长江下游新济洲汊道河势演变分析研究

祁仰旭 王义坤 仲 琳

(南京市长江河道管理处,江苏 南京 210011)

长江中下游存在着众多江心洲分汊河段[1],分汊型洲滩的演变对长江河势稳定和两岸生产生活产生重要影响,历来也是水利工程治理的重点。长江新济洲汊道是南京河段的第一个汊道,历史上河势变化较为频繁,在经历了1998年、2016年、2020年的大洪水及几次工程治理后,新济洲汊道河势发生了适应性变化。徐锡荣、侯卫国等[2-5]在中汊封堵等工程治理上提出方案,并进行了稳定性分析;洪思远等[6]分析了新生洲头守护的必要性,经过针对性治理后,急剧变化的河势得到控制。目前该汊道河势仍在调整中,整个汊道的发展对整个长江下游的河势稳定仍至关重要。

本文基于1998年、2006年、2010年、2015年、2020年1∶1万水下地形测图和相关水文数据,通过自研河势分析系统[7],分析了近期新济洲汊道河势规律及演变趋势,指出了影响新济洲汊道河势调整的因素,分析结果可为下阶段该汊道的治理与维护提供技术支撑,并对其他汊道的演变规律与系统治理积累可借鉴的经验。

1 河道概况

新济洲汊道属于典型的复杂分汊型河道,上接安徽马鞍山小黄洲汊道,下接大胜关-七坝节点,总长约25km。汊道内分布有新生洲、新济洲、子母洲、新洲、新潜洲等沙洲,见图1。由于上游小黄洲河势调整,左汊逐渐由主汊转变为支汊,1998年以前,新济洲汊道处于自然演变状态,河势变化频繁,分流比为62%～68%,1998年大水后,实施了一系列河道整治工程,目前分流比稳定于35%～40%[8]。

图1 新济洲形势图

2003—2007年,长江南京河段实施了二期整治工程,对新济洲汊道部分岸段进行相应治理,初步控制了新济洲河段河势的急剧变化。2014年,实施了新济洲河段河道专项整治工程,2017年实施了河道增补工程,工程包括护岸加固工程、新生洲洲头导流坝工程、护底工程以及堵汊工程。2021年,实施了新济洲西江横埂应急消险工程,目前已完工验收。一系列治理工程的实施,有力地遏制了新济洲河段河势的变化趋势。

2 近期河势演变

2.1 0m线变化特征

0m线变化特征见图2。

图2 0m线变化特征

新生洲:新生洲洲头趋于稳定。20世纪90年代,大黄洲江岸崩退,泥沙淤积于小黄洲尾和分流段,加之1998年大水作用,小黄洲尾0m线下移,新生洲洲头0m线上延,分流段河床断面从单一型转化为复式断面,近年来陆续后退的洲头0m线基本停止后退,0m线及两缘变化均不大。1991年新生洲左汊出现长2.1km、宽350m的0m新滩,1998年后,随着左汊分流比降低与泥沙淤积,新滩下移并淤长,滩体扩展3500m×630m。至2006年,新滩持续扩展,长1.5km,最宽处290m。2020年新滩与上游0m线连接,形成一个大型0m倒套。1998—2006年新生洲右缘上段0m线逐年左移,2013年后逐步稳定。

新济洲:新济洲洲体左缘整体0m线变化较小,保持稳定。2015年,陈顶山上游0m线有所淤积,0m闭合圈整体下移,平面尺度略有缩小,2020年冲刷左移,与2010年基本持平。新济洲右汊在中汊封堵及右岸整治工程陆续实施后,平面形态整体处于稳定状态。

子母洲:1959—1991年子母洲头部淤积上延扩大,尾部受新潜洲顶托,0m线大小为3700m×720m,面积1.59km2,1998年后洲头左缘冲刷后退,2015—2020年洲头左缘0m线略微冲刷右移。

新潜洲:左缘变化不大,而靠近右缘处被冲开一缺口,平均宽度300m,整个洲体右缘0m线右移,平均幅度260m。受上游河势调整影响和下游七坝段护岸工程制约,整体形态自上而下呈收缩状态,限制洲体下移和发展。

2.2 -10m线变化特征

-10m线变化特征见图3。

图3 -10m线变化特征

新生洲:2006—2015年,新生洲洲头-10m线变化不大,2020年流域性大水后,洲头左右缘-10m线出现了冲刷后退,最大冲深近10m。1998年新生洲左汊-10m槽未贯通。2006年,左汊-10m槽与上游贯通,槽体贴近洲体左缘。2006—2020年,左汊-10m线保持稳定。新生洲右汊1998—2015年变化不大,2015—2020年,新生洲右缘、中汊上游段发生局部崩塌,-10m线呈锯齿状崩退左移,崩窝处无护岸工程,同时由于右岸樊家矶挑流,受水流作用强烈。2006年新生洲中汊出现-10m槽,2010年有所扩大,2015年淤积消失,2020年再次形成,长660m,最宽处18m。

新济洲:1998年新济洲左汊-10m槽在中部断开,受新滩影响,紧贴新济洲左缘。2020年陈顶山上游-10m槽与上游断开,槽体变宽,略有左移。1976年后,新济洲右汊-10m槽迅速发展,至1998年已与上下游贯通,近些年来,-10m线变化不大,保持原有宽度和稳定性。

2.3 深泓线变化

新生洲洲头深泓线变化主要集中在洲头左缘,见图4。1998年以来,洲头左缘深泓线呈左右交替摆动,2015年后,深泓线贴岸移动,2020年,由于受流域性大洪水和整治工程的影响,深泓线继续右移,最大幅度约200m。1998年以来,新生洲右缘深泓线交替往复,总体保持基本稳定。自2006年长江二期河道整治工程实施后,新济洲左缘中段深泓线向洲体靠近,2006—2010年变化较大,2015年后,深泓线向江中发展。2010年后右缘保持稳定,变化不大。

图4 深泓线变化

2.4 分流比变化与典型特征断面

新生洲汊道分流比变化见图5。新生洲左汊分流比从1960的62%～68%逐步变化为最近的35%～40%。从1998年起进入缓慢衰退,1998年分流比约为42%,逐步稳定于2020年的38%,分流比变化趋于稳定。上游马鞍山小黄洲1998年分流比为23.6%,2015年为25%,2018年为32.9%,2020年为37.4%,左汊分流比稳步增加,洲尾淤积下移,下游新济洲汊道右汊略有增加。新生洲左汊新洲自形成至今约有19年,新洲的不断淤长增加了左汊内水流的局部阻力,也间接导致左汊分流比进一步减少。受小黄洲河势调整、洲头导流坝和中汊封堵工程等多重因素影响,新生洲左汊分流比稳定于37%左右。

图5 新生洲分流比变化

典型特征断面见图6。断面1位于新济洲左汊,从1998年以来整体呈淤积态势,尤其是长江南京河段二期整治工程实施后,明显回淤。右汊断面2冲於往复,总体变化不大。2020年受流域性大洪水影响,断面1有所冲刷,最大冲刷约7m,特殊水文年,河势调整较大。

图6 典型特征断面变化

3 河势变化原因

3.1 上游来水来沙条件影响

三峡水库正式运行以来,上游来水来沙量明显减少。安徽大通水文站资料显示,三峡水库运行前,年平均径流量为9052亿m3,输沙量为4.27亿t。2003年运行以来,年平均径流量为8630亿m3,输沙量1.38亿t,来沙量减少了68%,来沙量减少后,清水对河道冲刷能力增强,加之新济洲汊道段土质疏松[9],势必对局部河势变化带来影响。

3.2 上游河势调整与大洪水影响

上游小黄洲汊道河势经历了先衰后兴,实施了河道整治工程后,河势有所调整[9]。小黄洲左汊弯顶以下大黄洲岸线在不断崩退,小黄洲尾不断下延,逐渐改变了左汊河道走向和出流方向,从而使两汊主流分离,分流段水沙结构发生调整,加之1998年大水后长江下游洲滩普遍淤积,分流段河床断面从单一型转化为复式断面,新济洲汊道河势产生调整。

长江南京河段受1998年、2016年、2020年大水的影响,局部河段变化较大。2017—2019年新济洲河势总体稳定,新生洲汊道分流比分别为37.4%、37.1%、36.2%,2020年长江流域性大洪水后,分流比为38.9%,变化明显。2020年新生洲洲头左缘冲刷较大,最大冲刷近10m,右缘冲刷最大近8m,0m线后退17m,深泓线向洲头摆动,因此,大水年份,新济洲汊道河势受到一定程度影响。

3.3 河道治理工程的适应性变化

2003—2007年新济洲汊道实施长江南京段二期河道整治工程,新济洲汊道河势受工程影响产生适应性调整和变化,新生洲分流比多次测量值均稳定于34.2%～40.3%,左汊分流比逐步稳定[10]。2014—2017年实施了新济洲河段整治工程,有力地抵御了2016年大水冲击,新生洲分流比稳定于35.6%～38.7%,新济洲左右汊汇流点逐步上移,配合中汊封堵工程,有效遏制了新济洲左右汊河势调整的趋势。

4 河床演变趋势

新济洲汊道整治工程前,新生洲左汊下段的新滩会有所淤积,靠近新生洲和新济洲的主泓继续冲刷两洲的岸线和中汊口门,致使中汊略有发展,新济洲汊道呈右兴左衰的变化趋势。实施南京河段二期整治工程以及新济洲河段整治工程后,宏观河势将趋向于相对稳定,新济洲汊道右兴左衰的发展将是极其缓慢的[11]。

新潜洲于1970年形成,左汊为主汊,右汊为支汊。其形成的主要原因是河道展宽,泥沙淤积成堆积体[11]。形成初期头、尾分别向上、下游延伸,接近下游束窄段时才相对稳定。雏形心滩时新潜洲右汊分流比逐渐减小。1985年后,随着新济洲右汊发展,新潜洲右汊分流比基本稳定在20%左右。其中右汊深泓贴岸,但1985年后,右侧河床冲刷崩退,深槽右移,1998年以来-10m倒套略有发展。2001年后,其冲刷右移幅逐渐减小,但尚未停止,考虑到岸线基本没有守护工程,遇到特殊水文年,岸线仍有后退的可能性存在。

5 结 论

a.从近期新济洲汊道河势演变来看,左汊分流比不断下降,逐步稳定于37%左右,除特殊水文年份外深泓线总体摆动不大。新生洲洲头左右缘-10m线出现冲刷后退,右缘0m线逐年上移,新济洲左缘0m线受新滩影响,发生一定的冲刷,陈顶山上游0m线冲刷左移,-10m槽与上游断开,新潜洲右缘处被冲开一缺口,平均宽度300m,整个洲体右缘0m线右淤,平均幅度260m,整体形态自上而下呈收缩状态。

b.新济洲汊道右兴左衰的发展趋势将变缓。随着上游小黄洲河势调整以及河道整治工程的实施,宏观河势将趋向于相对稳定,尤其是2003年长江河段二期河道整治工程与2014年新济洲河段整治工程的实施后,分流比逐步稳定,冲刷段得到有效治理。

c.河段河势总体稳定,但局部仍有调整,尤其是遇到特殊水文年份。建议对新生洲头左右缘加强监测,对陈顶山上游河床加强监测,必要时采取工程措施。每年对新济洲汊道进行河势分析,为长江南京河段稳定和防汛工作提供依据。