三峡水库运行对长江下游龙潭水道河床演变的影响

2021-12-30杨小亭尚倩倩

中国农村水利水电 2021年12期

杨小亭，许慧，尚倩倩

（1.西藏农牧学院，西藏林芝 860001；2.南京水利科学研究院，南京 210024）

0 引言

长江下游江面宽阔，以分汊河型为主，不同分汊段之间多有节点或单一段控制，单一段的存在对上下游河道的演变传递起关键作用。研究单一段的河床演变以及其在上下游演变中的作用，科学地分析河道变迁发展的规律，对于合理地开发、利用及开展河道整治等都具有重要作用。

长江下游共有6个单一段，目前均呈单一弯道型，但这些单一段在历史上也是有江心洲的，后由于支汊的淤萎或人工堵塞发生并岸而形成了单一型［1］。龙潭水道是其中一个典型的单一弯道段，上下分别连接八卦洲水道、仪征水道两个分汊河段。水道内有龙潭港区，是长江干流重要的航运中心和港口转运点之一［2］。该水道为I 级航道，目前航道维护尺度为12.5 m×500 m×1 200 m（水深×宽度×弯曲半径）［3-5］。

龙潭水道河床演变过程具有明显的阶段性，三峡蓄水前经历了自然演变到受人工干预的演变；三峡蓄水后，受三峡水库拦蓄影响，下泄沙量大幅度减少，局部出现新的调整趋势。鉴于三峡工程运行对中下游河段影响的长期性，有必要分析研究三峡蓄水后水道河床演变特点，明晰三峡水库运行对水道河床演变的影响。

由于龙潭水道位于长江下游南京河段，沿江经济发达，岸线利用程度高，河道功能多样，因此相关研究多从工程对河道演变、防洪、航运等方面的影响进行探讨。相关研究［1，2，6-16］都表明了龙潭水道护岸等河道整治工程在维持河势稳定中的重要作用，朱宇驰等［6］分不同历史阶段对南京河段的冲淤分布和特性进行了分析，认为1986年前后是南京段（包括龙潭水道）冲淤转换的节点；李义天等［12］研究了下游河势对上游河势调整的响应方式，认为在自然演变条件下，龙潭水道受上游河势变化进而发生趋势性冲淤。吴威等［9］重点分析了兴隆洲心滩段的演变，从河岸稳定、深泓变化、心滩发展以及堤防安全等方面综合判定了兴隆洲心滩局部锚地疏浚对河势和防洪的影响；王华等［2］评估了龙潭港港区工程群建设对长江行洪的影响，认为港区建设造成水位略有壅高，但一定程度上加固了险工段，增强了河槽对主流约束能力，有利于稳定河势。综合来看，相关研究多集中在各种工程建设对水道演变和防洪等影响的方面，而关于三峡水库运行后下泄水沙变化对龙潭水道演变的影响方面研究则相对较少。

本文从龙潭水道演变过程出发，结合已有的研究成果，根据实测资料分析河床冲淤、洲滩、横断面及河道稳定性等方面的变化，分析三峡水库运行后水沙条件及其对河床演变的影响，预测河床演变趋势。

1 河道概况

1.1 河道基本情况

龙潭水道位于南京河段末端，上承八卦洲水道，下接仪征水道，水道范围从八卦洲尾（新生圩附近）至三江口，全长约23 km。历史上平面变形强烈，近代变迁主要是南冲北淤，依次经历了顺直→弯道→汊道→单一弯道的演变过程［1，16］。

龙潭水道与八卦洲水道右汊平顺衔接，而与八卦洲左汊成近90°交汇，平面形态呈反S 型。水道进出口右岸分别有西坝、三江口两个节点控制，弯道两端河宽较窄，中段左岸有兴隆洲和乌鱼洲凸岸边滩（图1），河宽相对较大。河道深槽紧贴凹岸，整体水深条件优良。

1.2 水沙条件变化

河道上游控制站有大通水文站，其间无大的分汇流，因此可采用大通站的水沙资料反映本河段的来水来沙情况。三峡蓄水前（1950-2002年）多年平均径流量为9 052 亿m3，多年平均输沙量为4.27 亿t；三峡蓄水后（2003-2019年）多年平均径流量为8 633 亿m3，多年平均输沙量（2003-2019年）为1.32 亿t，径流量略有减少，而来沙量则锐减了68%。三峡工程采用汛后蓄水、汛前消落的调度方式，汛末退水加快，蓄水期长江中下游流量减小，枯水期和消落期流量增大，由于长江下游流量还受到汉江、洞庭湖、鄱阳湖等入汇影响，因此，蓄水前后径流变化不明显，蓄水期径流减少约3%［17-20］；相比于径流，三峡水库蓄水后输沙量大幅减少，但年内分配仍大体与径流过程相对应，主汛期7-9月输沙量占全年的50%。

表1 大通站多年平均径流量年内分配表亿m3Tab.1 distribution of annual average runoff at Datong station

2 河床演变特点

2.1 三峡蓄水前演变

三峡蓄水前，龙潭水道由自然演变逐步转变为岸线受控下的演变，随着人类活动的增强，水道成为受工程控制较强的河道。主要特征表现为从顺直水道演变成为弯曲水道，进而发展成为分汊水道，兴隆洲左汊堵汊后又成为单一的弯道（图2）。

自然演变阶段：19世纪中期-20世纪初，龙潭水道岸线相对顺直，这一阶段，上游八卦洲左汊为主汊，龙潭水道受左汊出流和柯氏力的共同影响，右岸崩退，左岸淤长，逐渐向右弯曲发展，至1959年龙潭水道已逐步发展为弯道。

岸线受控阶段：之后在20 世纪60-70年代，随着上游八卦洲左汊衰退右汊分流增加，上弯道（八卦洲尾～拐头）左岸岸线崩塌、顶冲点大幅度下移，同时，右岸滋生乌龙山边滩并迅速发展淤长；而下弯道左淤右崩，其中以便民河口至龙潭河口一带的变形最大，使得百年前的右岸成为后来的左岸岸线，故20 世纪70年代开始在八卦洲右汊和西坝头一带陆续抛石护岸，同时对栖霞山至三江口也实施了护岸工程，整体上稳定了八卦洲汊道和龙潭上下弯道的河势；但随着八卦洲右汊不断发展，水流顶冲凸岸边滩，使边滩于1976年左右被切割，形成兴隆洲汊道；兴隆洲左汊分流在5%～6%，为稳定河势，1985年进一步实施了封堵左汊工程，此后，兴隆洲边滩右缘被切割形成串沟，整体来看龙潭两岸冲淤不大，深泓、断面形态均趋稳定，西坝头和三江口两处节点得以有效控制保护，已做护岸工程未遭特大洪水破坏，河势基本稳定［1，2，6-13］。

龙潭水道的演变受上游八卦洲水道变化、进出口节点以及治理工程的共同控制作用。在自然状态的演变过程中，龙潭水道上下弯道的冲淤、岸滩的消长变化，反映出上游八卦洲汊道演变向下游传递的响应关系。但从演变过程来看，龙潭水道呈不断向右弯曲发展的态势，而其进出口位置却基本稳定，主要是由于栖霞山、三江口、陡山节点的存在，抗冲性较好，使得水道进出口变化不大。在岸滩受控阶段，随河道治理工程的实施并逐渐发挥作用，最终形成了人工和自然节点并存的多节点控制格局，八卦洲水道主支汊汇流后，水流顶冲西坝～拐头一带控导岸线，经挑流作用后过渡至右岸，贴凹岸而下，经三江口节点挑流进入仪征水道。在治理工程的作用下，岸线边界稳定，而河道内凸岸边滩却随着八卦洲右汊的不断发展，而被切割，形成兴隆洲汊道，1976-1985年，龙潭水道江中有兴隆洲，为分汊河型，但其在兴隆洲左汊封堵工程后，又转换为单一弯道。

综上，三峡蓄水前的自然演变阶段，龙潭水道边界不稳，河道摆动幅度大，加之受上游八卦洲水道左右汊兴衰交替的影响，主流不稳，上下弯道的一侧岸线和对岸边滩均互为消长；在控导工程和堵汊工程的作用下，岸线边界稳定，加之上游河道也趋于稳定，龙潭水道基本稳定，河道变化主要体现在局部滩槽变化上。

2.2 三峡蓄水后演变

三峡水库蓄水以来，长江中下游来沙锐减，来水量以中小水年为主，与蓄水前相比，仅2005年、2010年、2012年水量较大，其余年份径流量均较蓄水前有所减小，尤其2006年来水最少，比蓄水前多年平均径流量减小了24%。水沙条件的变化，对龙潭水道的河床演变产生一定影响。

龙潭水道整体河势保持稳定，按目前的平面形状和水流特性，水道可分为上弯道长约5 km；过渡段（拐头～石埠桥）长约3 km；下弯道（石埠桥～三江口）长约15 km（图1）。左岸顶冲点基本稳定在西坝～拐头之间，局部崩窝逐年回淤，岸线及流线较为平顺，后经拐头向右岸过渡，至石埠桥以下主流贴右岸而下，经三江口节点进入下游仪征水道。

三峡水库蓄水后，龙潭水道冲淤变化较小（表2），水道河床变化主要表现在深槽冲刷以及兴隆洲串沟变化上（图3～4）。从洲滩变化看，龙潭水道洲滩平面位置基本稳定，三峡蓄水初期兴隆洲右缘上段冲刷，2005-2011年间，右缘累计冲刷后退约130 m，冲刷幅度为2 m 左右，2011年之后兴隆洲边缘冲淤幅度很小，年际间等高线左右摆动距离基本在80 m以内。从河床冲淤变化来看，上弯道和过渡段冲淤总量很小，略有淤积，但淤积部位主要集中在-20 m 以下的深槽部分；下弯段整体冲刷下切，冲刷部位也集中在-20 m高程以下的深槽部分，0～-20 m范围内有冲有淤，但幅度很小。从河道断面变化来看，深槽断面形态稳定，有冲有淤，水道中上段相对稳定，中下段局部有所冲深发展；上弯道、过渡段河相系数均在2 以内（表3），且年际间基本不变，断面稳定性很好；下弯道河相系数在2～4 之间，该处为河宽较大的区域，左岸有划子口边滩和兴隆洲的存在，河道水深较上下游浅，故河相系数略高，但年际间变幅很小，可以判断该段河床虽存在局部冲淤变化的可能，但整体来看稳定性较好。

表2 龙潭水道河床冲淤量统计表万m3Tab.2 Statistical table of river bed erosion and deposition in Longtan waterway

表3 龙潭水道各段河相系数统计Tab.3 Statistics of regime coefficient in each section of Longtan waterway

总体来看，本水道受三峡水库蓄水影响较大的部位位于兴隆洲串沟。三峡蓄水初期槽淤滩冲，串沟有小幅淤积，但随着清水下泄的持续作用，2011年之后串沟深槽呈缓慢冲刷发展态势。从串沟变化和水沙条件的对应关系来看，大水年的作用较大，中小水年串沟变化不大。如2012年大水年作用后，串沟头部小幅淤积，串沟中下段-10 m 线冲刷展宽了约130 m，最大冲幅3 m以上；随后中小水年作用下，串沟头部大水年产生的淤积又被冲刷，2013-2015年串沟头部稳定，串沟中下段有冲有淤也基本稳定。

可见，三峡蓄水后本水道洲滩总体稳定，龙潭水道维持单一弯道河型，局部滩槽发生调整，主要表现为兴隆洲串沟和下弯道深槽冲刷。