长江下游东北水道河床演变对航道的影响及治理研究

王宁 ，刘鹏飞 *，刘万利 ，杨云平

（1.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456；2.工程泥沙交通行业重点实验室，天津 300456）

1 河道概况

1.1 河道特征

长江下游东北水道上起八里江口，与张家洲水道相连，下迄小孤山，与马当水道相接，全长约34 km，如图1。水道平面呈两头窄、中间宽的微弯形态，其中八里江口—前门坝段为湖口水道，为顺直放宽河型，左岸存在四洲圩边滩；前门坝—小孤山段为东北水道，为微弯分汊河型，下三号洲将河道分为东北横水道和东北直水道，左汊东北横水道是主汊，右汊东北直水道为支汊，东北横水道内存在过渡段浅滩[1]。

图1 东北水道河势图Fig.1 River regime sketch of Dongbei waterway

1.2 水沙变化

东北水道来水来沙包括长江上游干流来水来沙和鄱阳湖支流入汇，其中鄱阳湖支流入汇量相对较小，来水来沙主要受长江干流影响。

水道上游35 km处的九江站水文特征能够基本反映东北水道的来水来沙特性。1988—2015年，九江水文站历年最大年径流量为9 590亿m3（1998年），历年最小年径流量为5 381亿m3（2006年），流量年内分配不均匀，主要集中在汛期5—10月，约占全年的70.8%。三峡蓄水前年径流量多年平均为8 182亿m3，三峡蓄水后多年平均为7 051亿m3，蓄水后较蓄水前减少13.8%，表明上游来流量有所减小，但幅度不大。三峡蓄水后，受三峡工程拦沙和长江上游来沙量减小等因素影响，九江站输沙量大幅度减小。2003年以前年平均输沙量为2.78亿t，2003年以后输沙量逐年递减，至2015年年输沙量仅为0.55亿t，较蓄水前年平均输沙量减少79.8%。随着来沙量减小，河段内泥沙输移幅度增大，将导致河段内滩槽冲淤调整等变化。

1.3 汊道分流比变化

下三号洲左汊（东北横水道）自20世纪70年代成为通航主汊道以来，分流比基本保持在85%以上。对比不同流量下左汊分流比变化，下三号洲左汊分流比随流量增加而减小。长江中下游河道的深槽基本遵循“洪季淤积，枯季冲刷”的基本规律，洪季分流比减小，不利于航槽冲刷[2]。

2 河床演变过程及特征

根据20世纪50年代以来本水道上下段滩槽的变化及汊道的兴衰情况，东北水道近期演变大致可分为3个阶段，第一阶段为1950年代—1970年代初，第二阶段为1970年代中期—2000年，第三阶段为2000年以来，各阶段演变特征如下[1-3]。

2.1 1950年代—1970年代初

本阶段河段上段湖口水道洪水河宽相对较小，左岸无明显边滩，下段下三号洲左汊（东北横水道）为主汊，下三号洲右汊为支汊，如图2。东北水道左汊滩槽变化剧烈，个别年份淤积严重，右汊深槽相对稳定，4.5 m等深线贯通，为通航主航道。

2.2 1970年代中期—2000年

本阶段湖口水道深泓右摆，右岸持续崩退，左岸边滩不断发育，受湖口水道滩槽变化的影响，东北水道下三号洲左汊入流条件较好，右汊则持续萎缩，左汊航道条件为较好时期。

2.3 2000年以来

图2 东北水道0 m线变化Fig.2 The variation chart of 0 m line in Dongbei waterway

湖口水道右岸实施了一系列护岸工程稳定岸线，同时随着三峡水库蓄水运行，上游来沙量大幅减小，四洲圩边滩出现窜沟并逐渐发育，下三号洲左缘滩地不断冲刷，上三号洲尾至新坝段崩岸，东北横水道过渡段展宽淤积、出现沙包，河道趋向宽浅态势，航道条件有向不利方向发展的趋势。

2.3.1 四洲圩边滩变化

当右岸崩退受到控制后，左边滩进一步发育的空间受到限制，同时三峡蓄水后来沙量大幅减小，导致四洲圩边滩头部低滩及边滩左侧冲刷，临岸窜沟，窜沟规模不断变大。2000年四洲圩边滩左侧被冲刷，贴左岸出现了窜沟；2003年以后，窜沟进口处冲淤交替，窜沟中下部则不断冲刷发展，2004年窜沟0 m线后退了1 200余m，最大水深为5.4 m；至2012年11月，左侧窜沟0 m线下延至边滩尾部，与新洲前的窜沟几乎贯通，2013年4月左侧窜沟与新洲前窜沟已经贯通，如图3。2014年3月四洲圩边滩窜沟进口有所淤积、中后部冲刷，规模依然较大。

图3 四洲圩边滩0 m线变化Fig.3 The variation chart of 0 m line on marginal bank of Sizhouwei

2.3.2 下三号洲洲头及左缘滩地变化

近年来下三号洲洲头低滩表现为冲刷为主，高滩则有冲有淤，下三号洲洲头滩地纵剖面变化如图4所示。2007年11月—2008年9月，洲头低滩冲刷幅度约1～2 m，高滩有所淤积，幅度约为0.3～0.9 m；至2010年11月，滩体整体受冲，低滩最大冲深约1.2 m，高滩区域冲刷幅度约为2 m；2010年11月—2012年11月，低滩表现为冲刷，最大冲深约1 m，高滩则表现为淤积，最大淤高约4.5 m。

图4 下三号洲洲头滩地纵剖面变化Fig.4 The variation chart of longitudinal section of beach land in Xiasanhaozhou

2.3.3 东北横水道岸线变化

东北横水道过渡段左岸为河道凹岸，弯顶在新坝附近，水利部门在新坝附近实施了护岸措施。三峡蓄水运用以来，上三号洲洲尾至新坝左岸岸线持续崩退，2003年11月—2014年3月，该岸线沿线平均崩退了约90 m，其中原守护岸线崩退也较明显，局部存在窝崩。东北横水道过渡段右岸即下三号洲左缘中上段岸坡也明显崩退，2007年11月—2014年3月该岸线崩退了约55 m。

2.3.4 东北横水道深泓线变化

随着下三号洲左缘滩地冲刷、河道左岸岸线崩退，东北横水道河道展宽，深泓线在河道中摆动频繁。2005—2007年，东北横水道深泓线向右摆动，最大摆幅约320 m，2009年向左摆动，最大摆动幅度约350 m，2010年又向右摆动，最大摆动幅度约210 m，至2012年摆动至左侧，最大摆幅约230 m，2014年该处深泓又有所左摆，东北横水道深泓线平面变化示意图如图5所示。深泓摆动频繁，摆动幅度较大，对过渡段航道条件的稳定不利。

图5 东北横水道深泓线平面变化示意图Fig.5 The plane variation sketch of talweg of Dongbei waterway transverse channel

3 洲滩变化与航道的关系分析

3.1 河道演变关联性及碍航特性

下三号洲汊道和湖口水道的滩槽变化是密切相关的，两者间存在对应或呼应关系，构成为冲积性河流演变的一个响应系统。在演变过程中的不同阶段，其呼应关系及碍航特性分别表现为：

1）当湖口水道河宽较窄、左岸无明显边滩时，下三号洲左汊内河床冲淤变化较大，过渡段浅滩表现为碍航，主航道走下三号洲右汊。

2）当湖口水道河宽增大、左岸存在较为稳定的边滩时，下三号洲左汊过渡段浅滩不碍航，主航道走下三号洲左汊。

3）当湖口水道河宽较宽、左岸边滩出现窜沟和冲刷，下三号洲左汊深泓摆动频繁，航道边界失稳，过渡段航道条件向不利方向发展。如2005年，过渡段内江心出现零星浅包，导致航宽大幅减小。

3.2 东北水道河床演变对航道的影响

四洲圩边滩左侧窜沟不断冲刷，河段呈双槽状，窜沟冲刷发展，不仅会影响湖口水道主航道的稳定性，还会对下三号洲分汊段航道条件造成不利影响。1）窜沟继续发展将改变湖口水道目前较好的滩槽格局，造成主槽水流分散减少，影响主航道稳定；2）新汊道出流将顶冲河段主流，改变下三号洲分汊段水流动力特性，对下三号洲左缘滩地的稳定及过渡段航道条件的稳定不利；3）窜沟冲刷下移的泥沙易淤积在下三号洲左汊的过渡段内，导致过渡段出浅碍航。

随着冲刷的持续和发展，下三号洲左缘滩地持续冲刷，下三号洲左缘岸坡崩退，左岸上三号洲至新坝一带岸线不断崩退，河道表现为双向展宽，向宽浅型发展。两岸岸线崩退，也不断为过渡段提供淤积的沙源。上游滩槽格局调整与下三号洲左汊河床冲刷作用相互交织，导致过渡段浅区不稳定，易于泥沙落淤，不利年份易出现浅包，对航道稳定不利。

通过物理模型开展趋势预测表明，四洲圩边滩左侧窜沟持续冲刷发展，下三号洲左汊双向展宽，左岸上三号洲洲尾至新坝一带岸线持续崩退，下三号洲左缘滩地冲刷后退，导致过渡段河宽增大，过渡段淤积，过渡段航道条件在长系列水文年条件下，4.5 m航宽不断缩窄，不利年份4.5 m线宽度仅155 m，航道条件呈明显不利的态势[4-6]。

4 整治思路与治理方案

东北水道航道条件受制于三峡蓄水后河段内滩槽格局的调整变化，湖口水道稳定的左边滩、下三号洲左汊稳定的边界是对本水道航道条件有利的条件。三峡工程蓄水运用以来，随着水沙条件的变化，东北水道航道条件总体稳定，但由于清水下泄，四洲圩边滩冲刷、窜沟发展，下三号洲左缘滩地冲刷、左岸上三号洲至新坝一带岸线崩退，过渡段左右边界双向展宽，导致过渡段航道条件出现不利变化趋势。因此，本河段航道的治理思路为采取工程措施遏制滩槽格局向不利方向变化的趋势，维持目前较好的航道条件，避免航道条件向不利方向发展。

基于上述航道治理思路，2016年本水道实施了以4.5 m×200 m×1 050 m（水深×航宽×弯曲半径）为目标的航道整治工程。在四洲圩边滩窜沟中上部建设2条护滩（底）带，守护四洲圩边滩，遏制窜沟发展，籍以稳定湖口水道的滩槽格局，并稳定东北横水道的入流条件；在下三号洲左缘建设3条护滩带和左缘岸坡护岸，在上三号洲尾建设护岸、加固新坝一带已有护岸，对下三号洲左缘滩地、岸坡以及东北横水道左岸上三号洲尾至新坝一带岸坡进行守护，稳定过渡段两岸岸线，抑制下三号洲左缘滩地冲刷后退，遏制过渡段展宽，改善过渡段中枯水水流动力，冲刷淤积泥沙，从而稳定航道条件。根据2017年8月河段测图，工程实施后河段内河势及滩槽格局基本稳定，水道内4.5 m等深线最窄处宽度超过800 m，满足建设目标。

5 结论与建议

1）东北水道自20世纪70年代以来，曾经历了河岸的崩退、边滩淤长、主航道易位等变化，河势处于不断调整之中。河段上下滩槽间存在密切关联性，构成冲积性河流演变的一个响应系统，河段内洲滩演变与航道条件变化密切相关。

2）三峡水库蓄水后，本水道河床变化总体表现为低滩冲刷、窜沟发展、局部岸坡崩退的态势。上游滩槽格局调整与下三号洲左汊河床冲刷作用相互交织，导致过渡段浅区不稳定，易于泥沙落淤，不利年份易出现浅包，不利于航道稳定。

3）基于遏制滩槽格局向不利方向变化的趋势，维持目前较好的航道条件的治理思路，提出对四洲圩边滩窜沟、下三号洲左缘滩地及岸坡、下三号洲尾至新坝崩岸段等关键部位进行守护的治理方案。