陆溪口鹅头分汊河段冲淤调整分析

闫 霞，陈 立，姚仕明，金中武，邓彩云，

（1．长江科学院河流研究所，武汉 430010；2．三峡地区地质灾害与生态环境湖北协同创新中心，湖北宜昌 443002；3．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072）



陆溪口鹅头分汊河段冲淤调整分析

闫 霞1，2，陈 立3，姚仕明1，金中武1，2，邓彩云1，3

（1．长江科学院河流研究所，武汉 430010；2．三峡地区地质灾害与生态环境湖北协同创新中心，湖北宜昌 443002；3．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072）

摘 要：陆溪口河段为长江中下游典型的鹅头分汊河段，三峡工程蓄水前，受进口单边挑流节点及弯道环流作用，河道演变呈现周期性演变规律；三峡工程蓄水后，在上游水沙条件变化、人为因素等影响下，河段冲淤规律将产生调整。采用理论分析、实测资料分析等方法，对蓄水后陆溪口河段周期性演变规律进行研究。分析表明：蓄水后河段周期性调整规律及趋势仍然存在，且由于上游来沙量减少，河段冲淤调整甚至有加快趋势；新洲洲头遭受严重冲刷，出现串沟，直港进口淤积严重，分流格局产生调整，航道条件变差。人为实施航道整治工程后，河势才有所稳定，但河段周期性演变的内在动力并未消失，对航道条件及整治工程带来了一定的不利影响。

关键词：陆溪口鹅头分汊河段；河床演变；周期性；冲淤调整；机理研究

1 研究背景

鹅头分汊河型是长江中下游分汊河型的一种特殊形式，不仅具有分汊河段由江心洲分隔开的非单一河槽的平面形态特点，也具有主支汊交替发展的演变特性。自然情况下，鹅头分汊河型河道演变主要表现为汊道新生—弯曲—平移—衰亡的周期过程［1］。三峡工程蓄水后鹅头分汊河段还因为江心洲体众多，蓄水后洲体冲淤变化大，自然情况下的周期性演变规律受到一定影响。本文以陆溪口河段为例，依据实测资料，分析其蓄水前后的演变特点及变化。

陆溪口鹅头分汊河段（图1）上起赤壁山，下至刘家墩，全长约14 km，上游为界牌河段，下游为嘉鱼河段。河段进口处右岸有赤壁山单侧节点，此处河宽仅1 200 m，从赤壁山以下河床逐渐向左展宽，最宽处达6 500 m。目前鹅头顶部有新洲和中洲2个江心洲，将河道分为直港、中港和园港。

陆溪口河段进口处受右岸赤壁山挑流节点控制，左岸为广阔阶地与河漫滩，抗冲性较差。河道内中洲主要由粉质黏土和粉砂层组成，新洲主要由松散的细沙和粉细砂组成。直港进口浅区河床地质主要由砾砂、圆砾、粗砂和中砂组成。直港航程短、航线顺直，较为稳定，由于进口浅区冲刷缓慢，退水时水深不足，在枯水后期，航道走中港，两航槽交替使用。2004年，河段实施了航道整治工程，包括新洲头部鱼嘴及洲脊顺坝、中洲护岸和直港进口浅区挖槽疏浚工程。

图1　陆溪口河段河势示意图Fig．1 Sketch map of regime in Luxikou reach

2 三峡工程蓄水前陆溪口河段演变特点及机理

2．1 陆溪口河段周期性演变特点

三峡工程蓄水前，陆溪口鹅头分汊河段已经经历了4个完整的演变周期，分别是1938—1957年、1957—1968年、1968—1984年、1984—2003年演变周期［2］。一个完整的演变周期通常以新洲洲头串沟出现即新洲被切割成2部分为开始，结束于老新洲并入中洲，左侧心滩淤长为新的新洲，亦即老中港萎缩消失，串沟冲刷发展为新中港，最近一个周期演变如图2所示。在2003年，新洲被严重冲刷，洲头被串沟切割成2部分，头部浅滩高程在20 m以下，但串沟两侧16 m等高线连通，且新洲右缘淤积右移明显，新的一轮演变周期开始。

图2　陆溪口河段周期演变示意图Fig．2 Schematic diagram of periodic evolution in Luxikou reach

2．2 演变机理分析

地质构造和特殊边界条件决定了鹅头分汊河段弯曲程度和鹅头汊道走向，由于河段进口处南岸为断裂带形成的小丘、岩基，而在北岸则留下广大的阶地与河漫滩，从而使河槽向北岸扩张，形成了陆溪口鹅头分汊段［2－3］。鹅头型汊道周期性演变的动力条件是河段进口单边节点的挑流作用和来水来沙条件的变化。当来流量比较小时，节点挑流作用不明显，主流进入直港方向；当流量＞20 000 m3／s时，断面主流向左移动，水流流向也明显偏左，即在节点挑流作用下，主流进入中港，新洲洲头及中港遭受冲刷［4］。除与来流量大小相关外，节点挑流作用的强弱与上游河段河势变化息息相关。当上游界牌河段深泓沿右岸而下、紧贴赤壁市时，节点挑流作用增强，主流易进入中港，有利于中港发展；反之，节点挑流作用弱，利于直港发展［5］。鹅头分汊河段节点挑流作用的上述特点在新汊道初始发展时期至关重要。正是由于大流量时矶头较强的挑流作用，主流易进入中汊，使得新生的汊道即新中港初期迅速发展，中洲左缘崩退，并逐渐弯曲。后期，新中港的弯曲、平移的主要动力原因则是弯道环流的作用［3］。

3 三峡工程蓄水后典型鹅头分汊河段演变规律

受三峡工程蓄水影响，枢纽下游河段来水来沙条件发生调整，年内特大流量和特小流量出现的机会均减小，而中枯水期增长，来流量的变化导致鹅头分汊河段进口处单边节点挑流作用相应调整。

3．1 平面形态变化

3．1．1 深泓线平面变化

2003年三峡工程蓄水后陆溪口河段平面形态整体稳定，但分流区深泓线平面位置及新洲洲头平面调整幅度较大。

如图3所示，深泓线平面位置变化较明显的部位为分流区和汊道中下部，分流点位置变化与进口处主流位置有很大相关性，上游河段深泓偏右岸时，来流直接顶冲赤壁市节点，挑流作用明显。分流点上提（如2005年、2007年），且左汊深泓较为平顺；而进口处深泓偏左岸时，主流需逐渐向右过渡到赤壁山处深槽而后顶冲挑流节点，挑流作用大为削弱。分流点下移（如2003年、2011年），左汊深泓蜿蜒曲折。另外，直港中下段深泓平面摆动明显，且呈逐渐左移趋势，中港出口处深泓同样逐渐左移但幅度有限。

图3　蓄水后陆溪口河段平面形态变化Fig．3 Plane form variation of Luxikou reach after impoundment of Three Gorges Project

3．1．2 洲滩平面变化

2003年以来，中洲整体位置左移幅度已很小，演变主要表现在右缘及洲尾冲刷崩退，呈逐年冲刷趋势，但由于受堤防控制，冲刷幅度有限。而新洲则经历了明显的冲淤调整，根据新洲20 m等高线变化可知，蓄水至2007年，头部略有冲刷，此后大幅淤积，面积增大，至2011年，面积增加近1倍。2003年至2007年蓄水初期，新洲洲头严重冲刷，串沟的出现说明河段遵循蓄水前演变规律进入新一轮的周期演变中；但2007年之后，由于人为采取了守护新洲、封堵串沟等相应的整治措施，遏制了河段分汊格局进一步变化，新洲又恢复淤积，面积增加，形态恢复至蓄水前的半梭形。

3．2 横断面冲淤调整

冲积平原河道的演变中，横断面变化往往来得更迅速。陆溪口河段4个典型横断面进行分析，断面位置见图1，断面冲淤调整见图4。

图4　蓄水后陆溪口河段典型断面冲淤调整图Fig．4 Variations of scouring and silting at typical sections in Luxikou reach after impoundment

由横断面冲淤调整可得到以下结论：

（1）2003年三峡工程蓄水后新洲经历了先冲后淤过程，中部洲顶高程变化最为明显，而洲头和洲尾主要表现为位置摆动，即左右缘冲淤明显。两岸15 m以下高程岸坡则仍遵循弯道内洲滩“凸岸淤积、凹岸冲刷”的规律，整体位置略有左移。但当新洲上有串沟通过时，新洲表现为左岸高滩冲刷明显，而此时右岸及直港多表现为淤积，因此可知串沟出现为新洲稳定性及直港河槽造成严重影响。

（2）蓄水后直港和中港冲淤调整不同，直港总体呈先淤积后冲刷趋势，下切幅度大于淤高幅度，断面以展宽为主，而中港表现为先冲刷后淤积，断面也先展宽后缩窄。

（3）同一年份，河段滩槽冲淤也不同步，尤其是直港与新洲对比非常明显，直港河槽与新洲呈此冲彼淤态势，表现为大水时淤槽冲滩，小水时淤滩冲槽。

3．3 汊道冲淤调整及分流格局变化

由深泓高程沿程变化（图5）可知：蓄水后，直港先淤积后冲刷，2009年之前，以淤积为主，且进口条件不断恶化，深泓沿程起伏增大；2009年之后，由于人为因素影响，直港进口条件明显改善，带来了汊道内的沿程冲刷。而中港则在蓄水初期呈现逐年冲刷趋势，深泓平均高程下降，深泓沿程起伏程度减小，比降增大，因此认为中港处于持续发展阶段，而2009年之后，中港水动力条件减弱，出现泥沙大幅落淤现象。

图5　陆溪口汊道深泓纵剖面变化示意图Fig．5 Thalweg changes of braided waterways in Luxikou reach

表1　陆溪口河段各汊道分流比变化Table 1 Variations of diversion ratio of braided channels in Luxikou reach

蓄水后陆溪口鹅头分汊河段汊道格局（表1）产生了较大变化，主流由直港摆向中港后又回到直港。蓄水前直港为主汊道，而蓄水后直港分流比逐渐下降，中港分流比不断增大，至2009年中港分流比达60%以上。此后航道整治工程的实施导致直港分流比又增大，至2011年汛期，直港分流比已超过50%，主流又重新摆向直港。

3．4 三峡工程蓄水后河段演变特性

2003年三峡工程蓄水后河段水流动力轴线摆动仍是在变化水沙条件下，特定河床边界条件及上下游河势调整综合因素作用下产生。蓄水后陆溪口河段年内＞20 000 m3／s的流量出现时间减少，但受上游河势调整的影响，进口主流移至右岸导致其直接顶冲赤壁山节点，因此节点挑流作用依然较明显，尤其在2005—2009年，主流进入中港，造成中港的持续冲刷发展。此后进口主流左移，节点挑流减弱，且受河段整治工程的影响，主流右移更易进入直港。

2011年虽然主流移至直港，但2汊分流比相差很小，中港并没有呈现明显衰亡趋势。同时也应该看到，年内主流摆动规律与蓄水前有所不同，2011年汛期及汛后主流均进入直港，这说明直港进口的挖槽工程导致汊道分流区水流的归槽作用增强，因此当流量＞20 000 m3／s时，主流仍进入直港。说明航道整治工程也在一定程度上对汊道进口处赤壁山节点挑流作用产生影响，从目前有限资料来看，右汊进口的挖槽工程会减弱河段进口单边节点的挑流作用。

因此认为蓄水后，河段进口单边节点挑流作用仍然存在，中港仍有冲刷发展的可能，但受上游边界条件影响挑流作用将有所减弱，直港水流归槽作用增强，直港处于冲刷发展过程。但由于直港河槽发展多为人为因素造成，因此不排除直港泥沙自下向上产生回淤的可能，而此时赤壁山挑流作用将有所恢复，主流可能摆向中港。总之，今后几年，预计中港不会产生持续性淤积衰亡，中港和直港分庭抗礼之势会持续存在。

4 结 论

（1）自然情况下，陆溪口分汊段汊道间的交替演变以新洲切割形成新中港为开始，新中港不断发展，最终以与老中港合并为结束。已经历4个完整演变周期，2003年进入新一轮演变中。

（2）陆溪口鹅头型汊道形态及汊道走向主要由地质构造和特殊边界条件，汊道演变交替的主要动力条件是节点挑流作用随流量变化而改变以及弯道环流的作用。

（3）蓄水后，鹅头分汊河段周期性演变规律仍然存在，且由于水流含沙量大幅降低，造床作用增强，因此河床冲淤调整更为剧烈，周期演变速率也有所加快。即陆溪口河段进入新一轮演变周期，新洲洲头被冲刷，产生串沟且处于发展趋势，直港淤积，分流比降低。

（4）蓄水后，河段航道整治工程的实施，稳定了新洲洲体，防止其被切割，遏制了直港进一步淤积的进程，有效改善了航道条件。但由于进口挑流节点、河段水沙条件及上游河势等因素始终对汊道格局调整产生作用，航道整治效果的发挥略有滞后。且由于工程本身与河床的剧烈冲淤调整存在一定耦合关系，对已建工程结构本身稳定性造成不利影响，需加强观测。

参考文献：

［1］ 马有国，高幼华．长江中下游鹅头型汉道演变规律的分析［J］．泥沙研究，2001，（1）：11－15．

［2］ 陈 立，仰雨菡，陈 珊，等．鹅头分汊河段汊道交替演变动力和周期的变化分析［J］．水力发电学报，2014，33（4）：126－131．

［3］ 冷 魁，罗海超．长江中下游鹅头型分汊河道的演变特征及形成条件［J］．水利学报，1994，（10）：82－89．

［4］ 姚仕明，张 超，王 龙，等．分汊河道水流运动特性研究［J］．水力发电学报，2006，25（3）：49－52．

［5］ 刘 亚，姚仕明，李义天．陆溪口汊道演变对界牌河段河势变化的响应分析［J］．长江科学院院报，2013，30（9）：5－10．

（编辑：姜小兰）

Evolution of Goose⁃head Braided Channels in Luxikou Reach

YAN Xia1，2，CHEN Li3，YAO Shi⁃ming1，JIN Zhong⁃wu1，2，DENG Cai⁃yun1，3
（1．River Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2．Collaborative Innovation Center for Geo⁃hazards and Eco⁃environment in Three Gorges Area，Hubei Province，Yichang 443002，China；3．State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan 430072，China）

Abstract：Luxikou reach is a typical goose⁃head braided channel in the middle and lower reaches of Changjiang

River．Before the impoundment of the Three Gorges Project，channel evolution shows periodic tendency due to flow deflecting caused by single⁃side node in inlet of channel and bend circulation effect．After the impoundment，the e⁃volution regularity of scouring and silting changes under the influences of water and sediment in upper reach and human activities．According to theoretic analysis and measured data，we carry out research the periodic evolution of Luxikou goose⁃head braided reach．The results show that periodic evolution still exists，and adjustment of scouring and silting even speeds up due to the decrease of incoming sediment from upstream．Furthermore，the head of Xinzhou sandbar suffers severe erosion，and erosion ditch occurs．Meanwhile，sediment deposition is serious in the inlet of Zhigang，which leads to adjustment of flow distribution pattern and bad channel condition．After the imple⁃mentation of artificial waterway engineering，the river regime gradually tends to be stable，but the inherent effect on cyclical evolution of river reach still exists，bringing out a negative effect on navigation conditions and regulation projects．

Key words：goose⁃head braided channels in Luxikou reach；evolution of river bed；periodicity；adjustment of scou⁃ring and silting；mechanism study

作者简介：闫 霞（1986－），女，河北邢台人，工程师，硕士，从事河流动力学及工程泥沙问题研究工作，（电话）027－82829873（电子信箱）yxi⁃awhu＠163．com。

基金项目：国家自然科学基金项目（11472199，51379018，51479009）

收稿日期：2014－12－02；修回日期：2015－01－13

中图分类号：TV143

文献标志码：A

文章编号：1001－5485（2016）03－0001－04