qū)域0～-5 m等高線走勢穩(wěn)定，局部位置有一定沖刷左移，但幅度不大。-10 m等高線走勢犬牙交錯，XJZR02斷面上下游呈沖淤交替，左右搖擺。XJZR 02和XJZR 03斷面間，沖刷左移，左移最大處位于XJZR 03附近，左移約118 m。

新濟洲尾右汊2區(qū)域0～-15 m等高線走勢相對穩(wěn)定，汛前汛期變化不大。深水區(qū)-20 m深槽沖刷擴大，深槽左緣向近岸逼近，左移幅度在10～15 m，深槽右緣走線向深水區(qū)擴張，右移位置約為130 m。

2.3 河道沖於變化情況

2.3.1 洲頭沖淤變化

洲頭汛期對比于汛前，總體上沖刷約1.2 m，沖刷量為175.3萬m3。洲頭部分以淤積為主，洲頭兩緣沖刷較為嚴(yán)重。沖刷最深處位于XJZL01斷面，該區(qū)域汛前存在水下鼓包，現(xiàn)逐漸沖平，因此此處沖刷較為嚴(yán)重。沖刷較深處均位于深水區(qū)，邊坡位置沖淤變化較小。

2.3.2 河道左汊沖淤變化

左汊1汛期對比于汛前，平均沖刷厚度約0.46 m，沖刷量為17.38萬m3。沖刷最深處位于XJZL03斷面，沖深約5.4 m。近岸呈沖淤交替分布，沖刷嚴(yán)重處位于深水區(qū)。

2.3.3 河道右汊沖淤變化

右汊1平均沖刷厚度約為0.59 m，沖刷約40.24萬m3，最大沖深位于XJZR03位置，沖深約為9.23 m。近岸坡腳處沖淤變化不大，上游近岸微沖，下游近岸微淤。沖刷較大處位于XJZR02和XJZR03斷面間深水位置。

右汊2區(qū)域平均沖刷厚度約為0.62 m，沖刷量為69.30萬m3，最大沖刷位置位于XJZR04斷面處，沖深約9.15 m。區(qū)域近岸以淤積為主，沖刷嚴(yán)重處位于深水側(cè)。

2.4 近岸邊坡穩(wěn)定性分析

2.4.1 洲頭近岸邊坡坡比變化

近岸邊坡坡比統(tǒng)計見表1。由表1可知，洲頭近岸邊坡均緩于長江下游穩(wěn)定岸坡值。邊坡較陡處位于洲頭左緣下游位置，-10 m等高線及以下，邊坡坡比為1∶3.0。洲頭左緣XJZL01和XJZ02斷面邊坡變陡變緩?fù)瑫r存在，但XJZ02斷面-5 m及以下邊坡較陡，且汛期邊坡變陡；洲頭位置邊坡汛期變緩，趨于穩(wěn)定；洲頭右緣邊坡坡比在汛期變化較大，邊坡變陡，該區(qū)域坡比目前遠(yuǎn)緩于長江下游穩(wěn)定岸坡值。

表1 近岸邊坡坡比統(tǒng)計

2.4.2 河道左汊近岸邊坡坡比變化

左汊1近岸邊坡均緩于長江下游穩(wěn)定岸坡值。XJZL03位置處，邊坡集中在1∶2.5～1∶4.7，近岸邊坡較陡，汛后部分近岸邊坡進(jìn)一步變陡，且坡腳處存在沖刷坑。

2.4.3 河道右汊近岸邊坡坡比變化

右汊1近岸邊坡均緩于長江下游穩(wěn)定岸坡值。近岸邊較陡處集中在0～-5 m等高線處，坡比在1∶3.5左右，汛期邊坡有所變陡；右汊2區(qū)域為新濟洲近岸邊坡較陡位置，近岸邊坡局部地方已接近長江下游穩(wěn)定岸坡值，坡比集中在1∶2.3～1∶9.1。汛期近岸邊坡雖變化不大，但其深水區(qū)沖刷較為嚴(yán)重。

2.4.4 河道邊坡穩(wěn)定性分析

新濟州環(huán)洲近岸沖淤變化較小，局部地方出現(xiàn)邊坡變化較大地方，如XJZR01-1和XJZR01-2斷面處。XJZR01-1汛后近岸邊坡沖刷左移，幅度達(dá)到31 m，-15 m以上邊坡沖刷嚴(yán)重，坡腳及外側(cè)沖淤交替。XJZR01-2斷面-15 m以上邊坡沖刷左移，幅度達(dá)到13 m，坡腳及外側(cè)有一定的淤積抬高。

3 河勢變化影響因素分析

3.1 上游河勢調(diào)整

因上游馬鞍山河段正在實施河道整治工程，小黃洲左汊分流比逐年增加(由20%增至約30%)[7-9]，且左汊主流對新生洲洲頭及左汊貼岸沖刷，這勢必會對下游南京河段河勢產(chǎn)生一定影響。

3.2 洲灘土質(zhì)與上游來水來沙調(diào)整

新生洲岸坡土質(zhì)松散，洲灘土質(zhì)以砂土為主，泥沙顆?？箾_刷能力較差，河床穩(wěn)定性較弱。三峽水庫運行后，上游來沙量大大減少，清水下泄造成的河道沖刷能力加強，導(dǎo)致局部岸段發(fā)生相應(yīng)調(diào)整變化[10]。

3.3 汛期流域性大洪水沖刷

2020年汛期長江南京段發(fā)生超歷史的流域性大洪水，洪水具有空間遭遇惡劣，洪水峰高量大，高水位歷時長等特點[11]，新生洲與新濟洲是南京河段的第一個江心洲，受到大水持續(xù)沖刷，對河勢產(chǎn)生一定影響。

3.4 河道整治工程適應(yīng)性變化

新濟洲河段河道整治工程實施完成后，該段河勢存在適應(yīng)性調(diào)整和變化[12]。左汊沖刷緩慢增強，局部如導(dǎo)流壩壩頭右下側(cè)和新濟洲左緣沖刷加劇，新濟洲左右汊匯流點上移下挫，貼岸沖刷加強，局部岸段發(fā)生變化。

4 結(jié) 語

新濟洲河道整治工程實施后，效能初顯，2020年汛期流域性大洪水過后，新濟洲環(huán)洲總體上以淤積為主，近岸變化不大，新生洲頭左右緣沖刷較大，左汊相對穩(wěn)定，右汊工程未護段局部略有沖刷，邊坡沖刷較小，應(yīng)予以關(guān)注近岸邊坡變化，以免發(fā)生沖刷坑逼近岸造成塌方。對新生洲頭沖刷較大區(qū)域的工程治理列入2021年度市級消險計劃，非工程治理岸段將加強堤防巡查與岸線保護，加強河勢監(jiān)測與洲灘演變研究。