长江下游三沙河段河床演变规律及其关联性分析

朱晓波，夏云峰，徐 华，闻云呈

（1.河海大学，南京210098；2.南京水利科学研究院，南京210024）

长江下游三沙河段河床演变规律及其关联性分析

朱晓波1，夏云峰2，徐 华2，闻云呈2

（1.河海大学，南京210098；2.南京水利科学研究院，南京210024）

长江下游三沙河段（福姜沙、通州沙、白茆沙河段）是长江南京以下重要的碍航浅段，其河床演变规律是实施航道整治工程重要的理论依据。利用现场调研及多年实测资料，结合理论知识，通过分析三沙河段主流线及深泓线的变化特征，得出其河床演变宏观规律，结果表明上、下游河段之间的河床演变具有一定的关联性，上游主流摆动影响下游河床演变，在鹅鼻嘴、九龙港和徐六泾等天然节点及人工护岸工程的控制作用下，如皋沙群段与通州沙河段演变关联性不再明显，通州沙河段与白茆沙河段演变关联性减弱。

河床演变；关联性；节点；航道整治；三沙河段

长江南京以下航道有多个碍航浅滩，航道尺度标准偏低。其中三沙河段，即福姜沙河段、通州沙河段和白茆沙河段是贯通长江南京以下12.5 m深水航道的制约性河段，其河床演变规律对航道整治工程的实施具有重要的指导意义［1］。谢鉴衡等学者指出互动和联动是长江中下游河床演变的基本属性［2］，河段之间及内部各水道河床演变是相互关联、相互影响的，上、下游河床演变的关联性可以为长河段航道整治工程的实施提供必要的理论依据。

1 三沙河段概况和水文泥沙特征

1.1 河段概况

三沙河段位于长江下游江阴鹅鼻嘴至太仓七丫口河段，属于长江河口段。福姜沙河段上起江阴鹅鼻嘴，下至护漕港，通过如皋沙群段与通州沙河段相接，通州沙河段属澄通河段，上起十三圩，下至徐六泾，白茆沙河段通过徐六泾节点段承接通州沙河段。

三沙河段平面形态呈藕节状，为宽窄相间的弯曲分汊河型，汊道及洲滩众多，滩槽交错，受到上游大径流和下游中等强度潮汐共同作用。自20世纪50年代以后，三沙河段河床演变受到多个节点控制，包括江阴鹅鼻嘴和龙爪岩等天然节点，20世纪90年代形成的九龙港人工控制段和逐渐加强的徐六泾缩窄控制段等［3］。在天然节点和人工护岸工程的控制作用下，三沙河段的河势已基本稳定，但仍然处于周期性自然演变进程中。

1.2 水文泥沙特征

1.2.1 径流

径流是三沙河段河床演变的基本动力之一，上游河势及来水来沙条件是河床演变的重要因素，特别是大洪水往往会引起河床较大的变化［4］。根据大通站的水文资料及三沙河段地形资料分析，凡是大洪水或上游来水来沙发生变化的年份均会引起三沙河段较明显的河床变化。20世纪90年代中后期，长江连续几年出现大洪水，年最大流量75 000～84 000m3/s，年平均流量约32 000m3/s。2003年三峡水库蓄水后，长江连续几年出现枯水年份，2003～2009年，年均流量约为25 800m3/s。2010年出现较大洪水，因三峡水库调峰作用，最大流量较小，为65 300 m3/s，5～10月平均流量达46 200 m3/s，年平均流量为32 600 m3/s。2011年为枯水年，最大流量为46 000 m3/s，年平均流量为21 230 m3/s，5～10月平均流量为26 800 m3/s，为1950年水量最小的一年。历年径流量见图2。

1.2.2 潮汐和潮流

三沙河段属于长江河口段，长江口潮流界随径流强弱和潮差大小等因素的变化而变动，枯季潮流界可上溯到镇江附近，洪季潮流界可下移至西界港附近。潮汐为中等强度非正规半日浅海潮，每日两涨两落，且有日潮不等现象。涨落潮历时不对称，涨潮历时短，落潮历时长，一般情况下，岸滩及浅滩水流先涨先落，涨潮历时岸边或浅滩长于深槽主流，落潮历时则是深槽主流长于岸滩和浅滩。潮差沿程递减，最大潮差4m以上，最小潮差0.02 m。落潮最大流速一般出现深槽主流处，涨潮最大流速一般出现在边滩或浅滩处，实测最大流速一般出现在大潮期。涨落潮流路不一致也是造成三沙河段水道兴衰发展的重要动力因素。

1.2.3 泥沙

受径流和潮流双重动力影响，三沙河段泥沙来源包括上游流域来沙，下游海域来沙及北支泥沙倒灌，以上游来沙为主。根据多年实测资料统计，三沙河段河床质中的中值粒径在0.25 mm以下，沙细易动，洪季输沙量大于枯季输沙量，除福山水道外均是落潮输沙量大于涨潮输沙量。输沙量主要受上游来水影响，上游来水量大，输沙量也大，上游来水量小，输沙量也小。自三峡水库蓄水以来，大通年输沙量也明显减少，2003～2011年年均输沙量约1.43×108t，而蓄水前的1986～2002年，年均输沙量为3.43×108t。历年输沙量见图2。

2 河床演变宏观规律分析

河床演变是水流与河床相互作用的结果，河势的变化则是河床演变的直观反映，河道主流线、河床深泓线是反映河势的重要指标，分别代表了水流与河床的基本情况［5］。主流线，即沿程各断面最大垂线平均流速所在点的连接线，又称为水流动力轴线，是天然河道水流最大动能所在位置的连线，是影响河床冲淤的主要因素；深泓线，即河道各断面最大水深点的连线，可以反映河势及深槽走向，是决定河型变化的重要标准［6］。从主流线、深泓线变化两方面分析三沙河段历史演变特征及近期演变规律，以便为航道整治工程提供一定的理论指导。

2.1 历史演变特征

三沙河段位于长江河口段，其河床的形成发展与长江口的历史发育模式一致。根据史籍记载，二千多年以来长江口的发育模式可概括为：江中沙岛出水或并岸、河口宽度不断缩窄、主流逐渐南偏、河口向东南方向延伸。至20世纪60年代，三沙河段的河床演变具有如下两个基本特征：

（1）主流摆动频繁、汊道交替发展。河口段由于动力增强，河道展宽，边界不稳定，导致主流极易发生变化，进而影响沙洲变迁、汊道兴衰等。三沙河段主流线与深泓线延伸方向基本一致，摆动频繁，尤其是如皋沙群汊道、通州沙河段下游汊道、白茆沙汊道一直处于交替发展中。

（2）上、下游河床演变具有关联性。各河段不仅遵循着自身的演变规律，主流的大幅摆动也使上、下游河段的河床演变存在密切的关联性，上游河床的变化往往导致下游河床也随之产生剧烈变化，特别是如皋沙群段、通州沙河段及白茆沙河段的主流变化息息相关，如表1所示。凡是如皋沙群段河道主流走海北港沙北水道，下泄主流即走通州沙西水道及白茆沙南水道，而如皋沙群段河道主流走海北港沙南水道时，下泄主流即走通州沙东水道及白茆沙北、中水道，如皋沙群发展变化，下游主流也随之变化。

2.2 近期演变分析

利用1970～2011年的实测资料，通过对福姜沙河段、如皋沙群段、通州沙河段、徐六泾河段及白茆沙河段主流线及深泓线变化进行分析，了解其河势变化，进而得出三沙河段近期演变宏观规律。

2.2.1 福姜沙河段及如皋沙群段

（1）主流线。江阴水道下泄的落潮流出鹅鼻嘴—炮台圩节点后，被福姜沙分为左右两汊，右汊福南为支汊，左汊为主汊，进入左汊的主流被双涧沙分为福北和福中，福中与福南两汊在护漕港附近汇流走浏海沙水道，与如皋中汊在九龙港附近相汇，顶冲九龙港沿岸，水深不断刷深。近年来受人工护岸和沙钢码头群守护作用，主流基本稳定。

（2）深泓线。福姜沙河段及如皋沙群段深泓线变化见图3～图5。福南水道在发展过程中，汊道上半段比较稳定，下半段在弯道环流作用下，江岸不断崩塌后退，深泓向鹅头弯道发展。20世纪80年代以后，弯道发展得到控制，近年来深泓线基本稳定。20世纪70年代以来，双涧沙得到发展，江中心滩变化较大，使得福姜沙北汊深泓变化较大，近几十年来福北水道深泓线一直处于变化中，福中水道摆幅相对较小。如皋中汊是20世纪70年代初期由又来沙滩面串沟演变而成。1978年，如皋中汊四号港附近的深泓线还靠近现民主沙一侧。1989年民主沙与双涧沙合并后，如皋中汊与双涧沙北水道已平顺衔接，基本分泄了双涧沙北水道下泄的水流。此后，如皋中汊演变趋于顺直发展，1999年后，如皋中汊深泓线基本稳定下来。浏海沙水道一直以来是主泓，有左移趋势，2006年后，深泓线左移速度趋缓。与中上段相比，近年来如皋中汊和浏海沙水道的下段深泓线摆动相对较大，向右移动。1992年两汊深泓线汇流点在九龙港上游附近，1999年汇流点上移至一干河下游附近，2002年后汇流点移至九龙港附近，近年来基本保持稳定。

2.2.2 通州沙河段

（1）主流线。通州沙河段上游分为通州沙东、西水道，水流经九龙港至十二圩港导流岸壁作用，脱离南岸过渡到南通姚港至任港一带，紧贴左岸顺通州沙东水道下泄，在龙爪岩节点控制挑流下，进入通州沙东水道主流偏右，脱离左岸。自1948年通州沙东水道成为主流之后，东水道不断发展，过水面积不断扩大，形成一条落潮流为主的长江主流通道，而西水道不断萎缩淤积，河床宽浅。下泄主流受新开沙、狼山沙、铁黄沙阻隔，被分为新开沙水道、狼山沙东水道、狼山沙西水道和福山水道四汊汇入下游徐六泾节点段。营船港以下以及狼山沙东西水道受狼山沙冲刷下移影响变化较大，1978年主流走狼山沙西水道，1984年改走狼山沙东水道。

（2）深泓线。通州沙河段深泓线变化见图6～图8。通州沙东水道在发展过程中，其进口段主泓不断北移、弯曲。随着横港沙尾受冲上提，通州沙东水道顶冲点上提，处于凹岸的任港—龙爪岩一带岸坡受冲后退，而处于凸岸的通州沙边滩则向北淤长，河床向窄深发展。1970～1992年狼山沙明显下移西偏，仅狼山沙头部-5 m线就下移约6 km，进而导致狼山沙东西水道上游分支点下移，1978～1992年下移约2 500m，下游汇合点上提，东、西水道深泓线均向右摆动，徐六泾节点段深泓线呈明显南偏的趋势。1992年以后，狼山沙下移缓慢。1998年、1999年大洪水后，下移西偏的态势有所加剧，这使得狼山沙东西水道的汇流点进一步上提，顶冲点移至徐六泾附近，使其深泓线继续南偏，1999～2002年南偏超过400 m。2002年以后，徐六泾节点段深泓线的变幅有所减小，分流区深泓线的最大变幅在400 m左右。2004年以后，狼山沙下移已基本到位，沙体主要表现为缓慢西移、尾部受冲缓慢上提，导致狼山沙东水道深泓向西摆动，狼山沙西水道深泓相对稳定。

2.2.3 徐六泾及白茆沙河段

（1）主流线。上游主流经狼山沙东水道由东南向进入南支河段，顶冲常熟徐六泾岸段，由于常熟沿岸海塘及桩石工程守护，加之南岸为地质条件较好的抗冲性粘土，主流向东略偏北通过苏通大桥主桥孔，在白茆河口附近主流南偏，进入白茆沙南水道，主流贴岸，岸线较为稳定。白茆沙北水道新建河附近处于水流顶冲地段，南北水道下泄水流于七丫口以下汇合进入南北港分汊过渡段，主流离岸较远。

（2）深泓线。徐六泾及白茆沙河段深泓线见图6～图8。白茆沙总体呈冲刷后退趋势，徐六泾节点段下游分支点也随之下移，导致白茆沙南水道中上段主流线弯曲，中下段相对稳定，白茆沙北水道深泓顶冲点下移并向东移动。仅1992～1999年，白茆沙头部-5 m等深线后退约1 800m，2004年后变化趋缓。1970～1978年徐六泾节点段下游分支点在金泾塘口下游附近，1999年下移4 000m左右至白茆河口附近，2004年后下移趋缓，但由于白茆沙冲刷后，南水道发展，徐六泾下段深泓南移，1999～2010年，分支点南移1 100 m。受白茆沙头部冲刷后退影响，白茆沙南水道进口深泓有所摆动，摆幅约500m，中下段深泓傍靠南岸，较为稳定。由于1992～2004年白茆沙北水道进口一直处于淤积状态，北水道进口深泓南压，顶冲点下移，北水道中下段深泓线总体呈东移趋势。2004年后，徐六泾河段下游深泓的分支点下移趋缓，白茆沙南水道深泓线头部位置没有明显变化，但由于白茆沙右沿冲刷，上段深泓线略有左移，而南水道中、下段深泓线仍处于相对稳定状态。因为上游分支点下移趋缓，北岸顶冲点也逐渐稳定在崇明岛新建河附近。受北水道进口淤积影响，进口深泓南压，北水道中下段深泓线相对较为稳定。

3 近期演变关联性分析

河床演变是一个长期的过程，近期演变在历史演变的基础上发展，在一定程度上延续着历史演变的趋势。近期演变规律表明如皋沙群段、通州沙河段、白茆沙河段之间仍然存在着一定的河床演变关联性。

3.1 如皋沙群段与通州沙河段

通过对三沙河段近期主流线及深泓线的变化分析可以看出，20世纪90年代可以作为演变关联性明显与否的分界点：

（1）20世纪90年代以前，如皋沙群段与通州沙河段河床演变关联性比较明显。20世纪70年代后双涧沙水道逐步衰亡，如皋中汊形成发展，引起汊道汇流区及水流顶冲点位置下移，进而影响到横港沙变化及通州沙东西水道变化。如皋中汊与浏海沙水道两股汊道汇流强度的变化影响到浏海沙水道出流方向，使其深泓线左移，主流偏北冲刷横港沙右缘，横港沙右缘冲刷后退，沙尾上提，导致通州沙东水道顶冲点上提，河床向窄深发展，而西水道入流方向不顺，与主流夹角增大，西水道萎缩，通州沙向北淤涨。

（2）20世纪90年代以后，如皋沙群段与通州沙河段均稳定发展，演变关联性不明显。20世纪90年代以后如皋中汊主流基本稳定，汇流后顶冲点位置基本不变，上游汊道稳定、岸线稳定，浏海沙水道的出流方向基本稳定。通州沙东水道则一直是主泓，汊道发展稳定，上、下游河段演变关联性不明显。

3.2 通州沙河段与白茆沙河段

20世纪90年代以后，随着如皋中汊的稳定，通州沙河段主流一直稳定在东水道。通州沙河段与白茆沙河段的河床演变关联性主要体现在下游狼山沙的动力变化对白茆沙河段的影响。通过近期河床演变分析可以看出，通州沙河段与白茆沙河段河床演变关联性明显与否主要以2004年为分界：

（1）2004年以前，通州沙下段与白茆沙演变关联性显著。20世纪70～90年代通州沙河段下段由于狼山沙的变化，使得下泄主流由狼山沙西水道逐步转为狼山沙东水道。狼山沙的下移西偏，使得狼山沙东西水道上游分支点下移，下游汇合点上提，东西水道深泓线向右摆动，徐六泾节点段深泓线明显南偏，进而导致下游白茆沙头部明显冲刷后退，徐六泾节点段下游分支点随之下移4 000m左右，狼山沙水道的主流变化对白茆沙水道河床演变具有明显的影响。

（2）2004年以后，狼山沙体变化缓慢，与白茆沙河段演变关联性不明显。2004年以后，狼山沙沙体主要表现为缓慢西移、尾部受冲缓慢上提，通州沙东水道南岸顶冲点的位置有所变动。白茆沙头部冲刷后退趋缓，南水道深泓线头部位置没有明显变化。但由于白茆沙右沿冲刷，上段深泓线略有左移，而南水道中、下段深泓线仍处于相对稳定状态。初步分析，狼山沙体的缓慢变化会使经徐六泾河段进入白茆沙水道的水流有所变化，但这种变化是一个缓慢过程，上、下游节点河段演变关联性不明显。

4 演变关联性影响因素分析

影响三沙河段河床演变的因素主要包括上游来水来沙条件、涨落潮动力条件、河道边界条件及人类活动等［6］。其中上游来水来沙条件、河道边界条件对河床演变关联性影响较大［7-8］。

（1）上游来水来沙条件的影响。大水大沙年份河床演变相对剧烈，主流易于摆动，顶冲点发生变化，使得上、下游河床演变联动性明显。

（2）河道边界条件的影响。滩槽变动、河道展宽、河岸不稳定影响主流走势，龙爪岩等天然节点，九龙港和徐六泾等人工护岸工程稳定了河岸，为下游提供稳定的入流条件，使得上、下游河床演变关联性减弱。

5 结论

基于实测资料，结合理论知识，从河道主流线及河床深泓线变化方面对三沙河段河床演变规律及其关联性进行了研究。主要得出以下四个结论：

（1）三沙河段历史演变分析表明，该河段上、下游河床演变存在着一定的关联性，主要表现在河段进口主流摆动对下游河势、河型变化产生的影响。

（2）三沙河段近期演变分析表明，节点的形成对该河段河床演变关联性起着重要的控制作用。三沙河段演变关联性不明显的阶段均是节点逐渐形成的阶段。节点的控导能力越强，上下游演变关联性越不明显；节点的控导能力越弱，上下游演变关联性越显著。天然节点的形成和合理整治工程的实施，可以为下游河段提供稳定的入流条件，使其河势稳定发展。

（3）自20世纪90年代后，如皋沙群段与通州沙河段河床演变关联性不明显。这有自然演变的因素，更主要的是由于近年来九龙港沿岸顶冲点部位得到加强守护，十二圩沿岸码头兴建，岸线稳定，形成长约7 km导流岸壁，1998年泓北沙一侧围垦和2003年北岸泓北沙与长青沙打坝工程后北侧岸线逐渐稳定，形成九龙港控制段，加强了九龙港节点的控导能力，随着九龙港人工控制段的逐渐形成，如皋沙群段的主流得到稳定，为通州沙河段提供了稳定的入流条件，通州沙河段上段得到稳定发展。

（4）通州沙河段与白茆沙河段河床演变关联性还处于发展变化中。虽然自1958年开始，徐六泾人工缩窄段就逐渐形成，至20世纪70～90年代，徐六泾灯标处已经束窄至5.7 km，但是徐六泾节点对水流的束流、导流作用尚不够充分。2004年以后徐六泾人工缩窄段的限制作用增强，减弱了上游河势对白茆沙河段的影响，随着2007年以来新通海沙围垦工程的实施，苏通大桥下游附近江面宽已缩窄到4.5 km左右，徐六泾缩窄段的控制作用进一步增强，对下游白茆沙河段的河床演变起着积极的控制作用。然而节点的控制作用具有一定的滞后性，即便稳定了上游主流，也不可能在短时间内使下游河床不再发生剧烈的变化，上游主流摆动对下游河床演变仍会有一定的影响，这一影响将是一个缓慢的过程。

［1］夏云峰，徐华，吴道文，等.长江下游通州沙白茆沙河段河床演变分析［R］.南京：南京水利科学研究院，2011.

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2020年我国将建成1.9万km高等级航道

据按照最新公布的《加快推进长江等内河水运发展行动方案（2013～2020年）》，到2020年我国将基本建成1.9万km高等级航道，内河三级及以上航道里程达到1.4万km；内河货运量达到30亿t以上。一些关键的“瓶颈”河段将得到有效治理。据统计，“十二五”前两年内河水运建设中央投资达180亿元。纳入《“十二五”期长江黄金水道建设总体推进方案》的88个项目中有50个已经开工，长江沿江亿t大港达到8个。（殷缶，梅深）

自航式航道水深探测器获国家专利

本刊从长江武汉航道局获悉，该局科研人员历经两年攻关，自主研制的“自航式航道水深探测器”获国家发明专利。自航式航道水深探测器类似于船模，船上安装有测量系统，通过遥控探测器获取航道测量数据。它的发明使用，降低了航道探测成本，减轻了职工劳动强度。据介绍，该探测器每小时的测量费用仅为传统航标工作船的1/10。（殷缶，梅深）

Riverbed evolution law and relevance analysis for the Three Sand Shoals Reach on Yangtze River

ZHU Xiao-bo1，XIA Yun-feng2，XU Hua2，WEN Yun-cheng2
(1.Hohai University，Nanjing 210098，China；2.Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210024，China)

The Three Sand Shoals Reach（Fujiang Sand Shoal，Tongzhou Sand Shoal and Baimao Sand Shoal）on the lower Yangtze River is an important navigation-obstructing shoal reach below Nanjing reach.In order to provide the theoretical foundation for waterway regulation engineering，it is necessary to analyze the riverbed evolution law of the Three Sand Shoals Reach.Making full use of site investigation and annual survey data，based on theoretical analysis，the riverbed evolution law was analyzed from the aspect of mainstream and talweg changes.The analysis results demonstrate that there is riverbed evolution relevance between upstream and downstream reach.The riverbed evolution of the downstream reach is caused by the mainstream swings of upstream.Under the controlling of nodes and waterway regulation engineering，such as Xuliujing node，Jiulonggang node and Ebizui node，the riverbed evolution relevance has been reduced.

riverbed evolution；relevance；node；waterway regulation；the Three Sand Shoals Reach

U 617；TV 147

A

1005-8443（2013）05-0413-07

2013-02-28；

2013-05-22

西部交通建设科技项目（2011 328 746 60）

朱晓波（1988-），女，天津市人，硕士，主要从事河口海岸水动数值模拟研究。

Biography：ZHU Xiao-bo（1988-），female，master student.