長江下荊江監(jiān)利河段烏龜洲汊道分流分沙變化及演變特征分析

1、    長江下荊江監(jiān)利河段烏龜洲汊道分流分沙變化及演變特征分析    魏林云 李強(qiáng) 謝靜紅摘要：監(jiān)利烏龜洲汊道位于長江中游下荊江河段中部，屬于典型的彎曲分汊型河道。重點(diǎn)分析了20102018年長江中游下荊江河段烏龜洲汊道分流分沙及斷面演變特征。結(jié)果表明：該河段斷面形態(tài)基本穩(wěn)定，受三峽水庫清水下泄、洞庭湖洪水頂托相互影響，斷面年際間變化沖淤互現(xiàn);分流分沙較穩(wěn)定，右汊為主汊。從上游河勢變化、汊道分流分沙變化及人類活動影響等角度探討了汊道變化的原因。研究結(jié)果可為長江中下游河道的防洪安全、河道綜合整治、險(xiǎn)工護(hù)岸和水利工程建設(shè)等提供參考。關(guān)鍵詞：汊道演變;分流分沙

2、;斷面特性;下荊江河段1研究背景汊道分流分沙變化規(guī)律的研究是河道演變及沖淤變化規(guī)律研究的基礎(chǔ)，其研究結(jié)果可為長江中下游河道的防洪安全、河道綜合整治、險(xiǎn)工護(hù)岸和水利工程建設(shè)等提供參考。監(jiān)利烏龜洲汊道位于長江中游下荊江河段中部，屬于典型的彎曲分汊型河道。20世紀(jì)90年代以前，監(jiān)利烏龜洲汊道的左汊為主汊;90年代以后右汊逐漸擴(kuò)展，19931996年主流線過渡到右汊，右汊成為主汊。許多學(xué)者對荊江河段的汊道及洲灘演變規(guī)律進(jìn)行了研究，段光磊等1對荊江河段關(guān)洲、三八灘、烏龜洲3個典型洲灘演變機(jī)理和演變趨勢進(jìn)行了研究，認(rèn)為上游河勢變化、水沙變化和人類活動等對荊江河段典型洲灘的演變起著重要作用。彭玉明等2重點(diǎn)研

3、究了荊江汊道分流分沙變化及特性，并分析了汊道形成以及變化的原因，指出汊道的變化主要受上游河勢變化和汊道自身的分流分沙比等因素的影響，采用簡易法計(jì)算分流分沙比。黃莉等3對監(jiān)利河段河床演變規(guī)律進(jìn)行了研究，認(rèn)為烏龜洲左右汊的興衰交替隨著左右汊分流分沙比的變化而變化。本文研究了近期烏龜洲汊道分流分沙變化及演變特性，對監(jiān)利河段的河勢變化有一定指導(dǎo)意義。2 河段概況及數(shù)據(jù)來源2.1 河段基本情況監(jiān)利河段位于荊江河段下段，屬于典型的蜿蜒型河道，自塔市驛（荊136）至洞庭湖湖口城陵磯（荊185），長約91 km4-6。受長江上游來水及洞庭湖洪水頂托的相互影響，監(jiān)利河段演變劇烈復(fù)雜。1999年以來，該河段實(shí)施了

4、護(hù)岸加固工程，總體河勢較穩(wěn)定，但局部河段河勢調(diào)整加劇。該河段內(nèi)主要分汊河段為烏龜洲汊道，將水流分為左、右兩汊，見圖1。2.2 數(shù)據(jù)來源本文采用20102018年烏龜洲分流分沙實(shí)測資料。共布設(shè)3個測驗(yàn)斷面對烏龜洲重點(diǎn)汊道分流分沙進(jìn)行觀測，即在進(jìn)口、左汊、右汊各布設(shè)1個斷面，進(jìn)口斷面即為監(jiān)利（二）站水文測驗(yàn)斷面，左右汊斷面布設(shè)在荊144（左、右）。斷面測量岸上部分由全站儀或rtk測量，水下采用rtk與測深儀配合hypack導(dǎo)航軟件施測;流量測驗(yàn)采用流速儀或adcp施測;懸移質(zhì)泥沙測驗(yàn)采用橫式采樣器取樣，泥沙顆粒采用激光粒度儀分析。3 烏龜洲斷面特性分析3.1斷面形態(tài)變化根據(jù)20102018年7月或

5、8月同期施測的大斷面資料進(jìn)行分析。（1）監(jiān)利站斷面。監(jiān)利站斷面為進(jìn)口的控制斷面，斷面形態(tài)基本穩(wěn)定，呈偏“v”形，主泓偏右，受三峽水庫蓄水及清水下泄影響，主槽略有沖刷，左岸沖淤變化較頻繁，右岸受加固護(hù)岸控制較穩(wěn)定，其中，2012年深槽沖刷較嚴(yán)重，最大沖深約2.2 m，見圖2。（2）荊144（左）斷面。荊144（左）斷面為烏龜洲左汊斷面，斷面總體呈“u”形，其中20142015年該斷面呈“w” 形，20102015年呈逐年沖刷，20162018年斷面略有回淤變化，2018年斷面恢復(fù)到2013年水平，見圖3。（3） 荊144（右）斷面。荊144（右）斷面為烏龜洲右汊斷面，斷面形態(tài)基本穩(wěn)定，低水部分?jǐn)?/p>

6、面呈“v”形，高水部分?jǐn)嗝鏋閺?fù)式斷面，呈“v+u”形，左槽沖淤變化交替，20142015年不斷下切，右槽沖淤變化較小，河床總體上基本穩(wěn)定，見圖4。3.2 斷面面積變化（1）監(jiān)利站斷面。監(jiān)利站2018年斷面面積與2010年斷面面積相比的變化見表1、圖5。當(dāng)監(jiān)利站水位為25 m時(shí)，2010年斷面面積為7 856 m2，2018年斷面面積變?yōu)? 500 m2，增加了20.9%。當(dāng)水位由25 m增到31 m時(shí)，2018年與2010年相比，斷面面積增加幅度由20.9%降至11.7%，表明隨著水位升高，清水下泄使監(jiān)利斷面年際間變化沖淤互現(xiàn)。（2）荊144（左）斷面。結(jié)合荊144（左）斷面20102018年

7、實(shí)測大斷面資料，不同年份斷面面積變化見表2、圖6。20102018年期間，水位為25 m以下面積由1 229 m2增至到1 621 m2，增加幅度為31.9%。水位為30 m以下面積由2 841 m2增至3 424 m2，增加幅度為20.5%。綜上所述，20102015年大斷面呈逐年沖刷，2015年沖刷強(qiáng)度較劇烈，但20162018年大斷面略有回淤變化，2018年斷面面積與2013年的面積相當(dāng)。（3）荊144（右）斷面。根據(jù)荊144（右）斷面的斷面資料分析（見表3、圖7），斷面變化主要表現(xiàn)為沖淤互現(xiàn)，一般發(fā)生在左側(cè)主槽。2018年較2010年斷面沖淤變化有逐步增大趨勢，其中，2018年較201

8、7年主泓深槽部分出現(xiàn)沖刷。3.3 斷面深泓變化3.3.1 監(jiān)利站斷面20102018年監(jiān)利站斷面深泓變化見圖8。除個別年份深泓位置稍向左移動外，其他年份基本穩(wěn)定在起點(diǎn)距1 0001 200 m之間;20102014年深泓高程總體呈上升趨勢，2012年深泓高程最低，為8.64 m。20142018年深泓高程呈減小趨勢，2014年深泓高程最高，為12.44 m，深泓高程極大值與極小值相差3.8 m。綜上所述，該段年際間深泓變幅較大，斷面主槽沖淤變化交替。3.3.2 荊144（左）斷面荊144（左）斷面深泓變化見圖9。由圖9可知：20102015年深泓位置變動較大，除2013年深泓位置在起點(diǎn)距160

9、 m附近外，其余年份在100130 m之間擺動。20162018年深泓位置逐年左移，變化幅度不大;20102015年深泓高程總體呈下降態(tài)勢;20152018年呈上升趨勢。2015年深泓高程最低為11.44 m，深泓高程極大值與極小值相差6.9 m，表明20102015年大斷面主槽呈逐年沖刷，2015年沖刷強(qiáng)度較大，但20162018年主槽略有回淤變化。3.3.3 荊144（右）斷面荊144（右）斷面深泓變化見圖10。20102018年深泓位置變動不大，基本在起點(diǎn)距2 0502 100 m之間擺動。20102015年深泓高程總體呈下降態(tài)勢，20152018年呈上升趨勢，20142015年深泓高程

10、較低，深泓高程極大值與極小值相差9.1 m。因此，斷面左槽沖淤變化交替，20142015年下切最深，20162017年主槽略有回淤變化，2018年較2017年主槽下切1.6 m。4 烏龜洲分流分沙變化分析4.1 汊道形態(tài)及特性自1960年起，烏龜洲作為凸岸邊灘得到進(jìn)一步的擴(kuò)展;烏龜洲下游約12 km上車灣彎道狹頸于1969年6月進(jìn)行人工裁彎，縮短流程27.7 km，致使水面比降突增，監(jiān)利河彎的主泓線由北泓改走南泓，主流切灘撇彎，南泓遭到強(qiáng)烈沖刷，并隨著上車灣引河分流比的增大而沖刷擴(kuò)大。19721975年是烏龜洲繼續(xù)水流切割和南泓發(fā)展的時(shí)期，在此期間，由于未采取措施控制河勢，任其自由發(fā)展，使水流

11、不斷北移。1980年汛期北泓恢復(fù)為主航道，原依附于左岸的老烏龜洲逐漸被沖掉，代之而起的新烏龜洲（1個大洲與3個小洲）又在江心形成，1990年以后右汊逐漸擴(kuò)展，19931996年主泓線過渡到右汊，烏龜洲右汊成為主汊7。截至目前，主汊穩(wěn)定在右汊。左汊為主汊時(shí)，烏龜洲灘體左側(cè)沖刷，右側(cè)淤積，灘體右移。右汊為主汊時(shí)，右汊主流線沖刷灘體右邊，左側(cè)部分淤積，灘體左移。左汊左岸為荊江大堤，右汊右岸為岳陽長江干堤，兩岸均有護(hù)岸工程，烏龜洲汊道總體河勢較穩(wěn)定。4.2 汊道分流分沙變化及特點(diǎn)（1）分流分沙比變化。烏龜洲汊道分流分沙比見圖11，12。根據(jù)20102018年汛期實(shí)測的流量資料進(jìn)行分析，烏龜洲汊道分流較

12、穩(wěn)定，右汊分流比在85%90%之間，左汊分流比在10%15%之間;根據(jù)20102018年汛期實(shí)測泥沙資料，烏龜洲汊道分沙比較穩(wěn)定，右汊分沙比在88%93%之間，左汊分沙比在7%12%之間。這表明烏龜洲汊道分流比沿時(shí)程變化不大，分沙比也相應(yīng)變化較小，分流分沙比均處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。19701980年，烏龜洲分流分沙比變化較大，表明這一時(shí)段主、支汊易位，該河段處于不穩(wěn)定狀態(tài)。20世紀(jì)80年代，左汊為主泓，左汊的分流分沙比也相應(yīng)變大; 90年代，汊道分流分沙比較變幅較小，但左右汊的分流分沙比相差不大，表明左汊逐漸淤積，右汊相應(yīng)沖刷2。21世紀(jì)以來，左右汊的分流分沙比較穩(wěn)定，右汊的分流分沙比大，右汊為主

13、汊，其中，20032009年右汊的分流比在85%上下波動。（2）垂線流速橫向分布。監(jiān)利站、左汊、右汊3個斷面的20102018年汛期垂線流速橫向分布見圖1315，監(jiān)利站斷面流速大致呈拋物線分布，主流在8001 200 m之間，主泓流速較大，符合水流條件一般規(guī)律。荊144（左）斷面為烏龜洲左汊，平均河寬為300 m左右，來水較小，所以流速也較小，靠兩岸流速就更小。荊144（右）斷面汛期來水較大，屬漫灘水位，流速分布也較均勻，主流在2 0502 100 m之間，主泓流速較大。（3）含沙量橫向分布。監(jiān)利、左、右汊3個斷面的20102018年汛期垂線含沙量橫向分布見圖1618。20112017年含沙量

14、變化基本一致，2010年受上游來水和洞庭湖頂托影響，2018年受上游來水影響，全斷面各垂線的含沙量也隨之增大。監(jiān)利站含沙量橫向變化基本和流速變化同步。荊144（左）斷面為烏龜洲左汊，含沙量與流速成正比，流速較小，含沙量就小，反之亦然。荊144（右）斷面為烏龜洲右汊，含沙量與水流的挾沙能力有關(guān)，但也與上游來沙有關(guān)，符合自然規(guī)律。由以上分析可以得出：20102018年3個斷面含沙的橫向分布變化基本一致，水流較大，含沙量也較大。（4）懸移質(zhì)泥沙顆粒變化。以斷面平均泥沙粒徑數(shù)和小于某粒徑沙重百分?jǐn)?shù)作對數(shù)圖。從圖1921分析可知，監(jiān)利站、荊144（左）、荊144（右）3個斷面20102018年顆粒級配線

15、型基本一致，上游來水流速大，挾沙能力大，反映出泥沙主要來源于上游，泥沙粒徑在0.11.0 mm間的占比較大，說明泥沙主要由洲灘沖刷形成，粒徑較粗，符合荊江河道的泥沙顆粒級配規(guī)律。監(jiān)利站、荊144（左）、荊144（右）3個斷面20102018年汛期懸移質(zhì)顆粒級配特征值統(tǒng)計(jì)見表4。監(jiān)利站最大中數(shù)粒徑為0.164 mm，最大平均粒徑為0.167 mm，最大粒徑為0.794 mm。荊144（左）最大中數(shù)粒徑為0.054 mm，最大平均粒徑為0.088 mm，最大粒徑為0.708 mm。荊144（右）最大中數(shù)粒徑為0.149 mm，最大平均粒徑為0.153 mm，最大粒徑為0.722 mm。監(jiān)利站與荊1

16、44（右）斷面實(shí)測的中數(shù)粒徑、平均粒徑、最大粒徑相差不大，與荊144（左）斷面相差較大。4.3 汊道變化原因分析烏龜洲汊道變化主要受到上游河勢變化、汊道分流分沙變化以及人類活動等3個因素影響。上游河勢的變化及主流線的擺動導(dǎo)致汊道的一汊迎流沖刷而發(fā)育，另一汊則避流淤積而萎縮。穩(wěn)定的水沙關(guān)系形成穩(wěn)定的汊道，水沙關(guān)系不穩(wěn)定，變幅大，則主流擺動頻繁，主支汊易位現(xiàn)象交替出現(xiàn)。由于受三峽水庫蓄水及清水下泄影響，荊江河段出現(xiàn)了長時(shí)間的沖刷現(xiàn)象，支汊可能會緩慢萎縮，而汊道兩岸的堤防工程在一定程度上又限制了河床的擺動。5 結(jié) 論本文根據(jù)20102018年烏龜洲汊斷面和分流分沙資料，分析了烏龜洲的斷面特性以及分流

17、分沙變化。（1）監(jiān)利站、左汊、右汊3個斷面形態(tài)較穩(wěn)定，呈“u”形或“v”形;斷面沖淤變化頻繁交替，斷面面積年際間變化較大，總體斷面面積變化不大。斷面深泓位置基本保持不變，年際間深泓高程變幅較大，后期需加強(qiáng)關(guān)注斷面變化情況。（2）烏龜洲附近斷面含沙量與流速成正比。懸移質(zhì)泥沙主要由洲灘沖刷形成，粒徑較粗，符合荊江河道的泥沙顆粒級配規(guī)律。烏龜洲左右汊分流分沙基本穩(wěn)定，右汊為主汊，汊道則處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。應(yīng)密切關(guān)注上游河勢變化、分流分沙比變化以及人類活動等影響，其分析結(jié)果對于預(yù)測汊道的變化具有重要的指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn)：1段光磊， 彭嚴(yán)波， 肖虎程，等. 長江荊江河段典型洲灘演變機(jī)理初探j(luò). 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)， 2008（2）：10-15.2 彭玉明， 陽立群， 楊曉剛. 荊江汊道分流分沙變化及特性分析j. 人民長江， 2008， 39（14）：62-64.3 黃莉. 監(jiān)利河段水沙變化及其對該河段河床橫斷面形態(tài)影響機(jī)理研究d. 武漢：長江科學(xué)院， 2008.4 彭玉明， 高志斌. 長江監(jiān)利河段近期河道演變分析j. 人民長江， 2006， 37（12）：78-81.5 石建華， 李寧波， 袁虎，等. 三峽水庫蓄水后下荊江險(xiǎn)工段近岸河床演變分析j. 人民長江， 2013， 44（1）：18-