新水沙新边界下长江扬中河段演变分析及思考

2024-02-21姜中清田志军周东泉

水利规划与设计 2024年2期

姜中清，张玥，田志军，周东泉

(江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏扬州 225127)

1 研究背景

扬中河段上起五峰山下讫鹅鼻嘴，是长江中下游一类重点河段，河道全长87.7km，两岸为镇江、常州、无锡、扬州和泰州等5市，进、出口段分别由五峰山和鹅鼻咀两组节点控制，江面宽分别为1.1、1.4km[1]。扬中河段按形态及水流特性可分为上、下2个特征河段，界河口以上为太平洲汊道段，其间包含了太平洲，落成洲、录安洲、炮子洲等江心洲；界河口以下至鹅鼻嘴为江阴水道，为单一顺直微弯型河段[2]。

两岸地势低洼，普遍处于洪水威胁之下，堤防是沿江防洪的唯一防线，江中小岛扬中市防洪保安情势更为严峻。20世纪80—90年代，长江扬中河段先后实施了节点控制应急工程、一期整治工程。扬中河段一期整治工程中，按照“因势利导，全面规划，远近结合，分期实施”的原则，遵循河流自身变化的复杂规律，多方协调，不仅考虑了扬中河段上下游邻段的自然条件，还认真考虑了长江各段沿岸的人类活动情况，最后较好地协调了各个单项工程之间的矛盾点，有效处理了相邻河道整治工程的相互关系，从而为长江中下游整治工程的进一步实施奠定了坚实的基础[3]。

21世纪以来，又陆续实施了天星洲汊道河道综合整治、长江口12.5m深水航道上延南京相关的河道整治和长江干流江苏段崩岸应急治理等工程，夯实了大洪水无大崩岸、无大洪灾的良好基础。

2016年、2020年发生长江流域性大水，极端灾害性天气频发，崩岸险情时有发生，扬中接连发生2017年“118”坍江[4]和2020年丰乐桥崩岸。新水沙、新边界条件下，扬中河段存在局部水域主流动力轴线和汊道分流调整、重要节点和导流岸壁局部损毁、水下礁板沙和局部洲滩冲蚀后退、支汊过度发展等问题，岸坡不稳风险加大，影响河势稳定和防洪工程安全。

随着长江经济带、长三角区域一体化等国家发展战略的实施，以及沿江经济社会高质量发展需求[5]，对长江河势稳定和防洪安全等要求进一步提高。本文主要在分析实测水文和地形资料的基础上，分析扬中河段近年来的演变发展规律，并提出相应对策建议，为该河段整治工程的研究提供参考。

2 新水沙、新边界

随着三峡的建成运行以及扬中河段的河势控制和航道治理，河道的水沙条件、边界条件都发生了显著变化。

根据1950—2020年大通站的资料统计，三峡水库蓄水前，大通站多年平均径流量为9034亿m3，多年平均流量28540m3/s，多年平均输沙量4.26亿t，多年平均含沙量0.47kg/m3；三峡水库蓄水后，大通站多年平均径流量为8770亿m3，多年平均流量27720m3/s，多年平均输沙量1.34亿t，多年平均含沙量0.15kg/m3。与蓄水前相比，输沙量和含沙量锐减，降幅分别为68.5%、68.1%，水沙条件发生明显改变。

为遏制上游镇扬河段内和畅洲左侧汊道快速发展的态势，2003年在左侧汊道口门实施了1座潜坝工程，2015年6月—2017年5月又在汊道中部实施了2座潜坝工程[6]；为维持天星洲水域双分汊的河道形态，改善左汊水域条件，2014—2017年实施天星洲守护工程；为改善航道条件，先后实施了三益桥、鳗鱼沙两碍航浅段疏浚工程(2015年)及疏浚维护工程、落成洲洲头守护工程(2012年)、落成洲右汊进口段丁坝和护底工程(2010—2012年)、鳗鱼沙心滩守护工程(2015—2016年)。经过近期系列河势控制及航道治理工程，河道边界条件产生较大变化。

3 河道演变

3.1 河道边界、滩槽及分流格局总体稳定

扬中河段在进口五峰山、中段录安洲和天生港、出口鹅鼻嘴等天然及人工节点、20世纪60—70年代以来嘶马弯道等一系列沿岸护岸工程和码头工程控制作用下，分流、分沙及主槽走向多年来基本稳定，呈较为稳定的分汊格局，嘶马弯道岸线崩退得到有效控制，江阴水道多年来保持微弯单一的格局，稳定少变[7]，河道边界条件和平面形态逐步稳定。

长江南京以下12.5m深水航道整治工程及天星洲汊道综合整治工程的实施，落成洲洲头、鳗鱼沙心滩、天星洲等得到了守护，有利于分汊河道的稳定发展，总体河势相对稳定。

3.2 三峡水库蓄水运用后，清水下泄，河床总体冲刷

根据实测资料计算，在1999年1月—2020年12月期间，长江扬中河段净冲刷量6.42亿m3，河床平均刷深0.5m。其中，在三峡工程蓄水运用后的2006年5月—2011年10月河槽冲刷最为明显，净冲刷量2.05亿m3，平均刷深0.9m。扬中河段河床冲淤量统计情况见表1。

表1 扬中河段河床冲淤量统计表

根据2018年12月—2020年12月的实测资料计算，扬中河段各区域近期仍总体处于冲刷状态，河床平均刷深0.5m。其中太平洲汊道进口段刷深1.6m，泰兴顺直段冲淤平衡，左汊炮子洲录安洲段刷深0.1m，录安州右汊刷深0.3m，太平洲右汊(扬中夹江段)刷深0.5m，小泡沙右汊刷深2.4m，江阴水道刷深0.3m，仅嘶马弯道段淤积0.3m。

3.3 部分汊道分流仍在发生变化，支汊有所发展

随着上游和畅洲左右汊分流的调整，过五峰山节点后，主动力轴线有所南偏，太平洲洲头及其两缘附近水流水动力增大，近岸河床下切，江岸坍塌，改变了落成洲右汊和太平洲右汊的入流条件，落成洲右汊和小泡沙右汊等局部支汊均有所发展。

从分流变化来看，太平洲左右汊分流比基本稳定在89%和11%。太平洲右汊洪季及中水条件下在8.5%～12.7%间，枯季条件下在8%～11%间，洪季及中水条件下右汊分流分沙比较枯季条件下要大；受三益桥边滩淤长南压等因素影响，太平洲右汊分流分沙比近年来呈增加趋势。落成洲右汊20世纪80年代分流比仅10%左右，90年代分流比增加较明显，至2003年中水右汊分流比达19%左右；2010年前枯季分流比在15%左右，洪季在19%左右；2015年最大约23.8%。随着长江南京以下深水航道二期整治工程的实施，工程限流作用较为明显，洪季最小分流比为2017年8月18.9%，枯最小分流比为2019年2月15.2%。随着上游河势调整，主动力南偏、落成洲右汊航道整治潜坝局部冲刷等因素影响，2019年以来洪季分流均有所增加，2020年7月分流比约22.5%，2021年有所减小。太平洲右汊分流比20世纪70年代一般在10%以内，后续有所调整，近期维持在12%左右。如图1—2所示。总体而言，落成洲右汊、太平洲右汊分流自20世纪70年代以来总体处于发展态势，影响河势稳定和左汊主槽的通航条件。

图1 98大洪水条件下流速图

图2 98大洪水条件下流速等值线图(2020年地形)

20世纪80年代以来，小泡沙左右汊出现主支汊易位。平滩流量下1980年右汊分流比在13%左右，左汊分流比达87%；至2012年右汊分流比达53%，左汊仅47%；2021年2月右汊实测分流比达80%，相应右汊冲刷发展，左汊弯曲，成鹅头型汊道，阻力较大，呈萎缩态势；右汊较短，阻力较小，呈持续发展态势。小泡沙右汊的快速发展，左汊萎缩，出现主支汊易位现象。右汊河床大幅冲深，汇流顶冲位置发生变化，出现新的崩岸险情及对常泰大桥及通航产生不利影响。

3.4 局部区域河势仍处于调整期，崩岸时有发生

经过长期治理，大的崩岸险工段基本得到治理，但局部河势仍然处于调整期的水域仍存在崩岸隐患，甚至发生崩岸，主要表现在以下方面。

(1)近年来落成洲右汊分流分沙总体呈增加的趋势，右汊河床处于冲刷态势，河道过流断面扩大，太平洲洲头及其两缘局部岸坡增陡，丰乐桥段-35m深槽近邻堤防，且已造成数次坍江；此外，随着落成洲右汊的发展，杨湾段近岸水流水动力增大，河床冲刷加剧，礁板沙水下平台冲蚀后退较为明显，且出现两处-20m深槽伸向引江河口门。

(2)嘶马弯道红旗河口两侧近岸-60m深槽发育，扬中二墩港和小决港段-50m和-40m深槽逼岸，滩槽高差大，岸坡陡峻，存在崩岸隐患。

(3)扬中夹江口门刷深扩大，近年来分流有所增加，2021年7月达13.7%，小泡沙右汊发展，近岸出现-30m深槽，导致局部江岸坍塌，并危及小泡沙分汊格局和顶冲区域太平洲主江堤的稳定。

崩窝的发生并非近岸河坡过陡或快速陡化所致，近岸深槽大幅下切逼岸是导致崩窝的重要因素之一。崩窝发生后，虽然经过应急治理后，窝塘内开始回淤，但外侧大江段的宏观环境没有改变，该断面依然面临崩塌危险，应对该河段加强监测[8]。