长江下游东流水道汊道分流属性及分流比调整机制研究

张红 张明

摘要：长江下游河道以分汊河段为主，航道条件复杂且航道整治难度大，探究其汊道分流属性及分流比调整的驱动机制，对枯水期通航主汊道的选取具有重要意义。以长江下游东流水道为对象，剖析了东流水道近10 a来汊道分流比调整的驱动机制。结果表明：1999～2004年期间东港为洪水倾向型汊道，西港为枯水倾向型汊道;2005～2009年間，受航道整治一期工程的影响，东港分流比与流量的关系不显著，西港仍为枯水倾向型汊道;2010～2018年间，东、西港汊道属性发生转变。东流水道老虎滩左汊及西港的底沙输移强度高于老虎滩左汊及莲花洲汊道，进一步加速了东流水道汊道分流关系的调整趋势。

关键词：汊道分流;分流比;调整机制;东流水道;通航条件;长江下游

中图法分类号：TV147文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.04.005

文章编号：1006 - 0081（2021）04 - 0029 - 06

1 研究背景

在长江中下游航道治理中，分汊河段因其汊道分流关系不稳定、江心洲及汊道内边滩演变关系复杂，碍航程度大且治理难度大。分汊河段的汊道分流属性是枯水期主航道选取的重要依据，而汊道分流比调整驱动成因的揭示，对枯水期通航主汊道选取具有重要意义。

东流水道（图1）是长江下游典型的顺直分汊河段，近年发生了汊道交替现象，滩槽格局极不稳定，是航道治理的重点河段[1]。三峡工程运行后，长江中下游河道普遍冲刷，为航道水深提升创造了有利条件[2-3]。在分汊河段，江心洲洲头冲刷引起汊道分流关系不稳定，使汊道进口段、中段及出口区域形成过渡段浅区[4]。在分汊河段的航道治理中，根据枯水期通航主汊道的稳定性及发展趋势，一般选取枯水倾向型汊道作为主航道[5]。在东流水道航道整治一期工程的论证阶段，综合对东流水道各汊道分流关系现状及发展趋势、河势格局、水流流态、外部环境、主航道可塑性等方面进行了比较，选择西港作为主航道[6]。三峡水库蓄水运行后，水沙条件变化是东港发展的主要原因，已实施的航道整治一期工程在一定程度上促进了东港发展[7]。2010年汛后，东流水道进口左岸边滩（娘娘树边滩）快速发展，引起河道内斜向水流进入东港，加速了老虎滩头部冲刷，对老虎滩护滩工程造成不利影响[8]。东流水道二期工程实施后，左岸娘娘树边滩出现新的演变，是造成该河段近年来航道条件趋坏的重要原因[9]。近期，东流水道西港航道受老虎滩北槽下游淤积和老虎滩尾淤积下移的双重影响，短期内西港过渡段通航形势难以好转，建议应加强对西港航道的维护力度，并将东港航道作为紧急备用通道[10]。目前，东港正处在发展过程之中，但西港依然有复苏的可能[11]。已有的研究重点探讨了东流水道的滩槽演变、航道工程对汊道分流关系及航道条件变化等的影响，对于汊道分流属性及近期分流比调整的驱动成因分析较少。同时，在航道整治二期工程实施后，望东长江大桥处于施工期，双重叠加的人类活动对汊道分流关系的影响尚待揭示。

本文以长江下游东流水道为研究对象，利用近期20 a分流比、近10 a河床地形等数据，识别东流水道各阶段的汊道分流属性，结合水沙条件、航道工程及桥梁建设等因素，研究汊道分流比调整的驱动机制。

2 研究区域及水沙条件

2.1 研究区域

长江东流水道位于长江下游安庆市以上30～61 km处，全长31 km。东流水道上起华阳河口，下至吉阳矶，属于顺直多级分汊河型（图1）。一级分汊为老虎滩滩体，分为老虎滩左汊和东港，二级分汊为玉带洲和天沙洲，分为莲花洲港、西港和天玉窜沟。东流水道的上游为马当河段，是多分汊河段，马当河段和东流水道之间为东流直水道连接，河道形态微弯。东流水道的下游为安庆河段，也为多分汊河段，两河段之间为弯曲型河段连接。东流水道汊道分流比不稳定，常发生主支汊交替现象，通航主汊道在西港、东港和莲花洲港之间交替。东流水道已实施了两期航道整治工程，一期工程于2004年2月开始施工，2006年4月主体工程施工完成，2008年3月正式完工，2010年3月竣工。二期工程于2012年11月开工建设，到2013年6月完成天玉串沟守护工程、老虎滩左缘护滩带加固工程、七里湖护岸工程、老虎岗护岸加固工程，至2014年4月，主体工程基本完成。

2.2 河床冲淤分布

2012年1月至2017年5月期间，东流水道河床冲淤变化的分析表明（图2），整体上，东流水道滩槽冲淤变幅较大，尤其是东流水道进口左岸边滩、老虎滩左汊及西港、东港中下段等区域。受望东长江大桥北岸侧栈桥施工的影响，左岸边滩上游出现了一个小的淤积体，持续头冲尾淤。老虎滩头部分流区以淤积为主，滩头部淤积上延，幅度约2～3 m，滩面上以小幅淤积为主，尾部被冲刷。老虎滩左侧呈现鲜明的左淤右冲，幅度均在4 m以上，说明该段主流明显靠右。东港内中上段冲淤交替，下段普遍冲刷，幅度在4 m以上。莲花洲港进口大幅淤积，但中上段以冲刷为主，中下段普遍淤积，幅度在2 m左右。天玉串沟则普遍淤积，幅度约4 m。玉带洲右汊呈现鲜明的左冲右淤，幅度均在4 m以上，引起该段主流明显偏左。

2012～2014年期间，东流水道河床冲刷显著，滩地冲淤交替，左岸丁坝群区域出现了明显淤积。老虎滩左缘中上段明显冲刷，幅度约3 m。受老虎滩左缘淤积体下移的影响，西港大幅淤积，天沙洲与老虎滩连接。2014年2月、2016年3月期间，东流水道总体冲淤规律未发生显著变化，其中，老虎滩左缘的淤积体逐渐冲刷下移，西港冲刷幅度加大，最大冲刷位置主要集中在西港出口，淤积体缓慢通过西港。2016年3月以来，东流水道延续了前一时期河床演变特点，主要表现在左岸边滩头冲尾淤，西港持续冲刷，同时，受洪水影响，东港及老虎滩左汊中上段发生一定程度的淤积。

3汊道分流属性及阶段性调整特征

3.1 汊道分流比

1999～2018年间，东港分流比为缓慢增加态势，西港与天玉窜沟为减少态势，2014年以来东港略有减少，西港与天玉窜沟略有增加（图3）。1999～2003年间，莲花洲港分流比为缓慢减少态势，2003～2018年期间变化幅度相对较小。

3.2 汊道分流属性

依据汊道分流属性，汊道分流比随流量一般表现为单调函数关系，即随着流量增加分流比增加的汊道为洪水倾向型，随流量增加分流比减小的汊道为枯水倾向型[12]。1999～2004年期间，东港为洪水倾向型汊道，西港为枯水倾向型汊道，东流水道一期航道整治工程选取西港作为枯水期主航道的思路是可行的（图4）。2005～2009年期间，受航道整治一期工程影响，东流水道汊道分流比处于调整期，东港分流比与流量关系不显著，西港仍表现为枯水倾向型汊道。2010～2018年期间，东港为枯水倾向型汊道，西港为洪水倾向型汊道，汊道属性发生转变。从变化态势上看，对比2014～2018年与2010～2013年可知：同流量条件下东港分流比呈减少态势，有利于老虎滩左汊分流比的增加;老虎滩左汊同流量分流比增加，西港同流量分流比未出现趋势性变化，但2018年3月西港分流比较2016年2月增加8.5%。

4汊道分流交替的驱动成因分析

4.1 上下游河势关联性的影响

已有研究表明[13-14]，当分汊河段上下游连接段为弯曲形态，在一定的形态、河床组成、来流条件等综合作用下，对上下游汊道间河势、汊道分流关系及滩槽演变等的传递具有阻隔作用。基于文献研究成果，建立了连接段水流摆动力与河道形态约束力关系：

[摆动力约束力=FmFc=QR*×Qmax-QminλQmax2ζ5-4λφ13gB52Jh230+Md13ρ13→]

[FmFc>1.0;无阻隔性FmFc≤1.0;有阻隔性]

式中：R* 为河道深泓弯曲半径，m;Q为流量，下标max、min分别表示最大、最小值，反映流量变幅，m3/s;ζ为平滩河相系数;d为河床中值粒径，m;B为平滩河宽，m;h0为平滩水深，m;J为坡降;M为河岸地质评分;φ为河弯的弯曲度。

东流水道的上游为马当河段，中间由东流直水道连接，通过上下游联动性关系指标的计算认为（图5）：东流直水道能阻隔马当河段河势调整对东流水道滩槽形态及汊道分流关系的影响，其上下游河势调整关系具有相对独立性。近期马当水道的汊道分流比、东流直水道河势出现一定调整，但东流直水道仍能阻隔马当河段河势调整向下游传递，其阻隔性强度有所减弱。

4.2 进口段滩槽形态调整的影响

从长江中下游分汊河段进口段的边滩与汊道分流比上看，进口段边滩纵向的上下移动、横向展宽与萎缩等均会影响汊道分流比的调整[15-16]。从河道形态上看（图6）：在洪水期水流进入东流水道放宽段后趋直，有利于老虎滩左汊进流;在中枯水时期，矶头挑流作用减弱，水流绕过矶头更容易走弯，有利于东港进流。2007年以前，左岸桃树滩边滩变化较小，为相对稳定且完整的边滩（图6）;2010年以来，桃树滩边滩上半段冲刷较为明显，东角冲一带大幅淤涨，势必会加压主流摆向右岸，促使东港的冲刷发展。由于东流直水道具有阻隔上游马当河段河势调整传递的作用，桃树滩边滩形态变化主要与来水来沙条件有关，即水沙条件仍是东流水道汊道分流比变化的主要因素。

4.3 水沙输移条件的影响

4.3.1 底沙输移的影响

结合定床输沙试验研究[17]，定床输沙强度的断面分布具有以下特点（图7）。

（1）老虎滩左汊为主输沙通道，左汊与东港的泥沙输移比例约为4∶1，分流比约为2∶1，泥沙主要集中在老虎滩左汊内输移。

（2）莲花洲港与西港过渡段的分流比接近，但输沙带分布随流量变化有较大调整。在枯水时，西港输沙强度大于莲花洲港，随流量增大至平滩流量时，莲花洲港输沙强度高于西港，两汊的泥沙输移比例约为1∶1。当流量超过平滩流量时，上游来沙集中在老虎滩左汊的深槽内输移，导致西港过渡段输沙强度增大，莲花洲港与西港过渡段泥沙输移比例为1∶3。

4.3.2 年间差别性水沙过程影响

经历1998年和1999年大洪水过程，东流水道西港处于快速发展阶段，洪水引起河道整体淤积，其中，西港淤积较显著，2000年以后西港冲刷并使分流比快速增加，对应东港分流比大幅减少。2010年大水过程，东流水道正处于东港发展阶段，虽然洪水仍造成了河床整体淤积，在东港淤积的状态下分流比仍处于增加态势，对应的西港分流比为减少态势。2003年12月至2009年12月期间，东港分流比增幅为16.6%，年均增幅为2.7%;西港分流比减少11.8%，年均减幅为1.9%。经历2010年水文过程后，东港分流比增加约10%，西港减少约16.2%。

4.4 望东长江大桥建设的影响

图8为东流水道望东长江大桥上游代表断面变化，2001年11月至2003年3月左岸为淤涨态势，深槽略有冲深。2003年3月至2009年12月左岸0 m线以上冲刷，0 m线以下至深槽为淤积态势。2009年12月至2010年4月断面形态变化不大。2010年4月至2010年11月左岸边滩大幅冲刷，深槽略有淤积。2010年11月至2012年9月左岸边滩冲刷并形成近岸竄沟，对应深槽淤积。2012年9月至2014年2月左岸边滩继续冲刷，近岸窜沟进一步发展，对应深槽也表现出显著的冲刷态势。综合而言，东流水道进口断面左岸边滩窜沟发育及滩面刷低，引起进口段水流相对分散。望东长江大桥下游断面分析可知，2001年11月至2010年11月期间左岸边滩为持续淤涨态势，对应深槽冲刷，右岸冲刷显著，这一冲刷过程主要出现在2007年10月至2010年11月期间。2010年11月至2014年2月期间，左岸0 m以上滩体冲刷，0 m至深槽区域为淤积趋势，对应深槽至右岸为冲刷态势。

2011年12月20日，望东长江公路大橋开工开建，至2012年10月27日，桥梁北岸栈桥已经修建完成至48号墩，该墩位于北岸大堤内，距离左岸侧大堤为270 m，施工处河床高程（黄海基面）为12.105 m。2012年12月5日，桥梁主体工程开始建设;2015年5月13日，大桥北主体（塔）封顶，2016年底竣工通车（图9）。望东长江大桥建设影响包括：施工栈桥自左岸伸入江中约1 000 m，挤压过流断面，引起分流区主流右摆，有利于东港发展;桥梁施工结束后，栈桥对附近洲滩、下游汊道分流比的影响逐渐减弱或消失。

近期，东流水道存在一定的采砂活动，对东港进口区域的局部地形产生一定影响，也是东港和老虎滩左槽分流比调整的原因之一。

5结 论

（1）1999～2004年期间，东港为洪水倾向型汊道，西港为枯水倾向型汊道。2005～2009年期间，受航道整治工程的影响，东流水道的汊道分流比处于调整期，东港分流比与流量的关系不显著，西港仍为枯水倾向型汊道。2010～2018年期间，东港为枯水倾向型汊道，西港为洪水倾向型汊道，汊道属性发生转变。

（2）东流水道老虎滩左汊和右汊分流比变化与上游马当河段汊道分流关系调整关系不密切。汊道间底沙输移分配关系与分流关系不协调，老虎滩左汊及西港的底沙输移强度高于老虎滩左汊及莲花洲汊道，进一步加速了东流水道汊道分流关系的调整趋势。2010年以来东流水道进口左岸边滩上冲下淤特征显著，挤压水流摆向右岸侧引起老虎滩右汊分流比增加。航道整治工程的实施减弱了老虎滩左汊及西港的洪水倾向性强度，望东长江大桥施工期栈桥运行对局部洲滩存在一定影响。

参考文献：

[1] 张细兵， 孙贵洲， 王敏. 长江上游建库后武汉至安庆段航道条件变化分析[J]. 人民长江， 2014， 45（12）： 65-70.

[2] Yang Y P， Zhang M J， Liu W L， et al. Relationship between waterway depth and low-flow water levels in reaches below the Three Gorges Dam [J]. Journal of Waterway， Port， Coastal， and Ocean Engineering， 2019， 145（1）： 04018132.

[3] Yang Y P， Zhang M J， Liu W L， et al. Impact of the operation of a large‐scale reservoir on downstream river channel geomorphic adjustments： A case study of the Three Gorges [J]. River Research and Applications， 2018， 34（10）： 1315-1327.

[4] 孙昭华， 李义天， 黄 颖， 等. 长江中游城陵矶-湖口分汊河道洲滩演变及碍航成因探析[J]. 水利学报， 2011， 42（12）： 1398-1406.

[5] 张玮， 车瑞， 柴跃跃. 基于分流特征的汊道分类及其在东流水道航道治理中的应用研究[J]. 水道港口， 2019， 40（2）： 52-58.

[6] 郑惊涛， 雷国平， 尹书冉， 等. 东流水道航道二期工程整治思路及方案[J]. 水运工程， 2014， 498（12）： 96-101.

[7] 张伟， 刘洪春， 李文全， 等. 东流水道东港近期发展原因分析[J]. 水运工程， 2014， 492（6）： 102-108.

[8] 熊小元. 长江中下游东流水道河床演变特性及趋势预测[J]. 水运工程， 2014， 490（4）： 125-132.

[9] 刘洪春，  张伟， 李文全， 等. 东流水道左岸边滩演变特征及其对航道条件影响分析[J]. 水运工程， 482（8）： 110-114.

[10] 束梁. 长江东流水道疏浚措施与通航条件分析[J]. 中国水运， 2014， 14（10）： 254-256.

[11] 李文全， 涂新民， 杨祖欣， 等. 长江下游东流水道河床演变特征分析及航道整治[J]. 水运工程， 2011， 459（10）： 83-88.

[12] 韩剑桥， 张为， 袁晶， 等. 三峡水库下游分汊河道滩槽调整及其对水文过程的响应[J]. 水科学进展， 2018， 29（2）： 186-195.

[13] 由星莹， 唐金武， 张小峰， 等. 长江中下游阻隔性河段作用机理[J]. 地理学报， 2017， 72（5）： 817-829.

[14] You X Y， Tang J W， Zhang X F， et al. The mechanism of barrier river reaches in the middle and lower Yangtze River [J]. Journal of Geographical Sciences， 2017， 27（10）： 1249-1267.

[15] 杨云平， 郑金海， 张明进， 等. 长江下游潮流界变动段三益桥边滩与浅滩演变驱动机制分析[J]. 水科学进展， 2020， 31（4）： 502-513.

[16] 王建军， 杨云平， 申霞， 等. 长江下游福姜沙河段边心滩演变及对航槽冲淤影响研究[J]. 应用基础与工程科学学报， 2020， 28（4）： 751-762.

[17] 长江航道规划设计研究院， 国家内河航道整治工程技术研究中心. 东流水道航道整治工程方案研究[R].  武汉：长江航道规划设计研究院，2018.

（編辑：李 慧）

Research on branch diversion characteristics and diversion ratio adjustment mechanism of Dongliu reach of lower Yangtze River

ZHANG Hong1， ZHANG Ming2

（1. Water Administrative Enforcement Brigade， Yichang 443000， China; 2. Changjiang Waterway Institute of Planning and Design，

Wuhan 430040， China）

Abstract： The lower reaches of the Yangtze River are dominated by branch reaches， which have complicated channel conditions and are difficult in channel regulation. The research on branch diversion characteristics and driving mechanism of diversion ratio adjustment is important to the determination of main navigation branch in dry season. Based on the analysis of the characteristics of erosion and deposition in Dongliu reach of lower Yangtze River， the driving mechanism of diversion ratio adjustment in the past 10 years was discussed. The results showed that from 1999 to 2004， the diversion ratio of Donggang branch increased in flood period， while that of Xigang branch increased in dry period; from 2005 to 2009， in the first phase of waterway regulation， the relationship between the diversion ratio of Donggang branch and the flow was not significant， and the diversion ratio of Xigang branch increased in dry period; from 2010 to 2018， the branch flow characteristics of Donggang and Xigang was reversed. The sediment transport intensity from the left branch of Laohu bar to Xigang was larger than that from the left branch of Laohu bar to Lianhuazhou branch ， which further accelerated the adjustment trend of the diversion ratio.

Key words： branching flows;diversion ratio;adjustment mechanism;Dongliu reach;navigation condition; lower Yangtze River