长江下游鳗鱼沙浅滩整治工程措施的初步研究

张幸农，陈长英，张思和

（南京水利科学研究院，南京210029）

鳗鱼沙浅滩位于长江下游扬中河段左汊的口岸直水道，是长江南京以下河段主要的碍航浅滩，尽快实施航道整治工程，对于加快建设南京以下河段12.5 m深水航道，充分发挥黄金水道的作用，具有重要意义。然而，受径流和潮汐双重影响，浅滩段河床冲淤变化十分复杂，水下心滩和两侧深槽变动频繁且交替消长，尤其在大洪水情况下甚至出现滩槽易位的现象，航道条件严重恶化。另一方面，该河段人类活动频繁，两岸水利、港口、桥梁等涉水工程密布，河道治理的外部限制条件很多，航道整治工程措施的确定难度很大。

近年来，关于长江下游航道整治方面的研究甚多［1-5］，而鳗鱼沙浅滩整治工程措施的研究仍具有典型的代表性。作者通过分析鳗鱼沙浅滩河床演变规律及其碍航特征，综合考虑各方面因素，确立了浅滩整治原则与思路，并建立扬中河段河工模型，针对形成稳定水下分汊河型的整治工程进行了试验研究，共提出三大类整治工程布置方案。研究结果对鳗鱼沙浅滩整治工程的设计具有实际指导作用。

1 浅滩碍航特征及变化规律

鳗鱼沙浅滩所在的扬中河段左汊（图1），上段为向南弯曲的弯道，中段为长顺直段，下段为向北的微弯段，平面形态呈反S型。该河段历史上曾出现较大变迁。近50年来，河道边界相对固定，左右两汊道分流比变化不大，同时上下游河道稳定少变，因而河势相对稳定。主要的河床变化情况是：上段北岸侧嘶马弯道、下段南岸侧小决港等处冲刷严重，曾多次发生崩岸现象，造成岸线后退，对岸边滩淤长；中间泰兴顺直段主流大幅摆动，江中出现水下暗沙，形成长约8 km的鳗鱼沙心滩，左右两侧存在深槽，河道横断面呈现W形态。

从河床变化过程看，20世纪90年代初之前河床以淤积为主，此后至20世纪90年代末以冲刷为主，2000年以后冲淤幅度逐渐趋小，基本处于冲淤平衡状态。相对而言，常水年份河床冲淤变化不明显，冲淤幅度基本在5～10 m；大水年份河床冲淤变化十分明显，冲刷幅度可达10 m以上。从演变趋势看，随着两岸护岸工程的加强，口岸直水道总体河势将保持相对稳定的局面，但在不同的来水来沙条件下，河床仍会出现较大的冲淤变化。

鳗鱼沙属顺直宽河段中的水下分汊型沙质浅滩，其碍航特征与变化规律与心滩的变化密切相关。近几十年中，心滩属于河床演变的自然产物，不会自行消失，随着来水来沙条件的不同，或是扩大连片，或是萎缩分块、甚至消失，左右两深槽呈现交替冲淤状态。主航道时而为左槽，时而为右槽，或者两槽均开放为航道。当心滩发育较大时，如20世纪90年代初，左右两深槽相对稳定，航道条件较好。大水年份心滩头部冲刷严重，两侧深槽淤积，心滩尾淤高下移，甚至出现边滩下移和滩槽易位的不稳定现象，如20世纪90年代末，大水年过后，心滩逐渐回淤上延和增高，左右两槽条件均衡时，右槽进口严重淤积形成浅区，中间航宽不足，严重影响船舶正常航行；左槽也因心滩尾下移左摆，造成出口航宽不足。

图1 扬中河段及鳗鱼沙浅滩Fig.1 Regime of the Yangzhong reach and Manyusha Shoal

2 浅滩整治原则与整治工程措施

2.1 整治原则

根据口岸直水道河床自然条件，考虑到外部条件的实际情况［6-8］，提出鳗鱼沙浅滩的整治原则：（1）加强岸线守护，保持河段平面形态，促进河势稳定；（2）顺应河道自然属性，因势利导，维持河床稳定形态。通过守护水下心滩，保持稳定的水下分汊河型，集中水流冲刷两侧深槽或维持其稳定，增大水深或宽度，确保深水航道尺度要求；（3）兼顾两岸港口及岸线开发利用，尽量维持或增加深水岸线；（4）整治工程与河道防洪及治理相结合；（5）统筹兼顾，综合考虑各方面因素，尽量协调整治工程与泰州公路大桥、沿岸港口作业水域、水生态环境保护等外部条件之间的关系。

2.2 整治工程措施

目前，鳗鱼沙心滩基本上又形成完整形态，上段河床底高程为-8 m左右、下段河床底高程为-5 m左右，两侧深槽河床底高程为-25～-15 m，接近20世纪90年代初的河床条件，对深水航道相对有利。根据上述浅滩整治原则，提出整治工程措施：通过实施稳固江中心滩的整治工程，重新塑造稳定的水下分汊河型，使得两侧深槽满足深水航道尺度要求，整治建筑物采用贴伏在滩面上的龟背状坝群形式，虽平面尺度较大，但高度小，只有2～4 m，工程量及工程投资相对较小。经过模型试验研究，最终提出以下3类共5个整治工程总体方案，各方案工程措施布置见图2。

方案Ⅰ：以左槽为12.5 m深水航道（包括上下水航道），兼顾右槽下段（小决港附近）深水岸线；通过布置右岸丁坝群和尾段江心格坝群，控制主流固滩刷槽，使鳗鱼沙心滩上段形成微弯的单槽航道、下段形成水下分汊的双槽航道，左右两槽分汊点位于东新港下3 500 m处，同时对左岸受冲易崩岸段采取护岸加固措施。

方案Ⅱ-1：以左槽为12.5 m深水航道（包括上下水航道），兼顾右槽为10.5 m深水航道，通过在鳗鱼沙上下心滩上布置整体格坝群，控制主流稳固心滩、冲刷左右两槽，使滩段形成-10 m高程以上的整体心滩和水下分汊的双槽航道，左右两槽分汊点位于东新港上4 200 m处（略比现行航道分汊点上提），拟建泰州公路大桥仅右孔通航，同时对两岸受冲易崩岸段采取护岸加固措施。

方案Ⅱ-2：与方案Ⅱ-1基本相似，区别在于上、下心滩上分别布置格坝群，且上心滩格坝群头部上提1 200 m，左右两槽分汊点位于东新港上5 000 m处。

方案Ⅲ-1：左右两槽均为12.5 m深水航道（左槽为上下水航道，右槽为下水或上水单向航道），通过在鳗鱼沙上下心滩上布置整体格坝群，控制主流稳固心滩、冲刷左右两槽，使滩段形成-10 m高程以上的整体心滩和水下分汊的双槽航道，左右两槽分汊点位于拟建泰州公路大桥以上，大桥两孔通航，同时对两岸受冲易崩岸段采取护岸加固措施。

方案Ⅲ-2：与方案Ⅲ-1基本相似，区别在于上、下心滩上分别布置格坝群，且上心滩格坝群头部上提至拟建泰州公路大桥中桥墩。

图2 各方案整治工程措施Fig.2 Schemes of waterway improving measures

3 模型试验研究

3.1 模型概况

模型范围包括整个扬中河段两汊，模拟天然河道长约80 km，其中左汊建立动床泥沙模型。模型平面比尺λL=650，垂直比尺λh=150，变率η=4.33。依据2006～2007年的实测河床地形建立模型，按潮汐河道水流泥沙模型进行设计与操作，动床模型既满足悬沙中床沙质运动相似，又考虑推移质泥沙运动相似，选择木屑为模型沙，同时兼顾悬浮相似和沉降相似，并满足泥沙颗粒起动相似［9］，经过水流特征和河床变形的验证试验，表明模型与原体河道在水流、泥沙运动规律及河床冲淤变形等方面，均达到了良好的相似性。

3.2 模型试验结果及其分析

针对5个整治工程总体方案，选取有代表性的水文条件，在模型中进行工程实施前后的对比试验，其中定床模型中选取洪、中、枯多级流量与不同潮汐的组合（表1），进行浅滩段水流特征的对比试验，动床模型中选取水量较大的年份（2002年和1998年）分别作为一般不利年份和特殊不利年份，进行浅滩段河床冲淤变化及航道条件改善的对比试验。

表1 定床模型试验水文条件Tab.1 Hydrological conditions of the fixed model test

依据模型试验结果进行分析，得到以下几点认识：

（1）方案Ⅰ实施后，整个左汊河段沿程潮位、潮流过程变化较小，数值有一定变化，鳗鱼沙浅滩段左槽和中部心滩流速增大，输沙能力明显增强。工程后河床变化幅度大，变化趋势是左槽冲刷发展、右槽淤积形成高边滩，所形成的航槽与上下航道衔接关系良好。由于丁坝群建立在深槽中，不仅工程量较大，而且河道过水面积缩小过多，上游洪水位壅高值和对岸近岸流速值增大明显，对防洪不利。

（2）方案Ⅱ-1和方案Ⅱ-2实施后，整个左汊河段沿程潮位、潮流过程变化很小；鳗鱼沙浅滩段中部心滩流速明显减小，幅度在0.2～0.6 m/s，两侧深槽流速有所增大，幅度在0.05～0.10 m/s。工程后河床变化幅度较小，变化趋势是心滩将产生淤积而形成稳定的水下分汊河型，两侧深槽稳定性有保障，所形成的航槽可与上下航道衔接，但受泰州公路大桥影响，浅滩进口右槽向左槽过渡段的航道条件未得到改善。由于格坝群河道过水面积缩小不多，上游洪水位壅高值和对岸近岸流速值增大不明显，对防洪不利。

（3）方案Ⅲ-1和方案Ⅲ-2实施后，整个左汊河段沿程潮位、潮流过程变化和鳗鱼沙浅滩段水流特征与河床冲淤变化，基本与方案Ⅱ-1和方案Ⅱ-2实施后的情况相似。同样工程后河床变化幅度较小，变化趋势是心滩将产生淤积而形成稳定的水下分汊河型，两侧深槽稳定性有保障，所形成的航槽可与上下航道衔接，并且解决了浅滩进口水深不足的问题，但左槽泰州公路大桥上边滩有冲淤变化，航槽稳定存在不确定性，对防洪的不利影响也同样较小。

3.3 整治工程方案比选分析

依据模型试验结果，结合各方面因素综合比较可知：第Ⅰ类方案工程布置简单可靠，但整治工程使河床冲淤变化的调整过大，对河势及防洪均存在不利影响，更重要的是浅滩上段右岸侧布置了丁坝群，使较长一段深水岸线的利用受到限制，与沿岸经济和社会发展的需求有较大的矛盾。第Ⅱ类方案和第Ⅲ类方案适应沿岸经济和社会发展的需求，河床冲淤变化的调整不大，对河势及防洪的不利影响较小，且两侧深槽稳定性有保障，虽然稳固心滩的格坝群工程布置较为复杂，但在技术上仍是可靠的。第Ⅱ类方案和第Ⅲ类方案相比较，各有优缺点，主要表现在浅滩进口区域航道条件的改善及与上下航道衔接等问题，需要更深入的研究和对比。

4 结语

（1）长江下游航道浅滩众多，泥沙淤积问题突出，鳗鱼沙浅滩是典型的顺直河段浅滩，类似浅滩在其他河段也同样存在，此类浅滩河道往往因输沙能力不足出现水下心滩暗沙，并且在不利的大水年份中受强烈冲刷而不稳定，甚至形成滩槽易位，使航道条件恶化。

（2）关于鳗鱼沙浅滩及类似浅滩的治理，必须考虑河床演变的自然属性，同时需兼顾两侧河岸经济和社会发展的需求，整治工程措施应避免过多干预河道，对河势及防洪产生不利影响，因而在技术上难度较大。

（3）模型试验研究结果表明，对处于顺直河段中的鳗鱼沙浅滩，实施稳固江中心滩的整治措施，保持稳定的水下分汊河型，尤其是第Ⅱ类和第Ⅲ类整治工程方案，使两侧深槽满足深水航道尺度要求，同时也适应两岸经济和社会发展的需求，是一种顺应河道自然属性、因势利导的浅滩整治思路与途径，值得借鉴。

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