祁仰旭 王義坤 仲 琳

(南京市長(zhǎng)江河道管理處,江蘇 南京 210011)

長(zhǎng)江中下游存在著眾多江心洲分汊河段[1],分汊型洲灘的演變對(duì)長(zhǎng)江河勢(shì)穩(wěn)定和兩岸生產(chǎn)生活產(chǎn)生重要影響,歷來(lái)也是水利工程治理的重點(diǎn)。長(zhǎng)江新濟(jì)洲汊道是南京河段的第一個(gè)汊道,歷史上河勢(shì)變化較為頻繁,在經(jīng)歷了1998年、2016年、2020年的大洪水及幾次工程治理后,新濟(jì)洲汊道河勢(shì)發(fā)生了適應(yīng)性變化。徐錫榮、侯衛(wèi)國(guó)等[2-5]在中汊封堵等工程治理上提出方案,并進(jìn)行了穩(wěn)定性分析;洪思遠(yuǎn)等[6]分析了新生洲頭守護(hù)的必要性,經(jīng)過(guò)針對(duì)性治理后,急劇變化的河勢(shì)得到控制。目前該汊道河勢(shì)仍在調(diào)整中,整個(gè)汊道的發(fā)展對(duì)整個(gè)長(zhǎng)江下游的河勢(shì)穩(wěn)定仍至關(guān)重要。

本文基于1998年、2006年、2010年、2015年、2020年1∶1萬(wàn)水下地形測(cè)圖和相關(guān)水文數(shù)據(jù),通過(guò)自研河勢(shì)分析系統(tǒng)[7],分析了近期新濟(jì)洲汊道河勢(shì)規(guī)律及演變趨勢(shì),指出了影響新濟(jì)洲汊道河勢(shì)調(diào)整的因素,分析結(jié)果可為下階段該汊道的治理與維護(hù)提供技術(shù)支撐,并對(duì)其他汊道的演變規(guī)律與系統(tǒng)治理積累可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1 河道概況

新濟(jì)洲汊道屬于典型的復(fù)雜分汊型河道,上接安徽馬鞍山小黃洲汊道,下接大勝關(guān)-七壩節(jié)點(diǎn),總長(zhǎng)約25km。汊道內(nèi)分布有新生洲、新濟(jì)洲、子母洲、新洲、新潛洲等沙洲,見(jiàn)圖1。由于上游小黃洲河勢(shì)調(diào)整,左汊逐漸由主汊轉(zhuǎn)變?yōu)橹с?1998年以前,新濟(jì)洲汊道處于自然演變狀態(tài),河勢(shì)變化頻繁,分流比為62%～68%,1998年大水后,實(shí)施了一系列河道整治工程,目前分流比穩(wěn)定于35%～40%[8]。

圖1 新濟(jì)洲形勢(shì)圖

2003—2007年,長(zhǎng)江南京河段實(shí)施了二期整治工程,對(duì)新濟(jì)洲汊道部分岸段進(jìn)行相應(yīng)治理,初步控制了新濟(jì)洲河段河勢(shì)的急劇變化。2014年,實(shí)施了新濟(jì)洲河段河道專項(xiàng)整治工程,2017年實(shí)施了河道增補(bǔ)工程,工程包括護(hù)岸加固工程、新生洲洲頭導(dǎo)流壩工程、護(hù)底工程以及堵汊工程。2021年,實(shí)施了新濟(jì)洲西江橫埂應(yīng)急消險(xiǎn)工程,目前已完工驗(yàn)收。一系列治理工程的實(shí)施,有力地遏制了新濟(jì)洲河段河勢(shì)的變化趨勢(shì)。

2 近期河勢(shì)演變

2.1 0m線變化特征

0m線變化特征見(jiàn)圖2。

圖2 0m線變化特征

新生洲:新生洲洲頭趨于穩(wěn)定。20世紀(jì)90年代,大黃洲江岸崩退,泥沙淤積于小黃洲尾和分流段,加之1998年大水作用,小黃洲尾0m線下移,新生洲洲頭0m線上延,分流段河床斷面從單一型轉(zhuǎn)化為復(fù)式斷面,近年來(lái)陸續(xù)后退的洲頭0m線基本停止后退,0m線及兩緣變化均不大。1991年新生洲左汊出現(xiàn)長(zhǎng)2.1km、寬350m的0m新灘,1998年后,隨著左汊分流比降低與泥沙淤積,新灘下移并淤長(zhǎng),灘體擴(kuò)展3500m×630m。至2006年,新灘持續(xù)擴(kuò)展,長(zhǎng)1.5km,最寬處290m。2020年新灘與上游0m線連接,形成一個(gè)大型0m倒套。1998—2006年新生洲右緣上段0m線逐年左移,2013年后逐步穩(wěn)定。

新濟(jì)洲:新濟(jì)洲洲體左緣整體0m線變化較小,保持穩(wěn)定。2015年,陳頂山上游0m線有所淤積,0m閉合圈整體下移,平面尺度略有縮小,2020年沖刷左移,與2010年基本持平。新濟(jì)洲右汊在中汊封堵及右岸整治工程陸續(xù)實(shí)施后,平面形態(tài)整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

子母洲:1959—1991年子母洲頭部淤積上延擴(kuò)大,尾部受新潛洲頂托,0m線大小為3700m×720m,面積1.59km2,1998年后洲頭左緣沖刷后退,2015—2020年洲頭左緣0m線略微沖刷右移。

新潛洲:左緣變化不大,而靠近右緣處被沖開(kāi)一缺口,平均寬度300m,整個(gè)洲體右緣0m線右移,平均幅度260m。受上游河勢(shì)調(diào)整影響和下游七壩段護(hù)岸工程制約,整體形態(tài)自上而下呈收縮狀態(tài),限制洲體下移和發(fā)展。

2.2 -10m線變化特征

-10m線變化特征見(jiàn)圖3。

圖3 -10m線變化特征

新生洲:2006—2015年,新生洲洲頭-10m線變化不大,2020年流域性大水后,洲頭左右緣-10m線出現(xiàn)了沖刷后退,最大沖深近10m。1998年新生洲左汊-10m槽未貫通。2006年,左汊-10m槽與上游貫通,槽體貼近洲體左緣。2006—2020年,左汊-10m線保持穩(wěn)定。新生洲右汊1998—2015年變化不大,2015—2020年,新生洲右緣、中汊上游段發(fā)生局部崩塌,-10m線呈鋸齒狀崩退左移,崩窩處無(wú)護(hù)岸工程,同時(shí)由于右岸樊家磯挑流,受水流作用強(qiáng)烈。2006年新生洲中汊出現(xiàn)-10m槽,2010年有所擴(kuò)大,2015年淤積消失,2020年再次形成,長(zhǎng)660m,最寬處18m。

新濟(jì)洲:1998年新濟(jì)洲左汊-10m槽在中部斷開(kāi),受新灘影響,緊貼新濟(jì)洲左緣。2020年陳頂山上游-10m槽與上游斷開(kāi),槽體變寬,略有左移。1976年后,新濟(jì)洲右汊-10m槽迅速發(fā)展,至1998年已與上下游貫通,近些年來(lái),-10m線變化不大,保持原有寬度和穩(wěn)定性。

2.3 深泓線變化

新生洲洲頭深泓線變化主要集中在洲頭左緣,見(jiàn)圖4。1998年以來(lái),洲頭左緣深泓線呈左右交替擺動(dòng),2015年后,深泓線貼岸移動(dòng),2020年,由于受流域性大洪水和整治工程的影響,深泓線繼續(xù)右移,最大幅度約200m。1998年以來(lái),新生洲右緣深泓線交替往復(fù),總體保持基本穩(wěn)定。自2006年長(zhǎng)江二期河道整治工程實(shí)施后,新濟(jì)洲左緣中段深泓線向洲體靠近,2006—2010年變化較大,2015年后,深泓線向江中發(fā)展。2010年后右緣保持穩(wěn)定,變化不大。

圖4 深泓線變化

2.4 分流比變化與典型特征斷面

新生洲汊道分流比變化見(jiàn)圖5。新生洲左汊分流比從1960的62%～68%逐步變化為最近的35%～40%。從1998年起進(jìn)入緩慢衰退,1998年分流比約為42%,逐步穩(wěn)定于2020年的38%,分流比變化趨于穩(wěn)定。上游馬鞍山小黃洲1998年分流比為23.6%,2015年為25%,2018年為32.9%,2020年為37.4%,左汊分流比穩(wěn)步增加,洲尾淤積下移,下游新濟(jì)洲汊道右汊略有增加。新生洲左汊新洲自形成至今約有19年,新洲的不斷淤長(zhǎng)增加了左汊內(nèi)水流的局部阻力,也間接導(dǎo)致左汊分流比進(jìn)一步減少。受小黃洲河勢(shì)調(diào)整、洲頭導(dǎo)流壩和中汊封堵工程等多重因素影響,新生洲左汊分流比穩(wěn)定于37%左右。

圖5 新生洲分流比變化

典型特征斷面見(jiàn)圖6。斷面1位于新濟(jì)洲左汊,從1998年以來(lái)整體呈淤積態(tài)勢(shì),尤其是長(zhǎng)江南京河段二期整治工程實(shí)施后,明顯回淤。右汊斷面2沖於往復(fù),總體變化不大。2020年受流域性大洪水影響,斷面1有所沖刷,最大沖刷約7m,特殊水文年,河勢(shì)調(diào)整較大。

圖6 典型特征斷面變化

3 河勢(shì)變化原因

3.1 上游來(lái)水來(lái)沙條件影響

三峽水庫(kù)正式運(yùn)行以來(lái),上游來(lái)水來(lái)沙量明顯減少。安徽大通水文站資料顯示,三峽水庫(kù)運(yùn)行前,年平均徑流量為9052億m3,輸沙量為4.27億t。2003年運(yùn)行以來(lái),年平均徑流量為8630億m3,輸沙量1.38億t,來(lái)沙量減少了68%,來(lái)沙量減少后,清水對(duì)河道沖刷能力增強(qiáng),加之新濟(jì)洲汊道段土質(zhì)疏松[9],勢(shì)必對(duì)局部河勢(shì)變化帶來(lái)影響。

3.2 上游河勢(shì)調(diào)整與大洪水影響

上游小黃洲汊道河勢(shì)經(jīng)歷了先衰后興,實(shí)施了河道整治工程后,河勢(shì)有所調(diào)整[9]。小黃洲左汊彎頂以下大黃洲岸線在不斷崩退,小黃洲尾不斷下延,逐漸改變了左汊河道走向和出流方向,從而使兩汊主流分離,分流段水沙結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整,加之1998年大水后長(zhǎng)江下游洲灘普遍淤積,分流段河床斷面從單一型轉(zhuǎn)化為復(fù)式斷面,新濟(jì)洲汊道河勢(shì)產(chǎn)生調(diào)整。

長(zhǎng)江南京河段受1998年、2016年、2020年大水的影響,局部河段變化較大。2017—2019年新濟(jì)洲河勢(shì)總體穩(wěn)定,新生洲汊道分流比分別為37.4%、37.1%、36.2%,2020年長(zhǎng)江流域性大洪水后,分流比為38.9%,變化明顯。2020年新生洲洲頭左緣沖刷較大,最大沖刷近10m,右緣沖刷最大近8m,0m線后退17m,深泓線向洲頭擺動(dòng),因此,大水年份,新濟(jì)洲汊道河勢(shì)受到一定程度影響。

3.3 河道治理工程的適應(yīng)性變化

2003—2007年新濟(jì)洲汊道實(shí)施長(zhǎng)江南京段二期河道整治工程,新濟(jì)洲汊道河勢(shì)受工程影響產(chǎn)生適應(yīng)性調(diào)整和變化,新生洲分流比多次測(cè)量值均穩(wěn)定于34.2%～40.3%,左汊分流比逐步穩(wěn)定[10]。2014—2017年實(shí)施了新濟(jì)洲河段整治工程,有力地抵御了2016年大水沖擊,新生洲分流比穩(wěn)定于35.6%～38.7%,新濟(jì)洲左右汊匯流點(diǎn)逐步上移,配合中汊封堵工程,有效遏制了新濟(jì)洲左右汊河勢(shì)調(diào)整的趨勢(shì)。

4 河床演變趨勢(shì)

新濟(jì)洲汊道整治工程前,新生洲左汊下段的新灘會(huì)有所淤積,靠近新生洲和新濟(jì)洲的主泓繼續(xù)沖刷兩洲的岸線和中汊口門,致使中汊略有發(fā)展,新濟(jì)洲汊道呈右興左衰的變化趨勢(shì)。實(shí)施南京河段二期整治工程以及新濟(jì)洲河段整治工程后,宏觀河勢(shì)將趨向于相對(duì)穩(wěn)定,新濟(jì)洲汊道右興左衰的發(fā)展將是極其緩慢的[11]。

新潛洲于1970年形成,左汊為主汊,右汊為支汊。其形成的主要原因是河道展寬,泥沙淤積成堆積體[11]。形成初期頭、尾分別向上、下游延伸,接近下游束窄段時(shí)才相對(duì)穩(wěn)定。雛形心灘時(shí)新潛洲右汊分流比逐漸減小。1985年后,隨著新濟(jì)洲右汊發(fā)展,新潛洲右汊分流比基本穩(wěn)定在20%左右。其中右汊深泓貼岸,但1985年后,右側(cè)河床沖刷崩退,深槽右移,1998年以來(lái)-10m倒套略有發(fā)展。2001年后,其沖刷右移幅逐漸減小,但尚未停止,考慮到岸線基本沒(méi)有守護(hù)工程,遇到特殊水文年,岸線仍有后退的可能性存在。

5 結(jié) 論

a.從近期新濟(jì)洲汊道河勢(shì)演變來(lái)看,左汊分流比不斷下降,逐步穩(wěn)定于37%左右,除特殊水文年份外深泓線總體擺動(dòng)不大。新生洲洲頭左右緣-10m線出現(xiàn)沖刷后退,右緣0m線逐年上移,新濟(jì)洲左緣0m線受新灘影響,發(fā)生一定的沖刷,陳頂山上游0m線沖刷左移,-10m槽與上游斷開(kāi),新潛洲右緣處被沖開(kāi)一缺口,平均寬度300m,整個(gè)洲體右緣0m線右淤,平均幅度260m,整體形態(tài)自上而下呈收縮狀態(tài)。

b.新濟(jì)洲汊道右興左衰的發(fā)展趨勢(shì)將變緩。隨著上游小黃洲河勢(shì)調(diào)整以及河道整治工程的實(shí)施,宏觀河勢(shì)將趨向于相對(duì)穩(wěn)定,尤其是2003年長(zhǎng)江河段二期河道整治工程與2014年新濟(jì)洲河段整治工程的實(shí)施后,分流比逐步穩(wěn)定,沖刷段得到有效治理。

c.河段河勢(shì)總體穩(wěn)定,但局部仍有調(diào)整,尤其是遇到特殊水文年份。建議對(duì)新生洲頭左右緣加強(qiáng)監(jiān)測(cè),對(duì)陳頂山上游河床加強(qiáng)監(jiān)測(cè),必要時(shí)采取工程措施。每年對(duì)新濟(jì)洲汊道進(jìn)行河勢(shì)分析,為長(zhǎng)江南京河段穩(wěn)定和防汛工作提供依據(jù)。