长江中游鲤鱼山水道滩槽调整原因及趋势分析

李志宏

（长江航道局，武汉430010）

长江中游鲤鱼山水道滩槽调整原因及趋势分析

李志宏

（长江航道局，武汉430010）

长江中游鲤鱼山水道为微弯放宽河段，受两岸山矶节点控制，洪水河势较稳定,但近期中枯水滩槽形态变化明显，对航运及岸线利用产生不利影响。文章在广泛收集实测地形、水文、泥沙资料的基础上，结合数值模拟，对鲤鱼山水道河床演变特点、水力输沙特性进行了分析，对滩槽调整原因、河床演变趋势进行了探讨。研究结果表明，1998、1999年特大洪水以及三峡工程蓄水后来沙大幅度减少的先后影响，是鲤鱼山水道由单一河槽转化为枯水双槽的主要原因。今后，该河段总体河势格局不变，河道仍能维持枯水双槽、北槽为主的滩槽形势，但黄莲洲心滩呈冲刷之势、厍家湾边滩冲淤交替，北槽航道条件难以稳定。

微弯放宽河段；河床变形；水沙输移特性；影响因素

长江中游鲤鱼山水道上起半边山、下迄上巢湖，半边山全长约12 km，左岸为武穴市、右岸为黄石市阳新县。该水道一直保持右向微弯、进出口缩窄、中间放宽的平面形态（图1）。河道左岸侧分布有厍家湾边滩，21世纪以前右岸侧常分布有边滩，深槽单一；近期右岸边滩被冲刷成槽，河心偏靠右岸侧形成黄莲洲心滩，该心滩枯水出露、中洪水淹没，将河道划分为南、北两槽。南槽贴靠河道右岸侧，河槽相对窄深与弯曲，出流不畅；北槽位于心滩与厍家湾边滩之间，河槽较宽且与上下游航道平顺衔接，为航道所在。

由于黄莲洲心滩极不稳定、南槽枯水分流30%左右，北槽航道条件时好时坏，少数年份4.5 m航槽宽度不足200 m，对船舶航行不利。而且，该水道左岸有武穴港盘塘港区、武穴港区，右岸有黄石港阳新港区，河道内滩槽形态的不稳定不利于两岸港口发展。因此，有必要对鲤鱼山水道滩槽调整原因及河床演变进行研究，供航道治理参考［1］。

本文在广泛收集实测资料的基础上，结合数值模拟，对鲤鱼山水道河床演变特点、水力输沙特性进行了分析，结合水沙条件、人类活动等影响因素对滩槽调整原因进行了探讨，从而形成对河床演变趋势的认识。

图1长江中游鲤鱼山水道河势图Fig.1Sketch of Liyushan river reach in the middle reach of Yangtze River

1 来水来沙条件

鲤鱼山水道下游约50 km设有九江水文站，其间无分汇流。统计分析九江站水文资料，该河段来水来沙年际和年内分配极不均匀，且三峡水库蓄水前后有所变化。

径流量、输沙量年际间不断波动，最大年径流量9 590亿m3、最大年输沙量3.22亿t，均出现在1998年；最小年径流量5 381 m3/ s、最小年输沙量0.483亿t，均出现在2006年。三峡水库蓄水以来，三峡上游来水量较常年略有减少，相应坝下游九江站年均径流量较蓄水前减少8%；受水库拦沙影响，九江站年输沙量减少60%（表1）。

年内径流量主要集中在汛期5～10月份，以7、8月为最大。三峡水库蓄水以前，5～10月径流量约占全年72%，枯水期12月、1～3月径流量约占全年16%；蓄水后受水库调度影响，5～10月径流量约占全年70%，较蓄水前有所减小，枯水期径流量约占全年18%，较蓄水前有所增加（表2）。

表1九江站年际水沙特征Tab.1Annual runoffs and annual sediment loads at Jiujiang station

表2三峡水库蓄水前后九江站月平均径流及年内分配表Tab.2Average monthly runoff and annual distribution before and after impoundment of the Three Gorges Project

2 河床边界条件

鲤鱼山水道进口受半边山、冯家山对峙节点的控制作用，在半边山形成卡口；出口尖山突出江中，束窄河道。河道走势是由西北流向东南，左岸岸坡主要为粉细砂、细砂组成，岸坡抗冲力较差。河道右岸紧临山矶或阶地。这些山矶由页岩、砂岩和石灰岩构成，阶地多为棕红色的粘土和棕黄色的砂壤土，河岸抗冲性较好，对河势的控制作用较强。

河床上层主要为粘砂土，局部为砂壤土和粉细砂；下层主要为细砂、中砂，局部有砾石。本河段河床组成均系现代河流冲积物，河床质粒径为0.068～1.03 mm，平均为0.150 mm，河床砂砾层较厚［2］。

3 河床演变特点

受两岸天然山矶制约，鲤鱼山水道在历史和近期演变中河道平面形态一直保持微弯，且变化较小，但河道内滩槽形态变化剧烈。

20世纪50年代至1998年大洪水以前，河道基本维持了两岸边滩或心滩、深槽居中的滩槽格局不变（图2），深泓位置变化较小，其走势为半边山至盘塘由右岸侧向左岸过渡、盘塘以下再向右岸上巢湖一带过渡、上巢湖以下贴右岸，河床演变主要表现为河道内凸岸边滩和凹岸边滩（心滩）冲淤消长。这一阶段航槽位置较稳定、水深条件相对较好。

1998年至三峡水库蓄水以前，进口右岸侧河床冲深、深泓右摆，右边滩冲退，凸岸厍家湾边滩冲淤交替。这一阶段放宽段河道展宽，河道仍为单槽，但深泓左右摆动，航道水深条件变差（图2）。

图2不同时期鲤鱼山水道河势变化图Fig.2 River regime changes of Liyushan river reach in different periods

三峡水库蓄水以来，右边滩冲刷成槽、厍家湾边滩冲淤交替，偏右岸侧河心泥沙淤积，形成黄莲洲心滩（图2）。2008年以前，南槽处于快速冲深发展阶段，同时位置整体向右岸侧偏移，黄莲洲心滩以向上、下延伸以及向右展宽的方式持续淤长，滩顶高程淤高至航行基面以上2.2 m；2008年以来，南槽发展趋缓，黄莲洲心滩冲淤交替，经历了冲刷、淤积、冲刷的演变过程。由于枯水期南槽争流、黄莲洲心滩极不稳定且近2 a呈冲刷之势，北槽进出口常存在浅包或沙埂，航道条件总体较蓄水前变差。

4 水力输沙特性

为加深对鲤鱼山水道河床演变规律的认识，研究过程中建立了平面二维水沙数学模型对不同流量、不同地形下的河道水沙输移特性进行模拟。充分考虑上下游水道演变的关联性，模型范围上起本水道上游的搁排矶水道进口、下迄本水道下游的新洲—九江河段出口，全长约80 km。模型进口边界条件采用九江站的流量资料，出口边界采用九江水位对出口进行相关计算的水位过程［4］。

4.1水流输移特性

在鲤鱼山水道进口，右岸半边山、稍下游左岸冯家山临江，受矶头节点的综合作用，中枯水流量下进入放宽段的水流流速断面分布相对均匀；而洪水流量条件下受主流大水趋直［3］影响，河道偏左侧流速较大。这种水流特性决定了在来流条件不断波动情况下本河段易出现水流分股输移，但靠左岸侧水流动力条件较强。

对实测的断面流速资料进行分析（图3），在河道展宽段，因中枯水河床已形成双槽形态，中枯水流量条件下水流双股输移特性突出，断面流速分布呈双峰型；洪水流量条件下最大流速位于北槽，而且，由于洪水期水流漫滩，放宽段河槽较宽，断面流速增幅和最大流速均小于进出口，这是心滩、浅滩形成的主要原因。流量14 000～35 000 m3/s时黄莲洲心滩滩面流速较大且流速随流量增加的增幅明显，而流量进一步增大，流速增幅主要发生在北槽。而且，数学模型采用2013年4月的实测地形对8 030 m3/s、11 800 m3/s、17 930m3/s、25 960 m3/s、35 530 m3/s、50 000 m3/s流量下的河道水流流场进行了模拟，明确了主流集中于北槽的临界流量在35 000 m3/s左右。

图3断面流速变化图Fig.3 Variation of the cross sections′flow velocity distribution

4.2泥沙输移特性

中枯水期主输沙带走向为：进口半边山附近偏靠河道左岸侧、放宽段张树柏附近位于河心、下游黄砂村附近位于河道右岸侧。洪水期主输沙带走向为：半边山附近仍偏靠河道左岸侧、张树柏附近移至河道右岸侧、黄砂村附近移至河道左岸侧。这一泥沙输移特性与弯道输沙的一般特性较相似。但由于放宽段的主输沙带与主流带位置不一致，河床易发生大幅度冲淤变形。

另外，北槽泥沙年内局部搬运现象较明显。一般而言，涨水期，北槽沿程冲淤交替分布；退水期，鲤鱼山水道进口冲刷下移泥沙在北槽上段落淤，北槽下段冲刷泥沙在水道出口淤积；枯水期，鲤鱼山水道进口、北槽冲刷泥沙在水道出口淤积。

5 滩槽调整原因及趋势分析

5.1滩槽调整原因

5.1.1河道边界条件的影响

本河段两岸有较多山矶控制，河道边界条件相对稳定，河道平面形态也长期维持微弯放宽不变。其中，河段进口右岸半边山临江，在其稍下游左岸有冯家山、象山矶头临江，经过这一对矶头节点的综合作用，冯家山以下断面流速分布相对均匀，且随着流量的增加水流流向有所右偏，该水流特性决定了在来流条件不断波动情况下本河段易出现水流分股输移；河段右岸王家湾以下段山矶临江，特别是尖山突出江中，束窄河道，其汛期壅水有利于泥沙在其上游宽阔段落淤，这是右岸侧边滩或黄莲洲心滩长期存在的主要原因。

5.1.2来水来沙条件变化的影响

（1）主要受1998、1999年特大洪水及三峡水库蓄水后来沙大幅度减少的影响，本水道由单一河槽转化为枯水双槽。1998年以前，鲤鱼山水道进口深泓长期偏靠左岸侧；1998年、1999年大洪水期间，进口右岸侧河床冲深，深泓贴靠右岸侧（图4），右岸边滩大幅度冲退；而在大洪水过后的河床变形恢复期，由于遭遇三峡水库后来沙大幅度减少影响，进口右岸侧深泓得以保持，右岸侧河床冲深发展，加上该区域存在大量采砂，南槽形态逐渐形成，同时水流向南北槽扩散，加上下游尖山壅水为河心泥沙的落淤创造条件，黄莲洲心滩发育，河道形成明显的枯水双槽格局。

（2）三峡工程蓄水后沙量减少、流量过程变化引起滩槽形态调整剧烈。从来沙量的变化来看，三峡水库蓄水后本河段来沙量较三峡水库蓄水前减少37%左右，这对河道内洲滩的稳定是不利的。三峡水库蓄水以前，河道输沙总体平衡，厍家湾边滩与右岸边滩此消彼长变化，枯水河宽变化较小，河槽水深相对稳定；三峡水库蓄水以来，受来沙大幅度减小影响，河道输沙不平衡，滩槽形态调整剧烈。从来流量及过程的变化来看，2008年、2009年、2011年为平、枯水年，流量14 000～35 000 m3/s持续时间超过160 d，黄莲洲心滩处于冲刷状态；2010年为较丰水年，该流量级持续时间较短，黄莲洲心滩淤积明显；2012年虽然也为较丰水年，但中水期流量的贡献率较大，流量14 000～35 000 m3/s持续时间也超过160 d，黄莲洲心滩仍发生冲刷。5.1.3人类活动的影响

自2003年以来本水道存在大量的采砂活动。2004年、2005年采砂主要位于富池口以下近右岸河槽，2006年以来黄莲洲心滩上采砂较频繁，这些采砂活动促进了南槽的冲刷发展，不利于黄莲洲心滩的稳定，从而影响主航槽航道条件。

运用数学模型计算模拟了枯水流量8 030 m3/s、整治流量10 090 m3/s两级流量下在黄莲洲心滩不同部位采砂、不同采砂深度的河道水流特性［4］，研究成果表明，在采砂区位于黄莲洲心滩头部、采砂深度10 m左右的情况下，采砂区由于吸流作用流速有所增加，并引起北槽流线向南偏移，对北槽航道条件的稳定不利。

5.2河床演变趋势

三峡水库蓄水至今已超过10 a，长江中游水沙情势变化主要表现为：洪水流量减小，中水时间延长，汛后枯水期提前、退水时间缩短；干流输沙量大幅减少，河床沿程冲刷强度明显增大，且逐步向下游发展［5］。

根据河床演变特点，结合河道边界条件、来水来沙条件变化，鲤鱼山水道河床演变趋势主要表现为以下几个方面：（1）总体河势格局不变。本水道两岸受天然山矶节点控制，河道微弯放宽外形较稳定，加上上游河势较稳定，因此，未来总体河势不会发生大的改变。（2）河道维持枯水双槽、北槽为主的滩槽形势，但黄莲洲心滩呈冲刷之势，厍家湾边滩冲淤交替。由于枯水双槽格局的形成及稳定至今与特大洪水引起的河道进口主流右摆以及三峡蓄水后来水来沙条件的改变有关。一方面，在上游河势较稳定的情况下，鲤鱼山水道进口深泓将稳定于河道右岸侧，这对南槽发展有利，加上中低水期南槽具有一定的冲刷能力，因此，三峡蓄水后来沙较小的情况下南槽仍有冲深发展的可能；另一方面，北槽长期位于主流带，三峡蓄水后来沙较小的情况下北槽冲刷能力较强，仍将维持主槽地位。由于中水持续时间较长的年份易引起黄莲洲心滩冲刷，三峡蓄水后来沙减小的持续以及中水持续时间延长，将使黄莲洲总体呈冲刷之势，但河道放宽、下游尖山矶头壅水作用不变，该段泥沙淤积条件仍然存在。因此，本河道内枯水双槽局面一时难以改变。另外，受水沙波动影响，加上黄莲洲心滩呈冲刷之势，厍家湾边滩仍将冲淤交替。（3）北槽航道条件难以稳定。北槽航道条件变化与黄莲洲心滩、南槽分流变化密切相关。今后在黄莲洲冲刷、南槽分流不稳定的情况下，北槽航道条件难以稳定。

图4鲤鱼山水道近期深泓平面变化图Fig.4Thalweg variation in the Liyushan river reach

6 结论

主要受1998、1999年特大洪水以及三峡工程蓄水后来沙大幅度减少的相继影响，鲤鱼山水道由单一河槽转化为枯水双槽，而采砂加速了这一演变进程。今后，在上游河势较稳定的条件下，鲤鱼山水道总体河势格局不变，河道仍能维持枯水双槽、北槽为主的滩槽形势，但受三峡工程蓄水后来沙大幅度减少以及中水持续时间增加的持续影响，黄莲洲心滩呈冲刷之势，厍家湾边滩冲淤交替，北槽航道条件难以稳定。

［1］江凌,黄成涛.长江中游鲤鱼山水道航道整治工程工程可行性研究报告［R］.武汉：长江航道规划设计研究院,2014.

［2］中国科学院地理研究所,长江水利水电科学研究院,长江航道局规划设计研究所.长江中下游河道特性及其演变［M］.北京:科学出版社,1985.

［3］钱宁,张仁,周志德.河床演变学［M］.北京:科学出版社,1987.

［4］李明,张明.长江中游新洲～九江河段鲤鱼山水道航道整治工程平面二维水沙数值模拟研究［R］.武汉：长江航道规划设计研究院,2014.

［5］许全喜,朱玲玲,袁晶.长江中下游水沙与河床冲淤变化特性研究［J］.人民长江,2013,44(23):16-21. XU Q X,ZHU L L,YUAN J.Research on water⁃sediment variation and deposition⁃erosion in middle and lower Yangtze River［J］. Yangtze River,2013,44(23):16-21.

Analysis of riverbed adjustment causes and trends of Liyushan river reach in middle Yangtze River

LI Zhi⁃hong
（Changjiang Waterway Bureau,Wuhan 430010,China）

The Liyushan river reach in the middle reach of Yangtze River is a slightly sinuous and widening channel.By the bank mountain control,flood regime is relatively stable,but the recent low⁃water swale changes ob⁃viously,which have an adverse effect on shipping and the use of shoreline.Based on the measured data of topogra⁃phy,hydrology and sediment,in combination with numerical simulation,the river bed deformation characteristics and the water&sediment transport characteristics of Liyushan river reach were analyzed,the cause and trend of riv⁃erbed evolution were discussed.The research results show that flood in 1999 and 1998 and sediment decrease after the impoundment of the Three Gorges Reservoir are the main reason from the single channel to the dry double chan⁃nel.In the future,the overall river regime will remain unchanged,with the situation of dry double groove and groove in the north,but Huanglianzhou central bar will be eroded and Shejiawan side bar will be eroded and deposited al⁃ternately,the left channel condition will be worse.

slightly sinuous and widening channel;riverbed deformation;water and sediment transport charac⁃teristics;evolution reason

TV147；U617

A

1005-8443（2015）04-0318-05

2015-04-01；

2015-04-17

李志宏（1968-），男，广西省融水人，高级工程师，主要从事航道整治研究工作。

Biography：LI Zhi⁃hong(1968-),male,senior engineer.