长江中游典型微弯放宽河段浅滩演变及航道整治措施

江凌

(长江航道规划设计研究院，湖北　武汉　430040)

【摘　要】　微弯放宽河段在长江中游分布广泛，河道内一般发育有边滩或心滩或两者并存，滩体变化对航道条件影响较大。鲤鱼山水道为长江中游典型微弯放宽河段，近期由单一河槽演变为枯水双槽，航道条件向不利方向发展。本文在总结河床演变特点的基础上，深入分析了浅滩演变特点及碍航特性，研究提出了提高航道水深至6m的航道整治措施。研究结果表明，浅滩水深与来水来沙条件及心(边)滩变化有关，由于心滩较低矮、边滩易冲刷，大水年主航槽航道尺度易不足6m×200m(水深×航宽)；为改善航道条件，受限于外部环境因素，航道整治宜采取对黄莲洲心滩已建护滩带进行加高与北槽疏浚相结合的工程措施。

【关键词】　长江中游；微弯放宽河段；浅滩演变；航道整治

基金项目：国家重点研发计划(2016YFC0402105)。

作者简介：江凌(1981—　)，女，湖北武汉人，高级工程师，博士，主要从事航道整治研究工作。

E-mail：630791281@qq.com

1　引言

微弯放宽河段在长江中游分布广泛，河道内一般发育有边滩或心滩，或两者并存。三峡工程蓄水以前，微弯放宽河段内洲滩冲淤消长，航道条件总体稳定；三峡工程蓄水后，洲滩冲淤规律发生变化，总体以冲刷为主，航道条件发生不利变化或有不利变化趋势。为落实国家长江经济带发展战略、推动沿江经济社会发展，针对长江中游“中梗阻”问题，湖北省委省政府和交通运输部提出推进“安庆至武汉6m、武汉至宜昌4.5m长江深水航道整治工程”(简称“645工程”)的战略目标。鲤鱼山水道为位于长江中游武汉至安庆河段的典型微弯放宽河段，三峡工程蓄水以前，河道两侧边滩发育、此消彼长，河槽单一；三峡工程蓄水后，河心心滩发育，形成枯水双槽，航道条件向不利方向发展，难以长期满足6m水深要求。因此，有必要对鲤鱼山水道浅滩演变特点及航道整治措施进行研究，可为“645工程”建设提供参考。

本文全面总结了鲤鱼山水道历史和近期河床演变规律，深入分析了来水来沙条件、洲滩变化对浅滩演变的影响，揭示了碍航特性；在此基础上，对工程调整部位进行了初步分析，结合外部环境敏感点，提出了提高航道水深至6m的航道整治措施。

鲤鱼山水道的航行基准面为6.48m(1985国家高程基准)，本文采用航道测图的等深线标准均相对于航行基准面，航行基准面以上为负值、航行基准面以下为正值。

2　河道及航道概况

鲤鱼山水道上起半边山、下讫上巢湖，全长约12km，为两头窄、中间宽的微弯型河道，进口受半边山、冯家山节点控制，出口受尖山节点控制，中间放宽段左岸为厍家湾边滩，右岸边滩发育，深槽居中(图1)。三峡工程蓄水以来，受来水来沙变化及区域采砂等影响[1]，进口深泓右摆，放宽段右岸边滩冲刷成槽，逐步形成黄莲洲心滩，枯水期河道呈双槽分流格局，北槽为主槽和主航道。

鲤鱼山水道航道尺度基本能够达到4.5m×200m×1050m(水深×航宽×弯曲半径，下同)，但黄莲洲心滩冲刷，部分年份北槽进出口淤积，出现浅包、沙埂，少数年份4.5m等深线宽度不足200m，航道条件不稳定，并有向不利方向发展的趋势。为抑制黄莲洲冲刷、稳定滩槽格局，维持北槽4.5m×200m×1050m规划目标畅通，2015年7月开始实施鲤鱼山水道航道整治工程，在黄莲洲心滩建设一纵四横梳齿型护滩带。该工程已于2016年10月完工。

目前鲤鱼山水道所在的武汉至安庆河段航道枯水期最小维护尺度为4.5m×200m×1050m。

3　河床演变规律

受两岸天然山矶制约，历史上本水道河床平面形态变化较小。自1842年以来，鲤鱼山水道一直保持微弯形态，河床演变主要表现为河道内边滩、心滩的冲淤消长[1]。

鲤鱼山水道航道整治工程实施以前的近期演变可分为三个阶段(图2)[2]：1998年以前，河道基本维持了两岸边滩或心滩、深槽居中的滩槽格局不变，深泓走势为半边山至盘塘由右岸侧向左岸过渡、盘塘以下再向右岸上巢湖一带过渡、上巢湖以下贴右岸，河床演变主要表现为河道内凸岸厍家湾边滩和凹岸边滩(心滩)冲淤消长；1998年至三峡工程蓄水以前，受1998年、1999年连续特大洪水影响，进口右岸侧河床冲深、深泓右摆，右边滩冲退，厍家湾边滩冲淤交替；三峡工程蓄水以来，来沙减少，右边滩基本冲失，河心形成黄莲洲心滩将河道分为南、北槽，南槽冲深发展，心滩及厍家湾边滩频繁冲淤交替。另外，三峡工程蓄水以前，河道输沙总体平衡，厍家湾边滩与右岸边滩存在此消彼长的对应关系；三峡工程蓄水以来，受来沙大幅度减小影响，河道以冲刷为主，厍家湾边滩与黄莲洲心滩此消彼长的对应关系不明显[3]。

鲤鱼山水道航道整治工程实施以来，滩槽格局较稳定，黄莲洲心滩淤积，厍家湾边滩上冲、下淤，北槽冲刷、南槽淤积。从2015年3月、2016年3月、2017年2月三个测次的0m滩形对比(图3)来看，黄莲洲心滩的0m滩体大幅上延，面积增大，由2015年3月的0.55km2增至2017年2月的1.41km2，而且，滩顶高程也由2015年3月的航行基面以上2.3m增至2017年2月的航行基面以上3.5m；厍家湾边滩的0m滩体上段最大后退约60m，下段最大淤积展宽253m，且在北槽出口处出现零散的0m滩体。

4　浅滩演变特点

鲤鱼山水道的上、下深槽分别位于河道进、出口的束窄段，其中，半边山以下的上深槽居中且有偏靠左岸侧向下延伸的趋势，下深槽一直稳定于上巢湖附近的河道右岸侧。浅滩位于北槽，出浅部位一般位于张树柏附近或北槽出口，其形成特点为：汛期水流漫江，张树柏以上河段，随着河道展宽，流速沿程减小，泥沙落淤，而张树柏以下河段，随着河道缩窄，流速沿程增加，河床发生冲刷；中枯水期，水流归槽集中，张树柏以上段北槽河床发生冲刷，但由于受尖山深槽吸流及卡口壅水影响，北槽出口主流右摆，偏靠左岸侧为缓流区，致使冲刷下移的泥沙在此处落淤。

年际间北槽浅滩的水深与来水来沙条件以及黄莲洲心滩、厍家湾边滩变化均有关。首先，遇较大水年，北槽上段汛期淤积幅度较大，汛后冲刷不及时而使水深条件较差；中小水年，水深条件相对较好。不同年份北槽深泓最浅点高程及其与来流条件的对应关系见图4。鲤鱼山水道航道整治工程实施以前，经历2005年、2010年、2012年较大水年，枯水期深泓最浅水深约5m；鲤鱼山水道航道整治工程实施后，浅滩水深条件略有增加，经历2016年较大水年，深泓最浅水深约6m。其次，心滩规模较小，滩体束水归槽作用较小，北槽水深较小，反之，水深较大。黄莲洲心滩形成以来的滩体形态及北槽深泓最浅水深统计见表1。2008年以前，黄莲洲心滩处于发育阶段，滩体规模较小，0m滩形面积不超过0.2km2、滩顶高程低于航行基面以上2m，北槽枯水期最小水深为4.7～7.4m；2008—2015年心滩形成一定规模，0m滩形面积不超过0.3～0.6km2、滩顶高程为航行基面以上1.0～2.5m，北槽枯水期最小水深有所增加，为5.0～7.8m；2016年以来，随着鲤鱼山水道航道整治工程的实施，心滩规模进一步加大，北槽枯水期最小水深为6.3～7.1m。最后，厍家湾边滩上段冲刷，北槽上深槽沿左岸侧向下发展，同时边滩下段向河心斜向淤积，使上下深槽呈交错之势，北槽水深条件发生不利变化，如2011年2月、2013年4月河势。

5　碍航特性

按照6.0m×200m航道尺度对三峡工程蓄水以来枯水期鲤鱼山水道北槽航道条件进行核查(表2)，可以看出：鲤鱼山水道航道整治工程实施以前，在黄莲洲心滩发育形成期(2008年以前)，心滩规模尚小，枯水期6m等深线常年不通；随着心滩形成一定规模(2008—2015年)，航道条件总体好转，主要在较大水年过后6m等深线断开，如2011年2月、2012年11月、2013年4月；鲤鱼山水道航道整治工程实施以来，随着黄莲洲心滩的淤积，航道条件总体较好，但较大水年过后，6m等深线仍明显缩窄，如2017年2月。

因此，将航道尺度提高至6.0m×200m，本水道的碍航特性主要表现为：随着黄莲洲心滩的稳定，在枯水双槽、北槽为主的滩槽格局下，由于位于放宽段的北槽中上段输沙能力有限，厍家湾边滩较大水年易冲刷，同时南槽有缓慢发展之势，大水年北槽航道尺度易不足。

6　航道整治措施

6.1　工程部位初探

当前滩槽格局下，北槽的水流动力主要受到航道边界(黄莲洲心滩、厍家湾边滩)以及南槽分流的影响(图5)。本文通过分析这些因素的具体影响情况，初步判断工程部位。

(1)黄莲洲心滩。已实施的黄莲洲心滩守护工程维持了心滩的完整，但滩体仍较低矮，滩顶高程一般低于航行基面以上3m。根据数学模型开展的黄莲洲心滩守护工程实施后不同流量条件下水流结构认识性试验成果，枯水流量10000～21200m3/s时心滩便已过流[4]。可见，滩体束水归槽作用发挥的流量较小，促进北槽退水冲刷的作用有限。

而且，心滩守护工程的头部目前仅位于斜向水流开始明显的区域，考虑到北槽汛期淤积部位主要位于张树柏以上放宽段，可将心滩适当上延，对促进北槽进口冲刷有利。数学模型开展了护滩工程上游侧河床冲淤对水流结构影响的认识性试验[4]，研究表明：工程上游侧河床冲刷后，枯水流量条件下，北槽分流比有所减小，同时进口流速也有所减小，且冲刷幅度越大，变幅越大；上游侧河床淤积后，枯水流量条件下，北槽分流比有所增大，同时北槽、南槽进口流速均有所增加，南槽出口处流速有所降低，且淤积幅度越大，变幅越大。这些认识说明护滩工程上游侧河床冲淤是影响北槽水流动力的关键因素之一。

因此，为增强北槽进、出口水动力条件，可将心滩进行适当加高和上延。

(2)厍家湾边滩。厍家湾边滩变化主要发生在前沿低滩。黄莲洲心滩守护工程实施以前，随着黄莲洲心滩的发育，边滩冲刷后退；2008年黄莲洲心滩发育成一定规模以来，厍家湾边滩年际间沿程冲淤交替。黄莲洲心滩守护工程实施以来，心滩稳定，而边滩上冲、下淤，厍家湾边滩的稳定对维持北槽航道条件的重要性凸显。

数学模型开展了厍家湾边滩冲刷对水流结构影响的认识性试验[4]，研究表明：厍家湾边滩冲刷后，北槽分流比有所增大，但由于河道展宽，局部水流分散，主航槽区域内流速反而降低。当厍家湾边滩冲刷深度为3m时，在枯水流量下北槽分流比增大约0.35%，北槽内流速减小0.01m/s的范围几乎覆盖整个河槽、流速减小0.03m/s的范围长达1200m。可见，抑制厍家湾边滩冲刷是维持北槽航道条件的关键因素。

而且，未来在来沙减少的条件下，厍家湾边滩将呈冲刷之势。因此，为抑制北槽展宽，防止北槽水流向左岸侧分散，可对厍家湾边滩的中上段进行守护。

(3)南槽。黄莲洲心滩守护工程实施以来，南槽总体略有淤积，据数学模型统计，水流流速为10000m3/s时，工程实施后的2016年3月比较2015年3月，南槽分流减小了2%[4]。工程初步抑制了南槽的冲刷发展。但由于中水持续时间长的年份南槽易冲刷发展，而且心滩守护工程加高及上延也会增加南槽一侧局部水流流速，因此，南槽仍可能再度冲刷发展。

数学模型开展了南槽冲刷对水流结构影响的认识性试验[4]，研究表明：南槽冲刷后，北槽分流比有所减小，模拟南槽冲刷深度分别为1m、3m时，枯水流量下北槽分流比减小幅度分别为0.85%、2.42%；同时，北槽和黄莲洲心滩附近流速有所减小。

可见，为防止南槽冲刷发展，可通过在南槽进行护底或将心滩头部上延对南槽入流进行适当控制。

6.2　工程建设的外部环境敏感点

鲤鱼山水道外部环境复杂，涉及生态保护区、港口码头、取排水口、渡口、桥梁、采砂区、锚地等(图6)，具体如下：

(1)北岸侧部分水域及滩地位于湖北武穴长江外滩省级湿地公园范围，为湖北省生态保护红线区的一类管控区。根据《湖北省生态保护红线管理办法(试行)》，一类管控区内，除必要的科学试验、教学研究以及现有法律法规允许的民生工程外，禁止任何形式的开发建设活动，不得发放排污许可证。

(2)北岸涉及武汉新港武穴港区、南岸涉及黄石港阳新港区，码头分布密集。其中，武汉新港规划岸段的航道维护水深按6m考虑，黄石港规划岸段的航道维护水深按4.5m考虑。

(3)上段南岸侧的一级支流富水河河口、阳新长江干堤上建有富池大闸，大闸设计排水量7—9月为2920m3/s、5—6月为3330m3/s。目前，阳新县交通局正在开展富水(富池至排市段)航运开发工程的前期研究工作；中段南岸侧有富池镇水厂取水口，为趸船取水，服务富池镇，服务人口为3万人，实际取水量为76万t/年。

(4)北岸侧盘塘闸附近设置有连通北岸武穴市盘塘村、南岸阳新县富池镇的武穴市盘塘公路盘塘汽(人)渡口，据统计，年渡运车辆约7万台、渡运旅客近30万人。

(5)出口上巢湖附近在建武穴长江公路大桥，该大桥采用主跨768m高低塔混合梁斜拉桥方案，右主墩布置在岸上，左主墩常年位于水中，左辅助墩位于厍家湾边滩上。

(6)北岸侧的厍家湾边滩右缘设置有龚龙湾采砂区，采砂区长1200m、宽250m。

(7)上段南岸侧水域现有富池锚地(供杂货船锚泊)。

6.3　航道整治措施

为推进“645工程”建设，按照“生态优先、统筹兼顾，因势利导、整疏结合”的航道整治原则[5]，考虑到汽渡线对已建护滩带上延的限制、两岸港区发展对南北槽水深的需求、生态保护红线区对厍家湾边滩守护工程的制约，鲤鱼山水道航道整治措施为：加高黄莲洲心滩已建护滩带工程以增强滩体的束水归槽能力，疏浚北槽以归顺水流，从而共同促进北槽冲刷，改善航道条件，使航道尺度达到6m×200m。

7　主要研究结论

(1)鲤鱼山水道河道外形变化较小，但河道放宽段的边滩、心滩多变。鲤鱼山水道航道整治工程实施以前，右岸边滩冲刷成槽，黄莲洲心滩发育，形成枯水双槽，同时，黄莲洲心滩极不稳定且有冲刷之势，左岸侧厍家湾边滩冲淤交替。鲤鱼山水道航道整治工程的实施，基本稳定了枯水双槽格局。工程实施以来，黄莲洲心滩以淤积为主，厍家湾边滩上冲、下淤，北槽冲刷、南槽淤积。

(2)年际间北槽浅滩的水深条件与来水来沙条件以及黄莲洲心滩、厍家湾边滩变化均有关。一般而言，遇较大水年，北槽上段汛期淤积幅度较大，汛后冲刷不及时而使水深条件较差，中小水年，水深条件相对较好；心滩规模较小，滩体束水归槽作用较小，北槽水深条件较差，反之，水深条件较好；厍家湾边滩上冲下淤，北槽上深槽沿左岸侧发展，与下深槽呈交错之势，北槽水深条件变差。

(3)鲤鱼山水道自双槽格局形成以来，在黄莲洲心滩发育形成期，枯水期6m等深线常年不通；随着心滩形成一定规模，航道条件总体好转，主要在较大水年过后6m等深线断开。随着黄莲洲心滩护滩工程的实施，枯水双槽、北槽为主的滩槽格局不会发生变化，但航道尺度提高至6m×200m，由于位于放宽段的北槽中上段输沙能力有限，厍家湾边滩较大水年易冲刷，同时南槽有缓慢发展之势，大水年北槽航道尺度易不足。

(4)北槽的水流动力主要受到黄莲洲心滩、厍家湾边滩以及南槽分流的影响，但由于工程建设涉及生态保护区、港口码头、渡口、采砂区等外部环境敏感点，为改善北槽航道条件，使其航道尺度达到6m×200m，鲤鱼山水道航道整治宜采取对黄莲洲心滩已建护滩带进行加高与北槽疏浚相结合的工程措施。

参考文献：

[1]　江凌,黄成涛.长江中游新洲—九江河段鲤鱼山水道航道整治工程可行性研究报告[R].武汉:长江航道规划设计研究院,2014.

[2]　李志宏.长江中游鲤鱼山水道滩槽调整原因及趋势分析[J].水道港口,2015,36(4):318-322.

[3]　朱玉德,刘鹏飞,李晓星.三峡蓄水后鲤鱼山水道演变对航道的影响及对策研究[J].水道港口,2015,36(6):537-540.

[4]　张明,周成成.长江武汉至安庆段6米水深航道整治工程可行性研究专题报告——鲤鱼山水道航道整治工程水沙数值模拟研究[R].武汉:长江航道规划设计研究院,2017.

[5]　黄成涛,江凌.长江干线武汉至安庆段6米水深航道整治工程工程可行性研究报告[R].武汉:长江航道规划设计研究院,2017.

Shoal Evolution and Waterway Regulation Measures of Typical Slightly Curved-widened Reach in Middle Changjiang River

JIANG Ling

(Changjiang Waterway Planning Design and Research Institute,Wuhan Hubei Province　430040)

Abstract:Slightly curved-widened reaches were common in middle Changjiang River.Diaras and beaches were widely distributed in these reaches.Diara and beach evolution had great influence on channel condition.Liyushan waterway was a typical slightly curved-widened reach in middle Changjiang River.Recently,the river was changing from a single channel to double groove in low water.Channel condition was going worse.This work analyzed the shoal evolution and navigation characteristics.It proposed the waterway regulation measures to increase the channel water depth to 6m.The result show that shoal water depth condition was related to the runoff and sediment condition and shoal evolution.As diara was low and beach was easy to be washed away in Liyushan waterway.The main navigation channel dimension was less than 6m×200m(water depth×channel width).Thus,to Improve channel condition,it suggested to carry on the Huanglianzhoudiara protection strip heightening project and north trough dredging project.

Key words:Middle of Changjiang River;Slightly Curved-widened Reach;Shoal Evolution;Waterway Regulation