乌江白涛河段复杂滩群河床演变分析

王国富，程昌华，赵 健

（1.重庆交通大学 河海学院，重庆 400074;2.重庆交通大学西南水运科学研究所，重庆 400016）

乌江白涛河段复杂滩群河床演变分析

王国富1，程昌华1，赵 健2

（1.重庆交通大学 河海学院，重庆 400074;2.重庆交通大学西南水运科学研究所，重庆 400016）

通过历年实测资料结合数学模型，对乌江白涛河段近期河床演变状况进行细致分析，中洪水期，郭母子滩挟沙能力急剧减弱，泥沙沉积形成江心洲及暗礁;枯水期，该滩产生自左向右横流及扫弯水等不利流态。狮子口滩群横向边滩变化，纵向航道变深、变窄、变弯;洪期流速减小，泥沙落淤;受扫弯水冲刷，左岸向河心位移，形成弯、窄、浅滩;大量的人工掘沙也使该滩逐渐变弯变窄。通过本次研究，为该滩群整治工程的方案确立提供了一定的依据。

乌江白涛河段;水文泥沙;滩险演变分析

乌江航运历史悠久，自古以来就是渝黔两省（市）重要的水上交通要道。乌江重庆境内龚滩至涪陵长188 km，该河段有峡谷14处，占河段总长的70%，总落差100.71 m，平均比降0.54‰，该河段滩多水急，航槽弯曲狭窄，流态紊乱，素有“乌江天险”之称［1-2］。笔者研究分析的河段位于涪陵境内乌江河口段，范围上起大溪河口下游（距河口里程32 km），下至网背沱（距河口里程22 km），长约10 km。该段河道平面呈一90°的弯道（见图1），弯道顶点在冉家沱，弯道上下游则较顺直。试验河段为桐麻湾峡与小溪峡之间开阔江段，两岸为平缓台地，有岩层裸露，边滩交错，航道弯、窄、浅、险兼具，是白马以下航道中滩险最复杂、碍航最严重、整治难度最大的滩段［3］。

1 水文泥沙

1.1 水 文

汛期6～10月平均流量为2 390 m3/s（以1961—1970年资料统计）。最大流量为21 000 m3/s，最小流量为218 m3/s。乌江洪、枯水位变幅大，最大变幅约36 m，水位最大日涨幅8.10 m，最大时涨幅迟到0.98 m，水位历史保证率95%的水位为169.35 m（武隆水位）。表1给出了武隆频率洪水。

图1 乌江郭母子—狮子口航道整治工程河段河势图Fig.1 Regime figure of waterway regulation engineering about Wujiang River and Shizikou

表1 乌江武隆水文站的洪水特征值Tab.1 The flood characteristic value of Wulong Station

1.2 泥 沙

乌江输沙量年内集中在5～10月，占全年输沙量的90%以上，第1次大洪水的输沙率可占年输沙率的30%以上，沙量最大月份与水量最大月份一致，均为6月份，6月份输沙率占全年输沙率的30%，输沙特征值如下:

多年平均含沙量为0.633 kg/m3;多年平均输沙率为1 120 kg/s;多年平均输沙量为3 215万t;多年平均侵蚀模数为387 t/km2。乌江悬移质和推移质泥沙粒径级配见表2、表3。

表2 乌江部分悬移质级配Tab.2 Gradation table of part Wujiang River silt load

表3 乌江推移质级配表Tab.3 Gradation table of Wujiang River bed load

（续表3）

2 滩险演变分析

2.1 郭母子滩

2.1.1 滩险概况

该滩位于大溪河口以下2 km，下距乌江河口28.5 km处，系枯水弯、窄、急险滩。乌江自桐麻湾峡进入大溪河口以下江段后，江面骤然放宽，洪水江面由宽150 m增加到330 m。郭母子滩位于放宽段的上段，枯水期有一长500 m、平均宽100 m的“鱼”形卵石江心洲（卵石粒径d50=50 mm），分水流为左右两汊，左汊长500 m，上下宽100 m，中间最窄处60 m，水面平均纵坡1‰，最大比降1.6‰，最大流速2 m/s，最小水深0.5 m，枯水期因水浅、多礁石不能通航。右汊为通航主汊，枯水时河面平均宽度仅65 m，滩上口水深1.8 m，有效航宽小于30 m，弯曲半径100 m，水面平均比降0.67‰，最大比降1.5‰，最大流速2.87 m/s，滩上口最大横比降2.6‰，航槽上段右岸流态紊乱碍航;滩段下口右侧有长140 m，平均宽35 m沙卵石暗碛。中洪水期两汊均能通航，但船舶一般走右汊。该滩两岸岩岸裸露，多为基岩或乱石堆积，突咀伸入河床，洪水线以上为沙壤土覆盖台地，或植被繁杂的高坡山地。

滩段下游右岸依次有“816”厂水泵房及白涛煤矿煤碳出口梭筒码头。

2.1.2 滩险演变及碍航情况

1）滩险演变

郭母子滩是多年形成的汊流滩。经比较1968年、1986年、1999年测图和现场调查，该滩江心州、两汊水流状态及枯中洪水岸线及边坡均无大的变化，说明该滩较为稳定。

2）滩险成因

①郭母子滩位于桐麻湾峡出口以下宽敞江段，河床骤然放宽，河宽为峡谷段的2.4倍，中洪水期水流挟沙能力急剧减弱、泥沙沉积是形成江心州的主因。

②大溪河口以下左岸因多处石梁突咀挑流，促使主流动力轴线自左向右位移，流量分配右汊占70%，左汊占30%，左汊口门逐渐淤高，河床礁石阻水使左汊不能发育。右汊在水流冲刷下，河床增深，形成航槽。

③当枯中水期水流顶冲江心洲头部，该滩左汊口地形高于右汊口，因而产生自左向右的横流（横坡比最大为2.6‰）及扫弯水等不利流态。

④中洪水期上游来沙因两汊水流汇合流速减缓，在江心州尾右侧沉积形成暗碛。

3）碍航情况

碍航位置主要在右汊上口，因水流弯曲（弯曲半径仅100 m），及强大横流（横比降达2.6‰），加上右岸突咀挑流形成紊乱流态，下行船舶沿主流进至分流点附近，即要调头向右紧抱洲头暗碛外侧深槽而过，又要防止横流冲击和扫弯水流的紊乱夹击，随时有造成海损事故的危险。

其次船舶通过右汊后，即向左岸过渡，又要防止右岸岸边水下暗碛。

2.2 狮子口滩群

2.2.1 滩群概况

狮子口滩群位于涪陵白涛镇，下距乌江河口25～27 km，自上而下由古眼碛、横梁子、瓦厂坝、冉家沱和狮子口等5滩组成。滩段总长2 km。河段两岸地势平缓，为两峡间开阔台地。白涛公路大桥至816化肥厂大件码头滩段所处右岸为土质岸坡，河滩为沙卵石，边滩宽约90 m，枯水岸线弯曲。在大件码头上端有溪沟汇入，该溪一般流量为0.2～0.5 m3/s，暴雨季节，沟口建筑弃碴堆积使岸线向江心推出;左岸为石质边坡，岸线较顺直，河滩岩盘或“礁巴赖”（卵石与粘性土沉积胶结体）出露，形成多处突咀。下段凸岸为卵石滩，与冉家沱封弯顺坝对峙，枯水期河宽仅80 m。乌江主流通过白涛公路大桥后，自左向右岸过渡，下段冉家沱、狮子口滩为弯曲河段，主流沿右岸扫弯而下，进入“816”化肥码头江段。本滩段枯水期平均纵坡1.4‰，平均流速2.8 m/s，最大局部比降 3.96‰，最大流速 4.1 m/s，江面宽80～330 m，河床为沙卵石覆盖，沙卵石粒径d50=60 mm。该滩为枯水弯、窄、急险滩，为乌江下游重点碍航险滩。

该滩段右岸为原涪陵区白涛镇所在地。三峡成库后，已在左岸陈家嘴复建新镇。“816”化肥厂化肥专用码头及大件码头位于狮子口滩下段右岸，化肥厂厂区位于码头后方2 km处，有公路连接，渝怀铁路沿江而建，在码头后方穿过。滩段左岸横梁子有白涛乡镇码头，20世纪60年代在古眼碛滩处修建的白涛公路大桥，因成库后碍航，即将折除并在上游90 m处复建新桥，目前新桥已在建设中。狮子口河段为单行控制河段，在大件码头后方设有控制信号台。

2.2.2 滩险演变，成滩原因及碍航情况

1）滩险演变

该滩1968年以前，除冉家沱、狮子口两滩水急、困弯、航道弯曲（弯曲半径150 m）和古眼碛滩水深不足（枯水水深仅0.8～1 m）外，其余江段航道条件尚好，能满足船舶航行要求。自1968年起由于多种原因，河道逐渐变弯、窄、浅、水流急湍，航行条件恶化，据1967年、1979年、1989年测图和调查资料分析，在1989年前20年期间，本滩段航道发生了纵横演变。

横向变形主要表现在边滩的变化:

右岸:1967年前，古眼碛至冉家沱沙卵石边滩长1 470 m，平均宽120 m，靠岸边的中洪水漏浩长800 m，平均宽40 m，枯季浩底干涸，1989年时该边滩长650 m，平均宽90 m，滩顶高度下降约1 m左右，古眼碛至白涛沟口右岸边滩大部消失，仅剩下零星心滩或暗碛。

左岸:横梁子沙卵石淤积并向江心展宽，航道更趋弯曲，狮子口下边滩向河心推移40 m，河宽由130 m缩窄为90 m。

纵向变形表现为航道变深、变弯、变窄，见表4。

表4 狮子口滩群纵向变形比较表Tab.4 Longitudinal deformation comparison of ShiZikou Bank group

2）滩险成因及碍航情况

本滩段滩险成因主要有以下4点:

①狮子口滩群位于桐麻湾峡与小溪峡之间开阔河段，洪期江水携带泥沙出峡进入宽敞河段，流速变小，泥沙落淤沉积。

②汛期长江高水位时，本滩受回水顶托影响，流速减缓。

③狮子口弯曲河段右岸受扫弯水冲刷，弯曲段凸岸（左岸）边滩向河心位移，形成弯、窄、浅滩。

④人为因素。20世纪60年代后期，“816”厂建设期间，于右岸边滩大量采掘沙卵石，挖至设计低水位以下0.2～0.5 m，大面积边滩荡然无存，造成水流散漫，水面降低，流速减缓，泥沙沉积，航槽水深不足，日趋窄、弯，这是本滩恶化的重要原因之一。

2.3 三峡成库后河床演变分析

目前三峡工程已经按照156 m方案蓄水运行，枯水期坝前水位156 m时，乌江回水至羊角镇（距河口51 km）;洪水期坝前水位145 m时，乌江回水至网背沱，与模型试验河段尾部相接。三峡175～155～145 m正常蓄水后，乌江回水里程分别为80、46和22 km，网背沱以下为常年库区，网背沱至中咀河段为变动回水区，中咀以上为天然河道。因此，工程河段仍具有天然河道和水库的双重特性，但库区水流特性历时较长，仅汛期河道基本为天然状态。

整治工程河段位于乌江回水变动区的下段，枯、中水期河道水位大幅度提高，流速迅速减小，对船舶航行条件有较大改善。在汛期该河段位于回水变动区下段，水位仍较天然情况有一定的壅高，泥沙将淤落，由于汛末蓄水，走沙期缩短，淤积的泥沙不能完全被水流带走，河道将呈现累积性泥沙淤积，直到泥沙淤积平衡。根据变动回水区河道的淤积特点，泥沙淤滩落槽，河床将普遍抬高;泥沙主要淤积部位为河道左岸大边滩、古眼碛至白涛沟两岸边滩，以及郭母子分汊河段的支汊等;深槽部位淤积比较少。河床演变出现两个显著特点:①从平面来看，河道向着顺直微弯、单一方向发展;②从断面形态来看，两岸岸边淤高扩宽，航槽虽有淤积，但无论是淤积数量还是淤积速度均小得多，使得原有的复式断面逐渐演变成为单一断面，而原有的单一断面滩槽高程之差加大。因此，总的河势是河道向窄深、顺直、微弯方向发展。

根据相关数模计算表明:三峡成库正常运行30年后，工程河段上游江段江心洲普遍淤高2～3 m，洲尾将向下游延伸，郭母子滩左汊逐渐淤塞，河道右汊深槽部位淤积较少［4-9］。

3 结论

1）郭母子滩:河床的骤然放宽，使得中洪水期水流挟沙能力急剧减弱，泥沙淤积形成江心洲;主流动力轴线只左向右移，左右汊力量分配不均，分别形成河床礁石及航槽;中洪水期上游来沙因两汊水流汇合柳树减缓，来沙导致暗礁;枯水期该滩自左向右横流及扫弯水等不利流态。

2）狮子口:航道横向主要是边滩变化，纵向航道变深、变弯、变窄;洪水期江水携带泥沙进入宽敞河段，流速减小，泥沙落淤沉积;回水导致流速减缓，弯曲河段形成弯、窄、浅滩;大量的人为挖掘沙卵石，也使该滩水流散漫，水面降低，流速减缓，泥沙沉积，航槽水深不足，日趋变弯变窄。

3）三峡成库后，滩群河道平面上顺直微弯，单一方向发展，断面上两岸微弯扩宽，河道的河势是向窄深、顺直、微弯的方向发展。

（References）:

［1］ 钱宁，张仁，周志德.河床演变学［M］.北京:科学出版社，1987.

［2］ 钱宁，万兆惠.泥沙运动力学［M］.北京:科学出版社，1983.

［3］ 重庆市港航管理局.西部交通建设科技项目可行性研究:乌江白马以下河段复杂滩群航道整治技术研究［R］.重庆:重庆交通大学西南水远工程科学研究所，2009.

［4］ 赵健.乌江郭母子—狮子口滩险整治工程模型试验研究报告［R］.重庆:重庆交通大学西南水运工程科学研究所，2009.

［5］ 谢鉴衡.河床演变及整治［M］.2版.北京:中国水利水电出版社，1997:184-185.

［6］ 熊锡林.狮子口滩群的治理［J］.水运工程，1994（7）:24-28.

XIONG Xi-lin.The management of Shizikou bank group［J］.Water Transport Engineering，1994（7）:24-28.

［7］ 长江航道局.航道手册［M］.北京:人民交通出版社，2004:24-28.

［8］ 程昌华，刘小平，唐寿鑫.航道工程学［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［9］ 杨祥飞.长江上游铜鼓滩治理措施研究［J］.重庆交通大学学报:自然科学版，2010，29（1）:133-137.

YANG Xiang-fei.Regulation measures of Tonggu Beach at upstream of Yangtze River［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science，2010，29（1）:133-137.

Analysis of Riverbed Evolution of the Baitao Section of Wujiang River

WANG Guo-fu1，CHENG Chang-hua1，ZHAO Jian2
（1.School of River＆ Ocean Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;
2.Southwest Water Transportation Science Institute，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400016，China）

Based on analysis of the near future fluvial process of the Baitao Section of Wujiang River，measured data and mathematical model，the fluvial process of the Baitao Section of Wujiang River was studied in detail;the sediment transport capacity of Guomuzi Bar declined sharply;sediment deposit formed central bar and submerged reef in high-water period;during low-flow period it generated crossflow from left to right flow pattern and sweeping send water etc.Shizikou transitory bar changed laterally;the channel became deeper，narrower and curved;in flood，current declined and sediment deposited;left bank moved to centre river，forming curved bank and narrow bank and flat by sweeping send water;a lot of artificial sand excavations also made the bank narrower and curved.The study provided certain basis to establish plan of the bank group improvement project.

Baitao Section of Wujiang River;hydrologic sediment;rapids evolution analysis

TV1+474

A

1674-0696（2011）05-1009-04

DOI:10.3969/j.issn.1674-0696.2011.05.027

2011-06-13;

2011-06-29

西部交通建设科技项目（60363）

王国富（1985-），男，重庆长寿人，硕士研究生，主要从事河床演变及航道整治方面的研究。E-mail:wanglu_200822@126.com。