长江下游高港边滩演变趋势及其对深水航道的影响*

2020-07-25应翰海谭志国闻云呈陈长英

水运工程 2020年7期

应翰海，谭志国,闻云呈,陈长英

(1.长江南京以下深水航道工程建设指挥部，江苏南京 210017；2.中设设计集团股份有限公司，江苏南京 210014；3.南京市长江河道管理处，江苏南京 210011；4.南京市水利科学研究院，江苏南京 210029)

长江南京以下河段受径流和潮汐共同作用，呈现弯曲分汊的河型。因弯曲分汊、河道展宽、上下游深槽过渡段引起局部水流流速减小等原因，泥沙输沙能力下降，形成水下低边滩。边滩在河道中主要起塑造河槽约束水流的作用：当边滩保持高大完整时，航道条件较好；当边滩滩低矮分散时，航道条件较差[1]。近年来，长江下游重要的碍航浅段(如福姜沙、通州沙、白茆沙)的航道整治工程相继完成，河势变化基本得到控制[2]。2019年5月竣工的长江南京以下 12.5 m 深水航道二期工程对落成洲和鳗鱼沙2个浅滩实施了整治工程，对于高港边滩未采取工程措施[3-4]。为此，分析高港边滩演变趋势对深水航道通航有重要意义。

1 高港边滩概况

高港边滩位于扬中河段左汊口岸直水道北岸侧，上游为嘶马弯道段，弯道右侧有落成洲分汊，属潮汐河段弯曲分汊河道下边滩(图1)。随着嘶马弯道下段右岸侧杜家港高边滩尾端的收缩及嘶马弯道环流的减弱，加之受高港灯前沿礁板沙平台的掩护，高港灯—小明港长约7 km的范围内存在高程大于-10 m以上的边滩，即高港边滩。高港边滩所处的扬中河段受上游径流和下游潮汐的影响，期间还存在淮河入江水流。因此，高港边滩水沙运动的局部边界条件非常复杂，其河床演变存在不确定性。泰州公路大桥建设前，航道可利用高港段右侧深槽布置，左侧高港边滩对航道的影响并不严重；泰州公路大桥建设后，采用双孔通航，航道在桥区上游高港段分为左右航槽，必须利用高港边滩前沿水域，碍航问题凸显。

图1 高港边滩位置

2 近期演变趋势

历史上，扬中河段嘶马弯道多次发生以窝崩为主的大规模崩岸现象，引起扬中河段平面河势发生较大的变化。20世纪70年代以后，水利部门对崩岸严重的岸线进行了重点守护，两岸岸线渐趋稳定，因此，河势条件出现重大变化的可能性很小，对高港边滩河床演变的影响逐渐减弱。针对落成洲过渡段低滩冲刷和落成洲右汊发展的问题，长江航道建设管理部门陆续实施了落成洲洲头守护工程和深水航道二期治理工程，守护了落成洲洲头，减缓落成洲右汊发展，改善落成洲前沿低滩冲刷的现象，总体河势保持相对稳定。另一方面，自2003年6月三峡蓄水运用以来，长江中下游径流变化不大，含沙量和输沙量比蓄水前减少50%以上。由于来水量变化不大，来沙量骤减，下游河道河床冲刷几率增大，高港边滩未出现较大幅度淤涨现象。近年来，高港段的主流略有左偏，对高港边滩的淤涨有抑制作用，在现有的河势、边界及来水来沙条件下，高港边滩趋于相对稳定，预计不会大幅度淤涨，也不易冲刷消失[5]。

3 高港段航道条件

2007年泰州大桥开工建设，泰州大桥采用三塔两跨两孔通航，中墩位于江中，每跨跨径均为1 080 m。泰州大桥下游为鳗鱼沙顺直段，为双汊通航。泰州大桥建设后，鳗鱼沙左右两汊航道的分汊点位于大桥上方河道中部，航道在桥上分为左右两支，大桥左通航孔与鳗鱼沙左汊航道相连，大桥右通航孔与鳗鱼沙右汊航道相连。从近年来高港段河床情况看，高港边滩中上段的河床情况能满足12.5 m深水航道航深和航宽的要求，高港边滩段的下段(即泰兴顺直段左航槽的进口段)12.5 m水深航宽不足(图2)。碍航区域为长条形，紧临航道左侧边线，面积基本在0.136～0.252 km2，最浅点高程在-11.7～-11.0 m(表1)。年际间碍航情况相差不大，高港段碍航情况未呈单向性增长，碍航量变化与滩体的大小和上游来水来沙条件有关。从年内变化看，高港段下段紧接泰兴顺直段，汛期水流取直，边滩略有淤积，汛后水流走向左右两槽，边滩略有冲刷[6]。

图2 2017年2月高港段航道碍航区域

表1 高港段航道条件

4 对深水航道的影响

4.1 数学模型

计算河段上游以五峰山作为进口边界，下游肖山作为出口边界，全长约92 km。数学模型采用不等距网格，纵向(水流方向)网格间距为5～190 m，横向(垂直水流方向)网格间距为10～100 m，纵向布置1 360条网格线，横向布置140条网格线，网格线基本保持正交，模型采用最新实测的河床地形构建(图3)。

图3 离散地形

该模型自2006年以来先后进行多次验证，水流运动模型验证内容包括潮位过程、潮流速过程和汊道分流比。水沙、地形资料验证结果符合《海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程》规定的要求。

4.2 高港边滩演变对深水航道影响的预测

4.2.1计算条件

2017年8月，口岸直水道深水航道整治二期工程实施完成。2006—2015水文年份中有小水小沙(2006年)、平常水沙年(2008年)、丰水年(2010年)，此水沙系列涵盖因素较全，基本能反映三峡蓄水后的新水沙条件。因此，采用实测系列水文年2006—2015年的水沙过程作为计算条件。

4.2.2计算结果分析

从落成洲汊道段的河床冲淤变化看，随着落成洲头部守护工程以及深水航道二期治理工程的实施，守护住了落成洲头部，落成洲头部冲刷并不明显，减缓了落成洲右汊的发展。落成洲治理工程左侧冲刷，落成洲左汊过渡段-13.0 m线贯通，左侧三益桥边滩淤积。从泰兴顺直段的河床冲淤变化看，随着鳗鱼沙心滩头部护滩工程以及深水航道二期治理工程的实施，顺直段整体滩槽格局未出现严重的不利变化。可以看出，泰兴顺直段年际间河床冲淤幅度较大，尤其是左槽的上段冲淤变化对高港段的演变会造成一定的影响[7]。

鳗鱼沙心滩上段建设泰州大桥，2010年泰州大桥中墩下方出现-10 m的淤积体，从2015年11月起泰州大桥桥下淤积体消失，从长系列10年末计算结果看，桥下淤积体无反复现象，有利于泰兴顺直段进口航道条件的改善。从图4可知，高港边滩冲淤幅度不大。

从高港段航道条件看，高港边滩中上段的航道条件能满足12.5 m深水航道对航深和航宽的要求，高港边滩下段(也为泰兴顺直段左航槽的进口段)的12.5 m水深航宽略有不足。从近年来高港边滩段12.5 m等深线(-13 m线)变化看，边滩略有冲刷后退，边滩尾端略有下延。系列年10年末航道条件与近年来高港段的航道条件相似，高港边滩中上段的航道条件能满足12.5 m深水航道对航深和航宽的要求，高港边滩下段(也为泰兴顺直段左航槽的进口段)的12.5 m水深航宽略有不足(图5)。