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新水沙新邊界下長江揚中河段演變分析及思考

2024-02-21 03:32:04姜中清田志軍周東泉
水利規(guī)劃與設(shè)計 2024年2期
關(guān)鍵詞:河勢揚中太平

姜中清,張 玥,田志軍,周東泉

(江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司,江蘇 揚州 225127)

1 研究背景

揚中河段上起五峰山下訖鵝鼻嘴,是長江中下游一類重點河段,河道全長87.7km,兩岸為鎮(zhèn)江、常州、無錫、揚州和泰州等5市,進、出口段分別由五峰山和鵝鼻咀兩組節(jié)點控制,江面寬分別為1.1、1.4km[1]。揚中河段按形態(tài)及水流特性可分為上、下2個特征河段,界河口以上為太平洲汊道段,其間包含了太平洲,落成洲、錄安洲、炮子洲等江心洲;界河口以下至鵝鼻嘴為江陰水道,為單一順直微彎型河段[2]。

兩岸地勢低洼,普遍處于洪水威脅之下,堤防是沿江防洪的唯一防線,江中小島揚中市防洪保安情勢更為嚴(yán)峻。20世紀(jì)80—90年代,長江揚中河段先后實施了節(jié)點控制應(yīng)急工程、一期整治工程。揚中河段一期整治工程中,按照“因勢利導(dǎo),全面規(guī)劃,遠(yuǎn)近結(jié)合,分期實施”的原則,遵循河流自身變化的復(fù)雜規(guī)律,多方協(xié)調(diào),不僅考慮了揚中河段上下游鄰段的自然條件,還認(rèn)真考慮了長江各段沿岸的人類活動情況,最后較好地協(xié)調(diào)了各個單項工程之間的矛盾點,有效處理了相鄰河道整治工程的相互關(guān)系,從而為長江中下游整治工程的進一步實施奠定了堅實的基礎(chǔ)[3]。

21世紀(jì)以來,又陸續(xù)實施了天星洲汊道河道綜合整治、長江口12.5m深水航道上延南京相關(guān)的河道整治和長江干流江蘇段崩岸應(yīng)急治理等工程,夯實了大洪水無大崩岸、無大洪災(zāi)的良好基礎(chǔ)。

2016年、2020年發(fā)生長江流域性大水,極端災(zāi)害性天氣頻發(fā),崩岸險情時有發(fā)生,揚中接連發(fā)生2017年“118”坍江[4]和2020年豐樂橋崩岸。新水沙、新邊界條件下,揚中河段存在局部水域主流動力軸線和汊道分流調(diào)整、重要節(jié)點和導(dǎo)流岸壁局部損毀、水下礁板沙和局部洲灘沖蝕后退、支汊過度發(fā)展等問題,岸坡不穩(wěn)風(fēng)險加大,影響河勢穩(wěn)定和防洪工程安全。

隨著長江經(jīng)濟帶、長三角區(qū)域一體化等國家發(fā)展戰(zhàn)略的實施,以及沿江經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展需求[5],對長江河勢穩(wěn)定和防洪安全等要求進一步提高。本文主要在分析實測水文和地形資料的基礎(chǔ)上,分析揚中河段近年來的演變發(fā)展規(guī)律,并提出相應(yīng)對策建議,為該河段整治工程的研究提供參考。

2 新水沙、新邊界

隨著三峽的建成運行以及揚中河段的河勢控制和航道治理,河道的水沙條件、邊界條件都發(fā)生了顯著變化。

根據(jù)1950—2020年大通站的資料統(tǒng)計,三峽水庫蓄水前,大通站多年平均徑流量為9034億m3,多年平均流量28540m3/s,多年平均輸沙量4.26億t,多年平均含沙量0.47kg/m3;三峽水庫蓄水后,大通站多年平均徑流量為8770億m3,多年平均流量27720m3/s,多年平均輸沙量1.34億t,多年平均含沙量0.15kg/m3。與蓄水前相比,輸沙量和含沙量銳減,降幅分別為68.5%、68.1%,水沙條件發(fā)生明顯改變。

為遏制上游鎮(zhèn)揚河段內(nèi)和暢洲左側(cè)汊道快速發(fā)展的態(tài)勢,2003年在左側(cè)汊道口門實施了1座潛壩工程,2015年6月—2017年5月又在汊道中部實施了2座潛壩工程[6];為維持天星洲水域雙分汊的河道形態(tài),改善左汊水域條件,2014—2017年實施天星洲守護工程;為改善航道條件,先后實施了三益橋、鰻魚沙兩礙航淺段疏浚工程(2015年)及疏浚維護工程、落成洲洲頭守護工程(2012年)、落成洲右汊進口段丁壩和護底工程(2010—2012年)、鰻魚沙心灘守護工程(2015—2016年)。經(jīng)過近期系列河勢控制及航道治理工程,河道邊界條件產(chǎn)生較大變化。

3 河道演變

3.1 河道邊界、灘槽及分流格局總體穩(wěn)定

揚中河段在進口五峰山、中段錄安洲和天生港、出口鵝鼻嘴等天然及人工節(jié)點、20世紀(jì)60—70年代以來嘶馬彎道等一系列沿岸護岸工程和碼頭工程控制作用下,分流、分沙及主槽走向多年來基本穩(wěn)定,呈較為穩(wěn)定的分汊格局,嘶馬彎道岸線崩退得到有效控制,江陰水道多年來保持微彎單一的格局,穩(wěn)定少變[7],河道邊界條件和平面形態(tài)逐步穩(wěn)定。

長江南京以下12.5m深水航道整治工程及天星洲汊道綜合整治工程的實施,落成洲洲頭、鰻魚沙心灘、天星洲等得到了守護,有利于分汊河道的穩(wěn)定發(fā)展,總體河勢相對穩(wěn)定。

3.2 三峽水庫蓄水運用后,清水下泄,河床總體沖刷

根據(jù)實測資料計算,在1999年1月—2020年12月期間,長江揚中河段凈沖刷量6.42億m3,河床平均刷深0.5m。其中,在三峽工程蓄水運用后的2006年5月—2011年10月河槽沖刷最為明顯,凈沖刷量2.05億m3,平均刷深0.9m。揚中河段河床沖淤量統(tǒng)計情況見表1。

表1 揚中河段河床沖淤量統(tǒng)計表

根據(jù)2018年12月—2020年12月的實測資料計算,揚中河段各區(qū)域近期仍總體處于沖刷狀態(tài),河床平均刷深0.5m。其中太平洲汊道進口段刷深1.6m,泰興順直段沖淤平衡,左汊炮子洲錄安洲段刷深0.1m,錄安州右汊刷深0.3m,太平洲右汊(揚中夾江段)刷深0.5m,小泡沙右汊刷深2.4m,江陰水道刷深0.3m,僅嘶馬彎道段淤積0.3m。

3.3 部分汊道分流仍在發(fā)生變化,支汊有所發(fā)展

隨著上游和暢洲左右汊分流的調(diào)整,過五峰山節(jié)點后,主動力軸線有所南偏,太平洲洲頭及其兩緣附近水流水動力增大,近岸河床下切,江岸坍塌,改變了落成洲右汊和太平洲右汊的入流條件,落成洲右汊和小泡沙右汊等局部支汊均有所發(fā)展。

從分流變化來看,太平洲左右汊分流比基本穩(wěn)定在89%和11%。太平洲右汊洪季及中水條件下在8.5%~12.7%間,枯季條件下在8%~11%間,洪季及中水條件下右汊分流分沙比較枯季條件下要大;受三益橋邊灘淤長南壓等因素影響,太平洲右汊分流分沙比近年來呈增加趨勢。落成洲右汊20世紀(jì)80年代分流比僅10%左右,90年代分流比增加較明顯,至2003年中水右汊分流比達(dá)19%左右;2010年前枯季分流比在15%左右,洪季在19%左右;2015年最大約23.8%。隨著長江南京以下深水航道二期整治工程的實施,工程限流作用較為明顯,洪季最小分流比為2017年8月18.9%,枯最小分流比為2019年2月15.2%。隨著上游河勢調(diào)整,主動力南偏、落成洲右汊航道整治潛壩局部沖刷等因素影響,2019年以來洪季分流均有所增加,2020年7月分流比約22.5%,2021年有所減小。太平洲右汊分流比20世紀(jì)70年代一般在10%以內(nèi),后續(xù)有所調(diào)整,近期維持在12%左右。如圖1—2所示。總體而言,落成洲右汊、太平洲右汊分流自20世紀(jì)70年代以來總體處于發(fā)展態(tài)勢,影響河勢穩(wěn)定和左汊主槽的通航條件。

圖1 98大洪水條件下流速圖

圖2 98大洪水條件下流速等值線圖(2020年地形)

20世紀(jì)80年代以來,小泡沙左右汊出現(xiàn)主支汊易位。平灘流量下1980年右汊分流比在13%左右,左汊分流比達(dá)87%;至2012年右汊分流比達(dá)53%,左汊僅47%;2021年2月右汊實測分流比達(dá)80%,相應(yīng)右汊沖刷發(fā)展,左汊彎曲,成鵝頭型汊道,阻力較大,呈萎縮態(tài)勢;右汊較短,阻力較小,呈持續(xù)發(fā)展態(tài)勢。小泡沙右汊的快速發(fā)展,左汊萎縮,出現(xiàn)主支汊易位現(xiàn)象。右汊河床大幅沖深,匯流頂沖位置發(fā)生變化,出現(xiàn)新的崩岸險情及對常泰大橋及通航產(chǎn)生不利影響。

3.4 局部區(qū)域河勢仍處于調(diào)整期,崩岸時有發(fā)生

經(jīng)過長期治理,大的崩岸險工段基本得到治理,但局部河勢仍然處于調(diào)整期的水域仍存在崩岸隱患,甚至發(fā)生崩岸,主要表現(xiàn)在以下方面。

(1)近年來落成洲右汊分流分沙總體呈增加的趨勢,右汊河床處于沖刷態(tài)勢,河道過流斷面擴大,太平洲洲頭及其兩緣局部岸坡增陡,豐樂橋段-35m深槽近鄰堤防,且已造成數(shù)次坍江;此外,隨著落成洲右汊的發(fā)展,楊灣段近岸水流水動力增大,河床沖刷加劇,礁板沙水下平臺沖蝕后退較為明顯,且出現(xiàn)兩處-20m深槽伸向引江河口門。

(2)嘶馬彎道紅旗河口兩側(cè)近岸-60m深槽發(fā)育,揚中二墩港和小決港段-50m和-40m深槽逼岸,灘槽高差大,岸坡陡峻,存在崩岸隱患。

(3)揚中夾江口門刷深擴大,近年來分流有所增加,2021年7月達(dá)13.7%,小泡沙右汊發(fā)展,近岸出現(xiàn)-30m深槽,導(dǎo)致局部江岸坍塌,并危及小泡沙分汊格局和頂沖區(qū)域太平洲主江堤的穩(wěn)定。

崩窩的發(fā)生并非近岸河坡過陡或快速陡化所致,近岸深槽大幅下切逼岸是導(dǎo)致崩窩的重要因素之一。崩窩發(fā)生后,雖然經(jīng)過應(yīng)急治理后,窩塘內(nèi)開始回淤,但外側(cè)大江段的宏觀環(huán)境沒有改變,該斷面依然面臨崩塌危險,應(yīng)對該河段加強監(jiān)測[8]。

4 結(jié)論

(1)揚中河段治理應(yīng)以控制和穩(wěn)定現(xiàn)有河勢為主,加強節(jié)點控導(dǎo)、洲灘穩(wěn)定、險工險段守護,同時遏制典型支汊的不利發(fā)展,消除江岸坍塌隱患。

(2)河床總體呈沖刷態(tài)勢,洪水期“沖灘淤槽”,小水年份河床沖淤變化小、大水年份河床沖淤變化大,局部岸段面臨沖刷風(fēng)險,全河段河勢不致發(fā)生重大變化。

(3)局部汊道發(fā)展使汊道內(nèi)水動力條件增加,沿岸流速加大,崩岸險情加劇。遏制落成洲右汊、揚中夾江和小泡沙右汊的發(fā)展,是避免分汊格局出現(xiàn)動蕩的關(guān)鍵舉措。

(4)汊道分流變化,匯流后頂沖位置有所變化,局部岸段崩岸風(fēng)險增加,江都嘶馬、泰州楊灣、常州錄安洲等是揚中河段河勢控制、保障防洪安全的重點區(qū)域。

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