赣江东河南昌至三江口河段河床演变分析

汤冠华,裘 涛

(1.绍兴市水利局用水管理处,浙江 绍兴 312000;2.浙江广川工程咨询有限公司,浙江 杭州 310020)

1 问题的提出

赣江是江西省的第一大河流,是纵贯全省南北的重要水运干线。赣江东河(见图1)位于赣江尾闾,沿途无铁路,少公路,陆路设施修建非常困难,水上运输成为该地区不可或缺的运输方式,但其航道等级不高,未充分发挥水运的优势。为改变此现状,江西省交通厅港航管理局计划通过航道整治的办法,提高赣江东河 (南昌—三江口河段)航道等级,使之达到骨干航道标准的Ⅳ级航道,以满足沿江各地的经济发展需要。

图1 赣江东河南昌—三江口河段图

东河作为赣江洪水入湖主通道,其防洪安全十分重要。航道整治通常采取丁坝、疏浚和护岸工程。在河道中新建大量丁坝,可能产生壅水,改变近岸流速分布,严重时会改变水流动力轴线走向和分流比等,对行洪造成不利影响,且存在丁坝坝头淘刷问题。鉴于此,需要从不同的航道整治方案中选择最合理的工程方案。比选的基本原则是,在确保达到Ⅳ级航道标准的同时,尽量减小工程措施对行洪及河势的影响。工程方案的拟定需要充分考虑河流现状及河床演变。本文通过河床的冲淤计算和险滩演变分析,为工程方案的布置及比选提供依据[1-3]。

2 河道概况

赣江东河 (南昌—三江口)河段处于冲积平原上,赣江干流在南昌市裘家洲分为东西河,西河是入鄱阳湖出长江的主通道,东河在赣江铁路桥下约1.6 km处礁矶头分为中支与东支,左侧为中支,在朱港入湖;右侧为东支,在三江口入湖。河床质多为中粗砂,少数为沙夹砾石质,部分河段为淤泥,局部为粉质黏土(胶板或胶泥),全河段岸线多为砂壤土,间有黏土。河流顺直微弯,弯曲系数1.2～1.3。经过长期的水流与河床相互作用,岸线冲刷崩塌,大部分河床拓宽,使河段中枯水河面宽阔顺直,在两岸防洪堤控制范围内,最大洪水河宽1 660 m,最小洪水河宽310 m,一般洪水河宽650～850 m,最大枯水河宽565 m,最小枯水河宽88m,一般枯水面宽250～320 m,河段内共有江心洲6个,总长4.56 km,高于枯水位2.7～5.0 m,大多数为双分汊。河段中较大的江心滩有7个,合计长1 080 m,高于枯水位0.5 m左右,最长的位于钱岗刘家滩巷口村右岸,长425m。

河段上段的平面形态多为莲藕状,节点较多,有6个节点,平均每3.5 km 1个;下段节点较少,共有3个,平均每10 km 1个。节点枯水最小河宽88 m,位于南湖洲尾以下1 180 m;节点中洪水最大河宽105～430 m。

3 河床冲淤计算分析

河床冲淤演变主要通过河段各断面之间的冲淤量、冲淤厚度来反映,现根据不同年份选取的34个河床横断面进行全河段冲淤计算分析。冲淤量与冲淤厚度分别通过前后2 a设计水位与设计水位以上2 m(参照边滩高程与平滩水位)的上下断面之间水棱体体积之差与前后2 a的断面积之差、平均河宽求得,各浅滩、河段的冲淤数据见表1～ 3[4-5]。

表1 东河 (八一桥—滁槎)河段河床冲淤计算表

表2 东河 (滁槎—三江口)河段河床冲淤计算表

赣江是雨洪式河流,河段内的水流常年不结冰,径流大小与水位高低基本一致,年内分配不均匀。近年来,由于赣江上游万安水利枢纽建成并投入运行及其他支流采取较好的水土保持措施,下游悬移质输沙量大幅减少,改变了下游河段的来水来沙条件以及 1988—1992年Ⅳ级和2002—2004年Ⅲ级2次航道整治工程的实施等综合因素的影响,引起河床严重下切,从而导致同流量下的中枯水水位逐年下降。分析冲淤计算结果可知:

(1)1992—2003年的八一桥—三江口河段:除个别断面出现微小淤积外,全河段处于冲刷状态;在设计水位下总计冲刷1 136.0万m3,年均冲刷103.26万m3;平均冲刷厚度0.767 m,年均冲厚0.07m。在设计水位以上2 m的水位下总计冲刷1 404.6万m3,年均冲刷127.74万m3;平均冲刷厚度0.731 m,年均冲刷0.068 m。

(2)上段(八一桥—滁槎):设计水位下共冲刷871.40万m3,年均冲刷79.2万m3,平均冲刷厚度1.15 m,年均冲刷厚度0.11m;设计水位+2.0 m的水位下共冲刷1 020.10万m3,年均冲刷92.74万m3,平均冲刷厚度1.16 m,年均冲刷厚度0.11 m。本河段上段由于近期河床采砂,冲刷量与冲刷厚度较大,如首端的礁矶头滩共冲刷473.90万m3,平均冲刷厚度达2.06 m,其中Cs3～Cs4断面平均冲刷厚度达3.33 m;河下万家滩冲刷量为380.50万m3,平均冲刷厚度为1.78 m,年均冲刷厚度0.16 m。再往下游冲刷量逐渐减少,其尾端滁槎滩冲刷量只有53.60万m3,平均冲刷厚度只有0.39 m,年均冲刷厚度只有0.035 m,其中该滩Cs13～Cs14断面,在设计水位下有少量淤积,共淤积4.30万m3;平均淤积厚度0.14 m,年均淤积厚度0.01 m。

(3)下段(滁槎—三江口):设计水位下共冲刷264.60万m3,年均冲刷24.06万m3,平均冲刷厚度0.48 m,年均冲刷厚度0.04 m;设计水位+2.0 m下共冲刷384.50万m3,年均冲刷35.00万m3,平均冲刷厚度0.41 m,年均冲刷厚度0.037 m。其中Cs31号断面产生微小淤积,设计水位下平均淤积厚度0.12 m,年均淤积厚度0.01 m,设计水位+2.0 m的水位下平均淤积厚度0.080 m,年均淤积厚度0.007 m。

从上面分析可知:上段冲刷量较大,下段冲刷量较少,只有上段冲刷量的34%左右,导致下段河床相对较高,枯水位时阻挡水流,甚至产生壅水现象,枯水航深只有0.3 m左右,碍航严重。

4 险滩演变分析

分析赣江东河(南昌—三江口)河段2003年测图,全河段共有13个浅滩,水深不足0.5 m的浅滩有下段的鲑鱼洲、吉里万家、长湖滩3个;水深0.5～1.0 m的浅滩有尤口、钱岗刘家、将军洲、南湖洲、狗尾洲5个;水深1.1～1.6 m的浅滩有礁矶头、河下万家、滁搓、程家池、三江口5个。由于本河段属宽浅性河道,故航道宽度与弯曲半径均能满足要求。全河段的13个浅滩中,交错浅滩5个,复式浅滩4个,汊道浅滩2个,支流河口与河口浅滩各1个。

全河段以吉里万家—南湖洲滩群最浅,航道水深只有0.2 m,浅段最长达11.3 km,占下段长度的36.5%,占全河段长度的13.0%,碍航最严重,成为本次工程的重中之重。

赣江东河 (南昌—三江口)河段长56 km,1992年 1月全河段水位落差为3.41 m(见表4),平均比降0.061‰,其上段落差0.66 m,平均比降0.026‰;下段落差2.75 m,平均比降0.089‰。2003年3月八一桥—三江口河段的水位落差为2.41 m,平均比降0.043‰,上段落差0.24 m,比降0.01‰,其中上段浅滩比降0.02‰左右,深槽比降0.008‰左右;下段落差2.17 m,比降0.071‰,下段浅滩比降0.10‰左右,深槽比降0.05‰左右。2006年2月15日实测瞬时水位比降,由于水位低,滁槎以下河床较高,产生壅水,故上段出现倒比降为-0.01‰;下段比降为0.085‰。

从表4中可以看出:

(1)各年上、下段的枯水比降与瞬时水位比降在不断减小;

(2)各年的上段比降较小,下段比降较大,下段比降是上段比降的3.4～7.1倍。说明枯水时由于下段的吉里万家—南湖洲滩群的河床较高阻挡水位,使上、下段的流速减缓,比降减小。

表4 河段绘图水位与瞬时水位比降表

表5 河段各浅滩上、下深槽及边滩情况表

深槽是河槽中因水流冲刷或环流作用形成的水深较深的局部水域或河段。2个深槽之间的过渡段为浅滩,上深槽指浅滩上游位置的深槽,下深槽指浅滩下游位置的深槽。从表5可以看出:全河段的上深槽2003年比1992年平均冲深0.90 m,下深槽平均冲深1.70 m。其中上段的上深槽平均冲深0.98m,下深槽冲深3.06 m,下段的上下深槽平均冲深0.85 m。

比较2003年与1992年测图 (见表5)可以看出:

(1)礁矶头滩以上约2.0 km长的河段,因采挖建筑用砂,2003年河床挖深达6.0～13.6 m,比1992年增深3～10 m;

(2)河下万家滩的右边滩冲刷切割95 m左右;

(3)尤口滩右侧江心洲2003年冲刷缩短100 m左右,缩窄30 m左右;

(4)钱岗刘家滩的右岸下边滩1992年时长1 700 m,宽300 m,到2003年则被冲刷切割成4个小的和1个较大的江心滩;

(5)滁槎滩的右侧1992年长200 m,宽30 m与长480 m,宽70 m的沙质江心滩被冲刷;

(6)鲑鱼洲滩的左岸上边滩外侧冲刷缩窄约80 m,洲头冲刷下移约60 m;

(7)吉里万家滩至三江口的左右岸线、边滩与江心洲基本稳定。

以上表明(八一桥—三江口)河段河床近期处于冲刷变形状态。

5 结 语

(1)赣江东河八一桥—滁槎河段平面形态多为莲藕状,节点较多,有节点6个,平均每3.5 km 1个;滁槎—三江口河段节点较少,共有3个,平均每10 km 1个。布置工程方案时,要充分利用实际地形,合理采用和布置筑坝、疏浚及护岸工程,使工程达到整治效果的同时能尽量减少投资。

(2)1992—2003年的八一桥—三江口河段,除个别断面出现微小淤积外,全河段处于冲刷状态;在设计水位下总计冲刷1 136.00万m3,年均冲刷103.26万m3;平均冲刷厚度0.767 m,年均冲厚0.07 m。在设计水位以上2 m的水位下总计冲刷1 404.6万m3,年均冲刷127.74万m3;平均冲刷厚度0.731 m,年均冲刷0.068 m。本河段上段由于近期河床采砂,冲刷量与冲刷厚度较大,下段冲刷量较少,只有上段冲刷量的34%左右,导致下段河床相对较高,枯水位时阻挡水流,甚至产生壅水现象,枯水航深只有0.3 m左右,碍航严重。

(3)全河段的13个浅滩中,交错浅滩5个,复式浅滩4个,汊道浅滩2个,支流河口与河口浅滩各1个。各年上、下段的枯水比降与瞬时水位比降在不断减小;各年的上段比降较小,下段比降较大,下段比降是上段比降的3.4～7.1倍。说明枯水时由于下段的吉里万家—南湖洲滩群的河床较高阻挡水位,使上、下段的流速减缓,比降减小。总体而言,赣江东河八一桥—三江口河段河床近期处于冲刷变形状态。

[1]李亚平,汤立群,陈界仁,等.航道整治工程泥沙数学模型的构造及计算方法 [J].水利水电技术,1999,30(12):10-13.

[2]钱宁,张仁,周志德.河床演变学 [M].北京:中国科学出版社,1987.

[3]孙东坡,李国庆.治河及泥沙工程 [M].郑州:黄河水利出版社,1997.

[4]张世奇.黄河口输沙及冲淤变形计算研究 [J].水利学报,2003(6):37-42.

[5]张世奇,张燕菁,陈金荣.连云港核电站附近海域泥沙冲淤计算研究[J].泥沙研究,2004(2):27-32.