仵宇凡 姚仕明 栾华龙 渠庚
摘要:长江安庆河段是长江下游典型的多分汊河段,近年来受来水来沙变化影响,局部河势仍然处于变化调整之中,威胁防洪安全及河势稳定,影响沿岸社会经济发展。根据近70 a安庆河段实测资料,分析了安庆河段中间单一过渡段及下段江心洲汊道的主要演变特征,探讨了水沙变异条件下的河道演变机制及未来趋势,揭示了近年来影响安庆河段河势稳定的主要因素,并提出了河道综合治理思路。结果表明:安庆单一段槽尾总体下移,左岸侧河槽将略有刷深;江心洲右汊仍将维持淤积萎缩的态势,左汊仍为主汊,长期来看左右汊仍处于相互发展的态势。研究成果可为下阶段安庆河段多目标治理提供技术支撑。
关 键 词:河道演变; 滩槽联动; 河道治理; 安庆河段; 长江下游
中图法分类号: TV142
文献标志码: A
DOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.04.002
0 引 言
安庆河段是长江下游典型的多分汊河段,洲滩汊道及分流格局复杂多变,是《长江流域综合规划》确定的长江中下游干流河道16个重点河段之一。经历数次河道治理工程,该河段总体河势逐步趋于稳定,但近年来受上游来水来沙变化影响,局部河势仍处于变化调整之中,崩岸时有发生,影响防洪安全、航道稳定及岸线利用等,不适应沿岸社会经济的高质量发展目标。因此,有必要对安庆河段历史和近期演变规律开展进一步对比分析研究,为后续多目标综合整治奠定基础。
目前,国内外学者对包括安庆河段在内的长江中下游分汊河道演变规律已开展了许多研究,对不同类型分汊河道的认识不断深入。Chalov等[1]以德维纳河北部和鄂比河上游为例,分析研究了分汊河流的运动机理,认为其与河道的不稳定、河道比较宽阔而形成的垂直交界面有关;刘亚等[2]以长江中下游沙质河床弯曲分汊河道为例,将弯曲分汊河型的主支汊交替归结为“原地易位”及“移位交替”两种模式,并探讨了不同交替模式的成因及主要驱动因素。针对安庆河段演变,曾慧俊[3]认为鹅眉洲崩退速率和潜洲增长速率一样,两者此消彼长,其交互发展和周期变化导致江心洲左中两汊入流条件处在较大的变化中;陆英等[4]认为江心洲汊道自1959年三汊到1981年的两汊,再恢复到目前的三汊过流,依次经历了中汊形成-发展-右移-衰亡-新中汊生成-发展-右移的一个周期性变化过程;杨烨烨等[5]认为安庆水道主要洲滩遵循生成-长大-移动的变化规律,从洲体、汊道变化周期性变化规律来看,新洲和新中汊可认为是鹅毛洲和中汊在并入江心洲后的再生成洲滩,是新的周期产物;刘奇峰[6]认为对于江心洲中汊的控制,在中汊进口地形较高的部位实施控制工程,增加护底带高度比增加护底带条数达到的工程效果更优。
三峡水库运用以来长江中下游河道出现沿程冲刷,在这种新水沙情势下,安庆河段汊道的周期性演变特征如何变化及其影响还有待进一步深入研究。因此,本文通过收集实测水文、地形及现有整治工程等资料,对比分析安庆河段历史和近期演变特征,总结最新演变规律及存在的主要问题,结合演变趋势提出新形势下安庆河段河道综合整治思路。
1 研究区域基本情况
1.1 河道概况
长江安庆河段位于长江下游干流安徽省境内,河段上起吉阳矶与东流河段相接,下迄钱江咀与太子矶河段相连,全长57 km。以皖河口为界可分为上段官洲段及下段安庆段。本文主要研究对象为安庆河段,上起皖河口下至钱江咀,长25 km,包括安庆单一段及下游江心洲汊道段,两者以任家村为界(见图1)。安庆单一段长约10 km,宽约0.9~1.5 km,至鹅眉洲头宽达4 km多;江心洲汊道为微弯分汊河道,长约15 km,左汊顺直,深泓靠近左岸,为长江主航道,右汊微弯,深泓靠近右岸,曲折率为1.37,河道在魏家嘴以下逐渐放宽,最大河宽达到7.5 km[7],鹅眉洲与江心洲斜向排列,中枯水时两洲连为一体。
1.2 水文泥沙
据安庆河段下游大通水文站资料分析,三峡水库运行前(1950~2002年)多年平均流量28 700 m3/s,历年最大流量92 600 m3/s,历年最小流量4 620 m3/s,多年平均含沙量0.479 kg/m3,历年最大含沙量3.24 kg/m3,历年最小含沙量0.016 kg/m3。运行后(2003~2016年)多年平均流量27 190 m3/s,历年最大流量70 800 m3/s,历年最小流量7 900 m3/s,多年平均含沙量0.162 kg/m3,历年最大含沙量1.02 kg/m3,历年最小含沙量0.02 kg/m3。水库运用后清水下泄、流量过程坦化特点明显,水流含沙量减少66.2%,1~3月流量增加14%~17%,7~11月流量减少9%~21%(见图2)。
1.3 河道治理现状
安庆河段河道治理主要分为3个阶段:① 第一阶段为1959年地方水利部门首先在广济圩堤的丁马段实施护岸工程,制止了严重崩岸,继而在20世纪60~70年代在老河口等处护岸。② 第二阶段是在1998年大洪水后,为治理崩岸、稳定河势、保障防洪安全,于2000年前后实施安庆江堤
护岸工程,完成护岸5.5 km,鹅眉洲头及左右缘完成护岸4.9 km。③ 第三阶段重点是稳定航道,2011年在潜洲头部实施护滩守护工程,在潜洲与鹅眉洲之间的汊道中上段布置二道护底带并在鹅眉洲洲头进行守护;2016年实施建设了上潜洲头1道纵向护滩,对安庆河段潜洲和鹅眉洲之间的中汊护底带进行加高工程,加固安庆左汊进口段左岸仁家墩段2.5 km。这些工程的实施增强了河道边界的抗冲性与稳定性,限制了河道横向变形的范围与幅度,有效控制了河道的總体河势[8]。
2 河道演变
长江安庆河段古河道图和历史演变图显示,河道进口段主流经安庆单一段中部靠近安庆市、下经钱江咀到拦江矶的形势基本不变,在两节点之间,河道经历了主流左右摆动、岸线冲淤进退、洲滩分合的演变过程(见图3)。DDC5D8F5-9718-4828-9ACB-B6D6E2228C46
1842~1880年,安庆河段以下江心洲分为左右两汊,主泓在右汊,约1871年后主泓逐渐向左汊过渡;1923~1931年,安庆河段以下江心洲左汊出现沙洲,主泓在左汊(见图3)。1958~1963年,已形成目前的河道平面形态,安庆河段河道中有江心洲、鹅眉洲布列其中,有左汊、中汊、右汊3个汊道,江心洲汊道左右两汊较为接近,主泓由左汊转至右汊。
安庆河段中部安庆市区一带因边界条件控制较强,主流偏靠左岸而能长期保持稳定的单一河道,下段的主流则有大幅度的摆动,形成多个分汊。安庆河段以下的江心洲分汊段,左右两汊也呈现主、支互相交替转化的演变过程,19世纪中叶右汊为主汊,1871年后变为支汊,左汊成为主汊,20世纪中叶右汊曾为主汊。总体来看,江心洲右汊形态基本稳定,左汊冲淤变化较频繁,洲头冲淤交替,进口段潜洲形成并靠江心洲后,又被冲刷,再次出现新的潜洲,呈现周期性的演变过程。历史上安庆河段演变符合长江中下游分汊河段演变特征,洲滩合并靠岸、汊道减少、河槽束窄、主支汊交替发展[9-10],20世纪50年代安庆河段已形成现在的格局。
近期,安庆河段江心洲左汊为主汊,分流比分别维持在75%左右。近年来经过工程整治,虽然整体河势基本稳定,但局部河势仍在调整,如江心洲左汊河槽明显刷深发展、鹅眉洲头及左缘大幅崩退,这些变化给河势稳定、防洪安全、航运畅通、岸线保护带来不利影响。本分分析了安庆河段河道的近期演变规律,以期为河道治理思路的研究提供依据。
2.1 岸线变化
安庆单一段+5 m岸线于1966~1998年间整体持续淤积右移,1998年后变化不大。
江心洲左汊丁家村至马窝段+5 m岸线变化幅度不大;马窝以下河岸1966~1998年持续崩退,从1998年后整体变化幅度较小,左侧岸线较为稳定。
1966~1998年江心洲右汊近岸河床持续淤积,左侧原江心洲右缘上段滩岸线大幅度冲刷崩退。+5 m岸线中宝赛湖上游处局部段1966~2011年摆动幅度约150 m,1998~2011年较前期回淤左移约120 m,而其余段+5 m岸线间年际变化较小。
2.2 深泓变化
安庆单一段是安庆河段中最为稳定的一段,多年来深泓靠近安庆市区的形势长期保持不变。左汊过渡段深泓受分流点的上下游移动而有所上下移动。分流点以下右汊过渡段深泓1966~1998年摆动较大,且略有左移之势,1998年后右汊过渡段深泓摆动幅度在潜洲洲头附近处略有回摆,2006~2016年变化不大(见图4)。
江心洲左汊马窝以上段深泓多年来紧贴河道的左岸,其深泓位置年际间略有小幅摆动,但总体相对较稳定。马窝以下至左汊出口段1966~1981年深泓由左岸羊叉孔、鲍家村处逐渐向靠右侧江心洲尾过渡,贴江心洲尾进入汇流段;1981年后,鲍家村以下段深泓线逐渐左摆,至1992年深泓已紧贴左岸下行;1992~1998年,三星上700 m处以下段深泓线继续左移;马窝以下至鲍家村段深泓线1998年后继续右移。
江心洲右汊段深泓多年来除右汊口门及出口段深泓变化较大外,其余段变化较小。
2.3 洲滩变化
(1) 鹅眉洲。
1966年以来,鹅眉洲变化较大,主要表现在鹅眉洲头的冲刷崩退、鹅眉洲左缘的崩退右移。从鹅眉洲头的变化来看,1966~2011年洲头+5 m岸线崩退2 884 m。2000年后鹅眉洲头崩退速度减缓,但鹅眉洲头向右明显摆动。
从鹅眉洲左缘变化来看,1966~1981年原鹅眉洲左缘大幅度冲刷崩退,原鹅眉洲与江心洲+5 m高程的洲体淤并,原鹅眉洲与江心洲間的中汊不断淤积并于1981年淤失;1981~1998年鹅眉洲左缘+5 m岸线大幅崩退右移;1998~2011年洲头及左缘+5 m岸线继续崩退,但崩退速率有所减缓。
(2) 潜洲。
1966年以来,潜洲冲淤变化较大,主要表现在潜洲的淤长右移。潜洲自1987年起迅速发展不断淤长,至1998年潜洲已大幅度淤长、淤宽并洲头上提,+5 m等高线洲长为4 250 m,洲宽1 400 m。同时,1998年潜洲左缘的+5 m等高线淤积向左移移,形成向左凸的态势,右缘的+5 m等高线淤积右移,洲尾下延,洲体继续淤高;1998年后潜洲洲头总体淤长上提,潜洲左缘冲刷右移。
(3) 江心洲。
1966年以来,江心洲除右缘外总体变化相对较小。江心洲右缘上段1966~1998年际间冲淤变化较大,1998年后变化相对较小,中段弯道段凸岸总体呈淤积右移之势,致使河道缩窄、整个右汊呈萎缩的趋势,江心洲右缘下段总体变化较小。江心洲洲头右侧于1966~1981年间淤积右移约280 m,于1981~1998年间冲刷左移约400 m,1998年后相对较为稳定。
2.4 深槽变化
安庆单一段河槽年际间冲淤交替变化,-10 m槽位置多年来总体变化不大。1981年始大部分年份河道-10 m深槽的尾端已指向鹅眉洲洲头或右侧。目前,单一段深槽槽尾正对潜洲右汊,使得鹅眉洲左缘不断崩退,而潜洲也相应向右扩展,致使江心洲右汊进流不畅(见图5)。
江心洲左汊深槽多紧贴左岸,1998年前河槽年际间有所冲淤,1998年后左汊呈冲刷发展之态。1966年后左汊河槽有所冲刷发展。1981~1987年,左汊-10 m槽再次冲刷,1987~1992年左汊上段河床淤积,1998年后江心洲左汊河床明显刷深展宽,马窝上下-10 m槽贯通。
江心洲右汊-10 m深槽变化主要位于老河口-宝赛湖下游附近段河道右侧,该汊道1981年前冲刷发展,1981~2006年淤积萎缩,2006年后淤积相对减缓。
潜洲右汊河槽自1987年后迅速发展,主要表现为冲刷扩大并右移。1987~1998年发展非常快,1997年出口段产生了-10 m以下的河槽,1998年上段河床冲深,下段河床淤高,距鹅眉洲头1 km以下形成-10 m槽且与下游贯通,潜洲迅速向右扩大;1998年后潜洲中下段的深槽向右移动-10 m深槽宽度缩窄,右汊的出口处与汇流后的-10 m深槽断开后又再次贯通,2006~2011年潜洲右汊-10 m槽继续右移。DDC5D8F5-9718-4828-9ACB-B6D6E2228C46
2.5 典型断面变化
图6为安庆河段典型横断面年际变化,断面布置如图1所示。其中1号断面位于分流区,2号断面位于左汊潜洲中下部,3号断面位于右汊进口处江心洲洲头,4号断面位于右汊中部。由图6可知,分流区至左汊潜洲中下部深槽不断左移,且从1981年开始潜洲迅速淤长发展;在右汊进口处至右汊中部区域,深槽不断右移,且右汊至2016年淤积萎缩,存在进流不畅的问题。
2.6 汊道分流比变化
在鹅眉洲右汊口门以下,鹅眉洲与江心洲之间的夹江即中汊发生分流,中汊的水流汇入左汊。1959~1984年,左汊分流比略呈上升的趋势。中汊的分流比1959年曾达到19.8%,至1979年减小为1.5%,1984年已断流。1987年以后水流逐渐冲刷鹅眉洲头及左缘上中段,大量泥沙并在鹅眉洲左侧不远处淤积形成潜洲及中汊,之后中汊不断发展,1993年中汊的分流已增大到25.9%,1993年后,汊道呈现左汊、中汊分流比略有增加,江心洲右汊分流比明显下降的局面,江心洲右汊分流比1993年以后较明显下降,江心洲左汊明显增加,但从历史演变过程看,江心洲汊道的变化具有周期性,若不加以控制,左汊为主汊的态势将发生改变(见图7)。
3 存在的主要问题及治理思路
安庆单一段多年相对较稳定,其槽尾总体下移并略有右移,预计近期单一段河势仍将保持较稳定的态势,左岸侧河槽将略有刷深。江心洲右汊近几十年处于略有淤积萎缩的态势,虽具有良好的弯道形态,但受潜洲右汊不断冲刷发展的影响,江心洲右汊的河势近期仍将维持淤积萎缩的态势,并随潜洲-鹅眉洲周期性演变过程的进一步发展而再次冲刷发展。虽然近年来新中汊的发展、新洲低滩冲刷同时洲体向右淤长使左汊航道条件向不利方向发展,但江心洲左汊仍具有河道顺直较短、进流有利的优势。受上游河势变化、特异水文条件及潜洲-鹅眉洲周期性演变等因素影响,在自然条件下江心洲左、右两汊在今后的演变过程中,仍将互为消长。
3.1 存在的主要问题
2006年以后,安庆河段局部河段冲淤变化仍较大,河道冲刷明显,其河道现状不能适应经济发展的需要,安庆河段主要存在的问题是:① 安庆河段鹅眉洲头及左缘是控制潜洲右汊分流比的重要岸段,近些年部分岸段持续冲刷明显,发生了较大程度的崩岸,若洲头冲淤变化和左缘持续不断地崩退,将导致汊道分流、分沙状况的改变和汊道内主泓走向的变化,不利于汊道两岸护岸工程的稳定和岸线的开发利用,并影响下游太子矶河段进口河势;② 1998年长江重要堤防隐蔽工程及崩岸治理工程实施后的近十年来,安庆河段鹅眉洲头及左缘等处均发生较明显的崩岸,丁家村-马窝、南岸小闸口等处近岸深槽冲刷,近岸岸坡变陡,局部段已危及已有的护岸工程稳定,安庆河段多处滩槽高差大,若不采取控制措施,一旦发生崩岸险情将直接危及长江干堤的安全;③ 安庆市作为重要的化工城市,城区有工矿企业400多家,随着大规模人口增长和城市扩张,安庆河段的生态环境也遭受了一定程度破坏,若不采取生态整理措施,安庆河段的河流生态功能将会遭受进一步破坏。
3.2 治理思路
为更好地稳定河势,保障防洪安全、供水安全、通航安全,强化河道保护,满足集防洪、航运、水沙资源利用、岸线利用与保护、涉水工程安全、生态友好等为一体的“多目标”协同治理需求,在尊重河道演变规律基础上,以长江流域综合规划、防洪规划、河道整治规划、航道整治规划等为指导,提出如下治理思路:① 统筹推进安庆河段研究与治理工作,加强江心洲左汊河型转化机理及其对策研究,加快以鹅眉洲头及左缘守护为重点的安庆河段整治工程建设进度;② 尽快实施航道整治后续工程,进一步稳定鹅眉洲头及左缘平面形态,限制新中汊发展,采取工程措施限制江心洲右汊发展以维持江心洲左汊为主流的格局,调整左汊进口仁家墩处的安庆水道浅区形态;③ 开展沿江供水安全影响分析评价工作,加强水源地保护,适当整合取水工程,提高用水保证率;④ 开展港口码头安全运行方面评价和整治工作,根据河势变化和岸线保护要求,给合河道治理工程开展江心洲左汊进口处航槽梳通工程措施研究;⑤ 牢固树立“共抓大保护、不搞大开发”理念,加强河道保护,修复河流生态功能[11],控制化工企业排污,营造滩涂湿地,优化港口布局,构建“水清、岸绿、河畅、景美”宜居环境。
4 结 论
安庆河段受上游来水来沙条件变化和河道整治工程的影响,尤其三峡水库蓄水以来“清水下泄”引起江心洲汊道滩槽形态发生相应冲淤调整。通过对比分析历史演变过程及近期演变新特征,得出如下結论。
(1) 安庆单一段槽尾总体下移,预计近期河势仍将保持较稳定的态势,左岸侧河槽将略有刷深。江心洲右汊的河势近期仍将维持淤积萎缩的态势,左汊近期仍为主汊,长期来看左右汊仍处于相互发展的态势。
(2) 河道整治工程有效抑制了主支汊的单向发展,对稳定江心洲分汊格局起到重要作用,但未来在持续清水下泄条件下汊道冲刷和深槽单向下切还将持续,需要加强对薄弱河段整治工作的研究。
(3) 在未来的整治工作中,应加强江心洲左汊河型转化机理及其对策研究,加快以鹅眉洲头及左缘守护为重点的安庆河段整治工程建设进度,稳定安庆河段河势并限制新中汊发展。除了满足防洪、航运、水沙资源利用、岸线利用与保护、涉水工程安全等需求外,也要注重满足生态友好的治理需求,加强河道保护,修复河道生态功能。
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(编辑:谢玲娴)
Research on evolution law of Anqing reach of lower reaches of Changjiang River
and regulation thought
WU Yufan1,2 ,YAO Shiming1,2,LUAN Hualong1,2,QU Geng1,2
(1.River Research Department,Changjiang River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China; 2.Key Laboratory of River-Lake Regulation and Flood Control of Ministry of Water Resources,Wuhan 430010,China)
Abstract:
Anqing reach is a typical multi-branch reach in the lower reaches of the Changjiang River.In recent years,due to the change of incoming water and sediment,the local river regime is still in the process of change and adjustment,threatening the safety of flood control and the stability of river regime,and affecting the social and economic development along the coast.Based on the measured data of Anqing reach in recent 70 years,we analyzed the main evolution characteristics of the middle single transition section and the lower section of the river channel,discussed the evolution mechanism and future trend of the channel under the change of incoming water and sediment,and revealed the main factors affecting the stability of the river regime in Anqing reach in recent years,finally put forward the idea of comprehensive management of the river.The results show that the trough tail of the single section of Anqing reach moves down as a whole,and the river channel on the left bank side will be slightly scoured deeper.The right branch of Jiangxinzhou will still maintain the trend of silting and shrinking,and the left branch will still be the main branch.In the long run,the left and right branch will be still in the situation of mutual development.The research results can provide technical support for the multi-objective regulation of the Anqing reach in the next stage.
Key words:
evolution of river channel;linkage evolution of beach and trough;river channel regulation;Anqing reach;lower reaches of Changjiang RiverDDC5D8F5-9718-4828-9ACB-B6D6E2228C46