长江下游东流水道河床演变特征分析及航道整治_李文全

2011 年 10 月

第 10 期总第 459 期

水运工程

Port & Waterway Engineering

Oct. 2011

No. 10

Serial No. 459长江下游东流水道河床演变特征分析

及航道整治

李文全，涂新民，杨祖欣，刘洪春

（长江航道规划设计研究院，湖北武汉 430011）

摘要：介绍长江下游东流水道河床演变特点，并对影响其演变的主要因素进行分析；预测近期河床演变趋势，指出虽然目前东港正处在发展过程之中，而作为航道跨河过渡槽的西港有萎缩的趋势，但西港依然有复苏的可能；针对东流水道目前航道存在的主要问题，为了加速实现西港冲刷发展趋势的形成，改善和稳定西港枯水通航条件，在定床模型上，对可能实施的工程方案进行水流特性认识性试验，根据试验成果，提出下一步东流水道航道整治思路。

关键词：长江；河床演变；航道整治

中图分类号：U 617文献标志码：A文章编号：1002-4972(2011)10-0083-06

收稿日期：2011-03-17

作者简介：李文全（1966—），男，教授级高工，主要从事航道整治研究。

Analysis of river bed evolution and discussion on waterway regulation thought

of Dongliu channel on the lower reach of the Yangtze River

LI Wen-quan, TU Xin-mi , YANG Zu-xin , LIU Hong-chun

(Changjiang Waterway Institute of Planning, Design and Research, Wuhan 430011, China) Abstract: This paper describes the bed evolution characteristics of Dongliu channel in the lower reach of the Yangtze River and analyzes the main influential factors then. It predicts the trend of the bed evolution, and pointis out that although the Donggang channel is in the process of developing, as the cross channel called Xigang is in a shrinking trend, the Xigang channel still has the possibility of recovery. For the main problems at present, in order to accelerate the formation of erosion trends of Xigang channel and improve its navigation conditions, some possible engineering measures have been tested in the fixed bed model. According to the results of the model test, it proposes ideas on the next-step regulation of Dongliu channel.

Key words: the Yangtze River; bed evolution; waterway regulation

东流水道为顺直多汊河型，历来是长江下

游重点碍航浅滩水道之一。2001年后，西港（航

道跨河过渡槽）逐渐冲刷发展，枯水航行条件相

对好转，为了稳定这种较好的航道形势，2004—

2006年对东流水道实施了航道整治工程。工程实

施后，本水道滩槽格局和莲花洲港枯水期分流形

势基本得到控制，枯水期西港航道条件一度较

好，满足4.5 m×200 m（航深×航宽）的整治标

准。但因当时未对东港进行控制，仍存在东港与

西港相互消长问题。近年来，东港枯水期分流比

逐年增大，相应西港分流比不断减少，老虎滩左

侧主航槽淤浅，滩尾累积性淤积下延，挤压西

港，枯水航道尺度下降。为了确保东流水道航道

畅通，需要实施新的航道整治工程。本文对今后

该水道航道整治思路和工程方案进行探讨。

1 概况

东流水道位于长江下游九江市—安庆市之

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水运工程2011 年

间，上起华阳镇，下迄吉阳矶，全长31km ，属顺直分汊河型。该水道进、出口段河宽较小，河道单一，中段河道放宽，洲滩较多，老虎滩、天

沙洲、玉带洲和棉花洲，在枯水期将河道分为多汊，从左到右依次为莲花洲港、天玉窜沟、西港、东港，河道形势见图1。

该河段处于扬子准地台坳地带范围内。水道左岸为望江凹陷，由抗冲性较差的冲积和湖积疏松物组成；右岸为二级阶地和山丘，沿江基岩出露，自上而下有凌家咀、牌石矶、老虎岗、乌石矶、稠林矶、杨家矶、吉阳矶等矶头，岸线较为稳定；河床和洲滩一般由粉沙、细沙组成，中值粒径为0.2 mm 左右，抗冲性较差。所以，主流位置摆动频繁、洲滩冲淤变形较大，河道宽浅，为长江下游典型的浅滩河段之一。2 河床演变特征及主要影响因素分析2.1 河床演变特征

东流水道河床平面形态特征和河床组成，决定了其演变特征。在自然状态下，随着河段内洲滩群的不断冲淤归并与切割分离，各汊道出现往复兴衰现象，使主航道位置随之在西港和莲花洲港之间不断调整变化。河床在年内存在“汛淤枯冲”的演变规律，在汛期流量较大时，因水流取直，常常会在莲花洲港进口和西港进口，产生大量泥沙淤积，特别是在遇到大水年份时，淤积更甚，汛后退水期，过渡段航槽冲刷，常发生主支汊易位现象，航道不稳，浅滩频现，严重碍航，在对其航道进行整治前，绝大多数年份不能满足4.0 m ×100 m 的航道维护尺度，甚至于出现船舶搁浅及海损事故，成为阻塞长江下游航道的瓶颈。

20世纪50年代初期，老虎滩（又称天心洲）

在稠林矶附近被水流切割，形成老西港(后称天玉

窜沟)，1954年长江大水之后，老西港进一步冲刷发展，莲花洲港衰退，至1960年，洪、中、枯水期老西港分流比分别达44%、52%和62%，成为主汊，航道条件一度较好。1970年以后，随着老虎滩尾的不断淤积下延，老西港由盛转衰，1977年老西港基本淤废，航道改走莲花洲港，1982年5月，莲花洲港分流比达到55%，但因莲花洲港进口浅区较多，枯水期仍常需挖槽疏浚维持通

航，在此期间，又孕育着老虎滩尾被水流切割形成新汊问题。1981年长江大水，玉带洲与棉花洲之间冲刷出现窜沟，老西港萎缩，被称为天玉窜沟，老虎滩尾部被水流切割，形成新西港（称为西港）和天沙洲。1998年、1999年长江大水，西港与莲花洲港进口均出现严重淤积现象，之后，因莲花洲港进口娘娘树边滩发育，上深槽尖潭右摆，趋向西港，西港发展成为枯水主航道。至2003年12月，西港分流比达到43%，5 m 水深航槽上下贯通，最小宽度达180 m ，4 m 水深航槽最小宽度达250 m ，枯水航道条件明显好转。

为了稳定当时较好的航道形势，2004—2006年长江航道局实施了东流水道航道整治工程，选择主航槽上段走老虎滩左汊，下段走玉带洲右汊，航道跨河过渡槽选在正处于发展阶段的西港。整治工程由以下3部分组成[1]（图1）： 1）老虎滩1#～10#护滩带工程——防止滩体冲刷、切割，保持老虎滩的完整。

2）左岸娘娘树一带1#~3#丁坝工程——坝

头高程为航行基面上3 m （航行基面为黄海高程

图1 东流水道河势

注：绘图基面为85国家高程基准。

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2.69 m），以限制莲花洲港的发展，适当调整分流比，引导水流向西港过渡。

3）玉带洲头鱼骨坝（坝头高程为航行基面上2 m）、玉带洲低滩护岸、11#护滩带工程——防止玉带洲洲头及头部低滩崩退，控制西港和莲花洲港的分流比，稳定西港过渡段航槽。

该整治工程的修建，对于稳定东流水道上、下滩群和西港过渡段的平面位置起到了重要作用，限制了莲花洲港的发展和枯水航道位置的左右摆动。自工程实施以来，莲花洲港枯水期分流比变化不大，基本维持在28%左右（表1）；但因当时东港未做任何控制工程，东港枯水期分流比逐年增大，相应老虎滩北槽和西港分流比却连年下降。2003年12月—2010年11月，枯水期东港分流比从13.8%增大至40%，西港分流比从43%下降到15%，

从而造成东港河床冲刷，老虎滩北槽和西港淤积。至2010年11月，老虎滩北槽4.5 m水深航槽已断开1 600余米，老虎滩尾逐年淤积下延，挤压西港，西港5 m水深航槽最小宽度从2006年12月的300 m，至2010年11月降至50 m，4.5 m水深航槽最小宽度也从300余米缩窄至不足100 m，汛后被迫采取挖槽疏浚措施。西港枯水航道条件正向不利方向发展。

表1 东流水道汊道分流比变化

测时

水位

（航行基面）/m

流量/

（m3·s-1）

分流比/%

东港西港天玉窜沟莲花洲港

2003-12 2.4312 19613.843.015.028.2 2006-11 2.2012 58926.235.910.427.5 2007-10 4.6419 25426.632.813.027.6 2009-11 2.8014 42134.326.111.727.9 2010-11 2.5813 20040.015.018.027.0

2.2 影响演变的主要因素分析

1）上游来水来沙条件和河床组成与形态特征，是影响本河段河床演变的重要因素之一。

长江中下游分汊河段一般均存在汊道周期性交替兴衰的演变规律[2]。由于本河段中部河宽较大，形成多汊，水流分散、主流位置频繁摆动，各汊道交替兴衰的现象表现得就更明显。在上游来水较大时，流向取直，在稠林矶附近，与洪水流向有一定夹角的莲花洲港进口和西港进口，往往会产生泥沙淤积，来水流量越大，含沙量越高，淤积的泥沙就越多，汛后水位降落，水流归槽时又发生冲刷。所以，西港和莲花洲港进口均呈现出“涨淤落冲”和枯水航道不畅、过渡段航槽位置经常变更的特征。2003年三峡水库蓄水运用以来，虽然下游来沙量较水库蓄水前减少约2/3，汛期泥沙淤积量减少，但东流水道上述演变规律和冲淤特征基本未变，而且，由于水库汛后蓄水期间，下泄流量较常年陡减约50%，下游河段落水冲刷能力减弱，这也可能是西港航槽自2003年以来持续恶化的原因之一。

2）已实施的航道整治工程增加了河道阻力，促使老虎滩左槽淤积和东港分流比的增大。

根据东流水道航道整治工程定床模型试验研

究结果[1]，仅在娘娘树边滩修建丁坝群工程后，在整治流量Q=1 5691 m3/s时，上游水位明显壅高，1#水文断面水位壅高0.046 m，另增建玉带洲头鱼骨

坝后，东港分流比增大约1.8%。

整治工程增加了河床阻力，必然引起上游水

位和汊道分流比的变化，从而也引起河床的冲淤

变化。从图2可以看出，自2003年12月以来，老虎

滩上游江中-5 m深槽明显右移，老虎滩北槽河床

逐年淤高，东港河槽冲深展宽；在娘娘树边滩丁

坝群上游CS45断面，老虎滩北槽最深点淤高约3.0 m，而东港冲深、展宽分别约1.0 m和190 m；上游华阳镇边滩冲刷下移的泥沙，一部分落淤在东角冲附近，形成凸入江中的边滩，在CS37断面，滩缘2 m等高线向江中推进750 m，最大淤积厚度超过10 m，迫使江中-5 m高程深槽向右移动约530 m，从而造成老虎滩前沿低滩和东港进口的冲刷。从2003—2010年，老虎滩头-2 m、0 m等高线均下移200余米，东港进口普遍冲深2 m左右，这是造成东港分流比逐年增大的直接原因。

李文全，等：长江下游东流水道河床演变特征分析及航道整治

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3）天沙洲的不断冲刷崩退，有利于天玉窜沟

的冲刷发展和老虎滩尾部的淤积下延，进一步促使西港过水断面的减小和萎缩。

天玉窜沟走向与洪水流向夹角相对较小，20世纪60年代前后，曾一度发展成为主汊（即上述老西港），航道条件较好。在东流水道整治工程实施之前，该窜沟处于冲刷发展状态，基于当时的认识，为了适当增加西港分流比，在玉带洲头鱼骨坝右侧，将护底排从刺坝头部外延130 m 左右，铺至天沙洲左缘，4#刺坝护底带右端已至天沙洲左缘2.69 m 高程处，实际上是以护底带的形式限制天玉窜沟的发展，这也是一期工程存在的问题。工程初期，受天玉窜沟进口护底带的影响，确实起到了减小其分流比的作用，枯水期分流比由工程前2003年12月的15%，至工程竣工后的2006年11月降至10%。然而，由于天沙洲头部不断崩退，洲体变窄（从2003—2010年，洲头平均每年崩退100余米，洲面最宽处由330 m 变为130 m ），（见图2a ），使

刺坝右侧护底排头已脱离天沙洲左缘，排头冲出深槽，在4#刺坝下游因绕流冲刷，河床最低点高程由-2 m 降至-15 m 左右。所以，至2010年11月，天玉窜沟分流比已增大到18%。

2.3 演变趋势预测

由于东流水道已建航道整治工程主要为低滩守护工程，基本能够起到稳定洲滩形态和控制莲花洲港枯水分流比的作用，但因未对东港采取控制措施，不能改变东港与西港汊道交替兴衰的演变规律。所以，本河段未来演变特征，主要表现为东港与西港的相互消长。

为了进一步掌握东流水道今后的演变规律，在动床模型中，通过包括10个水文年在内的长系列年试验，对演变趋势进行了预测。

东流水道航道整治模型范围上起张公矶，下止杨家矶，全长约32 km ，平面比尺为420，垂直比尺为120。动床范围上起牌石矶，下止湖东村，长约22 km 。河床演变趋势预测试验成果表明[3]：无论是大水年份或是中小水年份，近期东角冲边滩难以冲失，东港进口如果不受地质条件限制，在今后一段时期内，仍会存在冲刷发展、分流比逐年增大的趋势；相应老虎滩北槽及其西港进口过渡段航槽淤积，枯水航道条件有可能逐年变坏；莲花洲港变化相对较小。

目前，若不采取工程措施抑制东角冲边滩淤

长和限制东港分流比的增大，东港仍有冲深发展

图例

a ）河床平面变化

N b ）老虎滩中部CS45

断面河床变化

N

c) 老虎滩头上游CS37断面河床变化

图2 2003 ~2010年东流水道上段河床变化对比

?87 ?第 10 期李文全，等：长江下游东流水道河床演变特征分析及航道整治

之势，但因河床边界限制，东港进口河床展宽的可能性不大；天沙洲的不断崩退和天玉窜沟分流比的增大，必然引起老虎滩尾部不断淤积下延，西港进口进一步淤窄、分流比减少。作为航道跨河过渡槽的西港，枯水航道条件变坏的趋势一时难以好转。

但是，如果今后东角冲边滩能够冲刷变窄，造成主流位置左摆，也有可能使东港分流比趋于减小，相应老虎滩左槽分流比增大；其下受娘娘树边滩丁坝群的影响，主流右摆，仍有造成西港重生的希望，然而，天沙洲持续崩退、缩窄，老虎滩尾部不断淤积下延的趋势在所难免，仍会影响西港枯水航道条件的改善。

3 航道整治思路

东流水道前期航道整治工程航线选择为：上走通航条件较好的老虎滩左汊（主汊），下走航道条件一直较好的玉带洲右汊，中间过渡段航槽只能选为西港，且当时西港正处于发展阶段，这种选线是正确的。虽然目前东港水深条件良好，且短期内有进一步发展的可能，但将其作为航道使用并不理想，主要是因为：东港上段有少数礁石存在，出口段右岸稠林矶使水流紊乱，不利于船舶安全航行；东港内航道宽度有限，特别是进口，4.5 m水深航槽最小宽度不足200 m，且受地质条件的制约，进一步展宽的可能性不大，不能适应长期航道发展规划的要求。尽管目前西港处在萎缩时期，但汊道交替兴衰的演变规律并未改变，西港复兴的可能性仍然存在。基于以上原因，今后在本河段航道整治中，航线的选择仍应与一期工程保持一致，不过，东港可以作为备用航道，航道整治思路应为：如何在前期航道整治工程的基础上，采取工程措施，加速实现西港冲刷发展趋势的形成，改善和稳定西港枯水通航条件。

从上述河床演变趋势分析来看，要实现西港的复兴，关键在于如何消除东角冲边滩的影响和适当减小东港分流比，促使老虎岗上深槽位置的左移，同时，应进一步设法增加西港枯水分流比。为此，在定床模型中对控制东港分流比和增加西港分流比的单项工程措施（东港内潜锁坝工程、东港进口上游右岸丁坝工程、老虎滩头部鱼骨坝工程和堵塞天玉窜沟工程等，如图3所示）进行定性的、探索性的试验研究。试验结果表明[4]：

1）东港内潜锁坝工程、老虎滩头部鱼骨工程或东港进口上游右岸丁坝工程，对于减小东港枯水分流比都有一定的作用。东港内潜锁坝高程越高，对减小东港中、枯水流量下的分流比的效果越明显。当坝顶高程从航行基面下6 m上升至航行基面下3 m时，东港枯水分流比减幅从1%增大至5%，但是，东港内潜锁坝工程，很难起到限制上游左岸东角冲边滩淤长的作用，且按现行的航道维护标准，当坝顶高程高于航行基面下4.5 m以后，东港将失去作为备用航道使用的能力；东港进口上游右岸丁坝对东港分流比的控制作用与丁坝距东港进口的距离有关。当丁坝高程为航行基面上3 m

，丁坝距东

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港进口距离超过2 000 m时，对减少东港枯水分流比的作用甚微，而当丁坝距东港进口缩为900 m左右时，可使东港枯水分流比减小7%，但在丁坝头部出现强烈绕流现象，流态紊乱，流路弯曲，不利于将东港作为备用航道；老虎滩头鱼骨坝工程对减小东港分流比的作用，主要与鱼骨坝的高程和脊坝头至右岸水边的距离有关，当坝头高程为航行基面上3 m、脊坝头与右岸水边的距离为690~550 m时，可使东港枯水分流比减小2%~4%。

2）封堵天玉窜沟能够达到增加西港枯水分流比、促使西港冲刷发展的目的。当天玉窜沟锁坝高程为航行基面上3 m时，枯水季节天玉窜沟不过流，原经天玉窜沟的分流量约有62%进入西港，但另有38%进入莲花洲港，这是由于堵坝工程增加了水流阻力的结果。

因此，将上述老虎滩头鱼骨坝工程与天玉窜沟潜锁坝工程结合起来，不失为东流水道今后航道整治可选方案之一。但值得注意的是，西港枯水分流比的增大，有可能加速天沙洲的崩退速度和老虎滩尾部继续淤积下延，同时，天沙洲冲失后，突出于江中的堵坝工程，形成丁坝挑流现象，流态紊乱，不利于航道条件的改善。与其如此，不如将封堵正处于发展阶段的天玉窜沟工程改为加固已建玉带洲头鱼骨坝工程和护滩护岸工程，待天沙洲崩退至一定程度后，挖除天沙洲，使西港与天玉窜沟合二为一，恢复历史上航道条件曾一度较好的老西港作为跨河过渡段航槽。这种做法，更有利于过渡段航槽的稳定，因老西港（天玉窜沟）走向与洪中枯水流向较为一致，且也避免因堵塞天玉窜沟造成增大水流阻力和增加莲花洲港分流比问题，至于老虎滩尾部淤积下延有可能造成新的切滩问题，可以在适当时机，对老虎滩尾部进行守护，并与前期已建护滩工程连为一体，将这种有利的新形成的西港航槽控制和稳定下来。4 结语

东流水道前期航道整治规划所选航线基本合适，同时，根据因势利导的原则，抓住有利时机实施的工程措施，对于稳定洲滩形势和莲花洲港枯水分流比起到了重要作用，也为之后航道整治奠定了基础。根据东流水道目前存在的主要问题和近期演变趋势来看，下阶段航道整治思路应为：如何在前期航道整治工程的基础上，进一步采取工程措施，加速实现西港冲刷发展趋势的形成，改善和稳定西港枯水通航条件。整治工程宜分两步实施：第一，在老虎滩头部增建鱼骨坝工程或其它旨在减小东港枯水分流比的工程，并对前期已实施的玉带洲头鱼骨坝工程（不包括天玉窜沟护底带工程）和护滩工程进行加固，促使老虎滩左槽和西港冲刷发展，并防止因天玉窜沟冲刷发展造成前期工程的破坏；第二，待天沙洲崩退至一定程度后，挖除天沙洲，使西港与天玉窜沟合二为一，形成新的过渡段航槽，同时根据老虎滩尾部下延情况，对其进行守护，以防切滩。

参考文献：

[1] 赵德玉, 谭伦武, 郑英. 长江下游东流水道航道整治工

程初步设计阶段动床床模型试验研究报告[R]. 武汉: 长江航道规划设计研究院, 2003.

[2] 钱宁, 张仁, 周志德. 河床演变学[M]. 北京: 科学出版社, 1987.

[3] 李文全, 刘洪春, 雷家利. 长江下游东流水道航道整治

二期工程工可阶段动床模型试验研究报告[R]. 武汉:长江航道规划设计研究院, 2011.

[4] 李文全, 王伟峰, 雷家利. 长江下游东流水道航道整治

二期工程工可阶段定床模型试验研究报告[R]. 武汉:长江航道规划设计研究院, 2010.

（本文编辑郭雪珍）