长江黑沙洲河段水沙条件变化对河势演变影响分析研究

长江黑沙洲河段水沙条件变化对河势演变影响分析研究

Summary：河势调整严重威胁两岸的防洪设施、人民的生命财产安全，如何将河势调整的不利影响降到最低，需要提前进行河势演变分析。本文收集了不同时期黑沙洲河段崩岸资料、水下地形资料以及黑沙洲河段左右汊分流、分沙比等资料，结合河道冲淤变化、水沙条件的变化以及河道地形固定断面变化，对黑沙洲进口单一段以及左右汊的演变趋势进行了分析，得出了长江黑沙洲河段下一步的河势演变趋势，并提出了为避免河势出现大的变化，需尽快对现有护岸工程全面加固的守护方式，使其能持续发挥对河势的控制作用。Keys：河势演变；分流比；分沙比；变化趋势1河段基本情况黑沙洲河段（图1-1）上起繁昌县荻港镇与铜陵河段相接，下至三山河口（头棚）与芜湖河段相连，干流河道全长26.5km（以右汊计）。河段进、出口均为单一段，进口段右岸有凤凰矶、板子矶两个天然山矶控制，分汊段内有天然洲、黑沙洲并列江中，将水流分为左、中、右三汊，是典型的鹅头型分汊河道（图1）。目前，右汊为主汊。上游铜陵河段主流沿右岸下行进入本河段的单一河道，在板子矶下第一次分流，主流进入天然洲右汊，支流进入天然洲左汊，支流在黑沙洲头再次分流，一股进入中汊（天然洲与黑沙洲之间汊道），另一股进入黑沙洲左汊。三汊水流在高安桥一带汇流，进入出口单一段，贴右岸高安~保定圩下行，至三山河口进入芜湖河段。河段左岸属无为县、鸠江区管辖，沿江筑有无为大堤，右岸归繁昌县，沿江建有高安~保定圩江堤。河段内主要崩岸点有左岸援洲及小江坝、右岸高安~保定圩、黑洲头、天然洲右缘。图1黑沙洲河段示意图2崩岸情况历史上，黑沙洲河段曾发生多次严重崩岸及河道的变迁。经过六十多年的河道治理及护岸工程建设，目前，总体河势相对稳定，强烈崩岸及河道变迁得到一定程度的控制。但由于部分防护标准低、局部河势调整，崩岸险情仍时有发生。尤其上世纪九十年代中期多年连续大洪水（如1995年、1996年、1998年和1999年的洪水），水位高、流量大、持续时间长、造床作用剧烈，致使河岸崩塌时有发生。近年来发生的崩岸较多（表1），有典型崩岸有天然洲崩岸：位于黑沙洲河段天然洲头右缘中部，2007年航道整治工程在天然洲头右缘建设了3座丁坝后，2008年9月14日，在1#丁坝下游发生崩窝，崩长130m，崩宽40～50m；2008年9月27日，在2#丁坝下游发生强烈崩岸，崩长380m，崩宽160m，部分圩堤及17户房屋倒入江中。2010年9月2日在2008年9月27日发生的崩窝下游约230m处再次发生崩窝，崩窝长120m，宽50m，4户民房崩入江中，周围12间房屋倒塌，转移受灾人口109人。黑沙洲河段历年崩岸情况统计表（截止2019年5月）序号所在县区所属堤防崩岸区

名称岸别崩岸位置崩岸区长度

（km）1无为县无为大堤援洲左岸援洲段2.52鸠江区无为大堤小江坝左岸小江坝~南垅九号沟电排站73鸠江区黑沙洲黑沙洲头江心洲洲头及右缘2.54鸠江区天然洲天然洲头江心洲洲头左右缘55繁昌县芜湖江堤荻港右岸荻港0.26三山区芜湖江堤高安保定圩右岸0+800~15+150143、水沙条件变化分析（1）分流比变化数据显示：2007年-2020年黑沙洲河段黑左分流比逐渐变大，由39.5％变为42.3％；黑右分流比逐渐变小，由60.5％变为57.7％；水流在逐渐压向左汊，黑沙洲河段不同时段具体分流变化见表2。表2黑沙洲河段不同时期分流比统计表序号断面号施测日期水位(m)分流比(%）1黑主12007/03/07黑左12.1735.7黑右12.2164.32黑主12010/11/12黑左13.941.8黑右13.8958.23黑主12018/04/28黑左14.6343.9黑右14.6656.14黑主12020/06/24黑左18.4344.6黑右18.4255.4（2）分沙比变化数据显示：2007年-2020年黑沙洲河段黑左分沙比逐渐变大，由39.5％变为42.3％；黑右分流比逐渐变小，由60.5％变为57.7％；水流在逐渐压向左汊，黑沙洲河段不同时段具体分沙变化见表3。表3黑沙洲河段不同时期分沙比统计表序号断面号施测日期水位(m)输沙率(kg/s)分沙比(%）1黑主12007/03/07黑左12.17736.057.6黑右12.21542.042.42黑主12010/11/12黑左13.9707.047.5黑右13.89781.052.53黑主12018/04/28黑左14.63814.440.7黑右14.661186.559.34黑主12020/06/24黑左18.43159050.2黑右18.42158049.8（3）分流、分沙对比分析1995年以后，左右汊分流变化较大，右汊呈迅速增长之势，近期在60%左右。随着水位的不同，左、右汊分流比有所变化，高水位时，右汊分流比有所减小，左汊分流比则有所增大。左右汊分沙变化与分流变化基本一致，就同期总体而言，左汊分沙比大于分流比，而右汊分沙比小于分流比（见图2）。图2黑沙洲河段左右汊分流、分沙对比图（4）冲淤变化从1986年~2020年期间，河段冲淤变化各不相同。1981年~1986年测次表现为冲刷，冲刷量约为53万立方米。1986年~2002年表现为淤积，淤积量约为88万立方米。2002年~2006年表现为冲刷，冲刷量约为42万立方米。2006年~2010年也表现为冲刷，但是冲涮量较小，只有约11万立方米。2010年~2016年测次再次表现为冲刷，且冲刷量急剧增加，约为上一个测次的26倍，冲刷量约达到290万立方米。2016年~2020年测次也同样表现为冲刷，冲刷量约为137万立方米，具体统计见下图（图3）。图3黑沙洲河段不同时段冲淤量分布4河势演变分析（1）进口单一段荻港～天然洲头河道长约6.5km，为河段进口单一段。水流进入本河段后，在右岸凤凰矶、板子矶两大天然节点处居中偏右下行，在板子矶进行第一次分流，主流进入天然洲右汊，次流进入天然洲左汊。1976～1995年间，分流点较为稳定，均在板子矶下400～500m范围变化。1995年后，板子矶挑流作用减弱，分流点逐年下移并右摆，其中，1995～1997年间分流点下移750m、右摆100m，1997～1998年间分流点下移100m、右摆100m，1998～2003年分流点再度下移150m，同时进入在天然头的主流再一次分流，自2003年以后，进入右汊的主流分为两股，一股从板子矶下分流后沿右岸进入右汊，另一股在天然洲头贴天然洲头及其右缘进入右汊。2003～2010年，天然洲头前分流区进一步下移，进入右汊的主流已完全转移至河道左侧天然洲右缘。2010～2020年，天然洲头前分流区继续下移，进入右汊的主流贴靠左侧天然洲右缘。黑主1断面（图4）：位于河段进口板子矶，受板子矶控制，河道总体较为稳定。深槽位于右侧，2008~2020年左岸岸坡先冲后淤，近期呈小幅淤积态势，右岸岸坡近期处于冲淤交替阶段，变化幅度不大。图4黑主1断面（2）天然洲右汊汊道进出口右岸均为山矶节点，多年来主流在进出口段贴岸冲刷，变化不大；位于中间弯道段，主流摆动幅度较大，1976～1995年深泓右摆500m，1995～1998年左摆150m，2003年以后主流走向发生大的改变，主流由1998年贴靠右岸下行转向贴靠左岸天然洲右缘下行。从分流点的不断下移到后来的主流改至左侧贴天然洲右缘下行的演变过程中，天然洲头及其右缘上段产生大幅度崩退，如1995年以前，左岸天然洲岸线上半段冲淤交替，下半段呈单向冲刷，1995～1998年，天然洲头及其右缘上半段开始冲刷崩退，0m岸线最大崩退700m，而下半段淤积幅度达350m；与2003年水下地形图比较，1976～2003年，天然洲头崩退1.4km，其中1997年以后，崩退幅度增大，年崩率达100m/a，期间洲头右缘也以同样的速度在崩退。2002年在天然洲头及右缘上段实施护岸工程后，洲头及右缘大幅度崩退的局势得到初步控制，但崩岸呈向下发展的趋势，原来处于微淤状态的弯道下段转为冲刷，天然洲尾处于崩退的态势。2012～2014年先后对天然洲右缘陆续实施了应急护岸工程，受2020年洪水影响，巴毛山带对岸天然洲右缘近岸出现了-20m冲刷坑。黑右1断面（图5）：位于汊道中上段，1986年以前，断面属于宽浅型，河底高程在-5m左右，水流比较分散，没有形成稳定的流路。上世纪九十年代后，天然洲头受冲崩退，汊道受冲，分流比增大，河槽冲深下切，断面最深达-10m，之后，随着进口单一段分流点的不断下移，天然洲头进一步受冲崩退，汊道进口主流改走天然洲右缘，汊道左侧河床急剧冲刷，2003年，主流切割天然洲头右缘，在天然洲右缘形成深槽区，并逐渐冲刷发展，至2008年长达2.5km，几乎与出口段深槽贯通。2007年航道整治工程实施后，该断面位于2#与3#坝之间，从断面图可看出，2008～2010年左深槽呈横向展宽之势，右侧河床冲淤变化不大。2010～2016年左深槽略有左摆态势，深槽右缘淤积，右侧近岸深槽冲刷下切约2m。2016~2020年，深槽向右扩展，双W结构进一步加强。图5黑右1断面（3）天然洲左汊（泥汊至黑沙洲头）泥汊～黑沙洲头河道位于天然洲左侧，长约6.5km，为顺直型河道。上游水流受板子矶挑流后，一股水流进入天然洲右汊，另一股水流经泥汊进入天然洲左汊。1976、1986年进入左汊的水流在泥汊镇～季埂一带贴岸，九十年代后顶冲点下移至神塘圩的新埂头一带，较1986年下移2500m，同时在下移过程中深泓线逐渐向天然洲头靠近，是造成天然洲头大幅度崩退的主要原因。1998年前左岸泥汊至神塘圩一带岸线变化不大，处于小幅度冲刷状态，之后，左汊进口一直处于左淤右冲的变化阶段，天然洲实施河势控导工程后，右岸崩退的格局有所缓和。如右岸天然洲左缘0m岸线1976～1998年表现为中上段冲刷，中下段淤积，其中1997～1998年，天然洲左缘受冲范围约为2.4km，下段淤积范围达3.0km。1998年以后，进入左汊的主流右摆下移，左岸泥汊一带开始产生淤积，右岸天然洲左缘上段处于崩退状态，之后至2010年，该段左淤右冲的范围及幅度进一步增大，左岸1998~2010年，泥汊~季埂一带淤积范围延长至4.5km，最大淤积幅度达340m，右岸天然洲左缘崩退范围延长至3.8km，崩退宽度最大达520m。2010~2016年，左汊进口段主流右摆，左岸季埂一带边滩继续淤积，幅度在60~300m，天然洲洲头左缘岸线冲刷后退，0m岸线最大冲刷后退约160m，近岸深槽冲刷下切约4m。2016~2020年，左汊进口段主流持续右摆，天然洲洲头左缘岸线全线冲刷后退约100m。典型断面变化见下图（图6）图6黑左1断面5河势演变研究结论由于上游铜陵河段局部河势尚未稳定，太阳洲尾下出口单一段主流顶冲部位不断下移，黑沙洲河段进口单一段的板子矶挑流作用将继续减弱，板子矶下分流点继续下移并右摆。天然洲护岸工程的实施，有效地遏制了洲头的剧烈崩退，但前期洲头的崩退拓宽了右汊口门，分流比增加较明显，虽然入流条件不如左汊，但其流程短而顺直，汊道内主流的左移使其进口入流条件趋于改善。天然洲护岸工程实施后，汊道分流比增加的趋势有所减缓，汊道正处于调整趋于稳定的进程中。随着近几年对天然洲右缘护岸工程的实施，天然洲右缘崩岸得到一定程度遏制，天然洲右缘岸线近期相对稳定。天然洲与黑沙洲间汊道淤积衰亡，中汊因天然洲左缘的淤长封堵了汊道口门，加上河道平面形态的日趋弯曲，出流不畅等不利因素的存在，汊道淤积衰亡。因河道进口有板子矶的稳定挑流，使左汊有较好的天然入流条件，左汊主流长期贴靠援洲和弯道段小江坝，该段局部岸坡冲刷后退，深槽刷深，岸坡较陡，均须加强守护。汊道出口汇流点相对稳定，保定圩下段汪家套～头棚一带江岸仍将长期处于贴岸冲刷态势。6结语在上游来沙大幅减少和三峡工程拦沙的影响下，黑沙洲河段治理应根据河势变化发展趋势和河段特点等分析确定治理方案。从有利于河势稳定和沿江工农业生产发展以及防洪、航运、码头、港口、城镇建设需要,尽快对现有护岸工程全面加固，使其能持续发挥对河势的控制作用，避免河势出现大的变化是当前最紧迫的任务。Reference：［1］杨月明朱大勇韩昌海刘东风等著.皖江城市带长江水沙变化与河势演变研究［M］.合肥工业大学出版社，2017.［2］刘东风．长江安徽段河道冲淤变化分析［J］．江淮水利科技，2013（06）：26-28.［3］曾慧俊．长江下游典型分